每个不确定度预算的测量不确伟德之道定度来源

伟德之道测量不确定度

简介

您是否曾经想过在测量不确定度预算中包括哪些不确定度来源?伟德之道我听说过,我相信你也听说过。

今天,我将教你测量中的8个不确定度来源,它们应该包含在每个不确定度预算中。伟德之道您每次都应该包含这些不确定性来源的原因是,它们通常会影响您将要进行的每一次测量。伟德之道

为了给你在测量中使用这些不确定度来源的另一个理由,考虑到这些是许多认证机构要求的常见不确定度来源。伟德之道只是检查A2LA的R205要求文档然后向下滚动到6.7.1节。

A2LA R205要求

为了帮助您创建更好的不确定度预算,并更适当地估计测量伟德之道不确定度,我创建了一个清单,列出了测量不确定度的8个来源,应该在每个不确定度预算中。

此外,我将不只是告诉你们这些不确定性源是什么,我将给你们这些不确定性源的正确定义并教你们如何估计它们的大小。伟德之道

不确定性的来源伟德之道

伟德之道测量中的不确定度会受到许多不同因素的影响。下面是一个列表测量中最常见的不确定度来源伟德之道.当您开始确定测量不确定度的来源时,您应该从考虑这些类别中的影响开始。伟德之道

测量不确定度的6个常见来源:伟德之道

  • 设备
  • 被测单元
  • 操作符
  • 方法
  • 校准
  • 环境

每个不确定性预算的来源伟德之道

我之前提到过,我会教你测量中不确定度的8个来源伟德之道每一个伟德之道预算的不确定性。我今天要讲的影响在下面列出。所以,看一下,如果我漏掉了什么,告诉我。

应包括的8个测量不确定度来伟德之道源每一个伟德之道预算的不确定性:

  • 可重复性
  • 再现性
  • 稳定
  • 偏见
  • 漂移
  • 决议
  • 参考标准
  • 参考标准稳定性


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可重复性

重复性是测量中不确定的来源,应该包括在每个不确定度预算中。伟德之道这是一种影响,您可以自己测试,以查看在可重复条件下的测量结果有多大的可变性。

大多数认证机构现在要求在不确定度分析中包含可重复性。伟德之道有了这种类型的需求,您会注意到更多的评估人员要求查看您的A型数据,并检查它是否包含在您的不确定性预算中。伟德之道

可重复性的定义

1:测量精度在一套可重复性条件下的测量

简单地说,重复性是指在一组可重复条件下的测量精度。因此,要执行可重复性测试,必须不断重复测量过程,直到记录所需的样本数量。

在您收集了您想要的样本数量之后,您可以开始分析数据,以找到测量过程的随机误差或方差。这可以通过简单地计算您所收集的样本集的标准差来完成。

如何计算可重复性

按照以下说明计算可重复性:
1.重复测量n次
2.记录每次测量的结果。
3.计算标准差。

例子

假设您需要执行一个可重复性测试,收集20个样本。要找到测量过程的可重复性,只需收集20个样本并计算结果的标准差。结果就是你的重复性。

在下面的图像中,我模拟了一组20个正态分布的样本,其中标称值为10,标准偏差为5ppm。模拟了20个样本后,我计算了样本集的标准偏差,以确定重复性为4.5 ppm,自由度为19。看高亮的红色矩形。

用微软Excel完成这个任务,我用的公式是:

=方差(cell1 celln):

重复性测试不确定度伟德之道

再现性

可重复性是测量中不确定度的来源,应该包括在每个不确定度预算中。伟德之道这是一种影响,你可以自己测试,看看在重复性条件下,你的测量有多大的可变性。

大多数认证机构现在要求在不确定度分析中包含可重复性。伟德之道有了这种类型的需求,您会注意到更多的评估人员要求查看您的A型数据,并检查它是否包含在您的不确定性预算中。伟德之道

可重复性与可重复性的区别在于,您需要在测量过程中改变某些东西(变量)。以下是重复性测试中最常见的5种比较。

5个最常见的重复性测试比较:

  • 操作员vs操作员再现性
  • 装备vs装备可重复性
  • 方法vs方法再现性
  • 日与日的可重复性
  • 环境vs环境再现性

再现性的定义
1:测量重现性条件下的测量精度

如何计算可重复性
按照以下说明计算可重复性:
1.执行重复性测试
2.计算平均值的平均值
3.更改一个变量并重复可重复性测试
4.计算平均数或平均值。
5.计算测试平均值的标准差。

例子
想象一下,您需要执行一个重复性测试,您想了解当使用不同的方法执行时,您的测量结果的可重复性如何。让我们找出测量过程的可重复性。

在下图中,我模拟了2组20个样本,正态分布,标称值为10,标准偏差为5ppm。模拟了20个样本后,我计算了每个样本集的平均值(即平均值)。

接下来,我计算了两个计算均值的标准差,以确定重现性为14 ppm, 1个自由度。看高亮的红色矩形。

用微软Excel完成这个任务,我用的公式是:

=方差(cell1, cell2)

重复性试验不确定度伟德之道


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稳定

稳定性是测量中不确定的来源,应该包括在每个不确定度伟德之道预算中。这是一种影响,您可以自行测试或从校准数据中计算,以查看随时间变化的测量值有多大的可变性。

稳定性是一种随机的不确定性。伟德之道它通常与Drift相混淆,后者是一种系统的不确定性(我们将在后面讨论这个问题)。伟德之道本质上,稳定性决定了您的度量过程随着时间的推移有多稳定。

稳定性可以通过两种方式来确定。然而,为了简单起见,我将只教你估计稳定性的简单方法。

大多数认证机构不要求你在不确定性预算中包括稳定性。伟德之道然而,许多评估者认为稳定性是测量不确定度的一个重要因素。伟德之道所以,我建议你把它纳入你的测量不确定度分析。伟德之道

稳定性的定义
1:一种测量仪器的特性,其计量特性在时间上保持恒定

如何计算稳定性
按照以下说明计算稳定性:
1.回顾你们最近3次校准报告。
2.记录每次校准报告的结果。
3.计算校准结果的标准差。

例子
假设您需要确定度量过程的稳定性。所以,你抓住你的最后三份校准报告,并记录从校准报告的值。找到测量过程的稳定性。

在下图中,我抓取了我的Keysight 34401A万用表的3个校准报告,并将数据并排放置。我关注的参数是直流电压函数的10伏测量。

漂移不确定度伟德之道1

现在,你可以看到,从2013年到2015年,测量能力有一些变化。这就是我们要计算的。

所以,看看下面的图片。我计算了上图3个测量结果的标准差来确定稳定性。因此,我们确定该仪器的稳定性为4.6 ppm。看高亮的红色矩形。

为了使用Microsoft Excel完成这一任务,我使用了以下公式:

=方差(cell1 celln):

稳定的不确定性伟德之道

偏见

偏差是测量中不确定的来源,可以选择将其添伟德之道加到不确定预算中。您是否决定将其作为测量不确定度估计的一部分取决于您如何使用设备进行测量。伟德之道

要确定是否应该在不确定度预算中包含偏差,请阅读以下场景,并查看哪些场景最适用于您的测量过程。伟德之道

场景1:我使用已知的参考标准校准设备,只报告结果。

如果这描述的是你,那么在不确定性预算中添加偏差伟德之道

在场景1中,您将在不确定度预算中添加偏差,因为在报告测量结果时没有考虑到它。伟德之道因此,参考标准的偏差可能进一步导致测量结果的不确定度。伟德之道

场景2:我使用已知的参考标准校准设备,并报告标准值和被测单元值。

如果这描述的是你,那么不添加偏见到您的不确定性预算伟德之道

在场景2中,您不会将偏差添加到不确定度预算中,因为您已经在报告的测量结果中考虑到了它。伟德之道因此,可以消除作为测量结果不确定度贡献因素的参考标准偏差。伟德之道

偏见实际上是一种系统性错误,而不是一种不确定性。伟德之道它告诉您您的测量值与目标值相比有多精确。然而,根据您执行比较测量的方式,偏差可能是造成测量不确定度的一个因素。伟德之道

偏见的定义
1:系统测量误差的估计
2:重复指示减去参考量值的平均值

如何计算偏差
按照以下说明计算偏差:
1.检查最新的校准报告。
2.找到As Left值或测量结果。
3.找到标称值或标准值。
4.计算差值。

例子
在下图中,我抓取了两份校准报告,并将结果并排进行了比较。第一份报告(左图)来自我的Fluke 5720A校准器,第二份报告(右图)来自我的Keysight 34401A万用表。

偏差不确定伟德之道度1

使用上图中的数据,我在下图中使用Microsoft Excel计算偏倚。要计算偏差,所需要做的就是从被测单元的测量结果中减去标准值。在这种情况下,我们确定该仪器的偏差为7.3 ppm。看高亮的红色矩形。

偏差=测量值-标准值
b = mv-sv

为了使用Microsoft Excel完成这一任务,我使用了以下公式:

=cell2 - cell1

偏差不确定伟德之道度2

漂移

漂移是测量中不确定的来源,应该包括在每个不伟德之道确定度预算中。这是一种影响,你可以从校准数据中计算出测量误差随时间变化的程度。

漂移是一种系统的不确定性。伟德之道它通常与稳定性相混淆,稳定性是一种随机的不确定性。伟德之道本质上,漂移决定了测量过程中的误差如何随时间变化,以及它对测量中不确定度的估计有多大影响。伟德之道

漂移的定义
1:由于测量仪器计量特性的变化,指示值随时间的推移而连续或增量变化

如何计算漂移
按照以下说明计算漂移:
1.回顾你们最近3次校准报告。
2.记录每次校准报告的结果。
3.记录每次校准的日期。
4.计算平均日漂移率。
5.将平均日漂移率乘以校准间隔(以天为单位)。

例子
在下图中,我抓取了我的Keysight 34401A万用表的3个校准报告,并将数据并排放置。我关注的参数是直流电压函数的10伏测量。

漂移不确定度伟德之道1

现在,你可以看到,从2013年到2015年,测量性能发生了一些变化。使用这些数据,您可以计算平均漂移率。

首先,计算2014 - 2015年的日漂移率。

漂移不确定度伟德之道2

然后计算2013 - 2014年的日漂移率。

漂移不确定度伟德之道3

接下来,计算平均日漂移率。

漂移不确定度伟德之道4

最后,将日漂移率乘以365.25天,计算出每年的平均漂移率。

漂移不确定性伟德之道5

看看下面的图片。我从我的校准报告数据中计算了平均的年漂移率。因此,我们确定该仪器的平均漂移为百万分之7.6。看高亮的红色矩形。

要使用Microsoft Excel完成这一任务,请使用我在上面的图像中使用的公式。

漂移不确定度伟德之道6

决议

分辨率是测量中不确定度的来源,必须包含在每个不确定度伟德之道预算中。要进行不确定度分析,必伟德之道须包括标准的分辨率和被测单元。但是,是否决定将UUT分辨率不确定度作为测量不确定度估计的一部分取决于估计测量不确定度的过程。伟德之道

要确定是否应该在不确定度预算中包含UUT解决方案,请阅读以下场景,并查看哪些场景最适用于您的测量过程。伟德之道

场景1:我估算了单个测量过程的测量不确定度,或者UUT伟德之道类型从未改变的过程。

如果这描述的是你,那么将UUT决议添加到不确定性预算中伟德之道

在场景1中,您将把UUT分辨率添加到不确定度预算中,因为您正在评估单个过程的不确定度(例如准时测量),或伟德之道者您的测量过程总是测试同一类型的UUT。
这可以防止您在每次测试或校准后计算测量不确定度。伟德之道

场景2:我估计了单个测量函数或参数的测量不确定度,其中伟德之道UUT类型可能不同。

如果这描述的是你,那么不添加UUT决议到您的不确定性预算伟德之道

在场景2中,您不会将UUT分辨率添加到不确定度预算中,因为您将在每次测试或校准后计算测量不确定度时考虑到它。伟德之道要了解更多,请务必阅读ILAC P14政策用于计算校准不确定度。伟德之道

如果你是ISO/IEC 17025认证,你必须满足ILAC P14政策的要求。

分辨率的定义
1:可引起相应指示的可察觉变化的被测量的最小变化

如何找到解决方案
按照以下说明计算分辨率:
1.查看您的测量系统或设备
2.找出最低有效位
3.观察最小的增量变化

例子
确定分辨率并不总是像你想象的那么简单。在某些情况下,您可以通过查看您的测量设备和被测单元快速找到分辨率。然而,其他时候它可能会更复杂一些;特别是对于工件和模拟设备。

找到数字设备的分辨率非常容易。观察设备的数字显示器,观察最低有效位或最低有效位的最小变化。

下图是一个数字万用表。观察数字显示,我们可以观察到最低有效数字和最小的变化。从观察中,你可以看到分辨率是10微伏。

万用表分辨率不确定度伟德之道

对于使用模拟比例尺的设备,您需要观察比例尺的标记间距、标记的宽度以及针或指针的宽度。从这些因素,您可以确定您的测量设备或被测单元的分辨率不确定度。伟德之道

压力表分辨率不确定度伟德之道

当使用工件时,您需要查看校准报告,以确定报告的校准值的最小有效位数。由于工件没有刻度或显示,您只能从工件的已知值确定您的分辨率。

量块分辨率不确定度伟德之道

参考标准不确定度伟德之道

参考标准不确定度是测量不确定度的一个来伟德之道源,应该包括在每个不确定度预算中。这是一种影响,你可以通过查看校准报告来发现。

参考标准不确定度是一种系统不确定度。伟德之道它是从你们的设备或认证参考物质的校准中引进的。此外,它的价值可以追溯到一个国家或国际标准,这就是为什么它如此重要。

我看到更多的实验室因为将参考标准不确定度排除在不确定度预算之外而存在缺陷伟德之道.”

不要犯同样的错误。通过ISO/IEC 17025认可的实验室校准设备,并在不确定度预算中包含参考标准不确定度。伟德之道

参考标准不确定度的定义伟德之道
1:伟德之道一种测量标准的不确定度,该测量标准被指定用于校准某一组织或某一地点内某一种类数量的其他测量标准

参考标准不确定度如何计算伟德之道
按照以下说明查找参考标准不确定度:伟德之道
1.检查最新的校准报告。
2.找到报告的测量不确定度估计值伟德之道

例子
当您的设备由ISO/IEC 17025:2005认证实验室或国家计量研究所校准时,您将收到一份测量结果和测量不确定度估计的报告。伟德之道每个报告的测量不确定度估计值都是参考标准不确定度。伟德之道

在下图中,您将看到Keysight 34401A数字万用表的校准报告的一部分。报告中有一系列的测量结果,每个测量结果都有测量不确定度的估计。伟德之道

参考标准不确定度1伟德之道

由于我们一直在评估10 VDC下的不确定度,我将选择10 VDC测量伟德之道结果的不确定度。这就是你的参考标准不确定度。伟德之道看红色矩形。

参考标准不确定度2伟德之道

专家提示:
现在,有些人会将参考标准不确定度的后三个值取平均值,并将计算出的平均值放入不确定度预算中。伟德之道

另一些人则会在他们的不确定预算中使用最近报告的参考标准不确定值。伟德之道

两种方法都可以接受。所以,使用最适合你的方法。如果您正在寻求降低测量不确定度的估计值,请使用得到最小结果的方法。伟德之道

参考标准稳定性

参考标准稳定性是测量不确定度的一个来源,应该包括在每个不确定度预算中。伟德之道这是一种影响,您可以使用校准报告中的数据来计算参考标准的可变性有多大。

参考标准稳定性是一种随机不确定性。伟德之道这与计算稳定性类似,但您计算的是参考标准不确定度的标准差,而不是测量结果。伟德之道本质上,您的目标是确定参考标准随时间的变化有多稳定。

如果你想知道为什么这很重要,让我来解释一下。有两种情况会导致测量不确定度相关。伟德之道

场景1:你们的设备是由同一家实验室校准的,但他们报告的测量不确定度估计值每次都在变化。伟德之道

有时校准报告中报告的测量不确定度会发生变化,即使每次校准只发生轻微的变伟德之道化。在这种情况下,目标是确定校准实验室参考标准的稳定性。

场景2:你们的设备由不同的实验室校准,每个实验室都有不同的测量不确定度报告估计。伟德之道

有时候你的设备会被不同的实验室校准(不管什么原因)。每个实验室将报告自己的估计不确定度值。伟德之道在这个场景中,目标是确定可跟踪不确定性的稳定性。伟德之道

参考标准稳定性的定义
1:一种测量标准的稳定性,被指定用于在给定组织或给定地点对给定种类的数量的其他测量标准进行校准

参考标准稳定性如何计算
按照以下说明计算参考标准稳定性:
1.回顾你们最近3次校准报告。
2.记录每个校准报告的不确伟德之道定度估计值。
3.计算标准差。

例子
在下面的图像中,您将看到我从我最近的3个校准报告中收集了测量不确定度的估计报告。伟德之道数据来自我的Keysight 34401A数字万用表。

参考标准稳定性1

在下一张图中,我通过计算上图中突出显示的三个值的标准差计算了参考标准稳定性。因此,参考标准稳定性为0.29 ppm。

为了使用Microsoft Excel完成这一任务,我使用了以下公式:

=方差(cell1 celln):

参考标准稳定性不确定度伟德之道

其他不确定性伟德之道来源

测量结果的不确定度还有许多其他因素。伟德之道我不可能把它们都列在这里。所以,我建议你们总是从我给你们的资料开始不确定度分析。伟德之道

然后,评估您的测量过程,以确定测量不确定度的其他来源。伟德之道如果你被难住了,做一些调查。

找到测量不确定度来源的好地方;伟德之道

  • 在线搜索
  • 伟德之道不确定性指导
  • 教科书
  • 期刊文章
  • 会议论文
  • 其他实验室

如果在搜索了所有这些信息源之后,您仍然被困住了,那么联系我!我很乐意帮助你制定不确定性预算伟德之道给你。


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结论

在这篇文章中,我为您提供了测量中的8个不确定度来源,它们应该包含在每个不确定度预算中。伟德之道此外,我已经给了你详细的信息,并向你展示了量化每个来源。

现在,我想让你下载我的指南自己试试这些计算。然后,我希望你们在下一次不确定度预算中包括这些测量不确定度的贡献者。伟德之道

参考文献

A2LA。(2015)。具体要求:校准实验室认可计划。弗雷德里克:A2LA。
JCGM。(2012)。国际计量词汇:基本和一般概念及相关术语。塞夫勒:BIPM。

发布:
关于作者

理查德·霍根

理查德•霍根(Richard Hogan)是总部位于美国的咨询和数据分析公司ISO budget, l.l.c.的首席执行官。伟德国际注册送25服务包括测量咨询、数据分析、不确定度预算和控制图。伟德之道Richard是一名系统工程师,在计量行业拥有实验室管理和质量控制经验。他擅长不确定性分析、工业统计和过程优伟德之道化。理查德拥有弗吉尼亚州诺福克市老道明大学工程学硕士学位。请与理查德联系LinkedIn

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