如何验证不确定性预算和计算器伟德之道

不确定性预算如何验证伟德之道

简介

你的评估人曾经问过你是否验证不确定性预算吗?伟德之道

如果是这样,我知道你的痛苦。这是令人沮丧的!

您花费了无数小时估算不确定性并创建不确定性预算,只是为了让评估人员怀疑您的辛勤工作。伟德之道

不幸的是,他们并没有错。他们只是想确保您的不确定性计算器已经过验证,以提供准确的结果。伟德之道

然而,如果您没有验证您的不确定度计算器,那么您可能会发现自己在下次ISO/I伟德之道EC 17025评估中有缺陷。

为了防止这种情况发生在你身上,我创建了这个指南,向你展示如何验证不确定性预算。伟德之道在本指南中,您将学习三种方法,您可以使用它们来确保您的不确定度计算器经过验证并适合使用。伟德之道


如何验证不确定性预算伟德之道

当您需要验证不确定性预算时,实验室通常使用三种方法。伟德之道您可以通过以下方法验证它们:

  1. 方法一:验证所有函数和公式,
  2. 方法B:将结果与其他不确定度计算器比较,和(或)伟德之道
  3. 方法C:将计算结果与书面计算进行比较。


方法一:验证所有函数和公式

在验证不确定性预算时,您应该做的第一件事是验证您的不确定性计算器中使用的所有函数或公式是准确伟德之道的。你要确保它们是正确的,没有错误。

使用公式验证不确定性预算伟德之道

在验证使用的所有函数和公式是否正确之前,必须确保可以访问它们。无论您使用的是电子表格还是软件,访问这些信息的能力是不同的。阅读下面的章节,了解如何访问函数和公式。

电子表格

如果您正在使用Microsoft Excel、谷歌Sheets或Apple Numbers,您将需要检查电子表格计算器中使用的所有公式。

如果工作表或工作簿受到保护,这可能会比较困难。一定要移除保护复习公式。如果无法移除保护,则使用另一种方法。

Excel不伟德之道确定性计算器视图公式

软件

如果您使用的是商业或定制开发测量不确定性的软件伟德之道在这种情况下,很难检查程序中使用的函数和公式,除非你能找到开发人员,并在编译前查看原始代码(这是不常见的)。

相反,您应该跳过这一步,并使用另一种方法来验证您的不确定性预算。伟德之道

验证公式和函数

现在您已经了解了用于估计不确定性的函数和公式,是时候回顾它们并验证它们的正确性了。伟德之道

验证以下每个过程所使用的公式:

  1. 量化不确定性组件,伟德之道
  2. 将不确定度转换为标准差伟德之道,
  3. 利用GUM方法结合不伟德之道确定性,
  4. 确定膨胀系数或覆盖系数,
  5. 计算扩展不确定度,伟德之道
  6. 计算有效自由度。

量化不确定度分量伟德之道

首先,确定你的不确定性成分和相关的伟德之道灵敏度系数有正确的价值观。

如果他们这么做了,那太好了!继续进行下一个评估。

如果没有,仔细检查你的数据并改正任何错误。

将不确定度转换为标准差伟德之道

一定要检查函数和公式将不确定度分量转换为标准差伟德之道.通常,这受你选择的概率分布的影响。

因此,验证每一个都使用了正确的除数概率分布可以在测不准度计算器中找到。伟德之道

Excel不伟德之道确定度计算器标准不确定度公式

GUM方法的综合不伟德之道确定度

检查用于计算的函数结合不确定性伟德之道.这是平方根和(RSS)方法。验证不确定度计算器中的公式是正确的。伟德之道

Excel不伟德之道确定度计算器组合不确定度公式

膨胀系数的确定

展开不确定度的选取有两种方法。伟德之道

  1. 基于置信区间的覆盖因子(例如,95%,其中k=2),或
  2. 学生的T表。

找出使用了哪些方法,并确认它们是正确的。

Excel不伟德之道确定性计算器覆盖因子公式


作为参考,我在下面包含了更多关于覆盖因素和学生T表的信息。


附录G,表(JCGM 100:2008)
在下面的图片中,你将看到一段摘录JCGM 100:2008(即GUM),附录G,表G。该表格显示了基于目标置信区间的覆盖率系数k。通常,当k=2时,您需要使用95.45%。

GUM不伟德之道确定性覆盖因子表附录G1


学生的表格
在下面的图片中,你会看到我的指南中学生T表的摘录扩大了不确定性和覆伟德之道盖因素.这将向您显示基于目标置信区间和不确定性分析的自由度的覆盖率系数。伟德之道

伟德国际9226isobudget学生覆盖因子T表

展开不确定度的计算伟德之道

检查并验证用于计算的公式扩展不确定度伟德之道是正确的。

Excel不伟德之道确定度计算器扩展不确定度公式

计算有效自由度

如果你的不确定度伟德之道计算器或软件计算有效自由度使用Welch-Satterthwaite方程,确保所用公式是正确的。

Excel不伟德之道确定度计算器有效自由度公式


方法B:将结果与其他不确定度计算器进行比较伟德之道

验证不确定性预算的另一种方法是将结果与其他不确定性计算器和软件进行比较。伟德之道

使用这种方法,您可以验证您的不确定度计算器将提供与其他计算器相似的结果。伟德之道

为此,我建议将你的结果与以下情况进行比较:

  1. 其他基于excel的不确定性计算器,伟德之道
  2. 商用测量不确定度软件。伟德之道

验证你的不确定预算伟德之道

遵循下面概述的过程来验证您的不确定性预算计算器,并查看以下部分以获得有关该过程每个步骤的更多信息。伟德之道

  1. 选择需要验证的不确定度伟德之道计算器(即您的计算器),
  2. 确保它有提供测量不确定度估计的信息和数据,伟德之道
  3. 选择一个或多个其他不确定性计算器进行比较,伟德之道
  4. 将不确定度计算器中的信息复制到步骤3中选择的计算器中。伟德之道
  5. 确保所有的信息与原始的不确定度计算器匹配:伟德之道
    1. 伟德之道不确定性因素,
    2. 灵敏度系数,
    3. 伟德之道不确定度值与测量单位,
    4. 伟德之道不确定性的类型,
    5. 概率分布,
    6. 自由度(如适用),
    7. 膨胀系数或覆盖系数。
  6. 比较计算的扩展不确定度,伟德之道
  7. 验证结果之间的匹配度不超过5%。

选择需要验证的不确定性伟德之道计算器

验证不确定度计算器的第一步是选择需要验证的计算器。伟德之道对于本例,我将验证简单的计算伟德之道器不确定性

简单的不确伟德之道定性计算器预算表

确保它有估计不确定性的信息伟德之道

现在您已经选择了计算器,请确保它在计算器中输入了信息和数据,以便为您提供测量不确定度的估计。伟德之道

如果你的不确定性伟德之道计算器是空白的,使用一个完成的不确定性预算的数据。否则,你可以编一些数据输入计算器。你必须有结果才能与其他计算器进行比较。

看看下面的图片,看看填充了信息和数据的不确定性预算。伟德之道

简易不确定伟德之道性计算器不确定性组件

选择不确定度计算器进行伟德之道比较

接下来,选择您将用于计算的不确定度伟德之道计算器。你所需要做的就是选择一个不同的不确定性计算器来比较你的结果。伟德之道您总是可以选择多个计算器,但这不是必要的。

我建议选择一个有信誉的计算器,比如你的认证机构提供的或推荐的。

在下面的图片中,你将看到NIST提供的excel不确定度计算器。伟德之道这是我选择的不确定度计算伟德之道器,用来进行比较验证。

NIST不伟德之道确定性预算计算表

在新计算器中输入相同的信息

在选择用于比较伟德之道的不确定度计算器中,输入您在不确定度计算器中输入的完全相同的信息和数据。如果您的信息不匹配,那么您可能会得到错误。

在下面的图像中,我将不确定性预算中的信息和数据复制到NIST计算器中。伟德之道由于NIST计算器只能评估15个不确定性贡献者,我不得不修改简易不确定性计算器,使其只考虑前1伟德之道5个不确定性来源。

这是必要的,以确保两个计算器给出可比性的结果。

NIST不伟德之道确定性预算计算与数据

验证所有的信息匹配

在进行比较之前,确保验证输入到每个不确定度计算器的信息完全相同。伟德之道此外,确保所有设置都完全相同。

这应包括验证以下项目是否匹配:

  1. 伟德之道不确定性因素,
  2. 灵敏度系数,
  3. 伟德之道不确定度值与测量单位,
  4. 伟德之道不确定性的类型,
  5. 概率分布,
  6. 自由度(如适用),
  7. 膨胀系数或覆盖系数。

如果其中一个或多个项目或设置不匹配,那么更改它们,使它们完全相同。

在下图中,您可以看到我从简单的计算伟德之道器不确定性进入NIST不确定度计算器。伟德之道我不得不修改我输入NIST计算器的数据,因为它没有允许使用敏感性系数的字段。

这不是什么大问题。我只需要将不确定度分量乘以它们各自的灵敏度系数,就可伟德之道以将不确定度分量转换为具有相同测量单位的值。

验证不确定性预算,伟德之道确保信息匹配

比较计算的扩展不确定度伟德之道

将不确定度计算器的结果与另一个计算器的结果进行比较。伟德之道

结果应该是相同或相似的。如果它们不一样,回去检查你的公式和函数,以确保它们是正确的。

如果你的函数和公式是正确的,评估你选择用于比较的计算器中使用的公式和函数。它可能有错误。我以前发现过这些,所以这是可能的。

如果在比较计算器中发现错误,请选择另一个计算器并重复此过程。


95%覆盖系数,其中k=2
在下图中,你将看到膨胀系数或覆盖系数等于2(即k=2)时的结果对比。您可以看到,当四舍五入到两个有效数字时,结果完全相同。

扩展不确定性,覆盖伟德之道因子k=2


95%覆盖系数使用学生T表
在下图中,您将看到膨胀系数或覆盖率系数基于学生t表时的结果对比。查看结果,当四舍五入到两个显著数字时,您可以看到结果中的细微差别。差额正好是4%(即-4.0%)。

用学生T表验证不确伟德之道定性预算扩展不确定性


在调查了差异的原因后,我发现NIST计算器做了两件与Easy Uncertainty calculator不同的事情。伟德之道它:

  1. 将有效自由度计算四舍五入到一个整数,然后
  2. 它使用了一个差百分位值(即0.05 vs 0.0455)。

由于NIST计算器能够正确地执行计算,我决定更新我的计算器。

当我在Easy Uncertainty Calculator中执行相同的函数和百分比值时,结果是相同的。伟德之道

验证不确定性预算扩伟德之道展不确定性匹配

验证结果差异小于5%

在验证期间,您可能会发现计算器提供的结果与比较计算器略有不同。

不要担心。这是很常见的,因为各种原因而发生。

但是,您需要确保两个计算器的结果在±5%以内。

如果它们在5%以内,则认为您的计算器是有效的,可以使用。如果不在5%以内,检查计算器中的函数和公式是否有错误。然后,在必要的时候进行修正,重新评估你的结果。

在下面的图像中,您将看到我用来比较两个不确定度计算器结果的方程。伟德之道你可以用同样的公式。

验证不确定度计算公伟德之道式


学生的T表
使用上面的公式,当覆盖率系数基于Student 's T表时,我计算了两个计算器结果之间的百分比差异。如您所见,结果略有不同,但相差不超过5%。

用学生T表验证不确伟德之道定度计算器误差


由于简易不确定度计算器和NIST不确定度计算器之间存在差异,我更新了简易不确定度计算器中的函伟德之道数,使其提供类似的结果。


覆盖系数95%其中k=2
使用上面的公式,当覆盖率系数基于95%置信度(k=2)时,我计算了两个计算器结果之间的百分比差异。如您所见,结果完全相同。

用覆盖系数k=2验伟德之道证不确定性计算器误差


根据上面的结果,您应该认为这个计算器是经过验证的,可以使用。


方法C:将计算结果与其他书面计算结果进行比较

您可以使用最后一种可接受的方法来验证不确定性预算。伟德之道你可以将计算结果与书面计算结果进行比较。

是的,我说的是书面计算。

想象一下回到学校,必须通过写出数学过程的每一步来展示你所有的工作。

这是一个老派的方法,但它有效!

这不是大多数实验室常用的方法,但我确实看到一些实验室偶尔使用这种技术。因此,如果您无法找到一个可接受的不确定性计算器或不确定性软件,那么您可能想要考虑这种方法伟德之道。

但是,我要警告你。与本指南中提供的其他方法相比,此方法更耗时。因此,在决定是否使用它之前,要考虑这一点。

在下面的图片中,你将看到我对整个过程的计算。我计算了两种情况下的扩展不确定性:伟德之道

  1. 95%置信区间,其中k=2
  2. 覆盖因子k基于学生T表。

用书面公式验证不确伟德之道定性预算


你可以从上图的结果中看到(即寻找用红色墨水圈出的结果),两个场景都与我使用简单的计算伟德之道器不确定性

因此,我认为这个验证过的计算器适合用于估计测量中的不确定度。伟德之道

此外,你可以看到书面的方法是有效的;但是,它需要比使用其他不确定性计算器或软件更多的努力。伟德之道如果你找不到其他的计算器或软件,那么试试这个方法。

我用笔、纸和科学计算器花了17分钟。


结论

在本指南中,您应该已经了解了可以用于验证不确定性预算的三种方法。伟德之道这些方法都很简单,所以选择最适合你的方法。

就我个人而言,我更喜欢与其他不确定性计算器或软件进行比较;伟德之道但是,你应该选择最适合你的方法。希望本指南对您有所帮助。它应该帮助你在下次评估者问你是否验证了不确定度计算器时做好准备。伟德之道

最后,您可以将验证过的不确定度计算器添加到主文档列表中,使其成为您的伟德之道质量管理体系.这可以帮助您防止实验室的其他人员使用未经授权的不确定度计算器。伟德之道

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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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