Cómo realizar una prueba de repetibilidad para estimar la incertidumbre en la medición

INTRODUCCIÓN

La realización de una prueba de repetibilidad es una parte esencial para estimar la incertidumbre en la medición. Es el experimento más común que se realiza para recoger datos de incertidumbre de tipo A.

Además, la mayoría de los organismos de acreditación exigen que se incluyan datos de repetibilidad en los presupuestos de incertidumbre. Sin embargo, muchas personas tienen problemas para realizar una prueba de repetibilidad. No saben cómo realizar el experimento, recopilar los datos o analizar los resultados.

En esta guía, va a aprender todo lo que necesita saber sobre las pruebas de repetibilidad;

1. Qué es una prueba de repetibilidad,
2. Cómo realizar una prueba de repetibilidad y
3. Cómo calcular la repetibilidad.

Además, he creado algunas herramientas estupendas para ayudarle a realizar una prueba de repetibilidad y analizar los resultados la próxima vez que necesite estimar la incertidumbre de la medición.

PORTAJES

Todos los días, trabajo con clientes que necesitan mi ayuda para estimar la incertidumbre en la medición. Durante el proceso, suelo pedir a los clientes que realicen pruebas de repetibilidad y reproducibilidad.

Sin embargo, muchos de mis clientes no saben cómo realizar una prueba de repetibilidad. Así que piden procedimientos, listas de comprobación y consultas.

Después de años de ayudar continuamente a los clientes a realizar una prueba de repetibilidad, me di cuenta de que no había escrito una guía formal para ayudar a estos clientes; ni para automatizar el proceso.

Por lo tanto, decidí crear una guía dedicada a las pruebas de repetibilidad con el fin de responder a todas las preguntas que me han hecho.

En esta guía aprenderá;

1. Qué es la incertidumbre de tipo A
2. Qué es un ensayo de repetibilidad
3. Cómo realizar un ensayo de repetibilidad
4. Cuántas muestras debe recoger
5. Cómo recoger muestras repetidas
6. Cómo calcular la repetibilidad (ensayo único)
7. Cómo calcular la repetibilidad (pruebas múltiples)
8. Cómo añadir la repetibilidad a sus presupuestos de incertidumbre

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¿Qué es la incertidumbre de tipo A

La incertidumbre de tipo A es un componente de la incertidumbre en el que los datos se recogen a partir de una serie de observaciones y se evalúan utilizando métodos estadísticos asociados con el análisis de la varianza (ANOVA).

Comúnmente conocida como datos de tipo A, la incertidumbre de tipo A se asocia normalmente con los resultados de las pruebas de repetibilidad y reproducibilidad. Sin embargo, también puede asociarse a los ensayos de estabilidad.

De acuerdo con el Vocabulario en Metrología Internacional (VIM), la Evaluación de la incertidumbre en la medición de tipo A es un componente de la incertidumbre en la medición evaluado por un análisis estadístico de los valores de las cantidades medidas que se obtuvieron en condiciones de medición definidas.

¿Qué es una prueba de repetibilidad

Una prueba de repetibilidad es un experimento realizado para evaluar cuán repetibles son sus resultados bajo un conjunto de condiciones similares.

Cuando se realiza una prueba de repetibilidad, usted querrá recoger datos utilizando el;

1. Mismo método,
2. Mismo operador,
3. Mismo equipo,
4. Mismas condiciones ambientales,
5. Misma ubicación, y
6. Mismo artículo o unidad bajo prueba.

Esencialmente, usted quiere recoger resultados repetibles durante un corto período de tiempo sin cambiar nada (si es posible).

Según el Vocabulario en Metrología Internacional (VIM), la repetibilidad de la medición es la precisión de la medición bajo un conjunto de condiciones de medición repetibles.

Además, el VIM define una condición de repetibilidad de la medición como una condición de medición, fuera de un conjunto de condiciones que incluye el mismo procedimiento de medición, los mismos operadores, el mismo sistema de medición, las mismas condiciones de funcionamiento, la misma ubicación y la misma repetición de la medición en los mismos objetos o en objetos similares durante un corto período de tiempo.

Por lo tanto, necesita definir sus condiciones de medición y recoger resultados repetibles durante un corto período de tiempo para poder evaluar la precisión de su proceso.

En la siguiente sección, aprenderá paso a paso cómo realizar una prueba de repetibilidad.

Cómo realizar una prueba de repetibilidad

Para calcular la repetibilidad, necesita tener un procedimiento.

De manera similar a cada prueba o medición realizada en su laboratorio, debe tener un método o procedimiento que lo guíe a través del proceso y asegure la consistencia de sus resultados.

En esta sección, aprenderá a realizar una prueba de repetibilidad paso a paso. Siga las siguientes instrucciones para añadir los datos de la prueba de repetibilidad a sus presupuestos de incertidumbre.

Aquí tiene una lista de los pasos de este proceso;

1. Seleccione la función de medición a probar,
2. Seleccione el rango de medición,
3. Seleccione el/los punto/s de prueba,
4. Seleccione el método,
5. Seleccionar el equipo,
6. Seleccionar el operario,
7. Realizar la prueba,
8. Recoger el número n de muestras repetidas,
9. Analizar los resultados,
10. Guarde un registro de sus resultados (recomendado),
11. Agregue el resultado a su presupuesto de incertidumbre.

Seleccione la función de medición

Antes de comenzar a realizar una prueba de repetibilidad, es una buena idea determinar lo que va a probar.

Comience por seleccionar la función de medición que se probará.

La función de medición será la categoría que mejor describa su medición o resultado de la prueba, como por ejemplo;

1. Generar/Medir Tensión CC
2. Longitud
3. Generar/Medir Presión
4. Generar/Medir Par
5. Fuente/Medir Temperatura

Si tiene problemas, eche un vistazo a su alcance de acreditación (o al alcance de acreditación de otro laboratorio) y elija la función de medición que le gustaría probar.

Seleccione el rango de medición

Después de seleccionar la función de medición, elija un rango de medición para probar. Este debe consistir en un valor de medición inicial elegido y un valor de medición final; normalmente de bajo a alto.

Le recomiendo que elija un rango de medición que figure en su alcance de acreditación o en las especificaciones del fabricante del equipo.

Seleccione los puntos de prueba

Ahora que ha especificado un alcance de medición, es el momento de seleccionar los puntos de prueba para su prueba de repetibilidad.

Si asume que su función de medición es lineal, necesitará seleccionar dos puntos de prueba a lo largo del alcance de medición. Normalmente, deberían ser un valor bajo y un valor alto.

Algunas prácticas comunes son seleccionar puntos de prueba que estén en el 10% y el 90% del rango de medición o en el 20% y el 100% del rango de medición. Para obtener los mejores resultados, le recomiendo que seleccione dos puntos de calibración a lo largo del rango de medición (si está disponible).

Si supone que su función de medición no es lineal, es posible que desee seleccionar tres o más puntos de prueba para evaluar. Esto le ayudará a evitar errores debidos a la curvatura de la función de medición.

Si decide realizar una prueba de repetibilidad en tres o más puntos de prueba, intente seleccionar puntos de prueba uniformemente espaciados para evitar errores de modelado en su ecuación de predicción de la incertidumbre de la CMC.

Seleccione el método

El siguiente paso para realizar una prueba de repetibilidad es seleccionar el método o procedimiento de medición. Querrá seleccionar un método o procedimiento que represente mejor la forma en que se realiza el proceso de medición.

Un buen punto de partida es utilizar un método de prueba o procedimiento de calibración que represente mejor su proceso de medición. Esto le ayudará a asegurarse de que está evaluando un proceso de medición que normalmente realizaría en su laboratorio.

Si no tiene un procedimiento, intente escribir uno para su proceso. Incluso si el procedimiento cubre mínimamente los pasos del proceso, sigue siendo mejor que nada. Además, le ayudará a obtener resultados consistentes.

Seleccione el equipo

Siguiendo el método elegido, seleccione el equipo recomendado para realizar su proceso de medición. Asegúrese de que su equipo está calibrado y funciona correctamente antes de utilizarlo.

Para obtener los mejores resultados, seleccione el equipo más preciso que tenga a su disposición. El equipo que elija afectará a los resultados. Por lo tanto, seleccione su mejor equipo.

Seleccione el operador

Seleccione un operador para realizar la prueba de repetibilidad. Elija un operario que esté cualificado y tenga experiencia en la realización de la prueba o medición.

Típicamente, sus operarios más experimentados o cualificados darán los mejores resultados.

Su objetivo debe ser conseguir resultados repetibles consistentes. Por lo tanto, elija un operador que le ayude a lograrlo.

Realice la prueba de repetibilidad

Ahora que ha establecido todas sus condiciones, es el momento de realizar una prueba de repetibilidad para la función de medición, el rango y los puntos de prueba que ha seleccionado utilizando el método, el equipo y el operador que ha seleccionado.

Realice los pasos ocho a once para llevar a cabo una prueba de repetibilidad.

Recoja un número «n» de muestras y registre sus resultados

Al realizar una prueba de repetibilidad, recoja un número definido de muestras repetidas. Normalmente, se recomienda recoger al menos de 20 a 30 muestras para obtener resultados estadísticamente significativos.

Sin embargo, recoger de 20 a 30 muestras no siempre es práctico para cada prueba o medición. En su lugar, recoja el número de muestras que sea más apropiado para su situación y sistema de medición.

Si sólo puede recoger 5 muestras porque el proceso de prueba o medición requiere mucho tiempo o trabajo, entonces recoja sólo 5 muestras. Si puede recoger 100 muestras porque su proceso de prueba o medición es rápido y automatizado, entonces recoja 100 muestras.

Sólo recoja el número de muestras que sea más apropiado para su situación.

Analice sus resultados

Después de recoger las muestras, tendrá que analizar sus datos utilizando el análisis de varianza (ANOVA). Calcule la media (es decir, el promedio), la desviación estándar y los grados de libertad.

Si está analizando un único conjunto de datos, utilizará la desviación estándar calculada y los grados de libertad en su presupuesto de incertidumbre.

Si está analizando múltiples conjuntos de datos, necesitará utilizar el método de la varianza agrupada para calcular la desviación estándar agrupada y los grados de libertad para su presupuesto de incertidumbre.

Guarde un registro de sus resultados (recomendado)

Cada vez que recopile datos, es una buena idea guardar un registro de sus resultados. Le será útil si necesita volver a revisar sus resultados o compararlos con otros datos de pruebas de repetibilidad.

Siempre recomiendo que guarde archivos de sus datos de pruebas de repetibilidad. Sin embargo, no es necesario que guarde archivos. En su lugar, puede limitarse a recoger los datos de tipo A cada vez que actualice sus presupuestos de incertidumbre. La elección es suya.

Añada los resultados a su presupuesto de incertidumbre

Por último, añada los resultados de sus pruebas de repetibilidad a sus presupuestos de incertidumbre. Cree una partida para la repetibilidad e incluya la desviación estándar y los grados de libertad en su presupuesto.

Caracterice sus resultados de repetibilidad con una distribución Normal donde «k» es igual a uno (es decir, k=1).

Para obtener instrucciones paso a paso, lea la sección siguiente: Cómo añadir la repetibilidad a su presupuesto de incertidumbre.

¿Cuántas muestras debe recoger

Una pregunta común que se hace la gente al realizar una prueba de repetibilidad es: «¿Cuántas muestras debo recoger?»

La respuesta es: «Todas las que pueda».

Como regla general, se recomienda recoger entre 20 y 30 muestras para ser estadísticamente correcto. Sin embargo, esta regla no es aplicable a todas las situaciones.

Si utiliza la automatización y tiene la capacidad de recoger 100 o más muestras en un corto período de tiempo, entonces recoja 100 o más muestras. Es práctico para su proceso de prueba o medición.

Si está realizando una prueba o medición que es difícil o que requiere mucho tiempo, puede ser difícil recoger 20 o 30 muestras. Por lo tanto, debería recoger menos muestras. En esta situación, puede ser más práctico recoger sólo de tres a cinco muestras.

Asegúrese de seleccionar el número de muestras que sea apropiado para su proceso de medición.

No lo piense demasiado. Comience con 20 muestras y ajuste el número de muestras recogidas según sea necesario en función de su situación.

Si desea manipular sus resultados para lograr un margen de error deseado (es decir, la desviación estándar), utilice la fórmula siguiente;

Cómo calcular
1. Elija el nivel de confianza (z) deseado.
2. Elija el margen de error (MOE) deseado.
3. Multiplique el resultado del paso 1 por el valor por la desviación estándar del conjunto de la muestra.
4. Divida el resultado por el margen de error seleccionado en el paso 2.
5. Eleve al cuadrado el resultado calculado en el paso 4.

Cómo recoger muestras repetidas

Al realizar una prueba de repetibilidad, algunas personas se confunden sobre cómo recoger muestras repetidas. Creen que deben;

1. Preparar una prueba,
2. Recoger un resultado,
3. Desglosar la preparación, y
4. Repetir el proceso ‘n’ veces.

Esto no es cierto.

Realizar una prueba de repetibilidad siguiendo ese proceso sería riguroso y llevaría mucho tiempo.

En su lugar, piense en cómo podría recoger los datos más fácil y rápidamente si siguiera este proceso;

1. Prepare una prueba,
2. Recoja un resultado,
3. Repita ‘n’ número de veces, y
4. Desglose la preparación.

Si sigue este proceso, podrá completar una prueba de repetibilidad mucho más rápido. Por lo tanto, para que las pruebas de repetibilidad sean menos rigurosas, asegúrese de recoger muestras repetidas una detrás de otra durante un corto período de tiempo.

Si su equipo de medición muestrea repetidamente los resultados y actualiza la pantalla, recoja un número ‘n’ de resultados mostrados uno detrás de otro durante un corto período de tiempo.

Si su equipo de medición requiere un muestreo manual, repita el proceso una y otra vez hasta que recoja el número deseado de muestras.

No descomponga su configuración de prueba cada muestra y repítala. Ese proceso sería en realidad una forma de prueba de reproducibilidad, no de repetibilidad.

Cómo calcular la repetibilidad (una sola prueba)

Analizar los resultados de una sola prueba de repetibilidad es bastante sencillo. Basta con calcular la media, la desviación estándar y los grados de libertad.

1. Calcular la media,
2. Calcular la desviación estándar,
3. Calcular los grados de libertad.

En las secciones siguientes, aprenderá a realizar estos cálculos en Excel.

Calcular la media utilizando Excel

Cómo calcular
1. Seleccione una celda para calcular la media.
2. Escriba «=PROMEDIO(» en la celda.
3. Seleccione las celdas que contienen sus resultados.
4. Escriba «)» y pulse la tecla «Enter».

Calcular la desviación estándar con Excel

Cómo calcular
1. Seleccione una celda para calcular la desviación estándar.
2. Escriba «=STDEV(» en la celda.
3. Seleccione las celdas que contienen sus resultados.
4. Escriba «)» y pulse la tecla «Enter».

Calcular los grados de libertad utilizando Excel

Cómo calcular
1. Seleccione una celda para calcular los grados de libertad.
2. Escriba «=COUNT(» en la celda.
3. Seleccione las celdas que contienen sus resultados.
4. Escriba «)-1» y pulse la tecla «Enter».

Cómo calcular la repetibilidad (pruebas múltiples)

Analizar los resultados de varias pruebas de repetibilidad es más complejo. No se puede promediar la desviación estándar, por lo que hay que agruparlas utilizando el método de la varianza agrupada.

1. Calcule la media,
2. Calcule la desviación estándar,
3. Calcule los grados de libertad,
4. Calcule la desviación estándar agrupada.

Calcule la media utilizando Excel

Cómo calcular
1. Seleccione una celda para calcular la media.
2. Escriba «=PROMEDIO(» en la celda.
3. Seleccione las celdas que contienen sus resultados.
4. Escriba «)» y pulse la tecla «Enter».

Calcular la desviación estándar con Excel

Cómo calcular
1. Seleccione una celda para calcular la desviación estándar.
2. Escriba «=STDEV(» en la celda.
3. Seleccione las celdas que contienen sus resultados.
4. Escriba «)» y pulse la tecla «Enter».

Calcular los grados de libertad usando Excel

Cómo calcular
1. Seleccione una celda para calcular los grados de libertad.
2. Escriba «=COUNT(» en la celda.
3. Seleccione las celdas que contienen sus resultados.
4. Escriba «)-1» y pulse la tecla «Enter».

Calcule la desviación estándar agrupada utilizando Excel

4a. Calcular la varianza ponderada

Cómo calcular
1. Seleccione una celda para calcular la varianza ponderada (es decir, SS).
2. Escriba «=CELL1*CELL2^2» en la celda.
3. Copie y pegue la función en otras celdas.

4b. Calcular la varianza ponderada total

Cómo calcular
1. Seleccione una celda para calcular la varianza ponderada total.
2. Escriba «=SUMA( » en la celda.
3. Seleccione las celdas que contienen sus resultados.
4. Escriba «)» y pulse la tecla «Intro».

4c. Calcular los grados de libertad totales

Cómo calcular
1. Seleccione una celda para calcular los grados de libertad totales.
2. Escriba «=SUMA( » en la celda.
3. Seleccione las celdas que contienen sus resultados.
4. Escriba «)» y pulse la tecla «Intro».

4d. Calcular la desviación estándar agrupada

Cómo calcular
1. Seleccione una celda para calcular la desviación estándar agrupada.
2. Escriba «=SQRT( » en la celda.
3. Seleccione la celda que contiene la varianza ponderada total (es decir, ESS).
4. Escriba «/ » para la función de división.
5. Seleccione la celda que contiene los grados de libertad totales (es decir, EDOF).
6. Escriba «)» y pulse la tecla «Enter».

La desviación estándar agrupada será su valor para la repetibilidad, y los grados de libertad totales serán su valor para los grados de libertad.

Cómo añadir la repetibilidad a su presupuesto de incertidumbre

Después de realizar una prueba de repetibilidad y analizar sus datos, querrá añadir los resultados a su presupuesto de incertidumbre.

Para completar esta tarea, sólo tiene que seguir las instrucciones paso a paso que se indican a continuación. Las instrucciones deberían funcionar para cualquier calculadora de presupuesto de incertidumbre de ISOBudgets y para la mayoría de las calculadoras de presupuesto de incertidumbre ofrecidas por otras organizaciones.

Si no tiene una calculadora de presupuesto de incertidumbre, puede comprar una aquí.

Añada una partida a su presupuesto de incertidumbre para la repetibilidad,

Ingrese su coeficiente de sensibilidad para la repetibilidad (normalmente «1»),

Ingrese su valor de incertidumbre (es decir desviación estándar) al presupuesto de incertidumbre,

Ingrese la unidad de medida,

Ingrese el tipo de incertidumbre (normalmente «A»),

Seleccione la distribución de probabilidad «Normal»,

Seleccione el divisor donde k=1,

Ingrese sus grados de libertad.

Lista de comprobación de la prueba de repetibilidad &Calculadora

¿Está preparado para realizar una prueba de repetibilidad?

Si es así, obtenga la lista de comprobación de la prueba de repetibilidad y la calculadora. La lista de comprobación le dará un resumen de todas las instrucciones proporcionadas en esta guía, y la calculadora le ayudará a analizar sus resultados para que pueda calcular la repetibilidad más rápidamente.

Sólo tiene que hacer clic en el botón de abajo para descargar.

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CONCLUSIÓN

La realización de una prueba de repetibilidad es el método más comúnmente utilizado para recoger datos de incertidumbre de tipo A. Si su laboratorio está acreditado por la norma ISO/IEC 17025 o planea acreditarse, tendrá que realizar pruebas de repetibilidad e incluir los resultados en sus presupuestos de incertidumbre.

En esta guía, debería haber aprendido a realizar una prueba de repetibilidad y a analizar los resultados para calcular la repetibilidad de las mediciones. Además, debería haber aprendido algunos consejos adicionales para ayudarle a completar el proceso con más confianza.

Calcular la repetibilidad no es difícil, pero es una tarea que algunas personas encuentran difícil de completar. Utilice la información y las herramientas proporcionadas en esta guía para ayudarle a estimar la incertidumbre en la medición más rápidamente y prepararse para la acreditación.