Hvordan man udfører en gentagelsestest til estimering af måleusikkerheden

INDLEDNING

Det er vigtigt at udføre en gentagelsestestest til estimering af måleusikkerheden. Det er det mest almindelige eksperiment, der udføres for at indsamle type A-usikkerhedsdata.

Dertil kommer, at de fleste akkrediteringsorganer kræver, at du medtager repeterbarhedsdata i dine usikkerhedsbudgetter. Mange mennesker har imidlertid problemer med at udføre en repeterbarhedstest. De ved ikke, hvordan de skal udføre eksperimentet, indsamle dataene eller analysere resultaterne.

I denne vejledning lærer du alt, hvad du skal vide om gentagelighedstest;

1. Hvad er en gentagelighedstest,
2. Hvordan man udfører en gentagelighedstest, og
3. Hvordan man beregner gentagelighed.

På den anden side har jeg skabt nogle gode værktøjer, der kan hjælpe dig med at udføre en repeterbarhedstest og analysere resultaterne, næste gang du skal estimere måleusikkerheden.

BAGGRUND

Jeg arbejder hver dag med kunder, der har brug for min hjælp til at estimere måleusikkerheden i målinger. Undervejs i processen beder jeg typisk kunderne om at udføre gentagelses- og reproducerbarhedstest.

Men mange af mine kunder ved ikke, hvordan man udfører en gentagelsestest. Så de beder om procedurer, tjeklister og rådgivning.

Efter at jeg i årevis løbende har hjulpet kunder med at udføre en gentagelighedstest, bemærkede jeg, at jeg ikke havde skrevet en formel vejledning til at hjælpe disse kunder; og heller ikke til at automatisere processen.

Derfor besluttede jeg at oprette en vejledning dedikeret til gentagelighedstest for at besvare alle de spørgsmål, som jeg er blevet stillet.

I denne vejledning vil du lære;

1. Hvad er type A usikkerhed
2. Hvad er en repeterbarhedstest
3. Hvordan man udfører en repeterbarhedstest
4. Hvor mange prøver du bør indsamle
5. Hvordan man indsamler gentagne prøver
6. Hvordan man beregner repeterbarhed (enkelt test)
7. Sådan beregnes repeterbarhed (flere prøver)
8. Sådan tilføjes repeterbarhed til dine usikkerhedsbudgetter

Klik her for at downloade gentagelsestestjekfuskskemaet &beregneren gratis!

Hvad er type A-usikkerhed

Type A-usikkerhed er en usikkerhedskomponent, hvor data indsamles fra en række observationer og evalueres ved hjælp af statistiske metoder, der er forbundet med variansanalyse (ANOVA).

Type A-usikkerhed, der almindeligvis omtales som type A-data, er typisk forbundet med resultaterne af repeterbarheds- og reproducerbarhedstest. Den kan dog også være forbundet med stabilitetsprøvning.

I henhold til Vocabulary in International Metrology (VIM) er Type A-vurdering af måleusikkerhed en komponent af måleusikkerhed, der vurderes ved en statistisk analyse af værdier af målte størrelser, der blev opnået under definerede målebetingelser.

Hvad er en gentagelsestestest

En gentagelsestestest er et forsøg, der udføres for at vurdere, hvor gentagelige dine resultater er under et sæt af lignende betingelser.

Når du udfører en gentagelighedstest, skal du indsamle data ved hjælp af;

1. den samme metode,
2. den samme operatør,
3. det samme udstyr,
4. det samme miljøforhold,
5. det samme sted og
6. det samme emne eller den samme enhed, der testes.

Væsentligt er, at man ønsker at indsamle gentagelige resultater over en kort periode uden at ændre noget (hvis muligt).

I henhold til Vocabulary in International Metrology (VIM) er målingsrepeterbarhed målepræcision under et sæt af gentagelige målebetingelser.

Dertil kommer, at VIM definerer en målerapperabilitetsbetingelse som en målebetingelse ud fra et sæt af betingelser, der omfatter samme måleprocedure, samme operatører, samme målesystem, samme driftsbetingelser, samme sted og samme gentagelsesmåling på samme eller lignende genstande over en kort periode.

Det er derfor nødvendigt at definere dine målebetingelser og indsamle gentagelige resultater over en kort periode, så du kan evaluere præcisionen af din proces.

I det næste afsnit lærer du trin for trin, hvordan du udfører en gentagelighedstest.

Hvordan man udfører en gentagelighedstest

For at beregne gentagelighed skal du have en procedure.

Som ved enhver test eller måling, der udføres i dit laboratorium, skal du have en metode eller procedure, der kan guide dig gennem processen og sikre konsistens i dine resultater.

I dette afsnit lærer du trin for trin at udføre en gentagelighedstest. Følg instruktionerne nedenfor for at tilføje data fra gentagelighedstesten til dine usikkerhedsbudgetter.

Her er en liste over trinene i denne proces;

1. Vælg den målefunktion, der skal testes,
2. Vælg måleområdet,
3. Vælg testpunkt(er),
4. Vælg metode,
5. Vælg udstyr,
6. Vælg operatør,
7. Udfør testen,
8. Indsaml antallet n af gentagne prøver,
9. Analyser dine resultater,
10. Gem en registrering af dine resultater (anbefales),
11. Tilføj resultatet til dit usikkerhedsbudget.

Vælg målefunktion

Hvor du begynder at udføre en gentagelighedstest, er det en god idé at bestemme, hvad du vil teste.

Start med at vælge den målefunktion, der skal testes.

Målefunktionen vil være den kategori, der bedst beskriver din måling eller dit testresultat, f.eks;

1. DC-spænding genereres/måles
2. Længde
3. Tryk genereres/måles
4. Moment genereres/måles
5. Temperaturkilde/måles

Hvis du har problemer, tag et kig på dit akkrediteringsområde (eller et andet laboratoriums akkrediteringsområde) og vælg den målefunktion, som du gerne vil teste.

Vælg måleområde

Når du har valgt målefunktionen, skal du vælge et måleområde til test. Dette bør bestå af en valgt startmåleværdi og en slutmåleværdi; typisk fra lav til høj.

Jeg anbefaler, at du vælger et måleområde, der er anført i dit akkrediteringsområde eller i udstyrsproducentens specifikationer.

Vælg testpunkterne

Nu, hvor du har angivet et måleområde, er det tid til at vælge testpunkterne for din repeterbarhedstest.

Hvis du antager, at din målefunktion er lineær, skal du vælge to testpunkter langs måleområdet. Typisk skal det være en lav værdi og en høj værdi.

Nogle almindelige metoder er at vælge testpunkter, der ligger ved 10 % og 90 % af måleområdet eller ved 20 % og 100 % af måleområdet. For at opnå de bedste resultater anbefaler jeg, at du vælger to kalibreringspunkter langs måleområdet (hvis de er tilgængelige).

Hvis du antager, at din målefunktion er ikke-lineær, skal du måske vælge tre eller flere testpunkter til evaluering. Dette vil hjælpe dig med at forhindre fejl på grund af målefunktionens krumning.

Hvis du beslutter dig for at udføre en repeterbarhedstest på tre eller flere testpunkter, skal du forsøge at vælge testpunkter med jævn afstand for at forhindre modelleringsfejl i din CMC-usikkerhedsforudsigelsesligning.

Vælg metode

Det næste trin i udførelsen af en repeterbarhedstest er at vælge målemetode eller -procedure. Du skal vælge en metode eller procedure, der bedst repræsenterer den måde, hvorpå måleprocessen udføres.

Et godt sted at starte er at bruge en testmetode eller kalibreringsprocedure, der bedst repræsenterer din måleproces. Dette vil hjælpe dig med at sikre, at du evaluerer en måleproces, som du normalt ville udføre i dit laboratorium.

Hvis du ikke har en procedure, så prøv at skrive en procedure for din proces. Selv om proceduren kun minimalt dækker processens trin, er den stadig bedre end ingenting. Desuden vil det hjælpe dig med at få konsistente resultater.

Vælg udstyr

Ifølge den valgte metode skal du vælge det udstyr, der anbefales til at udføre din måleproces. Sørg for, at udstyret er kalibreret og fungerer korrekt før brug.

For at opnå de bedste resultater skal du vælge det mest nøjagtige udstyr, som du har til rådighed. Det udstyr, du vælger, vil påvirke resultaterne. Vælg derfor dit bedste udstyr.

Vælg operatøren

Vælg en operatør til at udføre gentagelighedstesten. Vælg en operatør, der er kvalificeret og har erfaring med at udføre testen eller målingen.

Typisk vil dine mest erfarne eller kvalificerede operatører give de bedste resultater.

Dit mål bør være at opnå konsekvente gentagelige resultater. Vælg derfor en operatør, som du vil hjælpe dig med at opnå det.

Udfør gentagelighedstesten

Nu, hvor du har fastlagt alle dine betingelser, er det tid til at udføre en gentagelighedstest for den målefunktion, det område og de testpunkter, som du har valgt, ved hjælp af den metode, det udstyr og den operatør, som du har valgt.

Før trin otte til elleve ud for at udføre en gentagelighedstest.

Indsaml “n” antal prøver og registrer dine resultater

Når du udfører en gentagelighedstest, skal du indsamle et defineret antal gentagne prøver. Typisk anbefales det, at du indsamler mindst 20 til 30 prøver for at opnå statistisk signifikante resultater.

Det er dog ikke altid praktisk muligt at indsamle 20 til 30 prøver for hver test eller måling. Indsaml i stedet det antal prøver, der er mest hensigtsmæssigt for din situation og dit målesystem.

Hvis du kun kan indsamle 5 prøver, fordi test- eller måleprocessen er tidskrævende eller arbejdskrævende, skal du kun indsamle 5 prøver. Hvis du kan indsamle 100 prøver, fordi din test- eller måleproces er hurtig og automatiseret, skal du indsamle 100 prøver.

Du skal kun indsamle det antal prøver, der er mest hensigtsmæssigt for din situation.

Analyse af dine resultater

Når du har indsamlet prøver, skal du analysere dine data ved hjælp af variansanalyse (ANOVA). Beregn middelværdien (dvs. gennemsnittet), standardafvigelsen og frihedsgraderne.

Hvis du analyserer et enkelt datasæt, skal du bruge den beregnede standardafvigelse og frihedsgraderne i dit usikkerhedsbudget.

Hvis du analyserer flere datasæt, skal du bruge metoden med puljevarians til at beregne den puljede standardafvigelse og frihedsgrader til dit usikkerhedsbudget.

Sparer en optegnelse af dine resultater (anbefales)

Hver gang du indsamler data, er det en god idé at gemme en optegnelse af dine resultater. Det vil være praktisk, hvis du har brug for at gå tilbage og gennemgå dine resultater eller sammenligne dem med andre repeterbarhedstestdata.

Jeg anbefaler altid, at du opbevarer filer til dine repeterbarhedstestdata. Du behøver dog ikke at føre journaler. I stedet kan du blot indsamle type A-data, hver gang du opdaterer dine usikkerhedsbudgetter. Valget er dit.

Føj resultaterne til dit usikkerhedsbudget

Til sidst skal du tilføje dine gentagelighedstestresultater til dine usikkerhedsbudgetter. Opret en post for repeterbarhed og medtag standardafvigelsen og frihedsgraderne i dit budget.

Karakteriser dine repeterbarhedsresultater med en normalfordeling, hvor “k” er lig med én (dvs. k=1).

Læs afsnittet nedenfor for at få trinvise instruktioner: Hvordan du tilføjer repeterbarhed til dit usikkerhedsbudget.

Hvor mange prøver skal du indsamle

Et almindeligt spørgsmål, som folk stiller, når de udfører en repeterbarhedstest, er: “Hvor mange prøver skal jeg indsamle?”

Svaret er: “Så mange, som du praktisk kan.”

Som en generel tommelfingerregel anbefales det typisk at indsamle 20 til 30 prøver for at være statistisk forsvarlig. Denne regel gælder dog ikke for alle scenarier.

Hvis du bruger automatisering og har mulighed for at indsamle 100 eller flere prøver i løbet af en kort periode, så indsaml 100 eller flere prøver. Det er praktisk for din test- eller måleproces.

Hvis du udfører en test eller måling, der er vanskelig eller tidskrævende, kan det være svært at indsamle 20 til 30 prøver. Derfor bør du indsamle færre prøver. I denne situation kan det være mere praktisk at indsamle kun tre til fem prøver.

Sørg for at vælge det antal prøver, der er passende for din måleproces.

Du skal ikke tænke for meget over det. Start med 20 prøver, og juster antallet af indsamlede prøver efter behov baseret på din situation.

Hvis du gerne vil manipulere dine resultater for at opnå en ønsket fejlmargin (dvs. standardafvigelse), skal du bruge nedenstående formel;

Sådan beregner du
1. Vælg dit ønskede konfidensniveau (z).
2. Vælg din ønskede fejlmargin (MOE).
3. Multiplicer resultatet af trin 1 med værdien med standardafvigelsen for stikprøvesættet.
4. Divider resultatet med den fejlmargin, der blev valgt i trin 2.
5. Kvadrer resultatet beregnet i trin 4.

Hvordan man indsamler gentagne prøver

Når man udfører en gentagelighedstest, bliver nogle mennesker forvirrede over, hvordan man indsamler gentagne prøver. De tror, at de skal;

1. Opstille en test,
2. Indsamle et resultat,
3. Nedbryde opsætningen, og
4. Gentage processen “n” antal gange.

Det er ikke sandt.

Det ville være strengt og tidskrævende at gennemføre en gentagelighedstest efter denne proces.

Tænk i stedet på, hvordan du kunne indsamle dataene nemmere og hurtigere, hvis du fulgte denne proces;

1. Opsæt en test,
2. Indsaml et resultat,
3. Gentag ‘n’ antal gange, og
4. Nedbryd opsætningen.

Hvis du følger denne proces, ville du være i stand til at gennemføre en gentagelighedstest meget hurtigere. Så for at gøre gentagelsesprøverne mindre strenge, skal du sørge for at indsamle gentagne prøver i kort tid ad gangen for at gøre dem mindre strenge.

Hvis dit måleudstyr gentagne gange udtager prøveresultater og opdaterer displayet, skal du indsamle “n” antal viste resultater ryg mod ryg over en kort periode.

Hvis dit måleudstyr kræver manuel prøveudtagning, skal du gentage processen igen og igen, indtil du har indsamlet det ønskede antal prøver.

Afbryd ikke din testopstilling for hver prøve og gentag den. Den proces ville faktisk være en form for reproducerbarhedsprøvning og ikke gentagelighedsprøvning.

Hvordan man beregner gentagelighed (ENKELT PRØV)

Analyse af resultaterne af en enkelt gentagelighedsprøvning er ret enkel. Man skal blot beregne middelværdien, standardafvigelsen og frihedsgraderne.

1. Beregn middelværdien,
2. Beregn standardafvigelsen,
3. Beregn frihedsgraderne.

I afsnittene nedenfor lærer du, hvordan du udfører disse beregninger i Excel.

Beregn middelværdien ved hjælp af Excel

Sådan beregner du
1. Vælg en celle for at beregne middelværdien.
2. Skriv “=MIDDELVÆRD(” i cellen.
3. Vælg de celler, der indeholder dine resultater.
4. Skriv “)”, og tryk på “Enter”-tasten.

Beregn standardafvigelsen ved hjælp af Excel

Sådan beregner du
1. Vælg en celle for at beregne standardafvigelsen.
2. Skriv “=STDEV(” i cellen.
3. Vælg de celler, der indeholder dine resultater.
4. Skriv “)”, og tryk på Enter-tasten.

Beregn frihedsgrader ved hjælp af Excel

Sådan beregner du
1. Vælg en celle for at beregne frihedsgrader.
2. Skriv “=COUNT(” i cellen.
3. Vælg de celler, der indeholder dine resultater.
4. Skriv “)-1” og tryk på “Enter”-tasten.

Hvordan man beregner gentagelighed (MULTIPLE TESTS)

Analyse af resultaterne af flere gentagelighedstests er mere kompleks. Du kan ikke beregne et gennemsnit af standardafvigelserne, så du skal samle dem ved hjælp af metoden med samlet varians.

1. Beregn gennemsnittet,
2. Beregn standardafvigelsen,
3. Beregn frihedsgrader,
4. Beregn den sammenlagte standardafvigelse.

Beregn gennemsnittet ved hjælp af Excel

Sådan beregner du
1. Vælg en celle for at beregne middelværdien.
2. Skriv “=MIDDELVÆRD(” i cellen.
3. Vælg de celler, der indeholder dine resultater.
4. Skriv “)”, og tryk på “Enter”-tasten.

Beregn standardafvigelsen ved hjælp af Excel

Sådan beregner du
1. Vælg en celle for at beregne standardafvigelsen.
2. Skriv “=STDEV(” i cellen.
3. Vælg de celler, der indeholder dine resultater.
4. Skriv “)”, og tryk på Enter-tasten.

Beregn frihedsgrader ved hjælp af Excel

Sådan beregner du
1. Vælg en celle for at beregne frihedsgrader.
2. Skriv “=COUNT(” i cellen.
3. Vælg de celler, der indeholder dine resultater.
4. Skriv “)-1”, og tryk på “Enter”-tasten.

Beregn den puljerede standardafvigelse ved hjælp af Excel

4a. Beregn den vægtede varians

Sådan beregner du
1. Vælg en celle til beregning af den vægtede varians (dvs. SS).
2. Skriv “=CELL1*CELL2^2” i cellen.
3. Kopier og indsæt funktionen i andre celler.

4b. Beregn den samlede vægtede varians

Sådan beregner du
1. Vælg en celle for at beregne den samlede vægtede varians.
2. Skriv “=SUM( ” i cellen.
3. Vælg de celler, der indeholder dine resultater.
4. Skriv “)”, og tryk på “Enter”-tasten.

4c. Beregn de samlede frihedsgrader

Sådan beregner du
1. Vælg en celle for at beregne de samlede frihedsgrader.
2. Skriv “=SUM( ” i cellen.
3. Vælg de celler, der indeholder dine resultater.
4. Skriv “)”, og tryk på “Enter”-tasten.

4d. Beregn den sammenlagte standardafvigelse

Sådan beregner du
1. Vælg en celle til beregning af den samlede standardafvigelse.
2. Skriv “=SQRT( ” i cellen.
3. Vælg den celle, der indeholder den samlede vægtede varians (dvs. ESS).
4. Skriv “/ ” for divideringsfunktionen.
5. Vælg cellen, der indeholder de samlede frihedsgrader (dvs. EDOF).
6. Skriv “)”, og tryk på “Enter”-tasten.

Den puljede standardafvigelse vil være din værdi for repeterbarhed, og de samlede frihedsgrader vil være din værdi for frihedsgrader.

SÅDAN TILFØJER DU GENOPTAGELIGHED TIL DIT USIKKERHEDSBUDGET

Når du har udført en gentagelsestestest og analyseret dine data, vil du gerne tilføje resultaterne til dit usikkerhedsbudget.

For at udføre denne opgave skal du blot følge nedenstående trinvise vejledning. Instruktionerne bør fungere for alle ISOBudgets usikkerhedsbudgetberegnere og de fleste usikkerhedsbudgetberegnere, der tilbydes af andre organisationer.

Hvis du ikke har en usikkerhedsbudgetberegner, kan du købe en her.

Føj en post til dit usikkerhedsbudget for gentagelighed,

Indtast din følsomhedskoefficient for gentagelighed (typisk “1”),

Indtast din usikkerhedsværdi (f.eks. standardafvigelse) til usikkerhedsbudgettet,

Indtast måleenheden,

Indtast usikkerhedstype (typisk “A”),

Vælg “Normal” sandsynlighedsfordeling,

Vælg divisor hvor k=1,

Indtast dine frihedsgrader.

Tjekliste for gentagelighedstest & CALCULATOR

Er du klar til at udføre en gentagelighedstest?

Hvis det er tilfældet, skal du hente tjeklisten for gentagelighedstest og beregneren. Tjeklisten giver et resumé af alle instruktionerne i denne vejledning, og beregneren hjælper dig med at analysere dine resultater, så du hurtigere kan beregne repeterbarheden.

Klik blot på knappen nedenfor for at downloade.

Klik her for at downloade snydebladet til gentagelighedstest &beregneren gratis!

KONKLUSION

Udførelse af en gentagelighedstest er de mest almindelige metoder, der anvendes til at indsamle type A usikkerhedsdata. Hvis dit laboratorium er ISO/IEC 17025-akkrediteret eller planlægger at blive akkrediteret, skal du udføre repeterbarhedstest og medtage resultaterne i dine usikkerhedsbudgetter.

I denne vejledning skulle du have lært, hvordan man udfører en repeterbarhedstest og analyserer resultaterne for at beregne målingens repeterbarhed. Desuden skulle du have lært nogle yderligere tips, der kan hjælpe dig med at gennemføre processen med større sikkerhed.

Beregning af repeterbarhed er ikke svært, men det er en opgave, som nogle mennesker har svært ved at udføre. Brug oplysningerne og værktøjerne i denne vejledning til at hjælpe dig med at estimere måleusikkerheden hurtigere og blive forberedt på akkreditering.