Come eseguire un test di ripetibilità per stimare l’incertezza di misura

INTRODUZIONE

Per eseguire un test di ripetibilità è una parte essenziale della stima dell’incertezza di misura. È l’esperimento più comune eseguito per raccogliere dati di incertezza di tipo A.

Inoltre, la maggior parte degli enti di accreditamento richiede di includere i dati di ripetibilità nei propri bilanci di incertezza. Tuttavia, molte persone hanno problemi ad eseguire un test di ripetibilità. Non sanno come condurre l’esperimento, raccogliere i dati o analizzare i risultati.

In questa guida, imparerai tutto ciò che devi sapere sui test di ripetibilità;

1. Cos’è un test di ripetibilità,
2. Come eseguire un test di ripetibilità e
3. Come calcolare la ripetibilità.

Inoltre, ho creato alcuni ottimi strumenti per aiutarti a eseguire un test di ripetibilità e analizzare i risultati la prossima volta che hai bisogno di stimare l’incertezza di misura.

BACKGROUND

Ogni giorno, lavoro con clienti che hanno bisogno del mio aiuto per stimare l’incertezza di misura. Durante il processo, tipicamente chiedo ai clienti di eseguire test di ripetibilità e riproducibilità.

Tuttavia, molti dei miei clienti non sanno come condurre un test di ripetibilità. Così, chiedono procedure, liste di controllo e consulenze.

Dopo anni in cui ho continuamente aiutato i clienti a eseguire un test di ripetibilità, ho notato che non avevo scritto una guida formale per aiutare questi clienti; né automatizzare il processo.

Pertanto, ho deciso di creare una guida dedicata al test di ripetibilità per rispondere a tutte le domande che mi sono state poste.

In questa guida imparerete;

1. Cos’è l’incertezza di tipo A
2. Cos’è un test di ripetibilità
3. Come eseguire un test di ripetibilità
4. Quanti campioni dovresti raccogliere
5. Come raccogliere campioni ripetuti
6. Come calcolare la ripetibilità (test singolo)
7. Come calcolare la ripetibilità (test multipli)
8. Come aggiungere la ripetibilità ai tuoi budget di incertezza

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Che cos’è l’incertezza di tipo A

L’incertezza di tipo A è una componente dell’incertezza in cui i dati sono raccolti da una serie di osservazioni e valutati utilizzando metodi statistici associati all’analisi della varianza (ANOVA).

Comunemente indicato come dati di tipo A, l’incertezza di tipo A è tipicamente associato ai risultati dei test di ripetibilità e riproducibilità. Tuttavia, può anche essere associata alle prove di stabilità.

Secondo il Vocabolario di metrologia internazionale (VIM), la valutazione dell’incertezza di misura di tipo A è una componente dell’incertezza di misura valutata da un’analisi statistica dei valori delle quantità misurate che sono stati ottenuti in condizioni di misura definite.

Che cos’è un test di ripetibilità

Un test di ripetibilità è un esperimento eseguito per valutare quanto siano ripetibili i tuoi risultati in una serie di condizioni simili.

Quando si esegue un test di ripetibilità, si desidera raccogliere dati utilizzando;

1. Stesso metodo,
2. Stesso operatore,
3. Stessa attrezzatura,
4. Stesse condizioni ambientali,
5. Stesso luogo, e
6. Stesso oggetto o unità sotto test.

In sostanza, si vogliono raccogliere risultati ripetibili in un breve periodo di tempo senza cambiare nulla (se possibile).

Secondo il Vocabolario di Metrologia Internazionale (VIM), la ripetibilità di misura è la precisione di misura sotto un insieme di condizioni di misura ripetibili.

Inoltre, il VIM definisce una condizione di ripetibilità di misurazione come una condizione di misurazione, su un insieme di condizioni che include la stessa procedura di misurazione, gli stessi operatori, lo stesso sistema di misurazione, le stesse condizioni operative, lo stesso luogo, e la stessa misurazione replicata sugli stessi o simili oggetti per un breve periodo di tempo.

Pertanto, è necessario definire le condizioni di misura e raccogliere risultati ripetibili in un breve periodo di tempo in modo da poter valutare la precisione del processo.

Nella prossima sezione, imparerai passo dopo passo come eseguire un test di ripetibilità.

Come eseguire un test di ripetibilità

Per calcolare la ripetibilità, devi avere una procedura.

Come per ogni test o misurazione eseguita nel tuo laboratorio, devi avere un metodo o una procedura che ti guidi attraverso il processo e garantisca la coerenza dei tuoi risultati.

In questa sezione, imparerai ad eseguire un test di ripetibilità passo dopo passo. Segui le istruzioni qui sotto per aggiungere i dati del test di ripetibilità ai tuoi bilanci di incertezza.

Qui c’è una lista dei passi di questo processo;

1. Selezionare la funzione di misurazione da testare,
2. Selezionare l’intervallo di misurazione,
3. Selezionare i punti di prova,
4. Selezionare il metodo,
5. Selezionare l’attrezzatura,
6. Selezionare l’operatore,
7. Eseguire il test,
8. Raccogliere il numero n di campioni ripetuti,
9. Analizza i tuoi risultati,
10. Salva una registrazione dei tuoi risultati (consigliato),
11. Aggiungere il risultato al vostro budget di incertezza.

Selezionare la funzione di misurazione

Prima di iniziare a eseguire un test di ripetibilità, è una buona idea determinare cosa si intende testare.

Iniziare a selezionare la funzione di misurazione che sarà testata.

La funzione di misurazione sarà la categoria che meglio descrive la vostra misurazione o il risultato del test, come ad esempio;

1. Generazione/misura della tensione CC
2. Lunghezza
3. Generazione/misura della pressione
4. Generazione/misura della coppia
5. Sorgente/misura della temperatura

Se hai problemi, dai un’occhiata al tuo ambito di accreditamento (o all’ambito di accreditamento di un altro laboratorio) e scegli la funzione di misurazione che vorresti testare.

Selezionare l’intervallo di misurazione

Dopo aver selezionato la funzione di misurazione, scegliere un intervallo di misurazione da testare. Questo dovrebbe consistere in un valore di misurazione iniziale scelto e un valore di misurazione finale; tipicamente dal basso all’alto.

Si raccomanda di scegliere un intervallo di misurazione elencato nello scopo dell’accreditamento o nelle specifiche del produttore dell’attrezzatura.

Selezionare i punti di prova

Ora che avete specificato un campo di misura, è il momento di selezionare i punti di prova per il vostro test di ripetibilità.

Se si assume che la funzione di misura sia lineare, sarà necessario selezionare due punti di prova lungo il campo di misura. Tipicamente, dovrebbe essere un valore basso e un valore alto.

Alcune pratiche comuni sono di selezionare punti di prova che si trovano al 10% e al 90% del campo di misura o al 20% e al 100% del campo di misura. Per ottenere i migliori risultati, vi consiglio di selezionare due punti di calibrazione lungo l’intervallo di misurazione (se disponibili).

Se supponete che la vostra funzione di misurazione sia non lineare, potreste voler selezionare tre o più punti di prova da valutare. Questo ti aiuterà a prevenire gli errori dovuti alla curvatura della funzione di misurazione.

Se decidi di eseguire un test di ripetibilità a tre o più punti di prova, cerca di selezionare punti di prova uniformemente distanziati per evitare errori di modellazione nella tua equazione di previsione dell’incertezza CMC.

Seleziona il metodo

Il prossimo passo per eseguire un test di ripetibilità è selezionare il metodo o la procedura di misurazione. Si vorrà selezionare un metodo o una procedura che rappresenti al meglio il modo in cui viene eseguito il processo di misurazione.

Un buon punto di partenza è quello di utilizzare un metodo di prova o una procedura di calibrazione che rappresenti al meglio il vostro processo di misurazione. Questo vi aiuterà ad assicurarvi che state valutando un processo di misurazione che normalmente eseguite nel vostro laboratorio.

Se non avete una procedura, provate a scriverne una per il vostro processo. Anche se la procedura copre minimamente i passi del processo, è sempre meglio di niente. Inoltre, ti aiuterà a ottenere risultati coerenti.

Seleziona l’attrezzatura

Seguendo il metodo scelto, seleziona l’attrezzatura raccomandata per eseguire il tuo processo di misurazione. Assicuratevi che la vostra attrezzatura sia calibrata e funzioni correttamente prima dell’uso.

Per i migliori risultati, scegliete l’attrezzatura più accurata a vostra disposizione. L’attrezzatura scelta influenzerà i risultati. Quindi, scegli la tua migliore attrezzatura.

Seleziona l’operatore

Seleziona un operatore per eseguire il test di ripetibilità. Scegliete un operatore che sia qualificato ed esperto nell’eseguire il test o la misurazione.

In genere, gli operatori più esperti o qualificati daranno i migliori risultati.

Il vostro obiettivo dovrebbe essere quello di ottenere risultati ripetibili coerenti. Pertanto, scegliete un operatore che vi aiuti a raggiungerlo.

Eseguite il test di ripetibilità

Ora che avete stabilito tutte le vostre condizioni, è il momento di eseguire un test di ripetibilità per la funzione di misurazione, l’intervallo e i punti di prova che avete selezionato utilizzando il metodo, l’attrezzatura e l’operatore che avete scelto.

Per eseguire i passi dall’ottavo all’undicesimo per condurre un test di ripetibilità.

Raccogliere un numero ‘n’ di campioni e registrare i risultati

Quando si esegue un test di ripetibilità, raccogliere un numero definito di campioni ripetuti. In genere, si raccomanda di raccogliere almeno 20-30 campioni per ottenere risultati statisticamente significativi.

Tuttavia, raccogliere 20-30 campioni non è sempre pratico per ogni test o misurazione. Raccogliete invece il numero di campioni più appropriato per la vostra situazione e il vostro sistema di misurazione.

Se potete raccogliere solo 5 campioni perché il processo di test o misurazione richiede molto tempo o lavoro, allora raccogliete solo 5 campioni. Se puoi raccogliere 100 campioni perché il tuo test o processo di misurazione è veloce e automatizzato, allora raccogli 100 campioni.

Raccogli solo il numero di campioni che è più appropriato per la tua situazione.

Analizza i tuoi risultati

Dopo aver raccolto i campioni, dovrai analizzare i tuoi dati usando l’analisi della varianza (ANOVA). Calcola la media (cioè la media), la deviazione standard e i gradi di libertà.

Se stai analizzando una singola serie di dati, userai la deviazione standard e i gradi di libertà calcolati nel tuo bilancio di incertezza.

Se state analizzando più serie di dati, dovrete usare il metodo della varianza raggruppata per calcolare la deviazione standard raggruppata e i gradi di libertà per il vostro budget di incertezza.

Salvare un registro dei vostri risultati (consigliato)

Ogni volta che raccogliete dati, è una buona idea salvare un registro dei vostri risultati. Sarà utile se hai bisogno di tornare indietro e rivedere i tuoi risultati o confrontarli con altri dati di test di ripetibilità.

Consiglio sempre di conservare i file dei tuoi dati di test di ripetibilità. Tuttavia, non è necessario tenere dei registri. Invece, puoi semplicemente raccogliere i dati di tipo A ogni volta che aggiorni i tuoi bilanci di incertezza. La scelta è tua.

Aggiungi i risultati al tuo budget di incertezza

Infine, aggiungi i risultati dei tuoi test di ripetibilità ai tuoi budget di incertezza. Crea una voce per la ripetibilità e includi la deviazione standard e i gradi di libertà nel tuo budget.

Caratterizza i tuoi risultati di ripetibilità con una distribuzione normale dove ‘k’ è uguale a uno (cioè k=1).

Per istruzioni passo dopo passo, leggi la sezione sottostante: Come aggiungere la ripetibilità al tuo budget di incertezza.

QUANTI CAMPIONI SI DEVONO RACCOLTARE

Una domanda comune che le persone fanno quando si esegue un test di ripetibilità è: “Quanti campioni devo raccogliere?”

La risposta è: “Quanti ne puoi raccogliere praticamente”

Come regola generale, si raccomanda in genere di raccogliere da 20 a 30 campioni per essere statisticamente validi. Tuttavia, questa regola non è applicabile a tutti gli scenari.

Se stai usando l’automazione e hai la capacità di raccogliere 100 o più campioni in un breve periodo di tempo, allora raccogli 100 o più campioni. È pratico per il tuo processo di test o misurazione.

Se stai eseguendo un test o una misurazione difficile o che richiede tempo, potrebbe essere difficile raccogliere 20 o 30 campioni. Pertanto, si dovrebbero raccogliere meno campioni. In questa situazione, può essere più pratico raccogliere solo da tre a cinque campioni.

Assicuratevi di selezionare il numero di campioni che è appropriato per il vostro processo di misurazione.

Non pensarci troppo. Inizia con 20 campioni e regola il numero di campioni raccolti come necessario in base alla tua situazione.

Se vuoi manipolare i tuoi risultati per ottenere un margine di errore desiderato (cioè la deviazione standard), usa la formula sottostante;

Come calcolare
1. Scegliere il livello di confidenza desiderato (z).
2. Scegliere il margine di errore desiderato (MOE).
3. Moltiplicare il risultato del passo 1 per il valore della deviazione standard del set di campioni.
4. Dividere il risultato per il margine di errore selezionato nel passo 2.
5. Elevare al quadrato il risultato calcolato al punto 4.

Come raccogliere campioni ripetuti

Quando si esegue un test di ripetibilità, alcune persone sono confuse su come raccogliere campioni ripetuti. Credono che debbano;

1. Impostare un test,
2. Raccogliere un risultato,
3. Rompere il setup, e
4. Ripetere il processo per un numero ‘n’ di volte.

Questo non è vero.

Condurre un test di ripetibilità seguendo questo processo sarebbe rigoroso e richiederebbe molto tempo.

Invece, pensa a come potresti raccogliere i dati più facilmente e velocemente se seguissi questo processo;

1. Impostare un test,
2. Raccogliere un risultato,
3. Ripetere ‘n’ numero di volte, e
4. Rompere il setup.

Se si segue questo processo, si sarebbe in grado di completare un test di ripetibilità molto più velocemente. Quindi, per rendere i test di ripetibilità meno rigorosi, assicuratevi di raccogliere campioni ripetuti back to back in un breve periodo di tempo.

Se la vostra apparecchiatura di misurazione campiona ripetutamente i risultati e aggiorna il display, raccogliete un numero ‘n’ di risultati visualizzati uno dopo l’altro in un breve periodo di tempo.

Se la vostra apparecchiatura di misurazione richiede un campionamento manuale, ripetete il processo più e più volte fino a raccogliere il numero di campioni desiderato.

Non rompete il vostro set-up di prova ogni campione e ripetete. Questo processo sarebbe in realtà una forma di test di riproducibilità, non di ripetibilità.

Come calcolare la ripetibilità (singolo test)

Analizzare i risultati di un singolo test di ripetibilità è piuttosto semplice. Basta calcolare la media, la deviazione standard e i gradi di libertà.

1. Calcola la media,
2. Calcola la deviazione standard,
3. Calcola i gradi di libertà.

Nelle sezioni seguenti, imparerai come eseguire questi calcoli in Excel.

Calcolare la media usando Excel

Come calcolare
1. Selezionare una cella per calcolare la media.
2. Digitare “=AVERAGE(” nella cella.
3. Selezionare le celle che contengono i risultati.
4. Digitare “)” e premere il tasto “Invio”.

Calcolare la deviazione standard con Excel

Come calcolare
1. Selezionare una cella per calcolare la deviazione standard.
2. Digitare “=STDEV(” nella cella.
3. Selezionare le celle contenenti i risultati.
4. Digitare “)” e premere il tasto “Invio”.

Calcolare i gradi di libertà usando Excel

Come calcolare
1. Selezionare una cella per calcolare i gradi di libertà.
2. Digitare “=COUNT(” nella cella.
3. Selezionare le celle contenenti i risultati.
4. Digitare “)-1” e premere il tasto “Enter”.

Come calcolare la ripetibilità (prove multiple)

Analizzare i risultati di più prove di ripetibilità è più complesso. Non è possibile fare la media della deviazione standard, quindi è necessario metterli insieme usando il metodo della varianza condivisa.

1. Calcola la media,
2. Calcola la deviazione standard,
3. Calcola i gradi di libertà,
4. Calcola la deviazione standard raggruppata.

Calcolare la media usando Excel

Come calcolare
1. Selezionare una cella per calcolare la media.
2. Digitare “=AVERAGE(” nella cella.
3. Selezionare le celle che contengono i risultati.
4. Digitare “)” e premere il tasto “Enter”.

Calcolare la deviazione standard usando Excel

Come calcolare
1. Selezionare una cella per calcolare la deviazione standard.
2. Digitare “=STDEV(” nella cella.
3. Selezionare le celle contenenti i risultati.
4. Digitare “)” e premere il tasto “Invio”.

Calcolare i gradi di libertà usando Excel

Come calcolare
1. Selezionare una cella per calcolare i gradi di libertà.
2. Digitare “=COUNT(” nella cella.
3. Selezionare le celle contenenti i risultati.
4. Digitare “)-1” e premere il tasto “Invio”.

Calcolare la deviazione standard aggregata con Excel

4a. Calcolare la varianza ponderata

Come calcolare
1. Selezionare una cella per calcolare la varianza ponderata (cioè SS).
2. Digitare “=CELL1*CELL2^2” nella cella.
3. Copiare e incollare la funzione in altre celle.

4b. Calcolare la varianza ponderata totale

Come calcolare
1. Selezionare una cella per calcolare la varianza totale ponderata.
2. Digitare “=SUM( ” nella cella.
3. Selezionare le celle contenenti i risultati.
4. Digitare “)” e premere il tasto “Enter”.

4c. Calcola i gradi di libertà totali

Come calcolare
1. Selezionare una cella per calcolare i gradi di libertà totali.
2. Digitare “=SUM( ” nella cella.
3. Selezionare le celle contenenti i risultati.
4. Digitare “)” e premere il tasto “Enter”.

4d. Calcola la deviazione standard aggregata

Come calcolare
1. Selezionare una cella per calcolare la deviazione standard raggruppata.
2. Digitare “=SQRT( ” nella cella.
3. Selezionare la cella contenente la varianza ponderata totale (cioè ESS).
4. Digitare “/ ” per la funzione divide.
5. Selezionate la cella contenente i gradi di libertà totali (cioè EDOF).
6. Digitate “)” e premete il tasto “Enter”.

La deviazione standard aggregata sarà il vostro valore per la ripetibilità, e i gradi di libertà totali saranno il vostro valore per i gradi di libertà.

Come aggiungere la ripetibilità al tuo budget di incertezza

Dopo aver eseguito un test di ripetibilità e aver analizzato i tuoi dati, vorrai aggiungere i risultati al tuo budget di incertezza.

Per completare questo compito, segui le istruzioni passo dopo passo elencate qui sotto. Le istruzioni dovrebbero funzionare per tutti i calcolatori di budget di incertezza ISOBudgets e la maggior parte dei calcolatori di budget di incertezza offerti da altre organizzazioni.

Se non hai un calcolatore di budget di incertezza, puoi comprarne uno qui.

Aggiungi una voce al tuo budget di incertezza per la ripetibilità,

Inserisci il tuo coefficiente di sensibilità per la ripetibilità (tipicamente “1”),

Inserisci il tuo valore di incertezza (cioè deviazione standard) al budget di incertezza,

Inserisci l’unità di misura,

Inserisci il tipo di incertezza (tipicamente “A”),

Seleziona la distribuzione di probabilità “Normale”,

Seleziona il divisore dove k=1,

Inserisci i tuoi gradi di libertà.

REPEATABILITY TEST CHECKLIST & CALCOLATRICE

Sei pronto ad eseguire un test di ripetibilità?

Se è così, prendi la lista di controllo e la calcolatrice del test di ripetibilità. La lista di controllo darà un riassunto di tutte le istruzioni fornite in questa guida, e il calcolatore ti aiuterà ad analizzare i tuoi risultati in modo da poter calcolare la ripetibilità più velocemente.

Basta cliccare sul pulsante qui sotto per scaricare.

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CONCLUSIONE

Eseguire un test di ripetibilità è il metodo più comune utilizzato per raccogliere dati di incertezza di tipo A. Se il tuo laboratorio è accreditato ISO/IEC 17025 o prevede di essere accreditato, dovrai eseguire test di ripetibilità e includere i risultati nei tuoi bilanci di incertezza.

In questa guida, dovresti aver imparato come eseguire un test di ripetibilità e analizzare i risultati per calcolare la ripetibilità della misura. Inoltre, dovresti aver imparato alcuni suggerimenti aggiuntivi per aiutarti a completare il processo con più sicurezza.

Calcolare la ripetibilità non è difficile, ma è un compito che alcune persone trovano difficile da completare. Usate le informazioni e gli strumenti forniti in questa guida per aiutarvi a stimare più velocemente l’incertezza di misura e prepararvi all’accreditamento.