Jak wykonać test powtarzalności do szacowania niepewności pomiaru

WPROWADZENIE

Wykonanie testu powtarzalności jest istotną częścią szacowania niepewności pomiaru. Jest to najbardziej powszechny eksperyment wykonywany w celu zebrania danych dotyczących niepewności typu A.

Dodatkowo większość jednostek akredytujących wymaga uwzględnienia danych dotyczących powtarzalności w budżetach niepewności. Jednakże wiele osób ma problemy z wykonaniem testu powtarzalności. Nie wiedzą, jak przeprowadzić eksperyment, zebrać dane lub przeanalizować wyniki.

W tym przewodniku dowiesz się wszystkiego, co musisz wiedzieć o badaniu powtarzalności;

1. Co to jest badanie powtarzalności,
2. Jak wykonać badanie powtarzalności i
3. Jak obliczyć powtarzalność.

Ponadto, stworzyłem kilka wspaniałych narzędzi, które pomogą Ci wykonać test powtarzalności i przeanalizować wyniki następnym razem, gdy będziesz potrzebował oszacować niepewność pomiaru.

PODSTAWY

Każdego dnia pracuję z klientami, którzy potrzebują mojej pomocy w oszacowaniu niepewności pomiaru. Podczas tego procesu zazwyczaj proszę klientów o wykonanie testów powtarzalności i odtwarzalności.

Jednakże wielu z moich klientów nie wie jak przeprowadzić test powtarzalności. Proszą więc o procedury, listy kontrolne i konsultacje.

Po latach ciągłego pomagania klientom w wykonywaniu badań powtarzalności, zauważyłem, że nie napisałem formalnego przewodnika, który pomógłby tym klientom; ani nie zautomatyzował tego procesu.

Postanowiłem więc stworzyć przewodnik poświęcony badaniom powtarzalności, aby odpowiedzieć na wszystkie pytania, które mi zadano.

W tym przewodniku dowiesz się;

1. Co to jest niepewność typu A
2. Co to jest test powtarzalności
3. Jak wykonać test powtarzalności
4. Ile próbek należy pobrać
5. Jak pobrać próbki powtarzalne
6. Jak obliczyć powtarzalność (pojedynczy test)
7. How to Calculate Repeatability (Multiple Tests)
8. How to Add Repeatability to Your Uncertainty Budgets

Kliknij tutaj, aby pobrać arkusz powtarzalności testów &kalkulator za darmo!

Czym JEST NIEPEWNOŚĆ TYPU A

Pewność typu A to składnik niepewności, w którym dane są zbierane z serii obserwacji i oceniane przy użyciu metod statystycznych związanych z analizą wariancji (ANOVA).

Powszechnie określana jako Dane Typu A, Niepewność Typu A jest zwykle związana z wynikami badań powtarzalności i odtwarzalności. Jednakże, może być również związana z badaniem stabilności.

Zgodnie ze Słownikiem Metrologii Międzynarodowej (VIM), Niepewność Typu A jest składową niepewności pomiaru ocenianą przez analizę statystyczną wartości wielkości mierzonej, które zostały uzyskane w określonych warunkach pomiarowych.

CO TO JEST BADANIE POWTARZALNOŚCI

Badanie powtarzalności jest eksperymentem przeprowadzanym w celu oceny, jak powtarzalne są twoje wyniki w zestawie podobnych warunków.

Podczas wykonywania testu powtarzalności, będziesz chciał zebrać dane przy użyciu;

1. tej samej metody,
2. tego samego operatora,
3. tego samego sprzętu,
4. takich samych warunków środowiskowych,
5. tej samej lokalizacji, oraz
6. tej samej pozycji lub jednostki badanej.

Zasadniczo, chcesz zebrać powtarzalne wyniki w krótkim okresie czasu bez zmieniania czegokolwiek (jeśli to możliwe).

Według Słownictwa w Metrologii Międzynarodowej (VIM) powtarzalność pomiaru to precyzja pomiaru w zestawie powtarzalnych warunków pomiaru.

Więcej, VIM definiuje warunek powtarzalności pomiaru jako warunek pomiaru, z zestawu warunków, który obejmuje tę samą procedurę pomiarową, tych samych operatorów, ten sam system pomiarowy, te same warunki operacyjne, tę samą lokalizację i ten sam powtarzalny pomiar na tych samych lub podobnych obiektach w krótkim okresie czasu.

W związku z tym, musisz zdefiniować warunki pomiaru i zebrać powtarzalne wyniki w krótkim okresie czasu, abyś mógł ocenić precyzję swojego procesu.

W następnej sekcji dowiesz się krok po kroku, jak wykonać test powtarzalności.

Jak wykonać test powtarzalności

Aby obliczyć powtarzalność, musisz mieć procedurę.

Podobnie jak w przypadku każdego testu lub pomiaru wykonywanego w laboratorium, musisz mieć metodę lub procedurę, która poprowadzi Cię przez proces i zapewni spójność wyników.

W tej sekcji nauczysz się wykonywać test powtarzalności krok po kroku. Postępuj zgodnie z poniższymi instrukcjami, aby dodać dane testu powtarzalności do swojego budżetu niepewności.

Poniżej znajduje się lista kroków w tym procesie;

1. Wybrać funkcję pomiarową do zbadania,
2. Wybrać zakres pomiarowy,
3. Wybrać punkt(y) pomiarowy(e),
4. Wybrać metodę,
5. Wybrać sprzęt,
6. Wybrać operatora,
7. Wykonać badanie,
8. Zebrać liczbę n powtórzonych próbek,
9. Przeanalizuj swoje wyniki,
10. Zapisz wyniki (zalecane),
11. Dodaj wynik do budżetu niepewności.

Wybierz funkcję pomiarową

Przed rozpoczęciem wykonywania testu powtarzalności, dobrym pomysłem jest określenie, co zamierzasz testować.

Zacznij od wyboru funkcji pomiarowej, która będzie testowana.

Funkcją pomiarową będzie kategoria, która najlepiej opisuje Twój pomiar lub wynik testu, na przykład;

1. Generowanie/pomiar napięcia stałego
2. Długość
3. Generowanie/pomiar ciśnienia
4. Generowanie/pomiar momentu obrotowego
5. Źródło/temperatura

Jeśli masz problemy, spójrz na swój zakres akredytacji (lub zakres akredytacji innego laboratorium) i wybierz funkcję pomiarową, którą chciałbyś sprawdzić.

Wybierz zakres pomiarowy

Po wybraniu funkcji pomiarowej, wybierz zakres pomiarowy do sprawdzenia. Powinien on składać się z wybranej początkowej wartości pomiarowej i końcowej wartości pomiarowej; zwykle od niskiej do wysokiej.

Zalecam wybranie zakresu pomiarowego wymienionego w zakresie akredytacji lub w specyfikacji producenta sprzętu.

Wybór punktów pomiarowych

Teraz, gdy określiłeś zakres pomiarowy, nadszedł czas na wybór punktów pomiarowych do badania powtarzalności.

Jeśli zakładasz, że Twoja funkcja pomiarowa jest liniowa, będziesz musiał wybrać dwa punkty pomiarowe wzdłuż zakresu pomiarowego. Zazwyczaj powinna to być niska wartość i wysoka wartość.

Niektóre powszechne praktyki polegają na wyborze punktów testowych, które znajdują się w 10% i 90% zakresu pomiarowego lub w 20% i 100% zakresu pomiarowego. Aby uzyskać najlepsze wyniki, zalecam wybranie dwóch punktów kalibracji wzdłuż zakresu pomiarowego (jeśli są dostępne).

Jeśli zakładasz, że Twoja funkcja pomiarowa jest nieliniowa, możesz wybrać trzy lub więcej punktów testowych do oceny. Pomoże to uniknąć błędów spowodowanych krzywizną funkcji pomiaru.

Jeśli zdecydujesz się na wykonanie testu powtarzalności w trzech lub więcej punktach pomiarowych, postaraj się wybrać punkty pomiarowe rozmieszczone równomiernie, aby zapobiec błędom modelowania w równaniu przewidywania niepewności CMC.

Wybór metody

Kolejnym krokiem do wykonania testu powtarzalności jest wybór metody lub procedury pomiarowej. Będziesz chciał wybrać metodę lub procedurę, która najlepiej reprezentuje sposób wykonywania procesu pomiarowego.

Dobrym miejscem do rozpoczęcia jest użycie metody testowej lub procedury kalibracji, która najlepiej reprezentuje Twój proces pomiarowy. To pomoże Ci upewnić się, że oceniasz proces pomiarowy, który normalnie wykonujesz w swoim laboratorium.

Jeśli nie masz procedury, spróbuj ją napisać dla swojego procesu. Nawet jeśli procedura minimalnie obejmuje kroki procesu, to i tak jest to lepsze niż nic. Dodatkowo, pomoże Ci uzyskać spójne wyniki.

Wybór sprzętu

Podążając za wybraną metodą, wybierz sprzęt zalecany do wykonania Twojego procesu pomiarowego. Upewnij się, że sprzęt jest skalibrowany i działa prawidłowo przed użyciem.

Aby uzyskać najlepsze wyniki, wybierz najdokładniejszy sprzęt dostępny dla Ciebie. Sprzęt, który wybierzesz, będzie miał wpływ na wyniki. Dlatego wybierz najlepszy sprzęt.

Wybierz operatora

Wybierz operatora do wykonania testu powtarzalności. Wybierz operatora, który jest wykwalifikowany i doświadczony w wykonywaniu testu lub pomiaru.

Typowo, najbardziej doświadczeni lub wykwalifikowani operatorzy dadzą najlepsze wyniki.

Twoim celem powinno być osiągnięcie spójnych powtarzalnych wyników. Dlatego wybierz operatora, który pomoże ci to osiągnąć.

Przeprowadź test powtarzalności

Teraz, gdy ustaliłeś wszystkie swoje warunki, nadszedł czas, aby wykonać test powtarzalności dla funkcji pomiarowej, zakresu i punktów testowych, które wybrałeś używając metody, sprzętu i operatora, którego wybrałeś.

Wykonaj kroki od ósmego do jedenastego, aby przeprowadzić test powtarzalności.

Zbierz 'n’ Liczbę Próbek i Zapisz Wyniki

Podczas wykonywania testu powtarzalności, zbierz określoną liczbę powtarzających się próbek. Zazwyczaj zaleca się zebranie co najmniej 20 do 30 próbek, aby uzyskać statystycznie istotne wyniki.

Jednakże, zebranie 20 do 30 próbek nie zawsze jest praktyczne dla każdego testu lub pomiaru. Zamiast tego należy zebrać taką liczbę próbek, która jest najbardziej odpowiednia dla danej sytuacji i systemu pomiarowego.

Jeśli można zebrać tylko 5 próbek, ponieważ proces badania lub pomiaru jest czasochłonny lub pracochłonny, to należy zebrać tylko 5 próbek. Jeśli możesz zebrać 100 próbek, ponieważ proces badania lub pomiaru jest szybki i zautomatyzowany, wtedy zbierz 100 próbek.

Zbieraj tylko taką liczbę próbek, która jest najbardziej odpowiednia dla twojej sytuacji.

Analyze Your Results

Po zebraniu próbek, będziesz musiał przeanalizować swoje dane używając analizy wariancji (ANOVA). Oblicz średnią (tj. średnią), odchylenie standardowe i stopnie swobody.

Jeśli analizujesz pojedynczy zestaw danych, użyjesz obliczonego odchylenia standardowego i stopni swobody w swoim budżecie niepewności.

Jeżeli analizujesz wiele zestawów danych, będziesz musiał użyć metody połączonej wariancji do obliczenia połączonego odchylenia standardowego i stopni swobody dla twojego budżetu niepewności.

Zapisywanie wyników (zalecane)

Za każdym razem, gdy zbierasz dane, dobrym pomysłem jest zapisanie wyników. Przyda się to, jeśli będziesz musiał wrócić i przejrzeć swoje wyniki lub porównać je z innymi danymi testu powtarzalności.

Zawsze zalecam przechowywanie plików z danymi testu powtarzalności. Jednakże, nie musisz prowadzić rejestrów. Zamiast tego można po prostu zbierać dane typu A przy każdej aktualizacji budżetu niepewności. Wybór należy do Ciebie.

Dodaj wyniki do swojego budżetu niepewności

Na koniec dodaj wyniki testów powtarzalności do swoich budżetów niepewności. Utwórz pozycję liniową dla powtarzalności i uwzględnij odchylenie standardowe oraz stopnie swobody w swoim budżecie.

Charakteryzuj wyniki powtarzalności rozkładem normalnym, gdzie 'k’ jest równe jeden (tj. k=1).

Aby uzyskać instrukcje krok po kroku, przeczytaj poniższą sekcję: How to Add Repeatability to Your Uncertainty Budget.

HOW MANY SAMPLES SHOULD YOU COLLECT

Częstym pytaniem zadawanym przez ludzi podczas wykonywania testu powtarzalności jest, „Ile próbek powinienem zebrać?”Odpowiedź brzmi: „Tyle, ile jest to praktycznie możliwe.”

Jako ogólną zasadę kciuka, zwykle zaleca się zebranie od 20 do 30 próbek, aby uzyskać wiarygodność statystyczną. Jednakże, zasada ta nie ma zastosowania do każdego scenariusza.

Jeśli używasz automatyzacji i masz możliwość zebrania 100 lub więcej próbek w krótkim okresie czasu, to zbierz 100 lub więcej próbek. Jest to praktyczne dla twojego testu lub procesu pomiarowego.

Jeśli wykonujesz test lub pomiar, który jest trudny lub czasochłonny, może być trudno zebrać 20 do 30 próbek. Dlatego należy zebrać mniejszą liczbę próbek. W tej sytuacji bardziej praktyczne może być zebranie tylko trzech do pięciu próbek.

Pewnie należy wybrać liczbę próbek, która jest odpowiednia dla danego procesu pomiarowego.

Nie należy się nad tym zbytnio zastanawiać. Zacznij od 20 próbek i dostosuj liczbę zebranych próbek w zależności od sytuacji.

Jeśli chcesz manipulować swoimi wynikami, aby osiągnąć pożądany margines błędu (tj. odchylenie standardowe), użyj poniższego wzoru;

Jak obliczyć
1. Wybierz swój pożądany poziom ufności (z).
2. Wybierz swój pożądany margines błędu (MOE).
3. Pomnóż wynik z kroku 1 przez wartość przez odchylenie standardowe zbioru prób.
4. Podziel wynik przez margines błędu wybrany w kroku 2.
5. Podnieść do kwadratu wynik obliczony w kroku 4.

Jak zbierać powtórzone próbki

Podczas wykonywania testu powtarzalności niektórzy ludzie mylą się co do sposobu zbierania powtórzonych próbek. Uważają oni, że muszą;

1. Ustawić test,
2. zebrać wynik,
3. rozbić ustawienia i
4. powtórzyć proces 'n’ razy.

To nie jest prawda.

Przeprowadzenie testu powtarzalności zgodnie z tym procesem byłoby rygorystyczne i czasochłonne.

W zamian zastanów się, jak mógłbyś łatwiej i szybciej zebrać dane, gdybyś zastosował ten proces;

1. Ustaw test,
2. Zbierz wynik,
3. Powtórz 'n’ liczbę razy, i
4. Rozbij setup.

Jeśli zastosujesz się do tego procesu, będziesz w stanie wykonać test powtarzalności znacznie szybciej. Tak więc, aby testowanie powtarzalności było mniej rygorystyczne, upewnij się, że zbierasz powtarzające się próbki wstecz w krótkim okresie czasu.

Jeśli twój sprzęt pomiarowy wielokrotnie pobiera próbki wyników i odświeża wyświetlacz, zbierz 'n’ liczbę wyświetlanych wyników wstecz w krótkim okresie czasu.

Jeśli twój sprzęt pomiarowy wymaga ręcznego pobierania próbek, powtarzaj proces w kółko, aż zbierzesz pożądaną liczbę próbek.

Nie rozbijaj swojego zestawu do badań każdej próbki i powtarzaj. Ten proces byłby w rzeczywistości formą badania odtwarzalności, a nie badania powtarzalności.

Jak obliczyć powtarzalność (JEDEN TEST)

Analiza wyników pojedynczego testu powtarzalności jest całkiem prosta. Wystarczy obliczyć średnią, odchylenie standardowe, stopnie swobody.

1. Oblicz średnią,
2. Oblicz odchylenie standardowe,
3. Oblicz stopnie swobody.

W poniższych sekcjach dowiesz się, jak wykonać te obliczenia w programie Excel.

Oblicz średnią za pomocą programu Excel

Jak obliczyć
1. Wybierz komórkę, aby obliczyć średnią.
2. Wpisz „=AVERAGE(” w komórce.
3. Zaznacz komórki zawierające wyniki.
4. Wpisz „)” i naciśnij klawisz „Enter”.

Obliczanie odchylenia standardowego za pomocą programu Excel

How to Calculate
1. Wybierz komórkę, aby obliczyć odchylenie standardowe.
2. Wpisz „=STDEV(” w komórce.
3. Zaznacz komórki zawierające wyniki.
4. Wpisz „)” i naciśnij klawisz „Enter”.

Obliczanie stopni swobody za pomocą programu Excel

How to Calculate
1. Wybierz komórkę do obliczenia stopni swobody.
2. Wpisz „=COUNT(” w komórce.
3. Zaznacz komórki zawierające wyniki.
4. Wpisz „)-1” i naciśnij klawisz „Enter”.

JAK OBLICZYĆ POWTARZALNOŚĆ (WIELOKROTNE BADANIA)

Analiza wyników kilku badań powtarzalności jest bardziej złożona. Nie można uśrednić odchylenia standardowego, więc trzeba je połączyć, stosując metodę połączonych wariancji.

1. Oblicz średnią,
2. Oblicz odchylenie standardowe,
3. Oblicz stopnie swobody,
4. Oblicz zbiorcze odchylenie standardowe.

Oblicz średnią za pomocą Excela

How to Calculate
1. Wybierz komórkę, aby obliczyć średnią.
2. Wpisz „=AVERAGE(” w komórce.
3. Zaznacz komórki zawierające wyniki.
4. Wpisz „)” i naciśnij klawisz „Enter”.

Obliczanie odchylenia standardowego przy użyciu programu Excel

How to Calculate
1. Wybierz komórkę, aby obliczyć odchylenie standardowe.
2. Wpisz „=STDEV(” w komórce.
3. Zaznacz komórki zawierające wyniki.
4. Wpisz „)” i naciśnij klawisz „Enter”.

Obliczanie stopni swobody za pomocą programu Excel

How to Calculate
1. Zaznacz komórkę, aby obliczyć stopnie swobody.
2. Wpisz w komórce „=COUNT(„.
3. Zaznacz komórki zawierające wyniki.
4. Wpisz „)-1” i naciśnij klawisz „Enter”.

Calculate the Pooled Standard Deviation Using Excel

4a. Calculate the Weighted Variance

How to Calculate
1. Wybierz komórkę do obliczenia wariancji ważonej (tj. SS).
2. Wpisz w komórce „=CELL1*CELL2^2”.
3. Skopiuj i wklej funkcję do innych komórek.

4b. Oblicz całkowitą wariancję ważoną

How to Calculate
1. Wybierz komórkę, aby obliczyć całkowitą wariancję ważoną.
2. Wpisz „=SUM( ” w komórce.
3. Zaznacz komórki zawierające wyniki.
4. Wpisz „)” i naciśnij klawisz „Enter”.

4c. Obliczanie całkowitych stopni swobody

How to Calculate
1. Wybierz komórkę, aby obliczyć całkowite stopnie swobody.
2. Wpisz „=SUM( ” w komórce.
3. Zaznacz komórki zawierające wyniki.
4. Wpisz „)” i naciśnij klawisz „Enter”.

4d. Obliczanie zbiorczego odchylenia standardowego

How to Calculate
1. Wybierz komórkę, aby obliczyć zbiorcze odchylenie standardowe.
2. Wpisz „=SQRT( ” w komórce.
3. Wybierz komórkę zawierającą całkowitą wariancję ważoną (tj. ESS).
4. Wpisz „/ ” dla funkcji dzielenia.
5. Wybierz komórkę zawierającą całkowite stopnie swobody (tj. EDOF).
6. Wpisz „)” i naciśnij klawisz „Enter”.

Połączone odchylenie standardowe będzie twoją wartością dla powtarzalności, a całkowite stopnie swobody będą twoją wartością dla stopni swobody.

Jak dodać powtarzalność do budżetu niepewności

Po wykonaniu testu powtarzalności i przeanalizowaniu danych, będziemy chcieli dodać wyniki do budżetu niepewności.

Aby wykonać to zadanie, wystarczy postępować zgodnie z instrukcjami podanymi poniżej krok po kroku. Instrukcje powinny działać dla wszystkich kalkulatorów budżetu niepewności ISOBudgets i większości kalkulatorów budżetu niepewności oferowanych przez inne organizacje.

Jeśli nie masz kalkulatora budżetu niepewności, możesz go kupić tutaj.

Dodaj pozycję liniową do budżetu niepewności dla powtarzalności,

Wprowadź współczynnik wrażliwości dla powtarzalności (zazwyczaj „1”),

Wprowadź wartość niepewności (np. odchylenie standardowe) do budżetu niepewności,

Wprowadź jednostkę miary,

Wprowadź typ niepewności (zazwyczaj „A”),

Wybierz „normalny” rozkład prawdopodobieństwa,

Wybierz dzielnik gdzie k=1,

Wprowadź stopnie swobody.

LISTA KONTROLNA TESTU POWTARZALNOŚCI &KALKULATOR

Czy jesteś gotowy do przeprowadzenia testu powtarzalności?

Jeśli tak, to pobierz listę kontrolną testu powtarzalności i kalkulator. Lista kontrolna zawiera podsumowanie wszystkich instrukcji podanych w tym przewodniku, a kalkulator pomoże Ci przeanalizować wyniki, abyś mógł szybciej obliczyć powtarzalność.

Po prostu kliknij poniższy przycisk, aby pobrać.

Kliknij tutaj, aby pobrać arkusz kalkulacyjny do obliczania powtarzalności & za darmo!

KONKLUZJA

Przeprowadzenie testu powtarzalności jest najczęściej stosowaną metodą zbierania danych niepewności typu A. Jeśli Twoje laboratorium posiada akredytację ISO/IEC 17025 lub planuje uzyskać akredytację, będziesz musiał wykonać badanie powtarzalności i uwzględnić wyniki w budżecie niepewności.

W tym przewodniku powinieneś dowiedzieć się jak wykonać badanie powtarzalności i przeanalizować wyniki w celu obliczenia powtarzalności pomiaru. Ponadto, powinieneś poznać kilka dodatkowych wskazówek, które pomogą Ci zakończyć ten proces z większą pewnością siebie.

Obliczanie powtarzalności nie jest trudne, ale jest to zadanie, które niektórzy ludzie uważają za trudne do wykonania. Wykorzystaj informacje i narzędzia przedstawione w tym przewodniku, aby szybciej oszacować niepewność pomiaru i przygotować się do akredytacji.