Cum se efectuează un test de repetabilitate pentru estimarea incertitudinii de măsurare

INTRODUCERE

Efectuarea unui test de repetabilitate este o parte esențială a estimării incertitudinii de măsurare. Este cel mai frecvent experiment efectuat pentru a colecta date privind incertitudinea de tip A.

În plus, majoritatea organismelor de acreditare vă cer să includeți datele privind repetabilitatea în bugetele de incertitudine. Cu toate acestea, mulți oameni au probleme cu efectuarea unui test de repetabilitate. Ei nu știu cum să efectueze experimentul, să colecteze datele sau să analizeze rezultatele.

În acest ghid, veți afla tot ceea ce trebuie să știți despre testarea repetabilității;

1. Ce este un test de repetabilitate,
2. Cum să efectuați un test de repetabilitate și
3. Cum să calculați repetabilitatea.

În plus, am creat câteva instrumente grozave pentru a vă ajuta să efectuați un test de repetabilitate și să analizați rezultatele data viitoare când trebuie să estimați incertitudinea de măsurare.

BACKGROUND

În fiecare zi, lucrez cu clienți care au nevoie de ajutorul meu pentru a estima incertitudinea de măsurare. În timpul procesului, le cer de obicei clienților să efectueze teste de repetabilitate și reproductibilitate.

Cu toate acestea, mulți dintre clienții mei nu știu cum să efectueze un test de repetabilitate. Astfel, ei solicită proceduri, liste de verificare și consultanță.

După ani de zile în care am ajutat continuu clienții să efectueze un test de repetabilitate, am observat că nu am scris un ghid formal pentru a-i ajuta pe acești clienți; și nici nu am automatizat procesul.

De aceea, am decis să creez un ghid dedicat testului de repetabilitate pentru a răspunde la toate întrebările care mi-au fost adresate.

În acest ghid veți învăța;

1. Ce este incertitudinea de tip A
2. Ce este un test de repetabilitate
3. Cum se efectuează un test de repetabilitate
4. Câte probe ar trebui să colectați
5. Cum se colectează probe repetate
6. Cum se calculează repetabilitatea (test unic)
7. Cum să calculați repetabilitatea (teste multiple)
8. Cum să adăugați repetabilitatea la bugetele dumneavoastră de incertitudine

Click aici pentru a descărca gratuit calculatorul pentru testul de repetabilitate & cheatsheet &!

Ce este incertitudinea de tip A

Incertitudinea de tip A este o componentă a incertitudinii în care datele sunt colectate dintr-o serie de observații și evaluate folosind metode statistice asociate cu analiza varianței (ANOVA).

Denumite în mod obișnuit date de tip A, incertitudinea de tip A este de obicei asociată cu rezultatele testelor de repetabilitate și reproductibilitate. Cu toate acestea, ea poate fi, de asemenea, asociată cu testarea stabilității.

Conform Vocabularului de Metrologie Internațională (VIM), Evaluarea incertitudinii de măsurare de tip A este o componentă a incertitudinii de măsurare evaluată printr-o analiză statistică a valorilor mărimilor măsurate care au fost obținute în condiții de măsurare definite.

Ce este un test de repetabilitate

Un test de repetabilitate este un experiment efectuat pentru a evalua cât de repetabile sunt rezultatele dumneavoastră într-un set de condiții similare.

Când efectuați un test de repetabilitate, veți dori să colectați date utilizând;

1. Aceeași metodă,
2. Același operator,
3. Același echipament,
4. Aceleași condiții de mediu,
5. Aceeași locație și
6. Același articol sau unitate supusă testului.

În esență, doriți să colectați rezultate repetabile pe o perioadă scurtă de timp fără a schimba nimic (dacă este posibil).

Conform Vocabularului de Metrologie Internațională (VIM), repetabilitatea măsurătorilor este precizia măsurătorilor într-un set de condiții repetabile de măsurare.

În plus, VIM definește o condiție de repetabilitate a măsurării ca fiind o condiție de măsurare, dintr-un set de condiții care include aceeași procedură de măsurare, aceiași operatori, același sistem de măsurare, aceleași condiții de funcționare, aceeași locație și aceeași repetare a măsurării pe obiecte identice sau similare pe o perioadă scurtă de timp.

De aceea, trebuie să vă definiți condițiile de măsurare și să colectați rezultate repetabile pe o perioadă scurtă de timp, astfel încât să puteți evalua precizia procesului dumneavoastră.

În secțiunea următoare, veți învăța pas cu pas cum să efectuați un test de repetabilitate.

CUM SĂ EFECTUAȚI UN TEST DE REPETABILITATE

Pentru a calcula repetabilitatea, trebuie să aveți o procedură.

La fel ca la fiecare test sau măsurătoare efectuată în laboratorul dumneavoastră, trebuie să aveți o metodă sau o procedură care să vă ghideze în acest proces și să asigure consistența rezultatelor dumneavoastră.

În această secțiune, veți învăța să efectuați un test de repetabilitate pas cu pas. Urmați instrucțiunile de mai jos pentru a adăuga datele testului de repetabilitate la bugetele dumneavoastră de incertitudine.

Iată o listă a pașilor din acest proces;

1. Selectați funcția de măsurare care urmează să fie testată,
2. Selectați intervalul de măsurare,
3. Selectați punctul (punctele) de testare,
4. Selectați metoda,
5. Selectați echipamentul,
6. Selectați operatorul,
7. Efectuați testul,
8. Colectați numărul n de eșantioane repetate,
9. Analizați rezultatele,
10. Salvați o înregistrare a rezultatelor dumneavoastră (recomandat),
11. Adăugați rezultatul la bugetul dumneavoastră de incertitudine.

Selectați funcția de măsurare

Înainte de a începe efectuarea unui test de repetabilitate, este o idee bună să determinați ce veți testa.

Începeți prin a selecta funcția de măsurare care va fi testată.

Funcția de măsurare va fi categoria care descrie cel mai bine măsurarea sau rezultatul testului dumneavoastră, cum ar fi;

1. Generare/măsurare de tensiune continuă
2. Lungime
3. Generare/măsurare de presiune
4. Generare/măsurare de cuplu
5. Sursă/măsurare de temperatură

Dacă aveți probleme, aruncați o privire la domeniul dumneavoastră de acreditare (sau la domeniul de acreditare al altui laborator) și alegeți funcția de măsurare pe care doriți să o testați.

Select the Measurement Range

După selectarea funcției de măsurare, alegeți un interval de măsurare pentru testare. Aceasta ar trebui să fie formată dintr-o valoare de măsurare inițială aleasă și o valoare de măsurare finală; de obicei, de la mic la mare.

Vă recomandăm să alegeți un interval de măsurare listat în domeniul de acreditare sau în specificațiile producătorului echipamentului.

Selectați punctele de testare

Acum că ați specificat un domeniu de măsurare, este timpul să selectați punctele de testare pentru testul de repetabilitate.

Dacă presupuneți că funcția de măsurare este liniară, va trebui să selectați două puncte de testare de-a lungul domeniului de măsurare. De obicei, ar trebui să fie o valoare mică și o valoare mare.

Câteva practici comune sunt de a selecta puncte de testare care se află la 10% și 90% din intervalul de măsurare sau la 20% și 100% din intervalul de măsurare. Pentru cele mai bune rezultate, vă recomand să selectați două puncte de calibrare de-a lungul intervalului de măsurare (dacă sunt disponibile).

Dacă presupuneți că funcția de măsurare este neliniară, este posibil să doriți să selectați trei sau mai multe puncte de testare pentru evaluare. Acest lucru vă va ajuta să preveniți erorile datorate curburii funcției de măsurare.

Dacă decideți să efectuați un test de repetabilitate în trei sau mai multe puncte de testare, încercați să selectați puncte de testare spațiate uniform pentru a preveni erorile de modelare în ecuația de predicție a incertitudinii CMC.

Selectați metoda

Postul următor pentru efectuarea unui test de repetabilitate este selectarea metodei sau procedurii de măsurare. Veți dori să selectați o metodă sau o procedură care reprezintă cel mai bine modul în care se realizează procesul de măsurare.

Un bun punct de plecare este să utilizați o metodă de testare sau o procedură de calibrare care reprezintă cel mai bine procesul dumneavoastră de măsurare. Acest lucru vă va ajuta să vă asigurați că evaluați un proces de măsurare pe care l-ați efectua în mod normal în laboratorul dumneavoastră.

Dacă nu aveți o procedură, încercați să scrieți una pentru procesul dumneavoastră. Chiar dacă procedura acoperă în mod minimal etapele procesului, este totuși mai bună decât nimic. În plus, vă va ajuta să obțineți rezultate consecvente.

Selectați echipamentul

În urma metodei alese, selectați echipamentul recomandat pentru a efectua procesul de măsurare. Asigurați-vă că echipamentul este calibrat și funcționează corect înainte de utilizare.

Pentru cele mai bune rezultate, selectați cel mai precis echipament pe care îl aveți la dispoziție. Echipamentul pe care îl alegeți va afecta rezultatele. Așadar, selectați cel mai bun echipament.

Selectați operatorul

Selectați un operator pentru a efectua testul de repetabilitate. Alegeți un operator care este calificat și cu experiență în efectuarea testului sau a măsurătorii.

Tipic, cei mai experimentați sau calificați operatori vor da cele mai bune rezultate.

Obiectivul dumneavoastră ar trebui să fie obținerea unor rezultate repetabile consistente. Prin urmare, alegeți un operator care vă va ajuta să îl atingeți.

Realizați testul de repetabilitate

Acum că ați stabilit toate condițiile, este timpul să efectuați un test de repetabilitate pentru funcția de măsurare, intervalul și punctele de testare pe care le-ați selectat, folosind metoda, echipamentul și operatorul pe care le-ați selectat.

Realizați pașii de la opt la unsprezece pentru a efectua un test de repetabilitate.

Colectați un număr ‘n’ de probe și înregistrați rezultatele

Când efectuați un test de repetabilitate, colectați un număr definit de probe repetate. În mod obișnuit, se recomandă să colectați cel puțin 20 până la 30 de eșantioane pentru a obține rezultate semnificative din punct de vedere statistic.

Cu toate acestea, colectarea a 20 până la 30 de eșantioane nu este întotdeauna practică pentru fiecare test sau măsurare. În schimb, colectați numărul de eșantioane care este cel mai potrivit pentru situația și sistemul dvs. de măsurare.

Dacă puteți colecta doar 5 eșantioane deoarece procesul de testare sau de măsurare necesită mult timp sau multă muncă, atunci colectați doar 5 eșantioane. Dacă puteți colecta 100 de eșantioane deoarece procesul de testare sau de măsurare este rapid și automatizat, atunci colectați 100 de eșantioane.

Colectați numai numărul de eșantioane care este cel mai potrivit pentru situația dumneavoastră.

Analizați-vă rezultatele

După colectarea eșantioanelor, va trebui să vă analizați datele utilizând analiza varianței (ANOVA). Calculați media (adică media), abaterea standard și gradele de libertate.

Dacă analizați un singur set de date, veți folosi abaterea standard și gradele de libertate calculate în bugetul dumneavoastră de incertitudine.

Dacă analizați mai multe seturi de date, va trebui să utilizați metoda varianței cumulate pentru a calcula abaterea standard cumulată și gradele de libertate pentru bugetul dumneavoastră de incertitudine.

Salvați o înregistrare a rezultatelor dumneavoastră (Recomandat)

De fiecare dată când colectați date, este o idee bună să salvați o înregistrare a rezultatelor dumneavoastră. Aceasta va fi utilă dacă trebuie să vă întoarceți și să vă revizuiți rezultatele sau să le comparați cu alte date ale testelor de repetabilitate.

Întotdeauna vă recomand să păstrați fișiere pentru datele testelor de repetabilitate. Cu toate acestea, nu trebuie să păstrați dosare. În schimb, puteți pur și simplu să colectați datele de tip A de fiecare dată când vă actualizați bugetele de incertitudine. Alegerea vă aparține.

Adaugați rezultatele la bugetul dumneavoastră de incertitudine

În cele din urmă, adăugați rezultatele testelor de repetabilitate la bugetele dumneavoastră de incertitudine. Creați o rubrică pentru repetabilitate și includeți abaterea standard și gradele de libertate în bugetul dumneavoastră.

Caracterizați rezultatele repetabilității dumneavoastră cu o distribuție normală în care „k” este egal cu unu (adică k=1).

Pentru instrucțiuni pas cu pas, citiți secțiunea de mai jos: How to Add Repeatability to Your Uncertainty Budget.

CÂTE EȘANTIOANE TREBUIE SĂ COLECTĂM

O întrebare frecventă pe care oamenii o pun atunci când efectuează un test de repetabilitate este: „Câte eșantioane ar trebui să colectez?”

Răspunsul este: „Câte puteți, practic.”

Ca regulă generală, se recomandă de obicei să colectați între 20 și 30 de eșantioane pentru a fi solide din punct de vedere statistic. Cu toate acestea, această regulă nu se aplică în orice scenariu.

Dacă folosiți automatizarea și aveți capacitatea de a colecta 100 sau mai multe probe într-o perioadă scurtă de timp, atunci colectați 100 sau mai multe probe. Este practic pentru procesul dvs. de testare sau măsurare.

Dacă efectuați un test sau o măsurare dificilă sau care necesită mult timp, poate fi dificil să colectați 20 sau 30 de probe. Prin urmare, ar trebui să colectați mai puține probe. În această situație, poate fi mai practic să colectați doar trei până la cinci eșantioane.

Asigurați-vă că selectați numărul de eșantioane care este adecvat pentru procesul dumneavoastră de măsurare.

Nu vă gândiți prea mult. Începeți cu 20 de eșantioane și ajustați numărul de eșantioane colectate după cum este necesar, în funcție de situația dumneavoastră.

Dacă doriți să manipulați rezultatele pentru a obține o marjă de eroare dorită (de exemplu, abaterea standard), utilizați formula de mai jos;

Cum se calculează
1. Alegeți nivelul de încredere (z) dorit (z).
2. Alegeți marja de eroare (MOE) dorită (MOE).
3. Înmulțiți rezultatul de la pasul 1 cu valoarea deviației standard a setului de eșantioane.
4. Împărțiți rezultatul cu marja de eroare selectată la pasul 2.
5. Ridicați la pătrat rezultatul calculat la pasul 4.

CUM SE COLECTĂ EȘANTIOANELE REPETATE

Când se efectuează un test de repetabilitate, unele persoane sunt confuze cu privire la modul de colectare a eșantioanelor repetate. Aceștia cred că trebuie;

1. Să configureze un test,
2. Să colecteze un rezultat,
3. Să descompună configurația și
4. Să repete procesul de „n” ori.

Acest lucru nu este adevărat.

Conducerea unui test de repetabilitate urmând acest proces ar fi riguroasă și consumatoare de timp.

În schimb, gândiți-vă cum ați putea colecta datele mai ușor și mai rapid dacă ați urma acest proces;

1. 1. Configurați un test,
2. Colectați un rezultat,
3. Repetați un număr „n” de ori și
4. Descompuneți configurația.

Dacă ați urma acest proces, ați putea finaliza un test de repetabilitate mult mai rapid. Așadar, pentru ca testele de repetabilitate să fie mai puțin riguroase, asigurați-vă că colectați eșantioane repetate una după alta pe o perioadă scurtă de timp.

Dacă echipamentul dvs. de măsurare eșantionează în mod repetat rezultatele și reîmprospătează afișajul, colectați un număr ‘n’ de rezultate afișate succesiv într-o perioadă scurtă de timp.

Dacă echipamentul dvs. de măsurare necesită eșantionare manuală, repetați procesul la nesfârșit până când colectați numărul dorit de eșantioane.

Nu descompuneți setul de testare la fiecare eșantionare și repetați. Acest proces ar fi de fapt o formă de testare a reproductibilității, nu de testare a repetabilității.

CUM CALCULAȚI REPETABILITATEA (UN SINGUR TEST)

Analiza rezultatelor unui singur test de repetabilitate este destul de simplă. Trebuie doar să calculați media, abaterea standard, gradele de libertate.

1. Calculați media,
2. Calculați abaterea standard,
3. Calculați gradele de libertate.

În secțiunile de mai jos, veți învăța cum să efectuați aceste calcule în Excel.

Calculați media folosind Excel

Cum se calculează
1. Selectați o celulă pentru a calcula media.
2. Tastați „=AVERAGE(” în celulă.
3. Selectați celulele care conțin rezultatele.
4. Tastați „)” și apăsați tasta „Enter”.

Calculați abaterea standard folosind Excel

Cum se calculează
1. Selectați o celulă pentru a calcula abaterea standard.
2. Tastați „=STDEV(” în celulă.
3. Selectați celulele care conțin rezultatele.
4. Tastați „)” și apăsați tasta „Enter”.

Calculați gradele de libertate folosind Excel

Cum se calculează
1. Selectați o celulă pentru a calcula gradele de libertate.
2. Tastați „=COUNT(” în celulă.
3. Selectați celulele care conțin rezultatele dumneavoastră.
4. Tastați „)-1” și apăsați tasta „Enter”.

CUM CALCULAȚI REPETABILITATEA (TESTE MULTIPLE)

Analiza rezultatelor mai multor teste de repetabilitate este mai complexă. Nu puteți face o medie a abaterii standard, așa că trebuie să le puneți în comun folosind metoda varianței puse în comun.

1. Calculați media,
2. Calculați abaterea standard,
3. Calculați gradele de libertate,
4. Calculați abaterea standard pusă în comun.

Calculați media folosind Excel

Cum se calculează
1. Selectați o celulă pentru a calcula media.
2. Tastați „=AVERAGE(” în celulă.
3. Selectați celulele care conțin rezultatele.
4. Tastați „)” și apăsați tasta „Enter”.

Calculați abaterea standard folosind Excel

Cum se calculează
1. Selectați o celulă pentru a calcula abaterea standard.
2. Tastați „=STDEV(” în celulă.
3. Selectați celulele care conțin rezultatele.
4. Tastați „)” și apăsați tasta „Enter”.

Calculați gradele de libertate folosind Excel

Cum se calculează
1. Selectați o celulă pentru a calcula gradele de libertate.
2. Tastați „=COUNT(” în celulă.
3. Selectați celulele care conțin rezultatele.
4. Tastați „)-1” și apăsați tasta „Enter”.

Calculați abaterea standard grupată folosind Excel

4a. Calculați varianța ponderată

Cum se calculează
1. Selectați o celulă pentru a calcula varianța ponderată (adică SS).
2. Tastați „=CELL1*CELL2^2” în celulă.
3. Copiați și lipiți funcția în alte celule.

4b. Calculați varianța totală ponderată

Cum se calculează
1. Selectați o celulă pentru a calcula varianța totală ponderată.
2. Tastați „=SUM( ” în celulă.
3. Selectați celulele care conțin rezultatele.
4. Tastați „)” și apăsați tasta „Enter”.

4c. Calculați gradele totale de libertate

Cum se calculează
1. Selectați o celulă pentru a calcula gradele totale de libertate.
2. Tastați „=SUM( ” în celulă.
3. Selectați celulele care conțin rezultatele dumneavoastră.
4. Tastați „)” și apăsați tasta „Enter”.

4d. Calculați deviația standard cumulată

Cum se calculează
1. Selectați o celulă pentru a calcula abaterea standard grupată.
2. Tastați „=SQRT( ” în celulă.
3. Selectați celula care conține varianța totală ponderată (adică ESS).
4. Tastați „/ ” pentru funcția de divizare.
5. Selectați celula care conține gradele totale de libertate (adică EDOF).
6. Tastați „)” și apăsați tasta „Enter”.

Deviația standard cumulată va fi valoarea dvs. pentru repetabilitate, iar gradele totale de libertate vor fi valoarea dvs. pentru gradele de libertate.

CUM ADĂUGĂM REPETABILITATEA LA BUGETUL DE INCERTITUDINE

După ce ați efectuat un test de repetabilitate și ați analizat datele, veți dori să adăugați rezultatele la bugetul de incertitudine.

Pentru a finaliza această sarcină, trebuie doar să urmați instrucțiunile pas cu pas enumerate mai jos. Instrucțiunile ar trebui să funcționeze pentru orice calculator de buget de incertitudine ISOBudgets și pentru majoritatea calculatoarelor de buget de incertitudine oferite de alte organizații.

Dacă nu aveți un calculator de buget de incertitudine, puteți cumpăra unul aici.

Adaugați o rubrică la bugetul de incertitudine pentru repetabilitate,

Introduceți coeficientul de sensibilitate pentru repetabilitate (de obicei „1”),

Introduceți valoarea incertitudinii (de ex. abaterea standard) la bugetul de incertitudine,

Introduceți unitatea de măsură,

Introduceți tipul de incertitudine (de obicei „A”),

Selectați distribuția de probabilitate „Normală”,

Selectați divizorul unde k=1,

Introduceți gradele de libertate.

LISTA DE VERIFICARE A TESTULUI DE REPETABILITATE & CALCULATOR

Sunteți gata să efectuați un test de repetabilitate?

Dacă da, obțineți lista de verificare a testului de repetabilitate și calculatorul. Lista de verificare va oferi un rezumat al tuturor instrucțiunilor furnizate în acest ghid, iar calculatorul vă va ajuta să vă analizați rezultatele, astfel încât să puteți calcula repetabilitatea mai rapid.

Doar faceți clic pe butonul de mai jos pentru a descărca.

Click aici pentru a descărca gratuit calculatorul pentru testul de repetabilitate & cheatsheet &!

CONCLUZIE

Realizarea unui test de repetabilitate este cea mai frecventă metodă utilizată pentru a colecta date de incertitudine de tip A. Dacă laboratorul dvs. este acreditat ISO/CEI 17025 sau plănuiește să se acrediteze, va trebui să efectuați teste de repetabilitate și să includeți rezultatele în bugetele dvs. de incertitudine.

În acest ghid, ar trebui să fi învățat cum să efectuați un test de repetabilitate și să analizați rezultatele pentru a calcula repetabilitatea măsurătorilor. În plus, ar fi trebuit să fi învățat câteva sfaturi suplimentare pentru a vă ajuta să finalizați procesul cu mai multă încredere.

Calcularea repetabilității nu este dificilă, dar este o sarcină pe care unii oameni o consideră dificil de îndeplinit. Utilizați informațiile și instrumentele furnizate în acest ghid pentru a vă ajuta să estimați mai rapid incertitudinea de măsurare și să vă pregătiți pentru acreditare.

.