Hur man utför ett repeterbarhetstest för att uppskatta mätosäkerheten

INLEDNING

Uppförandet av ett repeterbarhetstest är en väsentlig del av uppskattningen av mätosäkerheten. Det är det vanligaste experimentet som utförs för att samla in data om osäkerhet av typ A.

Det är dessutom så att de flesta ackrediteringsorgan kräver att du inkluderar data om repeterbarhet i dina osäkerhetsbudgetar. Många människor har dock problem med att utföra ett repeterbarhetstest. De vet inte hur de ska utföra experimentet, samla in data eller analysera resultaten.

I den här guiden kommer du att lära dig allt du behöver veta om repeterbarhetstestning;

1. Vad är ett repeterbarhetstest,
2. Hur man utför ett repeterbarhetstest och
3. Hur man beräknar repeterbarhet.

På samma sätt har jag skapat några bra verktyg som hjälper dig att utföra ett repeterbarhetstest och analysera resultaten nästa gång du behöver uppskatta mätosäkerheten.

BACKGROUND

Varje dag arbetar jag med klienter som behöver min hjälp för att uppskatta osäkerheten i mätningar. Under processen ber jag vanligtvis kunderna att utföra repeterbarhets- och reproducerbarhetstester.

Många av mina kunder vet dock inte hur man utför ett repeterbarhetstest. Så de ber om rutiner, checklistor och konsultation.

Efter att i flera år kontinuerligt ha hjälpt klienter att utföra ett repeterbarhetstest märkte jag att jag inte hade skrivit någon formell guide för att hjälpa dessa klienter; och inte heller för att automatisera processen.

Därför bestämde jag mig för att skapa en guide som är dedikerad till repeterbarhetstestning för att besvara alla de frågor som jag har fått.

I den här guiden kommer du att få lära dig:

1. Vad är osäkerhet av typ A
2. Vad är ett repeterbarhetstest
3. Hur man utför ett repeterbarhetstest
4. Hur många prover man bör samla in
5. Hur man samlar in upprepade prover
6. Hur man beräknar repeterbarhet (ett enda test)
7. Hur man beräknar repeterbarhet (flera tester)
8. Hur man lägger till repeterbarhet i sina osäkerhetsbudgetar

Klicka här för att ladda ner repeterbarhetstestfuskbladet &kalkylatorn gratis!

Vad är typ A osäkerhet

Typ A osäkerhet är en osäkerhetskomponent där data samlas in från en serie observationer och utvärderas med hjälp av statistiska metoder som är förknippade med variansanalys (ANOVA).

Som vanligen kallas typ A data är typ A osäkerhet vanligtvis förknippad med resultaten av repeterbarhets- och reproducerbarhetstester. Det kan dock också förknippas med stabilitetstestning.

Enligt Vocabulary in International Metrology (VIM) är Typ A Utvärdering av mätosäkerhet en komponent av mätosäkerhet som utvärderas genom en statistisk analys av uppmätta kvantitetsvärden som erhållits under definierade mätförhållanden.

Vad är ett upprepbarhetstest

Ett upprepbarhetstest är ett experiment som utförs för att utvärdera hur upprepbara dina resultat är under en uppsättning liknande förhållanden.

När du utför ett repeterbarhetstest vill du samla in data med hjälp av;

1. samma metod,
2. samma operatör,
3. samma utrustning,
4. samma miljöförhållanden,
5. samma plats, och
6. samma objekt eller enhet som testas.

I huvudsak vill man samla in upprepbara resultat under en kort tidsperiod utan att ändra något (om möjligt).

Enligt Vocabulary in International Metrology (VIM) är repeterbarhet vid mätning mätprecision under en uppsättning repeterbara mätförhållanden.

För övrigt definierar VIM ett upprepningsbart mätvillkor som ett mätvillkor, ur en uppsättning villkor som innefattar samma mätförfarande, samma operatörer, samma mätsystem, samma driftsförhållanden, samma plats och samma replikatmätning på samma eller liknande objekt under en kort tidsperiod.

Därmed måste du definiera dina mätvillkor och samla in repeterbara resultat under en kort tidsperiod så att du kan utvärdera precisionen i din process.

I nästa avsnitt lär du dig steg för steg hur du utför ett repeterbarhetstest.

Hur man utför ett repeterbarhetstest

För att beräkna repeterbarhet måste du ha en procedur.

I likhet med varje test eller mätning som utförs i ditt laboratorium måste du ha en metod eller ett förfarande som vägleder dig genom processen och säkerställer att dina resultat är konsekventa.

I det här avsnittet kommer du att lära dig att utföra ett repeterbarhetstest steg för steg. Följ instruktionerna nedan för att lägga till data från repeterbarhetstestet till dina osäkerhetsbudgetar.

Här är en lista över stegen i denna process;

1. Välj den mätfunktion som ska testas,
2. Välj mätområde,
3. Välj testpunkt(er),
4. Välj metod,
5. Välj utrustning,
6. Välj operatör,
7. Utför testet,
8. Samla in antalet n upprepade prov,
9. Analysera dina resultat,
10. Spara ett register över dina resultat (rekommenderas),
11. Lägg till resultatet i din osäkerhetsbudget.

Välj mätfunktion

Innan du börjar utföra ett repeterbarhetstest är det bra att bestämma vad du ska testa.

Start med att välja den mätfunktion som ska testas.

Mätfunktionen kommer att vara den kategori som bäst beskriver din mätning eller ditt testresultat, t.ex;

1. DC-spänning generera/mått
2. Längd
3. Tryck generera/mått
4. Moment generera/mått
5. Temperaturkälla/mått

Om du har problem, ta en titt på ditt ackrediteringsområde (eller ett annat laboratoriums ackrediteringsområde) och välj den mätfunktion som du vill testa.

Välj mätområde

När du valt mätfunktionen väljer du ett mätområde att testa. Detta bör bestå av ett valt startmätvärde och ett slutmätvärde; vanligtvis låg till hög.

Jag rekommenderar att du väljer ett mätområde som anges i ditt ackrediteringsområde eller i utrustningstillverkarens specifikationer.

Välj testpunkter

När du nu har angett ett mätområde är det dags att välja testpunkter för ditt repeterbarhetstest.

Om du utgår från att din mätfunktion är linjär, måste du välja två testpunkter längs mätområdet. Typiskt sett ska det vara ett lågt värde och ett högt värde.

En del vanliga metoder är att välja testpunkter som ligger vid 10 % och 90 % av mätområdet eller vid 20 % och 100 % av mätområdet. För bästa resultat rekommenderar jag att du väljer två kalibreringspunkter längs mätområdet (om det finns tillgängligt).

Om du antar att din mätfunktion är icke-linjär kan du välja tre eller fler testpunkter att utvärdera. Detta hjälper dig att förhindra fel på grund av mätfunktionens krökning.

Om du bestämmer dig för att utföra ett repeterbarhetstest vid tre eller fler testpunkter, försök att välja testpunkter med jämnt avstånd för att förhindra modelleringsfel i din CMC-osäkerhetsprediktionsekvation.

Välj metod

Nästa steg för att utföra ett repeterbarhetstest är att välja mätmetod eller -förfarande. Du vill välja en metod eller ett förfarande som bäst representerar hur mätprocessen utförs.

En bra början är att använda en testmetod eller ett kalibreringsförfarande som bäst representerar din mätprocess. Detta hjälper dig att se till att du utvärderar en mätprocess som du normalt skulle utföra i ditt laboratorium.

Om du inte har någon procedur, försök att skriva en för din process. Även om förfarandet minimalt täcker processens steg är det ändå bättre än ingenting. Dessutom hjälper det dig att få konsekventa resultat.

Välj utrustning

Följande den valda metoden, välj den utrustning som rekommenderas för att utföra din mätprocess. Se till att utrustningen är kalibrerad och fungerar som den ska innan den används.

För bästa resultat ska du välja den mest exakta utrustningen som du har tillgång till. Den utrustning du väljer påverkar resultaten. Välj därför den bästa utrustningen.

Välj operatör

Välj en operatör för att utföra repeterbarhetstestet. Välj en operatör som är kvalificerad och har erfarenhet av att utföra testet eller mätningen.

Typiskt sett kommer dina mest erfarna eller kvalificerade operatörer att ge de bästa resultaten.

Ditt mål bör vara att uppnå konsekventa repeterbara resultat. Välj därför en operatör som hjälper dig att uppnå det.

Uppför repeterbarhetstestet

När du nu har fastställt alla dina villkor är det dags att utföra ett repeterbarhetstest för den mätfunktion, det mätområde och de testpunkter som du har valt med hjälp av den metod, utrustning och operatör som du har valt.

Uppför steg åtta till elva för att utföra ett repeterbarhetstest.

Samla in ’n’ antal prover och registrera dina resultat

När du utför ett repeterbarhetstest ska du samla in ett definierat antal upprepade prover. Vanligtvis rekommenderas att du samlar in minst 20 till 30 prover för att få statistiskt signifikanta resultat.

Det är dock inte alltid praktiskt möjligt att samla in 20 till 30 prover för varje test eller mätning. Samla i stället in det antal prover som är lämpligast för din situation och ditt mätsystem.

Om du bara kan samla in 5 prover på grund av att test- eller mätprocessen är tidskrävande eller arbetskrävande, samla då bara in 5 prover. Om du kan samla in 100 prover eftersom din test- eller mätprocess är snabb och automatiserad, samla då in 100 prover.

Samla bara in det antal prover som är lämpligast för din situation.

Analysera dina resultat

När du har samlat in prover måste du analysera dina data med hjälp av variansanalys (ANOVA). Beräkna medelvärdet (dvs. genomsnittet), standardavvikelsen och frihetsgraderna.

Om du analyserar en enda uppsättning data kommer du att använda den beräknade standardavvikelsen och frihetsgraderna i din osäkerhetsbudget.

Om du analyserar flera uppsättningar data måste du använda metoden för poolad varians för att beräkna den poolade standardavvikelsen och frihetsgraderna för din osäkerhetsbudget.

Spara ett register över dina resultat (Rekommenderas)

Varje gång du samlar in data är det en bra idé att spara ett register över dina resultat. Det kommer att vara praktiskt om du behöver gå tillbaka och granska dina resultat eller jämföra dem med andra data från repeterbarhetstester.

Jag rekommenderar alltid att du sparar filer för dina data från repeterbarhetstester. Du behöver dock inte föra register. Istället kan du bara samla in typ A-data varje gång du uppdaterar dina osäkerhetsbudgetar. Valet är ditt.

Lägg resultaten till din osäkerhetsbudget

För att slutligen lägga till dina resultat från repeterbarhetstesterna till dina osäkerhetsbudgetar. Skapa en post för repeterbarhet och inkludera standardavvikelsen och frihetsgraderna i din budget.

Karaktärisera dina repeterbarhetsresultat med en normalfördelning där ”k” är lika med ett (dvs. k=1).

För steg för steg-instruktioner, läs avsnittet nedan: Hur du lägger till repeterbarhet i din osäkerhetsbudget.

Hur många prover ska du samla in

En vanlig fråga som folk ställer när de utför ett repeterbarhetstest är: ”Hur många prover ska jag samla in?”

Svaret är: ”Så många du praktiskt taget kan.”

Som en allmän tumregel rekommenderas vanligtvis att samla in 20 till 30 prover för att vara statistiskt tillförlitlig. Denna regel är dock inte tillämplig på alla scenarier.

Om du använder automatisering och har möjlighet att samla in 100 eller fler prover under en kort tidsperiod, samla då in 100 eller fler prover. Det är praktiskt för din test- eller mätprocess.

Om du utför ett test eller en mätning som är svår eller tidskrävande kan det vara svårt att samla in 20 till 30 prover. Därför bör du samla in färre prover. I denna situation kan det vara mer praktiskt att endast samla in tre till fem prover.

Se till att välja det antal prover som är lämpligt för din mätprocess.

Tänk inte för mycket. Börja med 20 prover och justera antalet insamlade prover efter behov utifrån din situation.

Om du vill manipulera dina resultat för att uppnå en önskad felmarginal (dvs. standardavvikelse), använd formeln nedan;

Hur man beräknar
1. Välj önskad konfidensnivå (z).
2. Välj önskad felmarginal (MOE).
3. Multiplicera resultatet från steg 1 med värdet av standardavvikelsen för stickprovsgruppen.
4. Dela resultatet med den felmarginal som valdes i steg 2.
5. Kvadrera det resultat som beräknades i steg 4.

Hur man samlar in upprepade prover

När man utför ett repeterbarhetstest blir en del personer förvirrade över hur man samlar in upprepade prover. De tror att de måste;

1. Upprätta ett test,
2. Samla in ett resultat,
3. Bryta ner uppställningen, och
4. Upprepa processen ”n” antal gånger.

Detta är inte sant.

Det skulle vara rigoröst och tidskrävande att genomföra ett repeterbarhetstest enligt den processen.

Tänk i stället på hur du skulle kunna samla in data enklare och snabbare om du följde den här processen;

1. Sätt upp ett test,
2. Samla in ett resultat,
3. Upprepa ”n” antal gånger, och
4. Bryt ner uppställningen.

Om du följer denna process skulle du kunna genomföra ett repeterbarhetstest mycket snabbare. För att göra upprepningstesterna mindre rigorösa kan du se till att samla in upprepade prover i tur och ordning under en kort tidsperiod.

Om din mätutrustning upprepade gånger tar prov på resultaten och uppdaterar displayen, samla in ”n” antal visade resultat bakåt under en kort tidsperiod.

Om din mätutrustning kräver manuell provtagning, upprepa processen om och om igen tills du har samlat in önskat antal prover.

Bryt inte ner din testuppställning för varje prov och upprepning. Den processen skulle faktiskt vara en form av reproducerbarhetstestning, inte repeterbarhetstestning.

Hur man beräknar repeterbarhet (enstaka test)

Analysera resultaten av ett enstaka repeterbarhetstest är ganska enkelt. Beräkna bara medelvärde, standardavvikelse och frihetsgrader.

1. Beräkna medelvärdet,
2. Beräkna standardavvikelsen,
3. Beräkna frihetsgrader.

I avsnitten nedan lär du dig att utföra dessa beräkningar i Excel.

Beräkna medelvärdet med hjälp av Excel

Hur man beräknar
1. Markera en cell för att beräkna medelvärdet.
2. Skriv ”=MEDELVÄRDE(” i cellen.
3. Markera cellerna som innehåller dina resultat.
4. Skriv ”)” och tryck på ”Enter”-tangenten.

Beräkna standardavvikelsen med Excel

Hur man beräknar
1. Välj en cell för att beräkna standardavvikelsen.
2. Skriv ”=STDEV(” i cellen.
3. Välj de celler som innehåller dina resultat.
4. Skriv ”)” och tryck på ”Enter”-tangenten.

Beräkna frihetsgrader med hjälp av Excel

Hur man beräknar
1. Välj en cell för att beräkna frihetsgrader.
2. Skriv ”=COUNT(” i cellen.
3. Välj de celler som innehåller dina resultat.
4. Skriv ”)-1” och tryck på ”Enter”-knappen.

Hur man beräknar upprepningsbarhet (flera tester)

Analysen av resultaten av flera upprepningsbarhetstester är mer komplex. Du kan inte göra ett genomsnitt av standardavvikelsen, så du måste slå samman dem med hjälp av metoden för sammanlagd varians.

1. Beräkna medelvärdet,
2. Beräkna standardavvikelsen,
3. Beräkna frihetsgrader,
4. Beräkna den poolade standardavvikelsen.

Beräkna medelvärdet med hjälp av Excel

Hur man beräknar
1. Markera en cell för att beräkna medelvärdet.
2. Skriv ”=MEDELVÄRDE(” i cellen.
3. Markera cellerna som innehåller dina resultat.
4. Skriv ”)” och tryck på ”Enter”-tangenten.

Beräkna standardavvikelsen med Excel

Hur man beräknar
1. Välj en cell för att beräkna standardavvikelsen.
2. Skriv ”=STDEV(” i cellen.
3. Välj de celler som innehåller dina resultat.
4. Skriv ”)” och tryck på ”Enter”-tangenten.

Beräkna frihetsgrader med hjälp av Excel

Hur man beräknar
1. Välj en cell för att beräkna frihetsgrader.
2. Skriv ”=COUNT(” i cellen.
3. Välj de celler som innehåller dina resultat.
4. Skriv ”)-1” och tryck på ”Enter”-tangenten.

Beräkna poolad standardavvikelse med hjälp av Excel

4a. Beräkna den viktade variansen

Hur man beräknar
1. Välj en cell för att beräkna den viktade variansen (dvs. SS).
2. Skriv ”=CELL1*CELL2^2” i cellen.
3. Kopiera och klistra in funktionen i andra celler.

4b. Beräkna den totala viktade variansen

Hur man beräknar
1. Markera en cell för att beräkna den totala viktade variansen.
2. Skriv ”=SUM( ” i cellen.
3. Markera de celler som innehåller dina resultat.
4. Skriv ”)” och tryck på ”Enter”-knappen.

4c. Beräkna de totala frihetsgraderna

Hur man beräknar
1. Välj en cell för att beräkna de totala frihetsgraderna.
2. Skriv ”=SUM( ” i cellen.
3. Välj de celler som innehåller dina resultat.
4. Skriv ”)” och tryck på ”Enter”-knappen.

4d. Beräkna poolad standardavvikelse

Hur man beräknar
1. Välj en cell för att beräkna den poolade standardavvikelsen.
2. Skriv ”=SQRT( ” i cellen.
3. Välj den cell som innehåller den totala viktade variansen (dvs. ESS).
4. Skriv ”/ ” för divideringsfunktionen.
5. Välj cellen som innehåller de totala frihetsgraderna (dvs. EDOF).
6. Skriv ”)” och tryck på ”Enter”-tangenten.

Den sammanlagda standardavvikelsen blir ditt värde för repeterbarhet, och de totala frihetsgraderna blir ditt värde för frihetsgrader.

Hur du lägger till repeterbarhet till din budget för osäkerhet

När du har utfört ett repeterbarhetstest och analyserat dina data vill du lägga till resultaten till din budget för osäkerhet.

För att slutföra den här uppgiften följer du bara instruktionerna steg för steg nedan. Anvisningarna bör fungera för alla ISOBudgets kalkylatorer för osäkerhetsbudget och de flesta kalkylatorer för osäkerhetsbudget som erbjuds av andra organisationer.

Om du inte har en kalkylator för osäkerhetsbudget kan du köpa en här.

För att lägga till en post till din osäkerhetsbudget för repeterbarhet,

Inför din känslighetskoefficient för repeterbarhet (vanligtvis ”1”),

Inför ditt osäkerhetsvärde (t.ex. standardavvikelse) till osäkerhetsbudgeten,

Inför måttenhet,

Inför osäkerhetstyp (vanligtvis ”A”),

Välj den ”normala” sannolikhetsfördelningen,

Välj divisorn där k=1,

Inför dina frihetsgrader.

TECKLISTA FÖR REPETABILITETSTEST & CALCULATOR

Är du redo att utföra ett repeterbarhetstest?

Om du är redo att göra det kan du hämta checklistan för repeterbarhetstest och kalkylatorn. Checklistan ger en sammanfattning av alla instruktioner i den här guiden, och kalkylatorn hjälper dig att analysera dina resultat så att du kan beräkna repeterbarhet snabbare.

Klicka bara på knappen nedan för att ladda ner.

Klicka här för att ladda ner repeterbarhetstestets fuskblad &kalkylatorn gratis!

KONKLUSION

Uppförande av ett repeterbarhetstest är de vanligaste metoderna som används för att samla in osäkerhetsdata av typ A. Om ditt laboratorium är ackrediterat enligt ISO/IEC 17025 eller planerar att bli ackrediterat måste du utföra repeterbarhetstester och inkludera resultaten i dina osäkerhetsbudgetar.

I den här guiden bör du ha lärt dig hur du utför ett repeterbarhetstest och analyserar resultaten för att beräkna mätningens repeterbarhet. Dessutom bör du ha lärt dig några ytterligare tips som hjälper dig att slutföra processen med större självförtroende.

Att beräkna repeterbarhet är inte svårt, men det är en uppgift som vissa personer har svårt att slutföra. Använd informationen och verktygen i den här guiden för att hjälpa dig att snabbare uppskatta mätosäkerheten och förbereda dig för ackreditering.