Når en kvalitetsinspektør måler en aksel med en bærbar Leeb hardhetstester og får 640 HL, mens prosessspesifikasjonen krever 630±15 HL, er resultatet akseptabelt? Hvis måleusikkerheten kun er ±3 HL, er svaret ja. Hvis usikkerheten når ±8 HL, kan ikke resultatet bedømmes direkte. Dette er den virkelige virkningen av usikkerhet i en måling. Det er ikke et teoretisk konsept som bare betyr noe i metrologilaboratorier. Det er en grunnleggende parameter som enhver ingeniør, inspektør og kvalitetsleder må forstå.
Hva er usikkerhet i en måling?
Måleusikkerhet er parameteren som karakteriserer spredningen av måleresultatene. Den definerer intervallet som den målte verdien rimeligvis ligger i. Joint Committee for Guides in Metrology (JCGM) definerer det i GUM som en parameter assosiert med resultatet av en måling som karakteriserer spredningen av verdiene som med rimelighet kunne tilskrives målemålet.
I praksis bør et fullstendig måleresultat uttrykkes som den målte verdien±usikkerheten. Uten usikkerhet kan en måling ikke sammenlignes med toleransekrav eller med et annet resultat fra et annet instrument. For eksempel, når du kjøper en digital Brinell hardhetstester, er den utvidede usikkerheten som er oppført på kalibreringssertifikatet et direkte bevis på utstyrets måleevne.
HBS-3000ET berøringsskjerm digital Brinell hardhetstester med manuell revolver Denne digitale Brinell-hardhetstesteren tilbyr berøringsskjermdrift og automatisk kraftkontroll, noe som sikrer pålitelige målinger. Kalibreringssertifikatet gir utvidet usikkerhet, som direkte beviser dens måleevne for kvalitetskontroll. Se produkt → Måleusikkerhet er ikke det samme som målefeil. Feil er forskjellen mellom en målt verdi og den sanne verdien, og den sanne verdien er vanligvis ukjent. Usikkerhet er et intervall som kvantifiserer spredningen av måleresultatet. Selv etter at systematiske feil er rettet, er det fortsatt usikkerhet. Etter at en hardhetstester er kalibrert, blir det systematiske avviket korrigert, men usikkerheten introdusert av selve kalibreringsprosessen består. Dette er grunnen til at hvert kalibreringssertifikat viser en utvidet usikkerhet: det forteller brukeren hvor pålitelig måleresultatet faktisk er.
Type A og Type B Usikkerhet: Ulike kilder, ulike metoder
Type A-usikkerhet vurderes ved hjelp av statistiske metoder basert på gjentatte målinger. Type B-usikkerhet er basert på ikke-statistisk informasjon som kalibreringssertifikater, produsentens spesifikasjoner, publiserte referansedata og miljøforhold.
For eksempel, i Vickers hardhetstesting, gir fem målinger av samme prøve 318, 322, 319, 321 og 318 HV. Gjennomsnittet er 319,6 HV, og det eksperimentelle standardavviket er 1,7 HV. Standardusikkerheten til gjennomsnittet er 1,7 delt på kvadratroten av 5, som tilsvarer 0,76 HV. Dette er type A-evaluering.
På den annen side kan et kalibreringssertifikat angi en utvidet usikkerhet på ±6 HV med en dekningsfaktor k lik 2. Standardusikkerheten er 6 delt på 2, eller 3 HV. Dette er type B-evaluering.
For å beregne den kombinerte usikkerheten, kombiner komponentene med rot-sum-kvadrat. For dette eksemplet er den kombinerte usikkerheten u c er lik kvadratroten av 0,76 2 pluss 3 2 , som er omtrent 3,1 HV.
| Evalueringsmetode | Type A | Type B |
| Datakilde | Gjentatte målinger | Kalibrering certificate, specifications, reference data |
| Statistisk grunnlag | Standardavvik for gjennomsnittet | Delt på dekningsfaktoren k |
| Eksempel i hardhetstesting | Fem mål: 318, 322, 319, 321, 318 HV | Kalibrering certificate: U=6 HV, k=2 |
| Standard usikkerhet | 0,76 HV | 3 HV |
Måleusikkerhet og kvalitetskontroll: Den praktiske virkningen
Måleusikkerhet påvirker direkte beslutninger om bestått-ikke-bestått, kalibreringsstrategier og kunderevisjoner.
Når et måleresultat er nær en toleransegrense, avgjør usikkerhet om resultatet virkelig er akseptabelt. Vurder et hardhetskrav på 315±10 HV. En målt verdi på 320 HV med en usikkerhet på ±5 HV er sannsynligvis akseptabel. Men med en usikkerhet på ±15 HV kan ikke kontrolløren ta en sikker avgjørelse uten nærmere etterforskning.
Kalibreringsstrategier avhenger også av usikkerhet. En mindre måleusikkerhet gir lengre kalibreringsintervaller, noe som reduserer nedetid og vedlikeholdskostnader. En større usikkerhet krever hyppigere rekalibrering.
I ISO 9001 og ISO/IEC 17025-systemer følger revisorer nøye med på hvordan laboratorier evaluerer og rapporterer måleusikkerhet. Et laboratorium som ikke kan demonstrere et usikkerhetsbudsjett kan mislykkes i sertifiseringsrevisjoner selv om utstyret ser ut til å fungere som det skal. For produksjonsbedrifter forbedres også forståelsen av usikkerhet materialtestingsnøyaktighet og hjelper til med å løse tvister med leverandører eller kunder. Når et testresultat stilles i tvil, gir usikkerhetsberegningen objektive bevis på produktkvalitet.
Hvordan beregne måleusikkerhet: en trinnvis prosess
Evaluering av måleusikkerhet kan gjøres i syv trinn. Avansert matematikk er ikke nødvendig, men en klar forståelse av måleprosessen er avgjørende.
- Definer måleverdien og etablere målemodellen.
- Identifiser alle usikkerhetskilder som kan påvirke resultatet.
- Kvantifiser hver komponent ved å bruke enten Type A- eller Type B-metoder.
- Konverter hver komponent til en standardusikkerhet.
- Kombiner alle standardusikkerheter ved å bruke rot-sum-kvadratmetoden.
- Multipliser den kombinerte usikkerheten med en dekningsfaktor, vanligvis k lik 2 for omtrent 95 prosent konfidens.
- Rapporter det fullstendige resultatet, inkludert måleverdien, den utvidede usikkerheten og dekningsfaktoren.
Den utvidede usikkerheten med k=2 er standard rapporteringsformat som forventes av ISO/IEC 17025 og de fleste kvalitetsstyringssystemer.
Måleusikkerhet i hardhetstesting og materialanalyse
I hardhetstesting og metallografisk analyse kommer usikkerhet hovedsakelig fra utstyrskalibrering, prøvepreparering, operatørteknikk og miljøforhold.
Automatisert og digitalt utstyr reduserer operatørindusert usikkerhet. En digital Brinell hardhetstester med berøringsskjerm leser automatisk fordypningsdiameteren og beregner hardhetsverdien, noe som reduserer lesevariasjonen fra omtrent 5 prosent til mindre enn 1 prosent. Dette forbedrer Type A-komponenten av usikkerhet direkte.
HBRVS-187.5 Digital Multi-Function Hardness Tester for Brinell, Rockwell og Vickers Ved å kombinere Brinell-, Rockwell- og Vickers-metoder i én enhet, reduserer denne digitale hardhetstesteren systematiske forskjeller fra utstyrsendringer og er egnet for ulike materialer i laboratorie- eller industrielle omgivelser. Se produkt → For laboratorier som trenger å bytte mellom Brinell-, Rockwell- og Vickers-metoder, reduserer en multifunksjons hardhetstester de systematiske forskjellene som oppstår ved å bytte utstyr. For små prøver eller overflateherdede lag er en micro-Vickers hardhetstester med høyere presisjon det riktige valget. Den hardhetstestingsmetoder diskutert i denne sammenheng krever alle nøye usikkerhetsevaluering.
HV-1000Z Manuell Micro-Vickers hardhetstester med LCD-skjerm Denne micro-Vickers hardhetstesteren måler små prøver og overflateherdede lag med høy presisjon. Den har en automatisk tårn og LCD-avlesning, ideell for laboratorieevalueringer der usikkerhet må kontrolleres. Se produkt → Ved metallografisk prøvepreparering introduseres også usikkerhet under kutting, montering og polering. Ujevn forberedelse kan føre til at hardhetsavlesningene varierer med flere prosent selv på samme prøve. Å velge riktig metallografisk forbruksmateriell og følge standardiserte prosedyrer er like viktig som å velge riktig hardhetstester.
Ofte stilte spørsmål
Hva er forskjellen mellom måleusikkerhet og målefeil?
Målefeil er forskjellen mellom en målt verdi og den sanne verdien. Måleusikkerhet er en parameter som kvantifiserer spredningen av måleresultatet. Feil er en enkelt verdi; usikkerhet er en rekkevidde.
Hva betyr utvidet usikkerhet med k lik 2?
Det betyr at intervallet definert av måleresultatet±den utvidede usikkerheten har et konfidensnivå på omtrent 95 prosent. Hvis du gjentar målingen mange ganger, vil omtrent 95 prosent av resultatene falle innenfor det intervallet.
Hvorfor er kalibreringsusikkerhet viktig?
Kalibreringsusikkerhet forteller deg hvor nøyaktig referansestandarden din er. Det forplanter seg til dine egne målinger. Et kalibreringssertifikat med høy usikkerhet betyr at utstyret ditt ikke kan verifisere svært små toleranser.
Hvordan kan jeg redusere måleusikkerhet?
Bruk kalibrert utstyr, kontroller miljøforhold, standardiser operatørprosedyrer og øk antallet gjentatte målinger. Ved materialtesting, sørg også for at prøveforberedelsen er konsistent.
