Når en kvalitetsinspektør måler et skaft med en bærbar Leeb hårdhedstester og får 640 HL, mens processpecifikationen kræver 630±15 HL, er resultatet så acceptabelt? Hvis måleusikkerheden kun er ±3 HL, er svaret ja. Hvis usikkerheden når ±8 HL, kan resultatet ikke bedømmes direkte. Dette er den virkelige virkning af usikkerhed i en måling. Det er ikke et teoretisk begreb, der kun har betydning i metrologilaboratorier. Det er et grundlæggende parameter, som enhver ingeniør, inspektør og kvalitetschef skal forstå.
Hvad er usikkerhed i en måling?
Måleusikkerhed er den parameter, der karakteriserer spredningen af måleresultater. Den definerer det interval, hvori den målte værdi med rimelighed ligger. Joint Committee for Guides in Metroology (JCGM) definerer det i GUM som en parameter forbundet med resultatet af en måling, der karakteriserer spredningen af de værdier, der med rimelighed kunne henføres til målingen.
I praksis skal et fuldstændigt måleresultat udtrykkes som den målte værdi±usikkerhed. Uden usikkerhed kan en måling ikke sammenlignes med tolerancekrav eller med et andet resultat fra et andet instrument. For eksempel, når du køber en digital Brinell hårdhedstester, er den udvidede usikkerhed, der er angivet på dens kalibreringscertifikat, et direkte bevis på udstyrets måleevne.
HBS-3000ET Touch Screen Digital Brinell hårdhedstester med manuel revolver Denne digitale Brinell hårdhedstester tilbyder touch-skærm betjening og automatisk kraftkontrol, hvilket sikrer pålidelige målinger. Dens kalibreringscertifikat giver udvidet usikkerhed, hvilket direkte beviser dets måleevne til kvalitetskontrol. Se produkt → Måleusikkerhed er ikke det samme som målefejl. Fejl er forskellen mellem en målt værdi og den sande værdi, og den sande værdi er normalt ukendt. Usikkerhed er et interval, der kvantificerer spredningen af måleresultatet. Selv efter at systematiske fejl er blevet rettet, er der stadig usikkerhed. Efter at en hårdhedstester er kalibreret, korrigeres den systematiske afvigelse, men den usikkerhed, som selve kalibreringsprocessen introducerede, forbliver. Dette er grunden til, at hvert kalibreringscertifikat angiver en udvidet usikkerhed: det fortæller brugeren, hvor pålideligt måleresultatet faktisk er.
Type A og Type B Usikkerhed: Forskellige kilder, forskellige metoder
Type A-usikkerhed vurderes ved hjælp af statistiske metoder baseret på gentagne målinger. Type B-usikkerhed er baseret på ikke-statistiske oplysninger såsom kalibreringscertifikater, producentspecifikationer, offentliggjorte referencedata og miljøforhold.
For eksempel i Vickers hårdhedstest giver fem målinger af den samme prøve 318, 322, 319, 321 og 318 HV. Middelværdien er 319,6 HV, og den eksperimentelle standardafvigelse er 1,7 HV. Standardusikkerheden for middelværdien er 1,7 divideret med kvadratroden af 5, hvilket er lig med 0,76 HV. Dette er Type A-evaluering.
På den anden side kan et kalibreringscertifikat angive en udvidet usikkerhed på ±6 HV med en dækningsfaktor k lig med 2. Standardusikkerheden er 6 divideret med 2 eller 3 HV. Dette er Type B-evaluering.
For at beregne den kombinerede usikkerhed skal du kombinere komponenterne med rod-sum-kvadrat. For dette eksempel er den kombinerede usikkerhed u c er lig med kvadratroden af 0,76 2 plus 3 2 , hvilket er cirka 3,1 HV.
| Evalueringsmetode | Type A | Type B |
| Datakilde | Gentagne målinger | Kalibrering certificate, specifications, reference data |
| Statistisk grundlag | Standardafvigelse af middelværdien | Divideret med dækningsfaktoren k |
| Eksempel i hårdhedstestning | Fem mål: 318, 322, 319, 321, 318 HV | Kalibrering certificate: U=6 HV, k=2 |
| Standard usikkerhed | 0,76 HV | 3 HV |
Måleusikkerhed og kvalitetskontrol: Den praktiske effekt
Måleusikkerhed påvirker direkte beslutninger om bestået-fejl, kalibreringsstrategier og kundeaudits.
Når et måleresultat er tæt på en tolerancegrænse, afgør usikkerhed, om resultatet virkelig er acceptabelt. Overvej et hårdhedskrav på 315±10 HV. En målt værdi på 320 HV med en usikkerhed på ±5 HV er sandsynligvis acceptabel. Men med en usikkerhed på ±15 HV kan inspektøren ikke træffe en sikker beslutning uden nærmere undersøgelse.
Kalibreringsstrategier afhænger også af usikkerhed. En mindre måleusikkerhed tillader længere kalibreringsintervaller, hvilket reducerer nedetid og vedligeholdelsesomkostninger. En større usikkerhed kræver hyppigere omkalibrering.
I ISO 9001- og ISO/IEC 17025-systemer er revisorer meget opmærksomme på, hvordan laboratorier evaluerer og rapporterer måleusikkerhed. Et laboratorium, der ikke kan påvise et usikkerhedsbudget, kan mislykkes i certificeringsrevisioner, selvom udstyret ser ud til at fungere korrekt. For fremstillingsvirksomheder forbedres forståelsen af usikkerhed også materialeprøvningsnøjagtighed og hjælper med at løse tvister med leverandører eller kunder. Når et testresultat stilles spørgsmålstegn ved, giver usikkerhedsberegningen objektiv dokumentation for produktkvalitet.
Sådan beregnes måleusikkerhed: En trin-for-trin-proces
Evaluering af måleusikkerhed kan udføres i syv trin. Avanceret matematik er ikke påkrævet, men en klar forståelse af måleprocessen er afgørende.
- Definer måleværdien og opstil målemodellen.
- Identificer alle usikkerhedskilder, der kan påvirke resultatet.
- Kvantificer hver komponent ved hjælp af enten Type A- eller Type B-metoder.
- Konverter hver komponent til en standardusikkerhed.
- Kombiner alle standardusikkerheder ved hjælp af root-sum-square-metoden.
- Multiplicer den kombinerede usikkerhed med en dækningsfaktor, normalt k lig med 2 for ca. 95 procent konfidens.
- Rapporter det komplette resultat, inklusive måleværdien, den udvidede usikkerhed og dækningsfaktoren.
Den udvidede usikkerhed med k=2 er standardrapporteringsformatet, der forventes af ISO/IEC 17025 og de fleste kvalitetsstyringssystemer.
Måleusikkerhed i hårdhedstestning og materialeanalyse
I hårdhedstestning og metallografisk analyse kommer usikkerhed hovedsageligt fra udstyrskalibrering, præparatforberedelse, operatørteknik og miljøforhold.
Automatiseret og digitalt udstyr reducerer operatørinduceret usikkerhed. En digital Brinell hårdhedstester med berøringsskærm aflæser automatisk fordybningsdiameteren og beregner hårdhedsværdien, hvilket reducerer aflæsningsvariationen fra omkring 5 procent til mindre end 1 procent. Dette forbedrer direkte Type A-komponenten af usikkerhed.
HBRVS-187.5 Digital Multi-Function Hardness Tester til Brinell, Rockwell og Vickers Ved at kombinere Brinell-, Rockwell- og Vickers-metoder i én enhed reducerer denne digitale hårdhedstester systematiske forskelle fra udstyrsændringer og er velegnet til forskellige materialer i laboratorie- eller industrielle omgivelser. Se produkt → For laboratorier, der skal skifte mellem Brinell-, Rockwell- og Vickers-metoder, reducerer en multifunktionshårdhedstester de systematiske forskelle, der opstår ved at skifte udstyr. Til små prøver eller overfladehærdede lag er en micro-Vickers hårdhedstester med højere præcision det passende valg. Den metoder til hårdhedstestning diskuteret i denne sammenhæng kræver alle omhyggelig usikkerhedsevaluering.
HV-1000Z Manuel Micro-Vickers hårdhedstester med LCD-skærm Denne micro-Vickers hårdhedstester måler små prøver og overfladehærdede lag med høj præcision. Den har et automatisk tårn og LCD-udlæsning, ideel til laboratorieevalueringer, hvor usikkerhed skal kontrolleres. Se produkt → I metallografisk prøveforberedelse introduceres der også usikkerhed under skæring, montering og polering. Uensartet forberedelse kan forårsage, at hårdhedsaflæsninger varierer med flere procent selv på den samme prøve. At vælge de korrekte metallografiske forbrugsstoffer og følge standardiserede procedurer er lige så vigtigt som at vælge den rigtige hårdhedstester.
Ofte stillede spørgsmål
Hvad er forskellen mellem måleusikkerhed og målefejl?
Målefejl er forskellen mellem en målt værdi og den sande værdi. Måleusikkerhed er en parameter, der kvantificerer spredningen af måleresultatet. Fejl er en enkelt værdi; usikkerhed er en rækkevidde.
Hvad betyder udvidet usikkerhed med k lig med 2?
Det betyder, at intervallet defineret af måleresultatet±den udvidede usikkerhed har et konfidensniveau på cirka 95 procent. Hvis du gentager målingen mange gange, ville omkring 95 procent af resultaterne falde inden for det interval.
Hvorfor er kalibreringsusikkerhed vigtig?
Kalibreringsusikkerhed fortæller dig, hvor nøjagtig din referencestandard er. Det forplanter sig til dine egne målinger. Et kalibreringscertifikat med høj usikkerhed betyder, at dit udstyr ikke kan verificere meget snævre tolerancer.
Hvordan kan jeg reducere måleusikkerheden?
Brug kalibreret udstyr, kontroller miljøforhold, standardiser operatørprocedurer og øg antallet af gentagne målinger. Ved materialetestning skal du også sikre dig, at præparationen er ensartet.
