análisis del sistema de medición: una guía de MSA centrada en la medición UV

La demostración de la capacidad de los sistemas de medición es esencial para garantizar la fiabilidad y la exactitud de los dispositivos de medición. En la tecnología de medición UV, especialmente al utilizar dispositivos de medición UV, sensores UV y lámparas de calibración, la validación de las capacidades de medición reviste una importancia central. En general, el análisis del sistema de medición (MSA) confirma la idoneidad de un dispositivo de medición para una tarea de medición específica.

La demostración de la capacidad de los sistemas de medición fue desarrollada originalmente por la industria automotriz. Sin embargo, no existe una norma específica que defina estos procedimientos. Habitualmente se utilizan los siguientes valores y formularios.

Para la demostración de la capacidad se emplean diversos métodos estadísticos y criterios de calidad. Estos incluyen la evaluación de la repetibilidad, la linealidad y la estabilidad de los dispositivos de medición.

Tenga en cuenta que los términos capacidad/capaz se utilizan aquí en el sentido de idoneidad/idóneo. Por lo tanto, ambos términos deben considerarse equivalentes.

El análisis de capacidad del equipo de medición del MSA propone tres procedimientos para ello.

• El método 1 examina la exactitud y la repetibilidad de un sistema de medición. Se requiere un patrón conocido para determinar la exactitud o la desviación respecto al patrón.
• El método 2 examina la repetibilidad de un sistema de medición, incluida la influencia del operador.
• El método 3 se utiliza generalmente para sistemas de medición automatizados.

¿análisis de capacidad del equipo de medición MSA y UV?

En la práctica, es necesaria la calibración periódica de los dispositivos de medición UV para garantizar resultados de medición consistentes y tener en cuenta un posible envejecimiento y contaminación.

En nuestros laboratorios de calibración se dispone de patrones y lámparas de calibración, por lo que la demostración de la capacidad puede realizarse como ensayo adicional conforme al procedimiento 1.

En este caso, la exactitud se conoce a partir de la calibración y la repetibilidad se comprueba, por ejemplo, mediante 25 mediciones.

El procedimiento 2 solo puede ser llevado a cabo por el propio usuario, ya que la influencia del posicionamiento del dispositivo de medición UV y del operador sobre la repetibilidad no puede simularse en el laboratorio.

Entonces, ¿qué se hace en el procedimiento 1 del MSA?

Se determina si un dispositivo de medición es adecuado para el uso previsto en condiciones de servicio. En la práctica, el método 1 se utiliza con o sin patrón. La aplicación con patrón es ventajosa, ya que este es conocido y estable en cuanto al tiempo y a la temperatura.

Se evalúan dos valores característicos, denominados C_gk y C_g, que comparan la repetibilidad con la tolerancia. Las fórmulas son:

En la gestión de calidad, esta misma demostración se denomina capacidad del sistema de medición: responde a si la dispersión del instrumento es lo suficientemente pequeña en relación con la tolerancia de la característica.

Esto significa:

T = Tolerancia

x_g = Valor medio de los valores medidos del dispositivo de medición UV

x_m = valor nominal del estándar

s_g = Desviación estándar de los valores medidos del dispositivo de medición UV

Si no hay un estándar disponible por razones de medición, se omite el cálculo

de C_gk. En este caso, con la ayuda de un objeto de medición adecuado, solo se puede determinar la

repetibilidad C_g.

Si existe un patrón, la desviación del valor medio puede registrarse como componente estadístico y se determina el denominado parámetro de capacidad c_gk. Si no existe un patrón, el parámetro de capacidad C_g se determina únicamente a partir del componente aleatorio. En este caso, el rango de dispersión del sistema de medición se incrementa a 4 veces la desviación estándar s_g y se ajusta el factor de ponderación para la tolerancia.

Los valores de C_gk y C_g superiores a 1,33 indican que el dispositivo de medición es suficientemente preciso en relación con el rango de tolerancia y presenta una dispersión suficientemente baja. La fórmula de C_gk y C_g puede reordenarse, de lo que se deduce que con C_g = 1,33 el rango de dispersión de cuatro desviaciones estándar ocupa como máximo el 15 % de la tolerancia.

Otros factores para la calidad de una medición incluyen una alta repetibilidad, la trazabilidad metrológica a patrones de calibración nacionales e internacionales y bajas incertidumbres de medición. La calibración permite corregir la desviación de un dispositivo de medición UV respecto al patrón, de modo que esta se minimice.

Ejemplo: valor nominal 100 W/m² con una tolerancia de ± 10 W/m²

Por lo tanto, la tolerancia es de 20, es decir, de -10 a +10 W/m².

De acuerdo con la especificación MSA, el dispositivo de medición debe tener una resolución que no supere el 5 % de la tolerancia especificada (±). Así, si la tolerancia es de ±10 W/m², la resolución debe ser de al menos 1 W/m².

Ahora se utilizan aproximadamente 25 mediciones para comprobar si la repetibilidad es suficiente. Para ello, los valores medidos deben situarse dentro de la tolerancia, aproximadamente en el valor nominal. El valor medio y la desviación estándar (por ejemplo, en EXCEL =DESVEST.P(..)) se calculan a partir de las 25 mediciones.

Ejemplo (sin patrón):

Se realizan 25 mediciones, que presentan una desviación estándar de 0,3 W/m².

El parámetro de capacidad c_g en el ejemplo es: c_g = 0,2 * 20 / (4 * 0,3) = 3,33

El valor c_g es superior a 1,33 y, por lo tanto, se considera que se ha superado la prueba de capacidad del sistema de medición.

En términos sencillos, la tolerancia requerida se pone en relación con 4 veces la desviación estándar y se evalúa.

rango de medición y linealidad para el MSA

Otros elementos de la prueba de capacidad son la linealidad y la estabilidad.

Para la prueba de linealidad, el sensor UV debe responder de forma lineal en todo el rango de medición deseado.

En una prueba de capacidad/linealidad se distingue entre las siguientes situaciones:

• prueba de linealidad con varios patrones (por ejemplo, patrones de longitud)
• sin patrón: la linealidad se verifica por separado

Además de las calibraciones, ofrecemos también pruebas de linealidad de sensores UV en el laboratorio. Para ello se utilizan receptores de comparación o métodos de adición de fuente.

El motivo es que la calibración suele realizarse en dos puntos: 0 y la irradiancia nominal. Esto se realiza conforme a normas internacionales. Desde el punto de vista matemático, esto da lugar a una ecuación con una constante desconocida que puede resolverse mediante dos puntos.

En el dispositivo de medición UV, la sensibilidad del equipo se ajusta normalmente mediante un potenciómetro de resistencia o un factor de calibración. Esto corresponde a una constante "desconocida".

La comprobación de linealidad verifica, por tanto, esta suposición en el rango de medición. También se detectan errores debidos a desplazamiento (offset) y saturación.

Por razones técnicas, sin embargo, no podemos cumplir exactamente todos los puntos de prueba, ya que la mayoría de las lámparas UV no pueden atenuarse sin modificar su espectro. Con gusto analizamos el rango con usted.

La estabilidad y la estabilidad a largo plazo son importantes para obtener mediciones UV fiables. Estas pueden garantizarse y documentarse mediante mediciones comparativas y calibraciones periódicas.

En resumen, la directriz sobre la "prueba de capacidad de los sistemas de medición" describe pasos importantes para la validación y el aseguramiento de la calidad de los dispositivos de medición. La aplicación coherente de estos pasos puede garantizar la fiabilidad y la precisión de los sistemas de medición UV.

Una vez caracterizado el dispositivo de medición UV mediante un análisis del sistema de medición según el método 1, otras influencias pueden determinarse fácilmente in situ durante su uso según el método 2.

¿Qué incertidumbre de medición se requiere para el control de procesos UV?
No existe una cifra fija: lo que importa es la relación con la tolerancia del proceso. El camino habitual es el estudio de capacidad mediante Cg y Cgk: valores a partir de 1,33 significan que el sistema de medición dispersa menos de una cuarentava parte de la tolerancia. Para una tolerancia de ±10 % de la dosis nominal, eso corresponde a una repetibilidad muy por debajo del uno por ciento. Esto debe distinguirse de la incertidumbre de medición expandida indicada en el certificado de calibración (k = 2), que interviene como contribución sistemática; en el laboratorio de calibración de Opsytec, acreditado según ISO 17025, es ≥ 2,8 %. Para el control de procesos del día a día, lo que más importa es la repetibilidad; para la evidencia ante clientes y auditores, lo que importa es la trazabilidad metrológica.

¿Cuál es la diferencia entre los procedimientos MSA 1, 2 y 3?
El procedimiento 1 examina la exactitud y la repetibilidad del sistema de medición por sí solo y requiere para ello un patrón conocido. El procedimiento 2 examina la repetibilidad incluyendo la influencia del operador. El procedimiento 3 se aplica generalmente a sistemas de medición automatizados. Para los dispositivos de medición UV, el procedimiento 1 puede llevarse a cabo en el laboratorio de calibración, ya que allí se dispone de patrones y lámparas de calibración. El procedimiento 2 solo puede llevarlo a cabo el usuario: la influencia del posicionamiento del instrumento y del operador no puede reproducirse en el laboratorio.

¿Qué resolución necesita un dispositivo de medición UV?
El MSA exige una resolución que no supere el 5 % de la tolerancia prevista. Para un valor nominal de 100 W/m² con una tolerancia de ±10 W/m², la tolerancia es de 20 W/m²; el dispositivo debe resolver entonces al menos 1 W/m². Un instrumento que no cumpla este requisito no supera el estudio de capacidad independientemente de su repetibilidad: la resolución limita lo que se puede distinguir en absoluto.

¿Por qué se verifica la linealidad por separado?
Porque la calibración normalmente solo establece dos puntos: cero y la irradiancia nominal. Matemáticamente, esto resuelve una ecuación con una incógnita: la sensibilidad del dispositivo, ajustada en el instrumento mediante un factor de calibración o un potenciómetro de ajuste. Con esto no se establece si el sensor responde de forma lineal en todo el rango de medición. La verificación de linealidad cierra esa brecha y al mismo tiempo revela errores de offset y de saturación; para ello se utilizan en el laboratorio detectores de comparación o métodos de adición de fuentes.