Analyse du système de mesure : guide MSA axé sur la mesure UV

La preuve d'aptitude des systèmes de mesure est essentielle pour garantir la fiabilité et l'exactitude des appareils de mesure. En technique de mesure UV, en particulier lors de l'utilisation d'appareils de mesure UV, de capteurs UV et de lampes d'étalonnage, la validation des aptitudes de mesure revêt une importance centrale. De manière générale, l'analyse du système de mesure (MSA) confirme l'adéquation d'un appareil de mesure à une tâche de mesure déterminée.

La preuve d'aptitude des systèmes de mesure a été développée à l'origine par l'industrie automobile. Il n'existe toutefois aucune norme spécifique définissant ces procédures. Les valeurs et les formulaires suivants sont couramment utilisés.

Différentes méthodes statistiques et différents critères de qualité sont employés pour la preuve d'aptitude. Ils comprennent l'évaluation de la répétabilité, de la linéarité et de la stabilité des appareils de mesure.

Notez que les termes aptitude/apte sont utilisés ici au sens d'adéquation/adéquat. Les deux termes sont donc à considérer comme équivalents.

L'analyse d'aptitude des moyens de mesure MSA propose trois procédures à cet effet.

• La procédure 1 examine l'exactitude et la répétabilité d'un système de mesure. Un étalon connu est nécessaire pour déterminer l'exactitude ou l'écart par rapport à l'étalon.
• La procédure 2 examine la répétabilité d'un système de mesure, y compris l'influence de l'opérateur.
• La procédure 3 est généralement utilisée pour les systèmes de mesure automatisés.

Analyse d'aptitude des moyens de mesure MSA et UV ?

Dans la pratique, un étalonnage régulier des appareils de mesure UV est nécessaire pour garantir des résultats de mesure constants et pour tenir compte du vieillissement et de l'encrassement éventuels.

Des étalons et des lampes d'étalonnage sont disponibles dans nos laboratoires d'étalonnage, raison pour laquelle la preuve d'aptitude peut être réalisée comme essai supplémentaire selon la procédure 1.

Ici, l'exactitude est connue grâce à l'étalonnage et la répétabilité est vérifiée à l'aide, par exemple, de 25 mesures.

La procédure 2 ne peut être réalisée que par l'utilisateur lui-même, car l'influence du positionnement de l'appareil de mesure UV et de l'opérateur sur la répétabilité ne peut pas être simulée en laboratoire.

Que fait-on donc dans la procédure MSA 1 ?

On détermine si un appareil de mesure convient à l'utilisation prévue dans les conditions d'exploitation. Dans la pratique, la procédure 1 est appliquée avec ou sans étalon. L'application avec étalon est avantageuse, car celui-ci est connu et stable dans le temps et en température.

Deux valeurs caractéristiques sont évaluées, désignées par C_gk et C_g, qui comparent la répétabilité à la tolérance. Les formules sont les suivantes :

En management de la qualité, cette même preuve est appelée aptitude du système de mesure : elle répond à la question de savoir si la dispersion de l'appareil est suffisamment faible par rapport à la tolérance de la caractéristique.

Cela signifie :

T = Tolérance

x_g = Valeur moyenne des valeurs mesurées de l'appareil de mesure UV

x_m = valeur nominale de l'étalon

s_g = Écart type des valeurs mesurées de l'appareil de mesure UV

Si aucun étalon n'est disponible pour des raisons de mesure, le calcul

de C_gk est omis. Dans ce cas, à l'aide d'un objet de mesure approprié, seule la

répétabilité C_g peut être déterminée.

S'il existe une valeur de référence, l'écart de la valeur moyenne peut être enregistré comme composante statistique et le paramètre d'aptitude dit c_gk est déterminé. S'il n'existe pas de valeur de référence, le paramètre d'aptitude C_g est déterminé uniquement à partir de la composante aléatoire. Dans ce cas, la plage de dispersion du système de mesure est augmentée à 4 fois l'écart-type s_g et le facteur de pondération pour la tolérance est ajusté.

Des valeurs C_gk et C_g supérieures à 1,33 indiquent que l'appareil de mesure est suffisamment précis par rapport à la plage de tolérance et présente une dispersion suffisamment faible. La formule de C_gk et C_g peut être réarrangée et l'on constate qu'à C_g = 1,33, la plage de dispersion de quatre écarts-types occupe au maximum 15 % de la tolérance.

D'autres facteurs pour la qualité d'une mesure comprennent une répétabilité élevée, la traçabilité métrologique aux étalons de calibration nationaux et internationaux et de faibles incertitudes de mesure. L'étalonnage permet de corriger l'écart d'un appareil de mesure UV par rapport à la référence. De sorte que celui-ci soit minimisé.

Exemple : valeur cible 100 W/m² avec tolérance ± 10 W/m²

La tolérance est donc de 20, à savoir de -10 à +10 W/m².

Conformément à la spécification MSA, l'appareil de mesure doit avoir une résolution qui ne dépasse pas 5 % de la tolérance spécifiée (±). Ainsi, si la tolérance est de ±10 W/m², la résolution doit être d'au moins 1 W/m².

Environ 25 mesures sont maintenant utilisées pour vérifier si la répétabilité est suffisante. À cet effet, les valeurs mesurées doivent se situer dans la tolérance, approximativement à la valeur cible. La valeur moyenne et l'écart-type (par exemple dans EXCEL =STABW.N(..)) sont calculés à partir des 25 mesures.

Exemple (sans valeur de référence) :

25 mesures sont effectuées, dont l'écart-type est de 0,3 W/m².

Le paramètre d'aptitude c_g dans l'exemple est : c_g = 0,2 * 20 / (4 * 0,3) = 3,33

La valeur c_g est supérieure à 1,33 et donc la preuve d'aptitude du système de mesure est considérée comme validée.

En termes simples, la tolérance requise est mise en relation avec 4 fois l'écart-type et évaluée.

Plage de mesure et linéarité pour le MSA

D'autres éléments de la preuve d'aptitude sont la linéarité et la stabilité.

Pour le test de linéarité, le capteur UV doit répondre de manière linéaire sur la plage de mesure souhaitée. 

Dans un test d'aptitude/de linéarité, on distingue les situations suivantes :

• Preuve de linéarité sur plusieurs étalons (par exemple des étalons de longueur)
• Sans valeur de référence : la linéarité est vérifiée séparément

En plus des étalonnages, nous proposons donc des tests de linéarité de capteurs UV en laboratoire. Des récepteurs de comparaison ou des méthodes d'addition de source sont utilisés à cet effet.

Le contexte est que l'étalonnage est généralement effectué en deux points : 0 et à l'éclairement énergétique cible. Cela se fait conformément aux normes internationales. D'un point de vue mathématique, cela donne une équation avec une constante inconnue qui peut être résolue par deux points.

Dans l'appareil de mesure UV, la sensibilité de l'appareil est généralement réglée via un potentiomètre résistif ou un facteur d'étalonnage. Cela correspond à une constante « inconnue ».

Le contrôle de linéarité vérifie donc cette hypothèse dans la plage de mesure. Les erreurs dues au décalage et à la saturation sont également détectées.

Pour des raisons techniques, nous ne pouvons cependant pas atteindre exactement tous les points de test, car la plupart des lampes UV ne peuvent pas être atténuées sans modifier leur spectre. Nous serions heureux de discuter de la plage avec vous.

La stabilité et la stabilité à long terme sont importantes pour des mesures UV fiables. Celles-ci peuvent être garanties et documentées par des mesures comparatives et des étalonnages réguliers.

En résumé, la directive sur la « preuve d'aptitude des systèmes de mesure » décrit des étapes importantes pour la validation et l'assurance qualité des appareils de mesure. L'application cohérente de ces étapes peut garantir la fiabilité et la précision des systèmes de mesure UV.

Une fois que l'appareil de mesure UV a été caractérisé à l'aide d'une analyse du système de mesure selon la méthode 1, d'autres influences peuvent être facilement déterminées sur site pendant l'utilisation selon la méthode 2.

Quelle incertitude de mesure est requise pour le contrôle de procédé UV ?
Il n'existe pas de valeur fixe : ce qui compte, c'est le rapport à la tolérance du procédé. La démarche habituelle est l'étude de capabilité au moyen de Cg et Cgk : des valeurs à partir de 1,33 signifient que le système de mesure présente une dispersion inférieure à un quarantième de la tolérance. Pour une tolérance de ± 10 % de la dose cible, cela correspond à une répétabilité largement inférieure à un pour cent. Il faut distinguer cela de l'incertitude de mesure élargie indiquée sur le certificat d'étalonnage (k = 2), qui intervient comme contribution systématique ; dans le laboratoire d'étalonnage d'Opsytec, accrédité selon ISO 17025, elle est ≥ 2,8 %. Pour le contrôle de procédé au quotidien, c'est la répétabilité qui importe le plus ; pour les preuves à fournir aux clients et aux auditeurs, c'est la traçabilité métrologique.

Quelle est la différence entre les procédures MSA 1, 2 et 3 ?
La procédure 1 examine l'exactitude et la répétabilité du système de mesure seul et nécessite pour cela un étalon connu. La procédure 2 examine la répétabilité en incluant l'influence de l'opérateur. La procédure 3 s'applique généralement aux systèmes de mesure automatisés. Pour les appareils de mesure UV, la procédure 1 peut être réalisée en laboratoire d'étalonnage, car des étalons et des lampes d'étalonnage y sont disponibles. La procédure 2 ne peut être réalisée que par l'utilisateur : l'influence du positionnement de l'instrument et de l'opérateur ne peut pas être reproduite en laboratoire.

Quelle résolution un appareil de mesure UV doit-il avoir ?
La MSA exige une résolution qui ne dépasse pas 5 % de la tolérance visée. Pour une valeur cible de 100 W/m² avec une tolérance de ± 10 W/m², la tolérance est de 20 W/m² ; l'appareil doit alors résoudre au moins 1 W/m². Un instrument qui ne satisfait pas à cette exigence échoue à l'étude de capabilité, indépendamment de sa répétabilité – la résolution limite ce qui peut être distingué en tout.

Pourquoi la linéarité est-elle vérifiée séparément ?
Parce que l'étalonnage n'établit normalement que deux points : le zéro et l'éclairement énergétique cible. Mathématiquement, cela résout une équation à une inconnue – la réactivité de l'appareil, réglée dans l'instrument via un facteur d'étalonnage ou un potentiomètre de réglage. Le fait que le capteur réponde de manière linéaire sur toute la plage de mesure n'est pas établi par cela. Le contrôle de linéarité comble cette lacune et révèle en même temps les erreurs de décalage et de saturation ; des détecteurs de comparaison ou des méthodes d'addition de sources sont utilisés à cet effet en laboratoire.