תעודת הכיול וההרכבה שלכם עצמכם מציגות שני מספרים שונים
אי-ודאות מדידה במדידת UV
גליונות נתונים של חיישני UV ורדיומטרים ל-UV מציגים אחוז, המלווה בדרך כלל ב-k = 2. הערך הזה מגיע מהכיול ומתאר עד כמה המכשיר היה מדויק במעבדה, במקור הכיול. בעמדת המדידה שלכם עצמכם אי-הודאות גדולה יותר - לעיתים קרובות באופן משמעותי. עמוד זה מסביר מהיכן מגיע ההבדל, מה המשמעות של k = 2 וכיצד התרומות השונות מצטברות לכדי ערך שניתן להצדיק למשימת המדידה שלכם עצמכם.
אי-ודאות כיול אינה אי-ודאות מדידה
אי-ודאות הכיול חלה על מצב מוגדר בצמצום: מקור הכיול של המעבדה, הטווח הספקטרלי המכויל, טווח המדידה המכויל, טמפרטורת החדר ויום הכיול. היא מצוינת בתעודת הכיול ומהווה את אי-הודאות הקטנה ביותר שתהיה למכשיר אי-פעם.
אי-ודאות המדידה היא הנתון החל על התוצאה שלכם עצמכם. היא כוללת את אי-ודאות הכיול בתוספת כל מה שמתווסף לאחר מכן: מקור שונה ממקור הכיול, טמפרטורת חיישן שונה, הזדקנות מאז הכיול, מרחק ויישור ביחס למקור, ופיזור המדידה עצמה.
ציטוט הנתון מהתעודה כאי-ודאות המדידה מקטין אותו בחסר. עבור שחרור תהליך, הוכחת יכולת או ראיה לעמידה בתקן, זהו המספר השגוי.
מה המשמעות של k = 2
מה שמצוין אינו אי-הוודאות הסטנדרטית u אלא אי-הוודאות המורחבת U = k · u. מקדם הכיסוי k קובע עד כמה ניתן לבטוח בכך שהערך האמיתי נמצא בתוך הטווח המצוין:
- k = 1 – רמת ביטחון של כ-68 %
- k = 2 – רמת ביטחון של כ-95 %; הערך המקובל בתעודות כיול בהתאם לתקן DIN EN ISO/IEC 17025
- k = 3 – רמת ביטחון של כ-99.7 %
לכן אי אפשר להעריך אחוז ללא ציון k: 5 % ב-k = 1 ו-5 % ב-k = 2 שונים בפי שניים. אם דף מפרט טכני מציין נתון ללא מקדם כיסוי, המפרט אינו שלם.
תרומות לחוסר הוודאות במדידה
| תרומה | סדר גודל | מקור הנתון, מה מקטין אותו |
|---|---|---|
| כיול יצרן | 4.5–6.0 % (k = 2) | תעודת כיול; ערך אופייני לחיישני Opsytec |
| כיול ISO 17025 | מ-2.8 % (k = 2) | מעבדת כיול מוכרת לפי DIN EN ISO/IEC 17025 |
| חוסר התאמה ספקטרלי | עד עשרות אחוזים | הגורם הבודד הגדול ביותר במקור לא מוכר; יש לכייל כנגד המקור בפועל או להחיל מקדם התאמה |
| לינאריות | מתחת ל-1 % | נתונים טכניים של החיישן |
| הזדקנות | מתחת ל-3 % בשנה | גדל עם הזמן שעבר מהכיול האחרון; יש להגדיר מרווח כיול |
| סחיפה תרמית | מתחת ל-0.1 % ל-°C | יש להגביל את טמפרטורת החיישן ולדאוג לקירור |
| מרחק וכיוונון | תלוי ביישום | יש להגדיר גיאומטריית מדידה חזרתית; יש להתחשב בתיקון קוסינוס |
| חזרתיות | תלוי ביישום | יש לקבוע מתוך מדידות חזרתיות בהתקנה שלכם |
מהתקציב לספרה
התרומות מצטרפות בריבוע, ולא מסוכמות - הן בלתי תלויות זו בזו. אי-הוודאות המשוקללת הסטנדרטית נגזרת מאי-הוודאויות הסטנדרטיות ui:
uc = √(u1² + u2² + … + un²)
לפני החישוב, כל תרומה מומרת בחזרה ל-k = 1: ערך שניתן עם k = 2 מחולק בשניים, וערך גבול ללא התפלגות מוגדרת מטופל כהתפלגות מלבנית ומחולק ב-√3. בסיום, התוצאה מורחבת מחדש עם k = 2.
דוגמה מעשית: הקשיה בלד UVA, חיישן מכויל כנגד המקור בפועל
| מקור אי-ודאות | ערך נכנס | u (k = 1) |
|---|---|---|
| כיול יצרן | 6 % (k = 2) | 3.0 % |
| חוסר התאמה שיורי לאחר כיול ספציפי למקור | 4 % (k = 2) | 2.0 % |
| הזדקנות, שנה אחת ממועד הכיול | מתחת ל-3 %, התפלגות מלבנית | 1.7 % |
| טמפרטורת החיישן גבוהה ב-20 °C מטמפרטורת הכיול | 2 %, התפלגות מלבנית | 1.2 % |
| חזרתיות בנקודת המדידה | מתוך מדידות חזרתיות | 1.0 % |
| אי-ודאות תקן משולבת | צירוף ריבועי של המרכיבים הבודדים | 4.3 % |
| אי-ודאות מדידה מורחבת (k = 2) | אי-ודאות תקן משולבת × 2 | 8.6 % |
תעודת הכיול לבדה הייתה מציינת 6 %. באופן ריאלי, מערך זה מגיע ל-8.6 % – וזאת כבר עם חיישן שכויל מול ה-LED שבו נעשה שימוש בפועל. ללא כיול ספציפי למקור הקרינה, אי-התאמה ספקטרלית שולטת בתקציב השגיאה והערך מגיע לספרות כפולות.
מה המשמעות של כך לבקרת התהליך
לבקרת תהליך שוטפת לא הערך המוחלט הוא הקובע אלא יכולת השחזור: האם מנת הקרינה שנמדדת היום נמדדת באותה שיטה כמו זו שנמדדה בשבוע שעבר? המרכיב השיטתי - כיול וחריגת התאמה - נכנס כגורם קבוע ומתקזז בהשוואה בין שתי מדידות. מה שנשאר הוא הפיזור.
מטעם זה מידת ההתאמה של מערכת מדידה נקבעת באמצעות הוכחת יכולת עם המדדים Cg ו-Cgk, ולא לפי הערך הרשום בתעודת הכיול. לעומת זאת, להוכחה מוחלטת בפני לקוחות, מבקרים או תקן, חל חוסר אי-הוודאות המלא כפי שמפורט בתקציב אי-הוודאות.
שני מנופים מקטינים אותו ביעילות הרבה ביותר: כיול לעומת המקור בפועל ושמירה על מרווח כיול מוגדר. מעבדת הכיול מציעה את שניהם, ובהתאם לבקשה גם באקרדיטציה לפי ISO 17025.
שאלות נפוצות בנוגע לחוסר הוודאות במדידה
מה ההבדל בין חוסר הוודאות בכיול לבין חוסר הוודאות במדידה?
חוסר הוודאות בכיול מופיע בתעודת הכיול והוא חל רק על מקור הכיול, על טווח הספקטרום ותחום המדידה שכויילו וביום הכיול. חוסר הוודאות במדידה חל על התוצאה שלכם עצמה: הוא מכיל את חוסר הוודאות בכיול בתוספת חוסר ההתאמה הספקטרלית במקור שבו נעשה שימוש בפועל, טמפרטורת החיישן, ההזדקנות מאז הכיול, המרחק וההתמצאות, וכן את פיזור המדידה. לכן הוא תמיד גדול מהערך המופיע בתעודה.
מה המשמעות של k = 2 בהצהרת חוסר ודאות?
k הוא מקדם הכיסוי. הערך המוצג הוא חוסר הוודאות המורחב U = k · u, ולא חוסר הוודאות התקני u. k = 2 מתאים לרמת ביטחון של כ-95% והוא הערך הרגיל בתעודות כיול לפי DIN EN ISO/IEC 17025. אחוז ללא ציון k אינו ניתן להערכה, שכן 5% ב-k = 1 ו-5% ב-k = 2 שונים בפי שניים.
מה גודלו בפועל של חוסר הוודאות במדידת UV?
הדבר תלוי במערך המדידה ונקבע באמצעות תקציב חוסר ודאות. עבור הקשיה בקרינת UVA LED עם חיישן שכויל מול המקור בפועל, כיול המפעל, חוסר ההתאמה הנותר, שנה אחת של הזדקנות, עלייה בטמפרטורת החיישן וחזרתיות המדידה נותנים יחד בקירוב 8.6% (k = 2) - בהשוואה ל-6% מתעודת הכיול בלבד. ללא כיול ספציפי למקור, הערך מגיע לספרות כפולות.
איזה גורם תורם בצורה הגדולה ביותר לחוסר הוודאות במדידה?
ככלל, חוסר ההתאמה הספקטרלית, מרגע שהמדידות מתבצעות במקור שאינו זה שכויל מולו. הוא יכול להגיע לעשרות אחוזים ובכך לעלות על סך כל הגורמים האחרים יחד. מכיוון שהסטייה היא שיטתית וניתנת לשחזור, ניתן להסירה במידה רבה על ידי כיול מול המקור בפועל או על ידי הפעלת מקדם חוסר ההתאמה.
