मापन प्रणाली विश्लेषण: यूवी मापन पर केंद्रित एक MSA मार्गदर्शिका

मापन उपकरणों की विश्वसनीयता और शुद्धता सुनिश्चित करने के लिए मापन प्रणालियों की क्षमता का प्रमाण आवश्यक है। यूवी मापन प्रौद्योगिकी में, विशेष रूप से यूवी मापन उपकरणों, यूवी सेंसर और अंशांकन लैंप के उपयोग के समय, मापन क्षमताओं का सत्यापन केंद्रीय महत्व रखता है। सामान्यतः मापन प्रणाली विश्लेषण (MSA) किसी विशिष्ट मापन कार्य के लिए मापन उपकरण की उपयुक्तता की पुष्टि करता है।

मापन प्रणालियों की क्षमता का प्रमाण मूल रूप से ऑटोमोटिव उद्योग द्वारा विकसित किया गया था। हालाँकि, इन प्रक्रियाओं को परिभाषित करने वाला कोई विशिष्ट मानक नहीं है। सामान्यतः निम्नलिखित मान और प्रारूप उपयोग किए जाते हैं।

क्षमता के प्रमाण के लिए विभिन्न सांख्यिकीय विधियों और गुणवत्ता मानदंडों का उपयोग किया जाता है। इनमें मापन उपकरणों की पुनरावृत्तता, रैखिकता और स्थिरता का मूल्यांकन शामिल है।

ध्यान दें कि यहाँ capability/capable शब्दों का प्रयोग suitability/suitable के अर्थ में किया गया है। इसलिए दोनों शब्दों को समतुल्य माना जाना चाहिए।

MSA मापन उपकरण क्षमता विश्लेषण इसके लिए तीन प्रक्रियाएँ प्रस्तावित करता है।

• विधि 1 किसी मापन प्रणाली की शुद्धता और पुनरावृत्तता की जाँच करती है। शुद्धता या मानक से विचलन निर्धारित करने के लिए एक ज्ञात मानक आवश्यक है।
• विधि 2 ऑपरेटर के प्रभाव सहित किसी मापन प्रणाली की पुनरावृत्तता की जाँच करती है।
• विधि 3 सामान्यतः स्वचालित मापन प्रणालियों के लिए उपयोग की जाती है।

मापन उपकरण क्षमता विश्लेषण MSA और यूवी?

व्यवहार में, सतत मापन परिणाम सुनिश्चित करने और संभावित जीर्णन तथा संदूषण को ध्यान में रखने के लिए यूवी मापन उपकरणों का नियमित अंशांकन आवश्यक है।

हमारी अंशांकन प्रयोगशालाओं में मानक और अंशांकन लैंप उपलब्ध हैं, इसलिए क्षमता का प्रमाण प्रक्रिया 1 के अनुसार एक अतिरिक्त परीक्षण के रूप में किया जा सकता है।

यहाँ, शुद्धता अंशांकन से ज्ञात होती है और पुनरावृत्तता की जाँच, उदाहरण के लिए, 25 मापों के माध्यम से की जाती है।

प्रक्रिया 2 केवल उपयोगकर्ता द्वारा स्वयं की जा सकती है, क्योंकि यूवी मापन उपकरण की स्थिति और ऑपरेटर का पुनरावृत्तता पर प्रभाव प्रयोगशाला में अनुरूपित नहीं किया जा सकता।

तो MSA प्रक्रिया 1 में क्या किया जाता है?

यह निर्धारित किया जाता है कि क्या कोई मापन उपकरण प्रचालन स्थितियों के अंतर्गत इच्छित उपयोग के लिए उपयुक्त है। व्यवहार में, विधि 1 मानक के साथ या उसके बिना उपयोग की जाती है। मानक के साथ अनुप्रयोग लाभदायक है क्योंकि यह समय और तापमान की दृष्टि से ज्ञात और स्थिर होता है।

दो विशेषता मान मूल्यांकित किए जाते हैं, जिन्हें C_gk और C_g कहा जाता है और जो पुनरावृत्तता की सहनशीलता से तुलना करते हैं। सूत्र इस प्रकार हैं:

गुणवत्ता प्रबंधन में इसी प्रमाण को मापन प्रणाली क्षमता कहा जाता है: यह इस प्रश्न का उत्तर देता है कि क्या उपकरण का प्रकीर्णन विशेषता की सहनशीलता की तुलना में पर्याप्त रूप से छोटा है।

इसका अर्थ है:

T = सहनशीलता

x_g = यूवी मापन उपकरण के मापित मूल्यों का औसत मूल्य

x_m = मानक का नाममात्र मूल्य

s_g = यूवी मापन उपकरण के मापित मूल्यों का मानक विचलन

यदि मापन कारणों से कोई मानक उपलब्ध नहीं है, तो गणना को छोड़ दिया जाता है

C_gk की। इस स्थिति में, एक उपयुक्त मापन वस्तु की सहायता से केवल

पुनरावृत्तता C_g निर्धारित की जा सकती है।

यदि कोई मानक (normal) उपलब्ध है, तो माध्य मान का विचलन एक सांख्यिकीय घटक के रूप में दर्ज किया जा सकता है और तथाकथित क्षमता पैरामीटर c_gk निर्धारित किया जाता है। यदि कोई मानक उपलब्ध नहीं है, तो क्षमता पैरामीटर C_g केवल यादृच्छिक घटक से निर्धारित किया जाता है। इस स्थिति में, मापन प्रणाली की प्रकीर्णन सीमा को मानक विचलन s_g के 4 गुने तक बढ़ाया जाता है और सहिष्णुता के लिए भारांक कारक को समायोजित किया जाता है।

1.33 से अधिक के C_gk मान और C_g मान यह दर्शाते हैं कि मापन उपकरण सहिष्णुता सीमा के सापेक्ष पर्याप्त रूप से सटीक है और उसमें पर्याप्त रूप से कम प्रकीर्णन है। C_gk और C_g के सूत्र को पुनर्व्यवस्थित किया जा सकता है और इससे देखा जा सकता है कि C_g = 1.33 पर चार मानक विचलनों की प्रकीर्णन सीमा सहिष्णुता के अधिकतम 15 % भाग में समाहित होती है।

माप की गुणवत्ता के लिए अन्य कारकों में उच्च पुनरावृत्तिशीलता, राष्ट्रीय एवं अंतरराष्ट्रीय अंशांकन मानकों के प्रति मापीय अनुरेखणीयता, और कम मापन अनिश्चितताएँ शामिल हैं। अंशांकन के माध्यम से यूवी मापन उपकरण के मानक से विचलन को सुधारा जा सकता है। ताकि इसे न्यूनतम किया जा सके।

उदाहरण: लक्ष्य मान 100 W/m² सहिष्णुता ± 10 W/m² के साथ

अतः सहिष्णुता 20 है, अर्थात -10 से +10 W/m² तक।

MSA विनिर्देश के अनुसार, मापन उपकरण का रिज़ॉल्यूशन निर्दिष्ट सहिष्णुता (±) के 5 % से अधिक नहीं होना चाहिए। इसलिए यदि सहिष्णुता ±10 W/m² है, तो रिज़ॉल्यूशन कम से कम 1 W/m² होना चाहिए।

अब यह जाँचने के लिए कि पुनरावृत्तिशीलता पर्याप्त है या नहीं, लगभग 25 मापों का उपयोग किया जाता है। इस उद्देश्य के लिए, मापित मान सहिष्णुता के भीतर लगभग लक्ष्य मान पर होने चाहिए। 25 मापों से माध्य मान और मानक विचलन (उदाहरण के लिए EXCEL में =STABW.N(..)) की गणना की जाती है।

उदाहरण (मानक के बिना):

25 माप लिए जाते हैं, जिनका मानक विचलन 0.3 W/m² है।

इस उदाहरण में क्षमता पैरामीटर c_g है: c_g = 0.2 * 20 / (4 * 0.3) = 3.33

मान c_g, 1.33 से अधिक है और इसलिए मापन प्रणाली की क्षमता का प्रमाण उत्तीर्ण माना जाता है।

सरल शब्दों में, आवश्यक सहिष्णुता को 4 गुने मानक विचलन के सापेक्ष निर्धारित किया जाता है और मूल्यांकित किया जाता है।

MSA के लिए मापन सीमा और रैखिकता

क्षमता के प्रमाण के अन्य घटक रैखिकता और स्थिरता हैं।

रैखिकता परीक्षण के लिए, यूवी सेंसर को वांछित मापन सीमा में रैखिक रूप से प्रतिक्रिया देनी चाहिए। 

क्षमता/रैखिकता परीक्षण में, निम्नलिखित स्थितियों के बीच अंतर किया जाता है:

• कई मानकों (उदाहरण के लिए लंबाई मानकों) पर रैखिकता का प्रमाण
• मानक के बिना: रैखिकता को अलग से सत्यापित किया जाता है

अंशांकन के अतिरिक्त, हम इसलिए प्रयोगशाला में यूवी सेंसरों की रैखिकता जाँच भी प्रदान करते हैं। इसके लिए तुलनात्मक रिसीवर या स्रोत योग विधियों का उपयोग किया जाता है।

इसकी पृष्ठभूमि यह है कि अंशांकन आमतौर पर दो बिंदुओं पर किया जाता है: 0 और लक्ष्य विकिरण तीव्रता पर। यह अंतरराष्ट्रीय मानकों के अनुसार किया जाता है। गणितीय दृष्टिकोण से, इसका परिणाम एक अज्ञात स्थिरांक वाले समीकरण के रूप में होता है जिसे दो बिंदुओं द्वारा हल किया जा सकता है।

यूवी मापन उपकरण में, उपकरण की संवेदनशीलता आमतौर पर एक प्रतिरोध पोटेंशियोमीटर या अंशांकन कारक के माध्यम से निर्धारित की जाती है। यह एक "अज्ञात" स्थिरांक के अनुरूप होता है।

रैखिकता जाँच इसलिए मापन सीमा में इस धारणा की जाँच करती है। ऑफ़सेट और संतृप्ति के कारण होने वाली त्रुटियाँ भी पहचानी जाती हैं।

तकनीकी कारणों से, हालाँकि, हम सभी परीक्षण बिंदुओं को सटीक रूप से पूरा नहीं कर सकते, क्योंकि अधिकांश यूवी लैंप को उनके स्पेक्ट्रम में परिवर्तन किए बिना मंद (dim) नहीं किया जा सकता। हमें आपके साथ इस सीमा पर चर्चा करने में प्रसन्नता होगी।

विश्वसनीय यूवी मापों के लिए स्थिरता और दीर्घकालिक स्थिरता महत्वपूर्ण हैं। नियमित तुलनात्मक मापों और अंशांकनों के माध्यम से इन्हें सुनिश्चित और प्रलेखित किया जा सकता है।

संक्षेप में, "मापन प्रणालियों की क्षमता का प्रमाण" संबंधी दिशानिर्देश मापन उपकरणों के सत्यापन और गुणवत्ता आश्वासन के लिए महत्वपूर्ण चरणों का वर्णन करता है। इन चरणों का सुसंगत अनुप्रयोग यूवी मापन प्रणालियों की विश्वसनीयता और सटीकता सुनिश्चित कर सकता है।

एक बार जब यूवी मापन उपकरण को पद्धति 1 के अनुसार मापन प्रणाली विश्लेषण का उपयोग करके अभिलक्षणित कर लिया जाता है, तो पद्धति 2 के अनुसार उपयोग के दौरान स्थल पर अन्य प्रभावों को आसानी से निर्धारित किया जा सकता है।

यूवी प्रक्रिया नियंत्रण के लिए किस मापन अनिश्चितता की आवश्यकता होती है?
कोई निश्चित आंकड़ा नहीं है – महत्वपूर्ण यह है कि यह प्रक्रिया सहनशीलता के अनुपात में कैसा है। सामान्य तरीका Cg और Cgk का उपयोग करके किया जाने वाला क्षमता अध्ययन है: 1.33 और उससे अधिक के मान दर्शाते हैं कि मापन प्रणाली सहनशीलता के चालीसवें हिस्से से कम में फैलती है। लक्ष्य विकिरण मात्रा के ±10 % की सहनशीलता के लिए, यह एक प्रतिशत से काफी कम की पुनरावृत्तिशीलता के अनुरूप है। इसे अंशांकन प्रमाणपत्र में दर्शाई गई विस्तारित मापन अनिश्चितता (k = 2) से अलग रखा जाना चाहिए, जो एक क्रमबद्ध अंश के रूप में शामिल होती है; Opsytec की ISO 17025-मान्यता प्राप्त अंशांकन प्रयोगशाला में यह ≥ 2.8 % है। दैनिक प्रक्रिया नियंत्रण के लिए, पुनरावृत्तिशीलता सबसे महत्वपूर्ण है; ग्राहकों और लेखा परीक्षकों के प्रति प्रमाण के लिए, मापीय अनुरेखणीयता महत्वपूर्ण है।

MSA प्रक्रिया 1, 2 और 3 के बीच क्या अंतर है?
प्रक्रिया 1 मापन प्रणाली की सटीकता और पुनरावृत्तिशीलता की अकेले जांच करती है और इसके लिए एक ज्ञात मानक की आवश्यकता होती है। प्रक्रिया 2 संचालक के प्रभाव सहित पुनरावृत्तिशीलता की जांच करती है। प्रक्रिया 3 आमतौर पर स्वचालित मापन प्रणालियों पर लागू की जाती है। यूवी मापन उपकरणों के लिए, प्रक्रिया 1 अंशांकन प्रयोगशाला में की जा सकती है, क्योंकि वहाँ मानक और अंशांकन लैंप उपलब्ध होते हैं। प्रक्रिया 2 केवल उपयोगकर्ता द्वारा ही की जा सकती है: उपकरण की स्थिति और संचालक के प्रभाव को प्रयोगशाला में पुनरुत्पादित नहीं किया जा सकता।

एक यूवी मापन उपकरण को किस विभेदन की आवश्यकता होती है?
MSA के अनुसार विभेदन इच्छित सहनशीलता के 5 % से अधिक नहीं होना चाहिए। 100 W/m² के लक्ष्य मान और ±10 W/m² की सहनशीलता के लिए, सहनशीलता 20 W/m² है; उपकरण को तब कम से कम 1 W/m² का विभेदन करना होगा। जो उपकरण इस आवश्यकता को पूरा नहीं करता, वह अपनी पुनरावृत्तिशीलता की परवाह किए बिना क्षमता अध्ययन में असफल हो जाता है – विभेदन ही यह सीमित करता है कि सिद्धांततः क्या भेद किया जा सकता है।

रैखिकता की जांच अलग से क्यों की जाती है?
क्योंकि अंशांकन सामान्यतः केवल दो बिंदु स्थापित करता है: शून्य और लक्ष्य विकिरण तीव्रता। गणितीय रूप से यह एक अज्ञात राशि वाले समीकरण को हल करता है – उपकरण की प्रतिक्रियाशीलता, जिसे उपकरण में एक अंशांकन गुणांक या ट्रिमिंग पोटेंशियोमीटर के माध्यम से सेट किया जाता है। क्या सेंसर पूरी मापन सीमा में रैखिक रूप से प्रतिक्रिया करता है, यह इससे सिद्ध नहीं होता। रैखिकता जांच इस कमी को दूर करती है और साथ ही ऑफसेट और संतृप्ति त्रुटियों को उजागर करती है; इसके लिए प्रयोगशाला में तुलनात्मक डिटेक्टर या स्रोत-योग विधियों का उपयोग किया जाता है।