Świadectwo wzorcowania i Państwa własne stanowisko pomiarowe podają dwie różne liczby

Niepewność pomiaru w pomiarach UV

Karty danych czujników UV i radiometrów UV podają wartość procentową, zwykle wraz z k = 2. Wartość ta pochodzi ze wzorcowania i opisuje, jak dokładny był przyrząd w laboratorium, przy źródle wzorcującym. W Państwa własnym miejscu pomiaru niepewność jest większa – często znacznie większa. Ta strona wyjaśnia, skąd wynika ta różnica, co oznacza k = 2 oraz jak poszczególne składniki niepewności łączą się w wiarygodną wartość dla Państwa własnego zadania pomiarowego.

Niepewność wzorcowania odnosi się do ściśle określonego stanu: źródła wzorcującego laboratorium, wzorcowanego zakresu widmowego, wzorcowanego zakresu pomiarowego, temperatury otoczenia oraz dnia wzorcowania. Jest podana w świadectwie wzorcowania i stanowi najmniejszą niepewność, jaką przyrząd kiedykolwiek będzie miał.

Niepewność pomiaru to wartość odnosząca się do Państwa własnego wyniku. Obejmuje ona niepewność wzorcowania oraz wszystko, co dochodzi później: inne źródło niż źródło wzorcujące, inną temperaturę czujnika, starzenie od czasu wzorcowania, odległość i ustawienie względem źródła oraz rozrzut samego pomiaru.

Podawanie wartości ze świadectwa jako niepewności pomiaru zaniża ją. Dla zwolnienia procesu, dowodu zdolności lub wykazania zgodności z normą jest to niewłaściwa wartość.

Podana wartość to nie niepewność standardowa u, lecz niepewność rozszerzona U = k · u. Współczynnik rozszerzenia k określa, z jaką pewnością wartość rzeczywista mieści się w podanym przedziale:

• k = 1 – poziom ufności ok. 68 %
• k = 2 – poziom ufności ok. 95 %; wartość zwyczajowo stosowana w świadectwach wzorcowania zgodnie z DIN EN ISO/IEC 17025
• k = 3 – poziom ufności ok. 99,7 %

Wartość procentowa podana bez k nie może być zatem właściwie oceniona: 5 % przy k = 1 i 5 % przy k = 2 różnią się dwukrotnie. Jeśli w karcie danych podano wartość bez współczynnika rozszerzenia, specyfikacja jest niekompletna.

Każdy wkład jest szacowany oddzielnie, przeliczany na niepewność standardową i dopiero potem łączony. Poniższe rzędy wielkości dotyczą czujników i radiometrów Opsytec; wartości dla poszczególnego przypadku podane są w świadectwie wzorcowania oraz w danych technicznych danego produktu.

Wkłady są sumowane w postaci sumy kwadratów, a nie sumowane zwykle – są od siebie niezależne. Złożona niepewność standardowa wynika z niepewności standardowych u_i:

u_c = √(u₁² + u₂² + … + u_n²)

Przed zsumowaniem każdy wkład jest przeliczany z powrotem do k = 1: wartość podana dla k = 2 jest dzielona przez połowę, a wartość graniczna bez podanego rozkładu jest traktowana jako rozkład prostokątny i dzielona przez √3. Na końcu wynik jest ponownie rozszerzany z k = 2.

Sam certyfikat wzorcowania podawałby 6 %. W praktyce ten układ osiąga 8,6 % – a i tak jest to już przy czujniku wzorcowanym względem rzeczywiście stosowanej diody LED. Bez wzorcowania specyficznego dla danego źródła niedopasowanie widmowe dominuje w budżecie niepewności, a wartość ta osiąga wartości dwucyfrowe.

W przypadku ciągłego monitorowania procesu liczy się nie wartość odczytu absolutnego, lecz powtarzalność: czy dawka zmierzona dzisiaj jest mierzona w taki sam sposób, jak dawka zmierzona tydzień temu? Część systematyczna – wzorcowanie i niedopasowanie – wchodzi jako czynnik stały i znosi się przy porównaniu dwóch pomiarów. Pozostaje rozrzut.

Z tego powodu przydatność systemu pomiarowego ustala się na podstawie dowodu zdolności ze wskaźnikami C_g i C_gk, a nie na podstawie wartości podanej w świadectwie wzorcowania. Jednak w przypadku dowodu absolutnego wobec klientów, audytorów lub normy obowiązuje pełna niepewność pomiaru wynikająca z budżetu niepewności.

Dwa czynniki najskuteczniej ją zmniejszają: wzorcowanie względem rzeczywistego źródła oraz zachowywany interwał wzorcowania. Laboratorium wzorcujące oferuje obie te możliwości, na życzenie z akredytacją ISO 17025.

Jaka jest różnica między niepewnością wzorcowania a niepewnością pomiaru?
Niepewność wzorcowania jest podana w świadectwie wzorcowania i dotyczy wyłącznie źródła wzorcującego, wzorcowanego zakresu widmowego i pomiarowego oraz dnia wzorcowania. Niepewność pomiaru dotyczy Państwa własnego wyniku: obejmuje niepewność wzorcowania plus niedopasowanie widmowe przy faktycznie użytym źródle, temperaturę czujnika, starzenie od czasu wzorcowania, odległość i ustawienie oraz rozrzut pomiaru. Dlatego jest ona zawsze większa niż wartość podana w świadectwie.

Co oznacza k = 2 w stwierdzeniu niepewności?
k jest współczynnikiem rozszerzenia. Podawana jest niepewność rozszerzona U = k · u, a nie niepewność standardowa u. k = 2 odpowiada poziomowi ufności około 95 % i jest wartością zwyczajowo stosowaną w świadectwach wzorcowania zgodnie z DIN EN ISO/IEC 17025. Wartości procentowej bez podanego k nie można ocenić, ponieważ 5 % przy k = 1 i 5 % przy k = 2 różnią się dwukrotnie.

Jak duża jest w praktyce niepewność pomiaru natężenia napromienienia UV?
Zależy to od układu pomiarowego i jest wyznaczane za pomocą budżetu niepewności. W przypadku utwardzania UVA LED za pomocą czujnika wzorcowanego względem rzeczywistego źródła, wzorcowanie fabryczne, resztkowe niedopasowanie, jeden rok starzenia, podwyższona temperatura czujnika oraz powtarzalność dają razem około 8,6 % (k = 2) – w porównaniu z 6 % wynikającymi wyłącznie ze świadectwa wzorcowania. Bez wzorcowania dla konkretnego źródła wartość ta osiąga wartości dwucyfrowe.

Który składnik niepewności pomiaru jest największy?
Z reguły jest to niedopasowanie widmowe, gdy tylko pomiary są wykonywane przy źródle innym niż to, względem którego przeprowadzono wzorcowanie. Może ono sięgać kilkudziesięciu procent i tym samym przewyższać sumę wszystkich pozostałych składników. Ponieważ odchylenie to ma charakter systematyczny i powtarzalny, można je w dużej mierze wyeliminować poprzez wzorcowanie względem rzeczywistego źródła lub zastosowanie współczynnika niedopasowania.