Análise do Sistema de Medição: um guia de MSA com foco na medição UV

A comprovação da capacidade de sistemas de medição é essencial para garantir a confiabilidade e a precisão dos dispositivos de medição. Na tecnologia de medição UV, especialmente ao utilizar dispositivos de medição UV, sensores UV e lâmpadas de calibração, a validação das capacidades de medição é de importância central. De forma geral, a análise do sistema de medição (MSA) confirma a adequação de um dispositivo de medição para uma tarefa de medição específica.

A comprovação da capacidade de sistemas de medição foi originalmente desenvolvida pela indústria automotiva. No entanto, não existe uma norma específica que defina esses procedimentos. Os valores e formulários a seguir são normalmente utilizados.

Diversos métodos estatísticos e critérios de qualidade são utilizados para a comprovação da capacidade. Isso inclui a avaliação da repetibilidade, linearidade e estabilidade dos dispositivos de medição.

Observe que os termos capacidade/capaz são usados aqui no sentido de adequação/adequado. Ambos os termos devem, portanto, ser considerados equivalentes.

A análise de capacidade do equipamento de medição do MSA propõe três procedimentos para esse fim.

• O Método 1 examina a precisão e a repetibilidade de um sistema de medição. É necessário um padrão conhecido para determinar a precisão ou o desvio em relação ao padrão.
• O Método 2 examina a repetibilidade de um sistema de medição, incluindo a influência do operador.
• O Método 3 é geralmente utilizado para sistemas de medição automatizados.

Análise de capacidade do equipamento de medição MSA e UV?

Na prática, a calibração regular de dispositivos de medição UV é necessária para garantir resultados de medição consistentes e para levar em consideração possíveis envelhecimentos e contaminações.

Padrões e lâmpadas de calibração estão disponíveis em nossos laboratórios de calibração, razão pela qual a comprovação da capacidade pode ser realizada como um teste adicional de acordo com o procedimento 1.

Aqui, a precisão é conhecida a partir da calibração e a repetibilidade é verificada, por exemplo, utilizando 25 medições.

O procedimento 2 só pode ser realizado pelo próprio usuário, pois a influência do posicionamento do dispositivo de medição UV e do operador na repetibilidade não pode ser simulada em laboratório.

Então, o que é feito no procedimento 1 do MSA?

Determina-se se um dispositivo de medição é adequado para o uso pretendido em condições de operação. Na prática, o método 1 é utilizado com ou sem um padrão. A aplicação com padrão é vantajosa, pois este é conhecido e estável em termos de tempo e temperatura.

Dois valores característicos são avaliados, denominados C_gk e C_g, que comparam a repetibilidade com a tolerância. As fórmulas são:

Na gestão da qualidade, a mesma comprovação é chamada de capacidade do sistema de medição: ela responde se a dispersão do instrumento é suficientemente pequena em relação à tolerância da característica.

Isso significa:

T = Tolerância

x_g = Valor médio dos valores medidos do dispositivo de medição UV

x_m = valor nominal do padrão

s_g = Desvio padrão dos valores medidos do dispositivo de medição UV

Se nenhum padrão estiver disponível por motivos de medição, o cálculo é omitido

de C_gk. Nesse caso, com a ajuda de um objeto de medição adequado, apenas a

repetibilidade C_g pode ser determinada.

Se existir um padrão, o desvio do valor médio pode ser registrado como um componente estatístico e determina-se o chamado parâmetro de capacidade c_gk. Se não houver padrão, o parâmetro de capacidade C_g é determinado puramente a partir do componente aleatório. Neste caso, a faixa de dispersão do sistema de medição é aumentada para 4 vezes o desvio padrão s_g e o fator de ponderação para a tolerância é ajustado.

Valores de C_gk e C_g superiores a 1,33 indicam que o dispositivo de medição é suficientemente preciso em relação à faixa de tolerância e apresenta dispersão suficientemente baixa. A fórmula para C_gk e C_g pode ser reorganizada e é possível observar que, com C_g = 1,33, a faixa de dispersão de quatro desvios padrão ocupa no máximo 15 % da tolerância.

Outros fatores para a qualidade de uma medição incluem alta repetibilidade, rastreabilidade metrológica a padrões de calibração nacionais e internacionais e baixas incertezas de medição. A calibração permite corrigir o desvio de um dispositivo de medição UV em relação ao padrão. Para que este seja minimizado.

Exemplo: valor-alvo de 100 W/m² com tolerância ± 10 W/m²

A tolerância é, portanto, de 20, ou seja, de -10 a +10 W/m².

De acordo com a especificação MSA, o dispositivo de medição deve ter uma resolução que não exceda 5 % da tolerância especificada (±). Assim, se a tolerância for de ±10 W/m², a resolução deve ser de no mínimo 1 W/m².

Aproximadamente 25 medições são agora usadas para verificar se a repetibilidade é suficiente. Para isso, os valores medidos devem situar-se dentro da tolerância, aproximadamente no valor-alvo. O valor médio e o desvio padrão (por exemplo, no EXCEL =STABW.N(..)) são calculados a partir das 25 medições.

Exemplo (sem padrão):

São realizadas 25 medições, que apresentam um desvio padrão de 0,3 W/m².

O parâmetro de capacidade c_g no exemplo é: c_g = 0,2 * 20 / (4 * 0,3) = 3,33

O valor c_g é superior a 1,33 e, portanto, o comprovante de capacidade do sistema de medição é considerado aprovado.

Em termos simples, a tolerância exigida é colocada em relação ao 4x o desvio padrão e avaliada.

Faixa de medição e linearidade para o MSA

Outros elementos do comprovante de capacidade são a linearidade e a estabilidade.

Para o teste de linearidade, o sensor UV deve responder de forma linear em toda a faixa de medição desejada. 

Em um teste de capacidade/linearidade, é feita uma distinção entre as seguintes situações:

• Comprovação de linearidade em vários padrões (por exemplo, padrões de comprimento)
• Sem padrão: a linearidade é verificada separadamente

Além das calibrações, oferecemos, portanto, teste de linearidade de sensores UV em laboratório. Para isso, são utilizados receptores de comparação ou métodos de adição de fonte.

O motivo para isso é que a calibração é normalmente realizada em dois pontos: 0 e a irradiância-alvo. Isso é feito de acordo com normas internacionais. Do ponto de vista matemático, isso resulta em uma equação com uma constante desconhecida que pode ser resolvida por dois pontos.

No dispositivo de medição UV, a sensibilidade do aparelho é normalmente ajustada por meio de um potenciômetro de resistência ou de um fator de calibração. Isso corresponde a uma constante "desconhecida".

O teste de linearidade, portanto, verifica essa suposição na faixa de medição. Erros devido a offset e saturação também são detectados.

Por razões técnicas, no entanto, não podemos atender exatamente a todos os pontos de teste, já que a maioria das lâmpadas UV não pode ser regulada em intensidade sem alterar seu espectro. Teremos prazer em discutir a faixa com você.

A estabilidade e a estabilidade de longo prazo são importantes para medições UV confiáveis. Estas podem ser garantidas e documentadas por meio de medições comparativas e calibrações regulares.

Em resumo, a diretriz sobre o "Comprovante de capacidade de sistemas de medição" descreve etapas importantes para a validação e a garantia da qualidade de dispositivos de medição. A aplicação consistente dessas etapas pode assegurar a confiabilidade e a precisão dos sistemas de medição UV.

Uma vez que o dispositivo de medição UV tenha sido caracterizado por meio de uma análise de sistema de medição de acordo com o método 1, outras influências podem ser facilmente determinadas no local durante o uso, de acordo com o método 2.

Qual incerteza de medição é necessária para o controle de processo UV?
Não existe um valor fixo – o que importa é a relação com a tolerância do processo. O caminho usual é o estudo de capacidade usando Cg e Cgk: valores a partir de 1,33 significam que o sistema de medição apresenta dispersão inferior a um quarentavo da tolerância. Para uma tolerância de ±10 % da dose-alvo, isso corresponde a uma repetitividade bem abaixo de um por cento. Isso deve ser mantido separado da incerteza de medição expandida indicada no certificado de calibração (k = 2), que entra como uma contribuição sistemática; no laboratório de calibração da Opsytec, acreditado conforme ISO 17025, ela é ≥ 2,8 %. Para o controle diário do processo, a repetitividade é o que mais importa; para a comprovação perante clientes e auditores, importa a rastreabilidade metrológica.

Qual é a diferença entre os procedimentos 1, 2 e 3 do MSA?
O procedimento 1 examina a exatidão e a repetitividade do sistema de medição isoladamente e requer, para isso, um padrão conhecido. O procedimento 2 examina a repetitividade incluindo a influência do operador. O procedimento 3 é geralmente aplicado a sistemas de medição automatizados. Para dispositivos de medição UV, o procedimento 1 pode ser realizado no laboratório de calibração, pois lá estão disponíveis padrões e lâmpadas de calibração. O procedimento 2 só pode ser realizado pelo usuário: a influência do posicionamento do instrumento e do operador não pode ser reproduzida em laboratório.

Qual resolução um dispositivo de medição UV precisa ter?
O MSA exige uma resolução que não exceda 5 % da tolerância pretendida. Para um valor-alvo de 100 W/m² com uma tolerância de ±10 W/m², a tolerância é de 20 W/m²; o dispositivo precisa então resolver no mínimo 1 W/m². Um instrumento que não atenda a esse requisito reprova no estudo de capacidade independentemente de sua repetitividade – a resolução limita o que pode ser distinguido.

Por que a linearidade é verificada separadamente?
Porque a calibração normalmente estabelece apenas dois pontos: zero e a irradiância-alvo. Matematicamente, isso resolve uma equação com uma incógnita – a responsividade do dispositivo, ajustada no instrumento por meio de um fator de calibração ou de um potenciômetro de ajuste. Isso não estabelece se o sensor responde de forma linear em toda a faixa de medição. A verificação de linearidade fecha essa lacuna e, ao mesmo tempo, revela erros de offset e de saturação; para isso, são usados detectores de comparação ou métodos de adição de fontes no laboratório.