Kalibreringscertifikatet och din egen uppställning anger två olika tal

Mätosäkerhet vid UV-mätning

Datablad för UV-sensorer och UV-radiometrar anger en procentsats, vanligtvis följt av k = 2. Den kommer från kalibreringen och beskriver hur noggrant instrumentet var i laboratoriet, vid kalibreringskällan. Vid din egen mätposition är osäkerheten större – ofta avsevärt. Den här sidan förklarar var skillnaden kommer ifrån, vad k = 2 betyder och hur de enskilda bidragen summeras till en försvarbar siffra för din egen mätuppgift.

Kalibreringsosäkerhet gäller för ett snävt definierat tillstånd: laboratoriets kalibreringskälla, det kalibrerade spektralområdet, det kalibrerade mätområdet, rumstemperaturen och kalibreringsdagen. Den anges i kalibreringscertifikatet och är den minsta osäkerhet instrumentet någonsin kommer att ha.

Mätosäkerhet är den siffra som gäller för ditt eget resultat. Den innehåller kalibreringsosäkerheten plus allt som tillkommer därefter: en annan källa än kalibreringskällan, en annan sensortemperatur, åldring sedan kalibreringen, avstånd och riktning till källan samt spridningen i själva mätningen.

Att ange certifikatets siffra som mätosäkerhet underskattar den. Vid en processfrisläppning, ett kapabilitetsbevis eller ett bevis på överensstämmelse med en standard är det fel siffra.

Det som anges är inte standardosäkerheten u utan den utvidgade osäkerheten U = k · u. Täckningsfaktorn k avgör med vilken tillförlitlighet det verkliga värdet ligger inom det angivna intervallet:

• k = 1 – cirka 68 % konfidensnivå
• k = 2 – cirka 95 % konfidensnivå; det vanliga värdet i kalibreringscertifikat enligt DIN EN ISO/IEC 17025
• k = 3 – cirka 99,7 % konfidensnivå

En procentsats utan k kan därför inte utvärderas: 5 % vid k = 1 och 5 % vid k = 2 skiljer sig med en faktor två. Om ett datablad anger ett värde utan täckningsfaktor är specifikationen ofullständig.

Varje bidrag uppskattas separat, omvandlas till en standardosäkerhet och kombineras först därefter. Storleksordningarna nedan gäller för Opsytecs sensorer och radiometrar; siffrorna för ett enskilt fall anges i kalibreringscertifikatet och i den tekniska datan för respektive produkt.

Bidragen läggs samman kvadratiskt, de summeras inte – de är oberoende av varandra. Den kombinerade standardosäkerheten följer av standardosäkerheterna u_i:

u_c = √(u₁² + u₂² + … + u_n²)

Innan de läggs samman omvandlas varje bidrag tillbaka till k = 1: ett värde angivet med k = 2 halveras, ett gränsvärde utan angiven fördelning behandlas som en rektangulär fördelning och divideras med √3. Till slut expanderas resultatet igen med k = 2.

Kalibreringscertifikatet ensamt skulle ha angett 6 %. Realistiskt sett når denna uppsättning 8,6 % – och det är redan med en sensor kalibrerad mot den faktiskt använda LED:en. Utan källspecifik kalibrering dominerar spektral missanpassning budgeten och siffran når två siffror.

Vid löpande processövervakning är det inte det absoluta mätvärdet som räknas utan repeterbarheten: mäts dagens dos på samma sätt som förra veckans? Den systematiska delen – kalibrering och mismatch – ingår som en konstant faktor och tar ut sig själv när två mätningar jämförs. Kvar blir spridningen.

Det är därför en mätutrustnings lämplighet fastställs genom dugbarhetsstudien med indexen C_g och C_gk, inte genom värdet i kalibreringscertifikatet. För absoluta bevis gentemot kunder, revisorer eller en standard gäller dock den fullständiga mätosäkerheten från budgeten.

Två åtgärder minskar den mest effektivt: kalibrering mot den faktiska källan och ett iakttaget kalibreringsintervall. Kalibreringslaboratoriet erbjuder båda delarna, ISO 17025-ackrediterat på begäran.

Vad är skillnaden mellan kalibreringsosäkerhet och mätosäkerhet?
Kalibreringsosäkerheten anges i kalibreringscertifikatet och gäller endast kalibreringskällan, det kalibrerade spektrala området och mätområdet samt kalibreringsdagen. Mätosäkerheten gäller ditt eget resultat: den innehåller kalibreringsosäkerheten plus det spektrala missmatchet vid den källa som faktiskt används, sensortemperaturen, åldring sedan kalibreringen, avstånd och inriktning samt mätningens spridning. Den är därför alltid större än värdet i certifikatet.

Vad betyder k = 2 i en osäkerhetsangivelse?
k är täckningsfaktorn. Det som anges är den utökade osäkerheten U = k · u, inte standardosäkerheten u. k = 2 motsvarar en konfidensnivå på cirka 95 % och är det vanliga värdet i kalibreringscertifikat enligt DIN EN ISO/IEC 17025. En procentsats utan k kan inte bedömas, eftersom 5 % vid k = 1 och 5 % vid k = 2 skiljer sig med en faktor två.

Hur stor är mätosäkerheten för en UV-mätning i praktiken?
Det beror på mätuppställningen och bestäms genom en osäkerhetsbudget. Vid UVA-LED-härdning med en sensor kalibrerad mot den faktiska källan ger fabrikskalibrering, kvarvarande missmatch, ett års åldring, förhöjd sensortemperatur och repeterbarhet tillsammans ungefär 8,6 % (k = 2) – jämfört med 6 % enbart från kalibreringscertifikatet. Utan källspecifik kalibrering når värdet tvåsiffriga tal.

Vilket bidrag till mätosäkerheten är störst?
Som regel spektralt missmatch, så snart mätningar görs vid en annan källa än den som kalibrerades mot. Det kan uppgå till flera tiotal procent och därmed överstiga alla andra bidrag tillsammans. Eftersom avvikelsen är systematisk och reproducerbar kan den till stor del elimineras genom att kalibrera mot den faktiska källan eller genom att tillämpa missmatchfaktorn.