Ölçüm Sistemi Analizi: UV Ölçümüne Odaklanan Bir MSA Kılavuzu

Ölçüm sistemlerinin yeterlilik kanıtı, ölçüm cihazlarının güvenilirliğini ve doğruluğunu sağlamak açısından büyük önem taşır. UV ölçüm teknolojisinde, özellikle UV ölçüm cihazları, UV sensörleri ve kalibrasyon lambaları kullanılırken, ölçüm yeteneklerinin doğrulanması merkezi bir öneme sahiptir. Genel olarak ölçüm sistemi analizi (MSA), bir ölçüm cihazının belirli bir ölçüm görevi için uygunluğunu doğrular.

Ölçüm sistemlerinin yeterlilik kanıtı başlangıçta otomotiv endüstrisi tarafından geliştirilmiştir. Ancak bu prosedürleri tanımlayan özel bir standart bulunmamaktadır. Tipik olarak aşağıdaki değerler ve formlar kullanılır.

Yeterlilik kanıtı için çeşitli istatistiksel yöntemler ve kalite kriterleri kullanılır. Bunlar arasında ölçüm cihazlarının tekrarlanabilirliğinin, doğrusallığının ve kararlılığının değerlendirilmesi bulunur.

Burada "capability/capable" (yeterlilik/yeterli) terimlerinin "suitability/suitable" (uygunluk/uygun) anlamında kullanıldığını unutmayınız. Bu nedenle her iki terim de eşdeğer olarak kabul edilmelidir.

MSA ölçüm ekipmanı yeterlilik analizi bu amaçla üç prosedür önerir.

• Yöntem 1, bir ölçüm sisteminin doğruluğunu ve tekrarlanabilirliğini inceler. Doğruluğun veya standarttan sapmanın belirlenmesi için bilinen bir standart gereklidir.
• Yöntem 2, operatörün etkisi dahil olmak üzere bir ölçüm sisteminin tekrarlanabilirliğini inceler.
• Yöntem 3 genellikle otomatik ölçüm sistemleri için kullanılır.

Ölçüm Ekipmanı Yeterlilik Analizi MSA ve UV?

Uygulamada, tutarlı ölçüm sonuçlarını sağlamak ve olası yaşlanma ile kirlenmeyi dikkate almak için UV ölçüm cihazlarının düzenli kalibrasyonu gereklidir.

Kalibrasyon laboratuvarlarımızda standartlar ve kalibrasyon lambaları mevcuttur, bu nedenle yeterlilik kanıtı prosedür 1'e göre ek bir test olarak gerçekleştirilebilir.

Burada doğruluk kalibrasyondan bilinmektedir ve tekrarlanabilirlik, örneğin 25 ölçüm kullanılarak kontrol edilir.

UV ölçüm cihazının konumlandırılmasının ve operatörün tekrarlanabilirlik üzerindeki etkisi laboratuvarda simüle edilemediğinden, prosedür 2 yalnızca kullanıcının kendisi tarafından gerçekleştirilebilir.

Peki MSA prosedür 1'de ne yapılır?

Bir ölçüm cihazının çalışma koşulları altında amaçlanan kullanım için uygun olup olmadığı belirlenir. Uygulamada, yöntem 1 standart ile veya standart olmadan kullanılır. Standartlı uygulama, zaman ve sıcaklık açısından bilinen ve kararlı olması nedeniyle avantajlıdır.

C_gk ve C_g olarak adlandırılan ve tekrarlanabilirliği toleransla karşılaştıran iki karakteristik değer değerlendirilir. Formüller şu şekildedir:

Kalite yönetiminde bu kanıt ölçüm sistemi yeterliliği olarak adlandırılır: cihazın saçılımının, karakteristiğin toleransına karşı yeterince küçük olup olmadığını yanıtlar.

Bu şu anlama gelir:

T = Tolerans

x_g = UV ölçüm cihazının ölçüm değerlerinin ortalama değeri

x_m = standardın nominal değeri

s_g = UV ölçüm cihazının ölçüm değerlerinin standart sapması

Ölçüm nedenleriyle bir standart mevcut değilse, hesaplama

C_gk'nin hesaplaması yapılmaz. Bu durumda, uygun bir ölçüm nesnesi yardımıyla yalnızca

tekrarlanabilirlik C_g belirlenebilir.

Bir normal (referans) mevcutsa, ortalama değerin sapması istatistiksel bir bileşen olarak kaydedilebilir ve "yeterlilik parametresi" adı verilen c_gk belirlenir. Eğer bir standart mevcut değilse, yeterlilik parametresi C_g yalnızca rastgele bileşenden belirlenir. Bu durumda, ölçüm sisteminin saçılma aralığı standart sapma s_g'nin 4 katına çıkarılır ve tolerans için ağırlık faktörü buna göre ayarlanır.

1,33'ten büyük C_gk değerleri ve C_g değerleri, ölçüm cihazının tolerans aralığına göre yeterince hassas olduğunu ve yeterince düşük bir saçılmaya sahip olduğunu gösterir. C_gk ve C_g için formül yeniden düzenlenebilir ve C_g = 1,33 değerinde, dört standart sapmanın saçılma aralığının toleransın en fazla %15'ini kapladığı görülebilir.

Bir ölçümün kalitesini etkileyen diğer faktörler arasında yüksek tekrarlanabilirlik, ulusal ve uluslararası kalibrasyon standartlarına izlenebilirlik ve düşük ölçüm belirsizlikleri yer alır. Kalibrasyon, bir UV ölçüm cihazının standarttan sapmasının düzeltilmesini sağlar. Böylece bu sapma en aza indirilir.

Örnek: ±10 W/m² tolerans ile 100 W/m² hedef değer

Dolayısıyla tolerans 20'dir, yani -10 ila +10 W/m².

MSA şartnamesine göre, ölçüm cihazının çözünürlüğü belirtilen toleransın (±) %5'ini aşmamalıdır. Dolayısıyla tolerans ±10 W/m² ise, çözünürlük en az 1 W/m² olmalıdır.

Tekrarlanabilirliğin yeterli olup olmadığını kontrol etmek için şimdi yaklaşık 25 ölçüm kullanılır. Bu amaçla, ölçülen değerlerin tolerans dahilinde yaklaşık olarak hedef değerde bulunması gerekir. Ortalama değer ve standart sapma (örneğin EXCEL'de =STABW.N(..)) 25 ölçümden hesaplanır.

Örnek (normal olmadan):

25 ölçüm alınır ve bunların standart sapması 0,3 W/m²'dir.

Örnekte yeterlilik parametresi c_g şu şekildedir: c_g = 0,2 * 20 / (4 * 0,3) = 3,33

c_g değeri 1,33'ten büyüktür ve bu nedenle ölçüm sisteminin yeterlilik kanıtının başarıyla geçildiği kabul edilir.

Basitçe ifade etmek gerekirse, gerekli tolerans 4 katı standart sapma ile ilişkilendirilerek belirlenir ve değerlendirilir.

MSA için ölçüm aralığı ve doğrusallık

Yeterlilik kanıtının diğer unsurları doğrusallık ve kararlılıktır.

Doğrusallık testi için UV sensörünün istenen ölçüm aralığında doğrusal tepki vermesi gerekir. 

Bir yeterlilik/doğrusallık testinde aşağıdaki durumlar arasında ayrım yapılır:

• Birden fazla standart üzerinde doğrusallık kanıtı (örneğin uzunluk standartları)
• Normal olmadan: doğrusallık ayrı olarak doğrulanır

Bu nedenle kalibrasyonlara ek olarak laboratuvarda UV sensörlerinin doğrusallık testini de sunuyoruz. Bunun için karşılaştırma alıcıları veya kaynak ekleme yöntemleri kullanılır.

Bunun arka planında, kalibrasyonun genellikle iki noktada yapılması yer alır: 0 ve hedef irradyansta. Bu, uluslararası standartlara göre yapılır. Matematiksel açıdan bakıldığında, bu durum iki nokta ile çözülebilen bilinmeyen bir sabit içeren bir denklemle sonuçlanır.

UV ölçüm cihazında, cihaz hassasiyeti genellikle bir direnç potansiyometresi veya bir kalibrasyon faktörü üzerinden ayarlanır. Bu, "bilinmeyen" bir sabite karşılık gelir.

Bu nedenle doğrusallık kontrolü, bu varsayımı ölçüm aralığında test eder. Ofset ve doygunluktan kaynaklanan hatalar da tespit edilir.

Ancak teknik nedenlerden dolayı, çoğu UV lambası spektrumunu değiştirmeden kısılamadığından tüm test noktalarını tam olarak karşılayamıyoruz. Aralığı sizinle görüşmekten memnuniyet duyarız.

Kararlılık ve uzun vadeli kararlılık, güvenilir UV ölçümleri için önemlidir. Bunlar düzenli karşılaştırmalı ölçümler ve kalibrasyonlarla sağlanabilir ve belgelenebilir.

Özetle, "Ölçüm sistemlerinin yeterlilik kanıtı" konulu kılavuz, ölçüm cihazlarının doğrulanması ve kalite güvencesi için önemli adımları açıklamaktadır. Bu adımların tutarlı bir şekilde uygulanması, UV ölçüm sistemlerinin güvenilirliğini ve doğruluğunu sağlayabilir.

UV ölçüm cihazı, Yöntem 1'e göre bir ölçüm sistemi analizi kullanılarak karakterize edildikten sonra, diğer etkiler Yöntem 2'ye göre kullanım sırasında sahada kolayca belirlenebilir.

UV proses kontrolü için hangi ölçüm belirsizliği gereklidir?
Sabit bir değer yoktur – önemli olan proses toleransına oranıdır. Genel yaklaşım, Cg ve Cgk kullanılan yetenek analizidir: 1,33 ve üzerindeki değerler, ölçüm sisteminin toleransın kırkta birinden daha az saçılım gösterdiği anlamına gelir. Hedef dozun ±%10 toleransı için bu, %1'in oldukça altında bir tekrarlanabilirliğe karşılık gelir. Bu durum, kalibrasyon sertifikasında belirtilen ve sistematik bir katkı olarak dikkate alınan genişletilmiş ölçüm belirsizliğinden (k = 2) ayrı tutulmalıdır; Opsytec'in ISO 17025'e göre akredite kalibrasyon laboratuvarında bu değer ≥ %2,8'dir. Günlük proses kontrolünde en önemli husus tekrarlanabilirlik, müşterilere ve denetçilere kanıt sunmada ise izlenebilirliktir.

MSA prosedür 1, 2 ve 3 arasındaki fark nedir?
Prosedür 1, ölçüm sisteminin doğruluğunu ve tekrarlanabilirliğini tek başına inceler ve bunun için bilinen bir standart gerektirir. Prosedür 2, operatörün etkisini de içeren tekrarlanabilirliği inceler. Prosedür 3 genellikle otomatik ölçüm sistemlerine uygulanır. UV ölçüm cihazları için prosedür 1, standartların ve kalibrasyon lambalarının bulunduğu kalibrasyon laboratuvarında gerçekleştirilebilir. Prosedür 2 ise ancak kullanıcı tarafından gerçekleştirilebilir: cihazın konumlandırılmasının ve operatörün etkisi laboratuvarda yeniden oluşturulamaz.

Bir UV ölçüm cihazının hangi çözünürlüğe sahip olması gerekir?
MSA, öngörülen toleransın %5'ini aşmayan bir çözünürlük gerektirir. ±10 W/m² toleransa sahip 100 W/m² hedef değer için tolerans 20 W/m²'dir; bu durumda cihazın en az 1 W/m² çözünürlüğe sahip olması gerekir. Bu gereksinimi karşılamayan bir cihaz, tekrarlanabilirliği ne olursa olsun yetenek analizinde başarısız olur – çözünürlük, genel olarak ayırt edilebilecek şeyi sınırlar.

Doğrusallık neden ayrıca doğrulanır?
Çünkü kalibrasyon normal olarak yalnızca iki noktayı belirler: sıfır ve hedef irradyans. Matematiksel olarak bu, tek bilinmeyenli bir denklemi çözer – cihazın bir kalibrasyon faktörü veya bir ayar potansiyometresi aracılığıyla cihaza tanımlanan duyarlılığı. Sensörün tüm ölçüm aralığında doğrusal tepki verip vermediği bununla belirlenmez. Doğrusallık kontrolü bu boşluğu kapatır ve aynı zamanda ofset ve doygunluk hatalarını ortaya çıkarır; laboratuvarda bunun için karşılaştırma dedektörleri veya kaynak ekleme yöntemleri kullanılır.