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校正證書與貴公司自身的量測架設所述數值不同

紫外線量測中的量測不確定度

紫外線感測器與紫外線輻射計的資料表會標示一個百分比數值,通常後面接著 k = 2。此數值源自校正過程,描述儀器在實驗室中、於校正光源處的準確程度。而在貴公司自身的量測位置上,不確定度會較大 ── 通常還會大得多。本頁說明此差異的來源、k = 2 的意義,以及各項組成因素如何加總,得出適用於貴公司量測任務的可靠數值。

校正不確定度並非量測不確定度

校正不確定度適用於一個定義嚴格的狀態:實驗室的校正光源、已校正的光譜範圍、已校正的量測範圍、室溫以及校正當天。此數值記載於校正證書中,是儀器所能擁有的最小不確定度。

量測不確定度則是適用於您自身量測結果的數值。它包含校正不確定度,再加上事後所增加的一切因素:與校正光源不同的光源、不同的感測器溫度、自校正以來的老化、與光源之間的距離及對準狀況,以及量測本身的離散程度。

若將證書上的數值當作量測不確定度來引用,將會低估其實際值。對於製程放行、能力證明或符合標準的合規證據而言,這是錯誤的數字。

k = 2 代表的意義

所標示的並非標準不確定度 u,而是擴充不確定度 U = k · u。覆蓋因子 k 決定了真值落在所述區間內的可信程度:

  • k = 1 – 約 68 % 信賴水準
  • k = 2 – 約 95 % 信賴水準;為 DIN EN ISO/IEC 17025 校正證書中常用的數值
  • k = 3 – 約 99.7 % 信賴水準

因此,未標示 k 值的百分比數字無法被評估:k = 1 時的 5 % 與 k = 2 時的 5 % 相差兩倍。若資料表中僅列出數值卻未標示覆蓋因子,則該規格說明並不完整。

UV量測系統的不確定度預算

每個貢獻項目均分別評估,並轉換為標準不確定度後才進行合併。以下數量級適用於Opsytec感測器與輻射計;個別案例的數值則載於校正證書以及相應產品的技術資料中。

量測不確定度之貢獻項目

貢獻項目 數量級 數值來源、降低方法
出廠校正 4.5~6.0 %(k = 2) 校正證書;Opsytec 感測器之典型值
ISO 17025 校正 2.8 % 以上(k = 2) 依 DIN EN ISO/IEC 17025 認證之校正實驗室
光譜失配 最高可達數十個百分比 在不熟悉的光源下為最大單一影響因素;針對實際光源進行校正或套用失配係數
線性度 低於 1% 感測器技術資料
老化 每年低於 3% 隨距上次校正時間增加而增大;請訂定校正週期
溫度飄移 每 °C 低於 0.1% 限制感測器溫度,並提供冷卻
距離與對準 依應用而異 訂定可重複之量測幾何配置;並注意餘弦修正
重複性 依應用而異 於自身裝置上進行重複量測以確定

從預算到數值

各項貢獻是以均方根方式相加,而非直接加總──因為它們彼此獨立。組合標準不確定度可由標準不確定度 ui 求得:

uc = √(u1² + u2² + … + un²)

在相加之前,每項貢獻都會先換算回 k = 1:以 k = 2 表示的數值需除以 2,未標示分布型態的極限值則視為矩形分布並除以 √3。最後再以 k = 2 重新展開結果。

實例:UVA LED 固化,感測器針對實際光源校正

貢獻項目 輸入值 u (k = 1)
出廠校正 6 % (k = 2) 3.0 %
針對特定光源校正後的殘餘不匹配 4 % (k = 2) 2.0 %
老化,自校正起一年 低於 3%,矩形分布 1.7 %
感測器溫度較校正溫度高 20 °C 2%,矩形分布 1.2 %
量測位置的重複性 來自重複量測 1.0 %
合成標準不確定度 各項貢獻以平方和方式合併 4.3 %
擴展量測不確定度 (k = 2) 合成標準不確定度 × 2 8.6 %

校正證書本身只會標示 6 %。實際上這套設定可達到 8.6 %──而這已經是使用針對實際採用之 LED 進行校正的感測器所得結果。若未針對光源進行專屬校正,光譜不匹配將主導整體誤差預算,數值將達到兩位數。

這對製程控制的意義

對於持續的製程監控而言,重要的並非絕對讀值,而是重現性:今天測得的劑量,是否與上週的測量方式相同?系統性的部分——校正與失配——以固定係數的形式存在,並在比較兩次測量時相互抵消。剩下的便是離散程度。

正因如此,量測系統的適用性是透過 Cg 與 Cgk 指標的能力證明來確立,而非依據校正證書上的數值。然而,若要對客戶、稽核人員或標準提出絕對證明,則須套用預算中完整的量測不確定度。

有兩項措施能最有效地降低不確定度:針對實際光源進行校正,以及遵守既定的校正週期。本校正實驗室可依需求提供 ISO 17025 認證的雙重服務。

關於量測不確定度的常見問題

校正不確定度與量測不確定度有何差異?
校正不確定度記載於校正證書中,僅適用於校正用光源、已校正的光譜範圍與量測範圍,以及校正當天。量測不確定度則適用於您自己的量測結果:它包含校正不確定度,再加上實際使用光源的光譜不匹配、感測器溫度、自校正以來的老化、距離與對準,以及量測本身的離散程度。因此它必然大於證書上所載的數值。

不確定度標示中的 k = 2 代表什麼意思?
k 為包含因子(coverage factor)。所標示的是擴充不確定度 U = k · u,而非標準不確定度 u。k = 2 相當於約 95 % 的信賴水準,是符合 DIN EN ISO/IEC 17025 校正證書中常見的數值。若只標示百分比而未註明 k 值,則無法評估,因為 k = 1 時的 5 % 與 k = 2 時的 5 % 相差達兩倍。

實務上,紫外線量測的量測不確定度有多大?
這取決於量測架構,須透過不確定度預算來確定。以 UVA LED 固化為例,若感測器係針對實際光源校正,將工廠校正、殘餘不匹配、一年的老化、感測器溫度升高與重複性等因素合併計算,總計約為 8.6 %(k = 2)-相較之下,僅依校正證書所載則為 6 %。若未針對特定光源進行校正,數值可能達到兩位數。

哪一項量測不確定度的來源影響最大?
通常是光譜不匹配,只要量測所用光源與校正時所用光源不同即會發生。其影響可達數十個百分點,因而可能超過所有其他來源加總的影響。由於此偏差具系統性且可重現,因此可藉由針對實際光源進行校正,或套用不匹配係數,大幅消除此影響。