量測系統分析：以紫外線量測為重點的 MSA 指南

量測系統的能力證明對於確保量測裝置的可靠性與準確度至關重要。在紫外線量測技術中，尤其是在使用紫外線量測裝置、紫外線感測器與校正燈時，量測能力的驗證具有核心重要性。一般而言， 量測 系統分析 （MSA） 可確認某量測裝置是否適用於特定的量測任務。

 量測系統之能力證明 最初是由汽車產業所發展。然而，目前並無明確定義這些程序的特定標準。以下為通常採用的數值與形式。

能力證明會採用各種統計方法與品質準則，其中包括評估量測裝置的重複性、線性度與穩定性。

請注意，此處所使用的「能力／有能力」一詞，係指「適用性／適用」之意。因此，這兩個詞可視為同義。

MSA量測設備能力分析針對此目的提出了 三種程序 。

• 方法一檢驗量測系統的準確度與重複性。在確定準確度或與標準件之間的偏差時，需要一個已知的標準件。
• 方法二檢驗量測系統的重複性，包括操作人員的影響。
• 方法三通常用於自動化量測系統。

量測設備能力分析 MSA 與紫外線？

在實務上，定期校正紫外線量測裝置是必要的，以確保量測結果的一致性，並考量可能發生的老化與污染。

本公司的校正實驗室備有標準件與校正燈，因此能力證明可依照程序一作為額外測試進行。

在此，準確度可由校正結果得知，而重複性則可透過例如 25 次量測進行檢驗。

程序二只能由使用者自行進行，因為紫外線量測裝置的定位方式與操作人員對重複性的影響，無法在實驗室中模擬。

那麼，MSA 程序一具體是如何進行的？

此程序用於確定量測裝置在操作條件下是否適用於預定用途。在實務上，方法一可搭配標準件使用，亦可不使用標準件。使用標準件的作法較具優勢，因為標準件在時間與溫度方面均為已知且穩定。

此處會評估兩個特徵值，分別稱為 C_gk 與 C_g，用於比較重複性與公差。其公式如下：

在品質管理中，相同的證明稱為量測系統能力：其目的在於回答儀器的離散程度相對於特徵值的公差是否足夠小。

這表示：

T = 公差

x_g = 紫外線量測裝置量測值之平均值

x_m = 標準件之標稱值

s_g = 紫外線量測裝置量測值之標準差

若因量測原因無法取得標準件，則省略計算

C_gk。在此情況下，僅能借助合適的量測物件來確定

重複性 C_g。

如果存在標準件，可將平均值的偏差記錄為統計成分，並確定所謂的能力參數 c_gk。如果沒有標準件，則能力參數 C_g 純粹由隨機成分確定。在這種情況下，量測系統的散佈範圍會增加至標準差 s_g 的 4 倍，並對容差的加權因子進行調整。

C_gk 值與 C_g 值大於 1.33 表示該量測裝置相對於容差範圍已足夠精確，且具有足夠低的散佈度。將 C_gk 與 C_g 的公式重新排列後可以看出，當 C_g = 1.33 時，四倍標準差的散佈範圍最多佔容差的 15 %。

量測品質的其他因素包括高重複性、對國家及國際校正標準的計量溯源性，以及低量測不確定度。校正可修正紫外線量測裝置與標準件之間的偏差，使其降至最低。

範例：目標值 100 W/m²，容差 ± 10 W/m²

因此容差為 20，即 -10 至 +10 W/m²。

依照 MSA 規範，量測裝置的解析度不得超過所訂容差（±）的 5 %。因此若容差為 ±10 W/m²，解析度至少須為 1 W/m²。

現以約 25 次量測來檢驗重複性是否足夠。為此，量測值應大致落在目標值附近的容差範圍內。由這 25 次量測計算出平均值與標準差（例如在 EXCEL 中使用 =STABW.N(..)）。

範例（無標準件）：

進行 25 次量測，其標準差為 0.3 W/m²。

此範例中的能力參數 c_g 為：c_g = 0.2 * 20 / (4 * 0.3) = 3.33

c_g 值大於 1.33，因此量測系統的能力證明視為已通過。

簡單來說，即是將所需的容差與 4 倍標準差進行比對並加以評估。

MSA 之量測範圍與線性度

能力證明的其他要素包括線性度與穩定性。

在線性度測試中，紫外線感測器須在所需的量測範圍內呈線性響應。

在能力／線性度測試中，可區分以下情況：

• 以多個標準件證明線性度（例如長度標準件）
• 無標準件：線性度須另行驗證

因此，除了校正之外，本公司亦提供實驗室內紫外線感測器線性度測試。此測試採用比較接收器或光源疊加法。

其背景在於，校正通常在兩個點上進行：0 與目標輻照度。此做法符合國際標準。從數學角度而言，這會產生一個含未知常數的方程式，可由兩個點求解。

在紫外線量測裝置中，裝置靈敏度通常透過電阻式可變電阻器或校正係數來設定，這相當於一個「未知」常數。

因此，線性度檢驗即是在量測範圍內驗證此假設，同時也能偵測因偏移與飽和所造成的誤差。

然而，出於技術原因，本公司無法精確達到所有測試點，因為大多數紫外線燈管在調光時會改變其光譜。本公司樂於與貴公司討論相關範圍。

穩定性與長期穩定性對於可靠的紫外線量測而言十分重要，可透過定期的比較量測與校正來確保並記錄。

總而言之，「量測系統能力證明」指南描述了量測裝置驗證與品質保證的重要步驟。持續一致地應用這些步驟，可確保紫外線量測系統的可靠性與準確性。

一旦紫外線量測裝置已依方法 1 透過量測系統分析完成特性鑑定，其他影響因素即可依方法 2 在使用現場輕鬆判定。

紫外線製程控制需要多少量測不確定度？
沒有固定數值——重要的是與製程容許差之間的比例。常見做法是使用 Cg 與 Cgk 進行能力研究：數值達到 1.33 以上，代表量測系統的離散程度小於容許差的四十分之一。若容許差為目標劑量的 ±10%，這相當於重複性遠低於 1%。這必須與校正證書中所列的擴充量測不確定度（k = 2）區分開來，後者是以系統性貢獻的形式納入計算；在 Opsytec 經 ISO 17025 認證的校正實驗室中，該數值為 ≥ 2.8%。在日常製程控制中，重複性最為重要；而在向客戶與稽核人員提供證明時，計量溯源性則是關鍵。

MSA 程序 1、2 與 3 之間有何差異？
程序 1 單獨檢驗量測系統的準確度與重複性，且需要一個已知的標準件。程序 2 檢驗包含操作人員影響的重複性。程序 3 通常適用於自動化量測系統。對於紫外線量測裝置，程序 1 可在校正實驗室中進行，因為那裡具備標準件與校正燈管。程序 2 只能由使用者執行：儀器擺放位置與操作人員的影響無法在實驗室中重現。

紫外線量測裝置需要具備怎樣的解析度？
MSA 要求解析度不得超過預定容許差的 5%。若目標值為 100 W/m²，容許差為 ±10 W/m²，則容許差範圍為 20 W/m²；此時裝置至少必須能解析 1 W/m²。若儀器不符合此要求，無論其重複性如何，都將無法通過能力研究——解析度決定了究竟能區分出什麼。

為什麼線性度需要另外驗證？
因為校正通常只確立兩個點：零點與目標輻照度。從數學上來說，這僅解出一個含有一個未知數的方程式——即裝置的響應度，該值透過校正係數或微調電位器設定於儀器中。感測器在整個量測範圍內是否呈線性響應，並不會因此得到確認。線性度檢驗填補了這一空白，同時也能揭露偏移與飽和誤差；實驗室中會使用比對式感測器或光源疊加法進行此項檢驗。