När en kvalitetsinspektör mäter ett skaft med en bärbar Leeb hårdhetstestare och får 640 HL, medan processspecifikationen kräver 630±15 HL, är resultatet acceptabelt? Om mätosäkerheten endast är ±3 HL är svaret ja. Om osäkerheten når ±8 HL kan resultatet inte bedömas direkt. Detta är den verkliga effekten av osäkerhet i en mätning. Det är inte ett teoretiskt begrepp som bara spelar roll i metrologilaboratorier. Det är en grundläggande parameter som varje ingenjör, inspektör och kvalitetschef måste förstå.
Vad är osäkerhet i en mätning?
Mätosäkerhet är den parameter som kännetecknar spridningen av mätresultaten. Den definierar det intervall i vilket det uppmätta värdet rimligen ligger. Joint Committee for Guides in Metrology (JCGM) definierar det i GUM som en parameter associerad med resultatet av en mätning som kännetecknar spridningen av de värden som rimligen skulle kunna tillskrivas mätmåttet.
I praktiken bör ett fullständigt mätresultat uttryckas som det uppmätta värdet±osäkerheten. Utan osäkerhet kan en mätning inte jämföras med toleranskrav eller med annat resultat från ett annat instrument. Till exempel, när du köper en digital Brinell hårdhetstestare är den utökade osäkerheten som anges på dess kalibreringscertifikat ett direkt bevis på utrustningens mätförmåga.
HBS-3000ET Touch Screen Digital Brinell hårdhetstestare med manuellt revolver Denna digitala Brinell hårdhetstestare erbjuder pekskärmsdrift och automatisk kraftkontroll, vilket säkerställer tillförlitliga mätningar. Dess kalibreringscertifikat ger utökad osäkerhet, vilket direkt bevisar dess mätförmåga för kvalitetskontroll. Visa produkt → Mätosäkerhet är inte detsamma som mätfel. Fel är skillnaden mellan ett uppmätt värde och det sanna värdet, och det sanna värdet är vanligtvis okänt. Osäkerhet är ett intervall som kvantifierar spridningen av mätresultatet. Även efter att systematiska fel har rättats till finns fortfarande osäkerhet. Efter att en hårdhetstestare har kalibrerats korrigeras den systematiska avvikelsen, men den osäkerhet som själva kalibreringsprocessen infört kvarstår. Det är därför varje kalibreringscertifikat listar en utökad osäkerhet: det talar om för användaren hur tillförlitligt utrustningens mätresultat faktiskt är.
Typ A och typ B osäkerhet: Olika källor, olika metoder
Typ A-osäkerhet utvärderas med statistiska metoder baserade på upprepade mätningar. Typ B-osäkerhet baseras på icke-statistisk information såsom kalibreringscertifikat, tillverkarens specifikationer, publicerade referensdata och miljöförhållanden.
Till exempel, vid Vickers hårdhetstestning ger fem mätningar av samma prov 318, 322, 319, 321 och 318 HV. Medelvärdet är 319,6 HV och den experimentella standardavvikelsen är 1,7 HV. Standardosäkerheten för medelvärdet är 1,7 dividerat med kvadratroten ur 5, vilket är lika med 0,76 HV. Detta är typ A-utvärdering.
Å andra sidan kan ett kalibreringscertifikat ange en utökad osäkerhet på ±6 HV med en täckningsfaktor k lika med 2. Standardosäkerheten är 6 dividerat med 2, eller 3 HV. Detta är typ B-utvärdering.
För att beräkna den kombinerade osäkerheten, kombinera komponenterna med rot-summa-kvadrat. För detta exempel är den kombinerade osäkerheten u c är lika med kvadratroten av 0,76 2 plus 3 2 , vilket är ungefär 3,1 HV.
| Utvärderingsmetod | Typ A | Typ B |
| Datakälla | Upprepade mätningar | Kalibrering certificate, specifications, reference data |
| Statistiskt underlag | Standardavvikelse för medelvärdet | Delat med täckningsfaktorn k |
| Exempel i hårdhetsprovning | Fem mått: 318, 322, 319, 321, 318 HV | Kalibrering certificate: U=6 HV, k=2 |
| Standardosäkerhet | 0,76 HV | 3 HV |
Mätosäkerhet och kvalitetskontroll: den praktiska effekten
Mätosäkerheten påverkar direkt beslut om godkända och underkända, kalibreringsstrategier och kundrevisioner.
När ett mätresultat ligger nära en toleransgräns avgör osäkerheten om resultatet verkligen är acceptabelt. Tänk på ett hårdhetskrav på 315±10 HV. Ett uppmätt värde på 320 HV med en osäkerhet på ±5 HV är sannolikt acceptabelt. Men med en osäkerhet på ±15 HV kan inspektören inte fatta ett säkert beslut utan vidare utredning.
Kalibreringsstrategier är också beroende av osäkerhet. En mindre mätosäkerhet tillåter längre kalibreringsintervall, vilket minskar stilleståndstider och underhållskostnader. En större osäkerhet kräver tätare omkalibrering.
I ISO 9001- och ISO/IEC 17025-systemen ägnar revisorerna stor uppmärksamhet åt hur laboratorier utvärderar och rapporterar mätosäkerhet. Ett laboratorium som inte kan visa en osäkerhetsbudget kan misslyckas med certifieringsrevisioner även om utrustningen verkar fungera korrekt. För tillverkningsföretag förbättras också förståelsen för osäkerhet materialtestningsnoggrannhet och hjälper till att lösa tvister med leverantörer eller kunder. När ett testresultat ifrågasätts ger osäkerhetsberäkningen objektiva bevis på produktkvalitet.
Hur man beräknar mätosäkerhet: en steg-för-steg-process
Att utvärdera mätosäkerhet kan göras i sju steg. Avancerad matematik krävs inte, men en tydlig förståelse av mätprocessen är väsentlig.
- Definiera måttet och upprätta mätmodellen.
- Identifiera alla osäkerhetskällor som kan påverka resultatet.
- Kvantifiera varje komponent med antingen typ A- eller typ B-metoder.
- Konvertera varje komponent till en standardosäkerhet.
- Kombinera alla standardosäkerheter med rot-summa-kvadratmetoden.
- Multiplicera den kombinerade osäkerheten med en täckningsfaktor, vanligtvis k lika med 2 för ungefär 95 procents konfidens.
- Rapportera det fullständiga resultatet, inklusive mätvärdet, den utökade osäkerheten och täckningsfaktorn.
Den utökade osäkerheten med k=2 är det standardrapporteringsformat som förväntas av ISO/IEC 17025 och de flesta kvalitetsledningssystem.
Mätosäkerhet vid hårdhetsprovning och materialanalys
Vid hårdhetstestning och metallografisk analys kommer osäkerheten främst från utrustningskalibrering, provberedning, operatörsteknik och miljöförhållanden.
Automatiserad och digital utrustning minskar operatörsinducerad osäkerhet. En digital Brinell hårdhetstestare med pekskärm läser automatiskt av fördjupningsdiametern och beräknar hårdhetsvärdet, vilket minskar avläsningsvariationen från cirka 5 procent till mindre än 1 procent. Detta förbättrar direkt typ A-komponenten av osäkerhet.
HBRVS-187.5 digital multifunktionshårdhetstestare för Brinell, Rockwell och Vickers Genom att kombinera Brinell-, Rockwell- och Vickers-metoder i en enhet, minskar denna digitala hårdhetstestare systematiska skillnader från utrustningsförändringar och är lämplig för olika material i labb eller industriella miljöer. Visa produkt → För laboratorier som behöver växla mellan Brinell-, Rockwell- och Vickers-metoder, minskar en multifunktionshårdhetstestare de systematiska skillnaderna som uppstår vid byte av utrustning. För små prover eller ythärdade lager är en micro-Vickers hårdhetstestare med högre precision det lämpliga valet. Den hårdhetstestningsmetoder som diskuteras i detta sammanhang kräver alla en noggrann osäkerhetsbedömning.
HV-1000Z Manuell Micro-Vickers hårdhetstestare med LCD-skärm Denna micro-Vickers hårdhetstestare mäter små prover och ythärdade lager med hög precision. Den har ett automatiskt revolver och LCD-avläsning, idealiskt för laboratorieutvärderingar där osäkerhet måste kontrolleras. Visa produkt → Vid metallografisk provberedning införs också osäkerhet under skärning, montering och polering. Ojämn beredning kan göra att hårdhetsavläsningarna varierar med flera procent även på samma prov. Att välja rätt metallografiska förbrukningsvaror och följa standardiserade procedurer är lika viktigt som att välja rätt hårdhetstestare.
Vanliga frågor
Vad är skillnaden mellan mätosäkerhet och mätfel?
Mätfel är skillnaden mellan ett uppmätt värde och det sanna värdet. Mätosäkerhet är en parameter som kvantifierar spridningen av mätresultatet. Fel är ett enda värde; osäkerhet är ett intervall.
Vad betyder utökad osäkerhet med k lika med 2?
Det betyder att det intervall som definieras av mätresultatet±den utökade osäkerheten har en konfidensnivå på cirka 95 procent. Om du upprepar mätningen många gånger skulle cirka 95 procent av resultaten falla inom det intervallet.
Varför är kalibreringsosäkerhet viktig?
Kalibreringsosäkerhet talar om för dig hur exakt din referensstandard är. Det fortplantar sig i dina egna mått. Ett kalibreringscertifikat med hög osäkerhet innebär att din utrustning inte kan verifiera mycket snäva toleranser.
Hur kan jag minska mätosäkerheten?
Använd kalibrerad utrustning, kontrollera miljöförhållanden, standardisera operatörsprocedurer och öka antalet upprepade mätningar. Vid materialtestning, se också till att provberedningen är konsekvent.
