Að ná tökum á mælingum: Fullkomin leiðarvísir að algildum, afstæðri og fullum skala (%FS) villum

Hefurðu einhvern tímann skoðað forskriftarblaðið fyriraþrýstingursendandi,aflæðimælir, eðaahitaskynjariogHefurðu séð línu eins og „Nákvæmni: ±0,5% FS“? Þetta er algeng forskrift, en hvað þýðir hún í raun fyrir gögnin sem þú ert að safna? Þýðir það að hver mæling sé innan við 0,5% frá raunverulegu gildi? Eins og sést er svarið aðeins flóknara og það er mikilvægt fyrir alla sem koma að verkfræði, framleiðslu og vísindalegum mælingum að skilja þessa flækjustig.

Villa er óhjákvæmilegur hluti af efnisheiminum. Ekkert tæki er fullkomið. Lykilatriðið er að skilja eðli villunnar, magngreina hana og ganga úr skugga um að hún sé innan viðunandi marka fyrir þína tilteknu notkun. Þessi handbók mun afhjúpa kjarnahugtökin.ofmælingvillaÞað byrjar á grunnskilgreiningunum og víkkar síðan út í hagnýt dæmi og mikilvæg tengd efni, sem umbreytir þér úr einhverjum sem les bara forskriftirnar í einhvern sem skilur þær í raun og veru.

 

Hvað er mælingarvilla?

Í hjarta þess,Mælingarvilla er mismunurinn á mældri stærð og raunverulegu gildi hennarHugsaðu um það sem bilið á milli heimsins eins og hljóðfærið þitt sér hann og heimsins eins og hann er í raun og veru.

Villa = Mælt gildi – Raunverulegt gildi.

„Sanngildi“ er fræðilegt hugtak. Í reynd er aldrei hægt að vita algert sanngildi með fullkominni vissu. Í staðinn er notað hefðbundið sanngildi. Þetta er gildi sem mælistaðall eða viðmiðunartæki gefur upp og er mun nákvæmara (venjulega 4 til 10 sinnum nákvæmara) en tækið sem verið er að prófa. Til dæmis, þegar kvarðað erhandfestaþrýstingurmælikvarði, yrði „hefðbundið raungildi“ fengið úr mjög nákvæmum,rannsóknarstofuhæftþrýstingurkvörðunartæki.

Að skilja þessa einföldu jöfnu er fyrsta skrefið, en hún segir ekki alla söguna. Einn millimetra skekkja er óveruleg þegar lengd 100 metra pípu er mæld, en hún er stórkostleg bilun þegar stimpill er smíðaður fyrir vél. Til að fá heildarmyndina þurfum við að tjá þessa skekkju á markvissari hátt. Þetta er þar sem algild skekkja, afstæð skekkja og viðmiðunarskekkja koma við sögu.

Safn þriggja algengra mælivilla

Við skulum brjóta niður þrjár helstu leiðirnar til að magngreina og miðla mælivillu.

1. Algjör villa: Hráfrávikið

Algjör villa er einfaldasta og beinasta form villu. Eins og skilgreint er í frumskjalinu er það beinn munur á mælingunni og raunverulegu gildi, tjáður í einingum mælieiningarinnar sjálfrar.

Formúla:

Dæmi:

Þú ert að mæla flæði í pípu meðsattrennslishraðiof50 m³/klst. ogþinnrennslismælirles50,5 m³/klst, þannig að algildisvillan er 50,5 – 50 = +0,5 m³/klst.

Ímyndaðu þér nú að þú sért að mæla annað ferli með raunverulegu rennsli upp á 500 m³/klst. og rennslismælirinn þinn sýnir 500,5 m³/klst. Algildi skekkjunnar er samt +0,5 m³/klst.

Hvenær er það gagnlegt? Algjör skekkja er nauðsynleg við kvörðun og prófanir. Kvörðunarvottorð sýnir oft algild frávik á ýmsum prófunarpunktum. Hins vegar, eins og dæmið sýnir, skortir það samhengi. Algjör skekkja upp á +0,5 m³/klst finnst mun marktækari fyrir minni rennslishraða en stærri. Til að skilja þá þýðingu þurfum við hlutfallslegt skekkjuhlutfall.

2. Afstæð villa: Villan í samhengi

Hlutfallsleg skekkja veitir samhengið sem algild skekkja skortir. Hún lýsir skekkjunni sem brot eða prósentu af raunverulegu gildi sem verið er að mæla. Þetta segir þér hversu stór skekkjan er miðað við stærð mælingarinnar.

Formúla:

Dæmi:

Við skulum skoða dæmið okkar aftur:

Fyrir 50 m³/klst rennsli: Hlutfallsleg villa = (0,5 m³/klst / 50 m³/klst) × 100% = 1%

Fyrir 500 m³/klst rennsli: Hlutfallsleg villa = (0,5 m³/klst / 500 m³/klst) × 100% = 0,1%

Skyndilega er munurinn miklu skýrari. Þótt algildi skekkjunnar hafi verið eins í báðum tilfellum sýnir hlutfallslega skekkjan að mælingin var tífalt ónákvæmari fyrir lægri rennslishraða.

Hvers vegna skiptir þetta máli? Hlutfallsleg skekkja er mun betri vísbending um afköst mælitækis á tilteknum rekstrarpunkti. Hún hjálpar til við að svara spurningunni „Hversu góð er þessi mæling núna?“ Hins vegar geta framleiðendur mælitækja ekki listað upp hlutfallslega skekkju fyrir öll möguleg gildi sem þú gætir mælt. Þeir þurfa eina, áreiðanlega mælikvarða til að tryggja afköst tækisins síns yfir alla rekstrargetu þess. Það er hlutverk viðmiðunarskekkjunnar.

3. Tilvísunarvilla (%FS): Iðnaðarstaðallinn

Þetta er sú forskrift sem þú sérð oftast á gagnablöðum: nákvæmni tjáð sem prósentaofFulltKvarði (%FS), einnig þekkt sem viðmiðunarvilla eða sviðsvilla. Í stað þess að bera saman algildisvilluna við núverandi mældu gildi, er hún borin saman við heildarsvið (eða svið) tækisins.

Formúla:

Mælisviðið (eða span) er mismunurinn á hámarks- og lágmarksgildum sem tækið er hannað til að mæla.

Lykilatriðið: Að skilja %FS

Ímyndum okkur að þú kaupiraþrýstimælirmeðeftirfarandi forskriftir:

• Svið: 0 til 200 bör

• Nákvæmni: ±0,5% FS

Skref 1: Reiknaðu út hámarks leyfilega algilda villu.

Fyrst finnum við algildisvilluna sem þessi prósenta samsvarar: hámarks algildisvilla = 0,5% × (200 bör – 0 bör) = 0,005 × 200 bör = ±1 bar.

Þetta er mikilvægasta útreikningurinn, sem segir okkur að óháð því hvaða þrýsting við mælum, þá er tryggt að mælingin úr þessu tæki sé innan við ±1 bar frá raunverulegu gildi.

Skref 2: Sjáðu hvernig þetta hefur áhrif á hlutfallslega nákvæmni.

Við skulum nú sjá hvað þessi ±1 bar villa þýðir á mismunandi stöðum í bilinu:

• Mæling á þrýstingi upp á 100 bör (50% af mælisviðinu): Mælingin getur verið á bilinu 99 til 101 bör. Hlutfallsleg skekkja á þessum tímapunkti er (1 bar / 100 bör) × 100% = ±1%.

• Mæling á þrýstingi upp á 20 bör (10% af mælisviðinu): Mælingin getur verið á bilinu 19 til 21 bör. Hlutfallsleg skekkja á þessum tímapunkti er (1 bar / 20 bör) × 100% = ±5%.

• Mæling á þrýstingi upp á 200 bör (100% af mælisviðinu): Mælingin getur verið á bilinu 199 til 201 bör. Hlutfallsleg skekkja á þessum tímapunkti er (1 bar / 200 bör) × 100% = ±0,5%.

Þetta leiðir í ljós mikilvæga meginreglu mælitækni um að hlutfallsleg nákvæmni mælitækis er best efst á bilinu en verst neðst.

Hagnýt kenning: Hvernig á að velja rétta hljóðfærið?

Sambandið milli %FS og hlutfallslegs skekkju hefur djúpstæð áhrif á val á tækjum.Því minni sem viðmiðunarvillan er, því meiri er heildarnákvæmni tækisins.Hins vegar er einnig hægt að bæta mælingarnákvæmni með því einfaldlega að velja rétt svið fyrir notkunina.

Gullna reglan um stærðarval mælinga er að velja tæki þar sem dæmigerð rekstrargildi eru í efri helmingi (helst efri tveimur þriðju hlutum) af fullu kvarðasviði þess. Við skulum skoða dæmi:

Ímyndaðu þér að ferlið þitt starfi venjulega við 70 bör þrýsting, en geti náð allt að 90 börum. Þú ert að íhugatveirsendar, bæði með ±0,5% FS nákvæmni:

• Sendandi A: Svið 0-500 bör

• Sendandi B: Svið 0-100 bör

Við skulum reikna út hugsanlega villu fyrir venjulegan rekstrarpunkt upp á 70 bör:

Sendir A (0-500 bör):

• Hámarks algild villa = 0,5% × 500 bör = ±2,5 bör.

• Við 70 bör gæti mælingin verið 2,5 bör frávik. Raunveruleg hlutfallsleg skekkja er (2,5 / 70) × 100% ≈ ±3,57%. Þetta er veruleg skekkja!

Sendir B (0-100 bör):

• Hámarks algild villa = 0,5% × 100 bör = ±0,5 bör.

• Við 70 bör gæti mælingin aðeins verið 0,5 bör frávik. Raunveruleg hlutfallsleg skekkja er (0,5 / 70) × 100% ≈ ±0,71%.

Með því að velja tækið með viðeigandi „þjappaða“ svið fyrir notkun þína, fimmfaldaðir þú nákvæmni mælinga í raunveruleikanum, jafnvel þótt bæði tækin hefðu sömu „%FS“ nákvæmnismat á gagnablöðum sínum.

Nákvæmni vs. nákvæmni: Mikilvægur greinarmunur

Til að ná fullum tökum á mælingum er eitt hugtak í viðbót nauðsynlegt: munurinn á nákvæmni og nákvæmni. Fólk notar þessi hugtök oft til skiptis, en í vísindum og verkfræði þýða þau mjög ólíka hluti.

Nákvæmniishvernigað mæling sé nálægt raunverulegu gildiÞetta tengist algildri og afstæðri skekkju. Nákvæmt tæki gefur að meðaltali rétta mælingu.

Nákvæmniishvernigmargar mælingar á sama hlutnum eru nálægt hvor annarriÞað vísar til endurtekningarhæfni eða samræmis mælinga. Nákvæmt tæki gefur þér næstum sömu mælingu í hvert skipti, en sú mæling er ekki endilega sú rétta.

Hér er markmiðslíkingin:

• Nákvæmt og nákvæmt: Öll höggin þín eru þétt saman í miðju skotmarksins. Þetta er tilvalið.

• Nákvæmt en ónákvæmt: Öll skotin þín eru þétt saman, en þau eru í efra vinstra horninu á skotmarkinu, langt frá miðpunktinum. Þetta bendir til kerfisbundinnar villu, eins og rangstilltrar sjónauka á riffli eða illa kvarðaðan skynjara. Mælitækið er endurtekningarhæft en stöðugt rangt.

• Nákvæmt en ónákvæmt: Skotin þín eru dreifð um allt skotmarkið, en meðalstaða þeirra er miðja skotmarksins. Þetta gefur til kynna handahófskennda villu þar sem hver mæling sveiflast ófyrirsjáanlega.

• Hvorki nákvæmt né nákvæmt: Skotin eru dreifð af handahófi um allt skotmarkið, án samræmis.

Mælitæki með 0,5% FS forskrift fullyrðir nákvæmni sína, en nákvæmnin (eða endurtekningarhæfni) er oft skráð sem sérstakur liður í gagnablaðinu og er venjulega lægri (betri) tala en nákvæmni þess.

Niðurstaða

Að skilja blæbrigði villna er það sem greinir góðan verkfræðing frá frábærum.

Í stuttu máli krefst það að ná tökum á mælivillu að færa sig frá grunnhugtökum yfir í hagnýta notkun. Algjör villa gefur hráa frávikið, hlutfallsleg villa setur hana í samhengi við núverandi mælingu og viðmiðunarvilla (%FS) býður upp á stöðlaða ábyrgð á hámarksvillu mælitækis yfir allt svið þess. Lykilatriðið er að tilgreind nákvæmni mælitækis og raunveruleg afköst þess eru ekki þau sömu.

Með því að skilja hvernig fast %FS villa hefur áhrif á hlutfallslega nákvæmni yfir kvarðann geta verkfræðingar og tæknimenn tekið upplýstar ákvarðanir. Að velja tæki með viðeigandi svið fyrir notkunina er jafn mikilvægt og nákvæmnismat þess, til að tryggja að söfnuð gögn endurspegli raunveruleikann áreiðanlega.

Næst þegar þú skoðar gagnablað og sérð nákvæmnismat, þá veistu nákvæmlega hvað það þýðir. Þú getur reiknað út hámarks mögulega villu, skilið hvernig þessi villa mun hafa áhrif á ferlið þitt á mismunandi rekstrarpunktum og tekið upplýsta ákvörðun sem tryggir að gögnin sem þú safnar séu ekki bara tölur á skjá, heldur áreiðanleg speglun á raunveruleikanum.

Hafðu samband við mælingasérfræðinga okkar