Jak se zajišťuje metrologické potvrzení a jaká je role technických norem v měřicích procesech?

Metrologické potvrzení a realizace měřicích procesů představují zásadní aspekt v řízení jakosti a technické spolehlivosti v mnoha odvětvích. Tento proces není pouze formálním kalibračním úkonem, ale komplexním systémem opatření, které mají zajistit, že měření poskytují důvěryhodné a opakovatelné výsledky v souladu s požadovanými metrologickými charakteristikami.

Jedním z klíčových předpokladů pro zajištění správnosti měření je ověřování kalibrace. Není nutné vždy přistupovat ke znovukalibraci, pokud předchozí kalibrace zůstává v rámci platnosti a pokud existují nástroje, které potvrzují, že nejistoty a chyby měření nepřek

Jaký je rozdíl mezi přesností a správností měření – a proč na něm záleží?

Správnost měření (anglicky accuracy) je definována jako míra shody mezi naměřenou hodnotou a skutečnou (nebo referenční) hodnotou měřené veličiny. Je důležité zdůraznit, že správnost není veličina vyjádřitelná číselně – nemůžeme říci, že nějaký výsledek má správnost například „0,1 %“. Správnost se zvyšuje, když se chyba měření zmenšuje. V ideálním případě by správné měření přesně odpovídalo skutečné hodnotě, ale jelikož ta je zpravidla neznámá, nahrazuje se tzv. konvenční hodnotou – například hmotností etalonu, nebo jinou standardní hodnotou uznávanou dohodou.

Na rozdíl od toho přesnost měření (precision) je míra shody mezi opakovanými výsledky měření téže veličiny za definovaných podmínek. Přesnost tedy vyjadřuje, jak konzistentní jsou výsledky. Pokud měřící přístroj opakovaně ukazuje téměř stejné hodnoty, pak je vysoce přesný, i když tyto hodnoty mohou být systematicky posunuty a tedy nesprávné.

Příklad může osvětlit rozdíl mezi těmito dvěma charakteristikami. Představme si čtyři osoby, které desetkrát střílí na terč ze stejné vzdálenosti. První osoba (A) má výstřely rozprostřené náhodně po celém terči – nízká přesnost i nízká správnost. Druhá osoba (B) střílí konzistentně do jednoho místa, ale mimo střed – vysoká přesnost, nízká správnost. Třetí (C) má zásahy blízko středu, ale rozptýlené – nízká přesnost, vysoká správnost. A čtvrtá (D) má všechny zásahy těsně vedle středu – vysoká přesnost i vysoká správnost.

Jak správně vyhodnocovat nejistotu měření v analytických a elektrických měřicích systémech?

Při kalibraci a měření přesnosti přístrojů je klíčovým aspektem správné vyhodnocení nejistoty měření. Tato nejistota je výsledkem různých faktorů, které mohou ovlivnit výsledky měření, od teplotních podmínek až po kalibraci samotného přístroje. Každý přístroj má stanovený interval kalibrace, během kterého je měření považováno za platné, nicméně i takové hodnoty mohou vykazovat určitou variabilitu.

Pokud se jedná o měření elektrických veličin, jedním z významných zdrojů nejistoty je impedance kabelů a terminálů. Tato parasitní elektrická nejistota vzniká při statickém náboji na kontaktních bodech přístrojů. Další důležitou skutečností je délka páky a její vliv na měření při použití siloměrů nebo jiných přístrojů s pohyblivými částmi.

Analytické metrologie se zaměřuje na specifické faktory, které mohou ovlivnit výsledky analýz, jako je vzorkování, podmínky skladování nebo účinky samotného analytického přístroje. Například reagenty, jejichž čistota není vždy 100 %, mohou ovlivnit výsledky. I při dobře definované chemické reakci mohou existovat odchylky, které je třeba vzít v úvahu při vyhodnocování výsledků.

Když mluvíme o nejistotě měření, musíme rozlišovat mezi dvěma základními typy: typ A a typ B. Typ A je odvozený ze statistiky měření, tedy na základě opakovaných měření, která nám poskytují odchylku od průměru. Naopak typ B se týká nejistoty, která je určena na základě znalosti kalibrace přístroje, jeho technických parametrů a certifikátů kalibrace.

Při vyhodnocování nejistoty měření je nezbytné nezaměňovat chybu přístroje s chybou měření. Každý měřicí přístroj má své limity, které je třeba chápat a respektovat. I když přístroj poskytne výsledky s určitou úrovní přesnosti, skutečná hodnota naměřeného parametru může být ovlivněna i externími faktory, které je nutné vyhodnotit a započítat do konečného výpočtu.

Je také důležité, aby při práci s analytickými přístroji a při kalibraci byly brány v úvahu všechny faktory, které mohou ovlivnit přesnost výsledků. To zahrnuje nejen správnou údržbu a kalibraci přístrojů, ale i důsledné sledování podmínek, za kterých měření probíhá. I malá změna v prostředí může mít vliv na výsledky, což je zásadní při vyhodnocování nejistoty a při rozhodování o tom, jaké závěry lze z naměřených hodnot vyvodit.

Jakým způsobem správně kalibrovat měřicí přístroje a co všechno je třeba brát v úvahu při výpočtu nejistot měření?

Předpokládejme, že máme manometr, který je kalibrován na určité hodnoty, jako je například tlak 5, 15, 25, 35 nebo 40 kgf/cm². Každý z těchto bodů nám dává informace o chybě přístroje, o jeho rozlišení, hysterézní chybě a dalších veličinách. Při kalibraci se sleduje několik aspektů: chyby měření, nejistoty opakovatelnosti (typ A), nejistoty dané certifikátem, hysterezní chyba, rozlišení přístroje a rozlišení standardu.

Typ A nejistota, která vyplývá z opakovatelnosti měření, se počítá jako 0.0625 kgf/cm², zatímco hysterezní chyba (rozdíl mezi hodnotami při nárůstu a poklesu tlaku) činí 0.0722 kgf/cm². Rozlišení přístroje (tedy minimální změna, kterou přístroj dokáže zaznamenat) se stanoví na 0.10206 kgf/cm². Tyto veličiny se kombinují k výpočtu celkové nejistoty měření.

V těchto příkladech se také spočítává kombinovaná nejistota, která zahrnuje všechny výše uvedené faktory, včetně hystereze, rozlišení přístroje a dalších parametrů. Konečná hodnota, tedy expanze nejistoty, je získána pomocí faktorů pokrytí, které zaručují, že výsledky měření odpovídají určitému procentuálnímu pokrytí (například 95.45 %).

Měření, která se provádějí na základě standardních přístrojů, vyžadují pečlivý přístup ke stanovení chyb a nejistot, které mohou ovlivnit výsledky. Mnozí technici se musí rozhodnout, jaké nejistoty zvolit v závislosti na okolnostech, například pokud se bod nachází mezi dvěma měřenými hodnotami a nejistoty mezi těmito hodnotami jsou odlišné. V takových případech je správné přistoupit k opatrnějšímu přístupu a vzít v úvahu vyšší hodnotu nejistoty, aby bylo zajištěno, že výsledky měření budou co nejpřesnější.

Měřicí přístroje, které nejsou dostatečně přesné nebo mají vyšší chyby než stanovené limity, musí být před použitím upraveny, což je kladeno na první místo v kalibračních procesech. Tato pravidla platí pro veškeré měřicí přístroje, ať už se jedná o manometry, voltmetry nebo jiné zařízení, kde je kladen důraz na preciznost.