Was sind Messunsicherheiten?

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1 Edgenösssches Justz- und Polzedepartement EJPD Bundesamt für Metrologe METAS Was snd Messunscherheten? Chrstan Hof

2 Was snd Messunscherheten? allgemene Defntonen von Begrffen das standardserte Vorgehen gemäss GUM, dem gude to the expresson of uncertanty n measurement Praktsche Illustraton des Vorgehens anhand enes konkreten Bespels aus unserem Labor-Alltag Was snd Messunscherheten I Chrstan Hof I I 2

3 Was st en Mkrophon? Was snd Messunscherheten I Chrstan Hof I I 3

4 Metrologe De Lehre vom Messen Messung Expermenteller Prozess be welchem quanttave Informatonen über ene Messgrösse gewonnen werden Messgrösse Egenschaft enes Phänomens, enes Körpers oder ener Substanz, de qualtatv beschreben und quanttatv ermttelt werden kann. Was snd Messunscherheten I Chrstan Hof I I 4

5 Messunscherhet Resultat ener Messung Quanttatve Informaton über ene Messgrösse, welche expermentell ermttelt wurde Dese «Informaton» besteht aus enem Set von Zahlenwerten, welche der Messgrösse vernünftgerwese zugeordnet werden können. Se wrd typscherwese dargestellt als: Zahlenwert Messunscherhet eq ( 64± 2. ) dba L = 3 Was snd Messunscherheten I Chrstan Hof I I 5

6 veraltete Anschten... Was snd Messunscherheten I Chrstan Hof I I 6

7 veraltete Anschten (2) MESSUNSICHERHEIT = MESSFEHLER... wer sch darum zu scheren braucht, hat sch ncht ausrechend angestrengt Können Se mr das Resultat ncht EXAKT sagen? Es gbt enen wahren Wert der Messgrösse durch de Messung soll deser ermttelt werden Der Messfehler st de Abwechung des ermttelten Wertes vom wahren Wert Was snd Messunscherheten I Chrstan Hof I I 7

8 Neues Verständns des Begrffs Messunscherhet Dem Messergebns zugeordneter Parameter, der de Streuung der Werte kennzechnet, de vernünftgerwese der Messgrösse zugeordnet werden konnte De Messunscherhet charaktersert quanttatv de Kenntns über de Messgrösse auf Grund der verwendeten Informaton De Streuung der Werte hat unterschedlche Ursachen: - Unschärfe n der Defnton der Messgrösse - Zufällge Abwechungen n der Messung - Systematsche Abwechungen n der Messung Was snd Messunscherheten I Chrstan Hof I I 8

9 Aktuelles Verständns des Begrffs (2) Was snd Messunscherheten I Chrstan Hof I I 9

10 Unschärfe n der Defnton der Messgrösse Was snd Messunscherheten I Chrstan Hof I I 10

11 Zufällge Abwechungen Messung N 1 Messung N 2 Messung N 3 Was snd Messunscherheten I Chrstan Hof I I 11

12 Systematsche Abwechungen Was snd Messunscherheten I Chrstan Hof I I 12

13 Präzson Genaugket Präzson ( precson ) Genaugket ( accuracy ) Was snd Messunscherheten I Chrstan Hof I I 13

14 Unterschedlche Resultate be gegebener Problemstellung Was snd Messunscherheten I Chrstan Hof I I 14

15 GUM Systematsches Vorgehen zur Ermttlung der Messunscherhet: Gude to the Expresson of Uncertanty n Measurement BIPM bureau nternatonal des pods et des mesures IEC nternatonal electrotechncal commsson IFCC nternatonal federaton of clncal chemstry ISO nternatonal organsaton for standardsaton IUPAC nternatonal unon of pure and appled physcs OIML organsaton nternatonale de la métrologe légale Was snd Messunscherheten I Chrstan Hof I I 15

16 GUM (2) Systemglechung und Enflussgrössen Den Wert jeder Enflussgrösse Standardunscherheten aller Enflussgrössen Korrelatonen der Enflussgrössen Messresultat kombnerte Standardunscherhet evt. erweterte Messunscherhet Messresultat mt Unscherhet angeben Was snd Messunscherheten I Chrstan Hof I I 16

17 GUM (3) Pstonphon-Kalbrerung durch Insert-Voltage technque mt Referenzmkrophon Messgrösse: - Pstonphon-Pegel L Pst Referenz: - kalbrertes LS Mkrophon Messung der an der Kapsel enzuspesenden elektrschen Spannung V nsert, de das gleche Sgnal am Ende der Messkette erzeugt, we der akustsche Pegel des Pstonphons L ( db ref p ) = V ( db ref V ) S ( db ref 1V Pa ) p ( db ref Pa ) Pst 0 nsert Was snd Messunscherheten I Chrstan Hof I I 17

18 GUM (4) Pstonphon-Kalbrerung Bestmmung der Enflussgrössen L Pst, norm = V nsert S p 0 L Korr, Luftdruck L Korr, Volume Referenzmkrophon Kalbrerwert Drft Luftdruck Umgebungstemperatur Luftfeuchtgket Frequenzabwechung Polarsatonsspannung Systemglechung und Enflussgrössen Den Wert jeder Enflussgrösse Prüflng Korrekturen gegenüber Normalbedngungen: Luftdruck Umgebungstemperatur Adapter / Volumen-Enfluss Methode Spannungsmessung Wederholbarket Standardunscherheten aller Enflussgrössen Korrelatonen der Enflussgrössen Messresultat kombnerte Standardunscherhet evt. erweterte Messunscherhet Messresultat mt Unscherhet angeben Was snd Messunscherheten I Chrstan Hof I I 18

19 GUM (5) Pstonphon-Kalbrerung Standardunscherheten aller Enflussgrössen Typ A: Ermttlung der Standard- Unscherhet ener Zufallsvarable s( q k ) s( q) 1 q = n s s q 1 n 1 ( q ) = ( q q) k 2 () s ( qk ) q = k k n k k 2 Was snd Messunscherheten I Chrstan Hof I I 19

20 GUM (5) Pstonphon-Kalbrerung Standardunscherheten aller Enflussgrössen Typ A: Ermttlung der Standard- Unscherhet ener Zufallsvarable s( q k ) s( q) Typ B: Ermttlung der Standard- Unscherhet aufgrund verfügbarer Kenntnsse frühere Messungen Hersteller Spezfkatonen Kalbrerzertfkate Messunscherheten aus Handbüchern etc. Erfahrung Was snd Messunscherheten I Chrstan Hof I I 20

21 GUM (6) Pstonphon-Kalbrerung kombnerte Standardunscherhet be unkorrelerten Enflussfaktoren u combned = ( c u( x )) Unscherhetsfortpflanzung 2 Sensbltätsfaktor c = L x pst ( x, x2, ) L, pst 1 K x N L x pst Systemglechung und Enflussgrössen Den Wert jeder Enflussgrösse Standardunscherheten aller Enflussgrössen L pst x Korrelatonen der Enflussgrössen Messresultat kombnerte Standardunscherhet evt. erweterte Messunscherhet Messresultat mt Unscherhet angeben x Was snd Messunscherheten I Chrstan Hof I I 21

22 GUM (7) Pstonphon-Kalbrerung erweterte Messunscherhet Allgemener Fall: u combned = N ( ( )) 1 N 2 c u x + 2 c c u( x ) u( x ) r( x, x ) = 1 j= + 1 j j j c = f x u = k erwetert u combned coverage factor k = 2 entsprcht enem Vertrauensntervall von 95 % Systemglechung und Enflussgrössen Den Wert jeder Enflussgrösse Standardunscherheten aller Enflussgrössen Korrelatonen der Enflussgrössen Messresultat kombnerte Standardunscherhet evt. erweterte Messunscherhet Messresultat mt Unscherhet angeben Was snd Messunscherheten I Chrstan Hof I I 22

23 GUM (8) Angabe der Messunscherhet SPL nom =( ± 0.08) db (ref Pa) Messunscherhet Der angegebene Messwert (y) und de zugehörge Unscherhet (U) geben den Berech (y ± U) an, welcher den Wert der gemessenen Grösse mt ener Wahrschenlchket von mndestens 95 % enthält. De Messunscherhet benhaltet Unscherhetsbeträge vom benutzten Normal, vom Kalbrerverfahren, von den Umgebungsbedngungen und vom kalbrerten Messmttel. Das Langzetverhalten des kalbrerten Messmttels wurde ncht berückschtgt. Was snd Messunscherheten I Chrstan Hof I I 23

24 Systemglechung und Enflussgrössen Den Wert jeder Enflussgrösse Standardunscherheten aller Enflussgrössen Korrelatonen der Enflussgrössen Messresultat kombnerte Standardunscherhet evt. erweterte Messunscherhet Messresultat mt Unscherhet angeben Was snd Messunscherheten I Chrstan Hof I I 24

25 Alles bestens bekannt? Was snd Messunscherheten I Chrstan Hof I I 25