Methoden der Werkstoffprüfung Kapitel I Grundlagen. WS 2009/2010 Kapitel 1.0

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1 Methoden der Werkstoffprüfung Kapitel I Grundlagen WS 2009/2010 Kapitel 1.0

2 Grundlagen Probenmittelwerte ohne MU Akzeptanzbereich Probe 1 und 2 liegen im Akzeptanzbereich Sie sind damit akzeptiert! Probe 3 und 4 sind nicht akzeptiert! Kapitel 1.1

3 Grundlagen Wozu Messunsicherheit? Akzeptanzbereich Wie wirkt sich die MU auf die Bewertung eines Messergebnisses aus? Kapitel 1.2

4 Grundlagen Probe 1 liegt mit Sicherheit im Akzeptanzbereich. Probe 2 und 3 sind nicht eindeutig zu klassifizieren Akzeptanzbereich Probe 4 liegt außerhalb des Akzeptanzbereichs Kapitel 1.3

5 Wofür Messunsicherheit (MU)? Prüfergebnisse bilden die Grundlage für Entscheidungen. Die Messunsicherheit charakterisiert die Genauigkeit und somit die Sicherheit eines Ergebnisses. Sie ist Qualitätsmerkmal und Zuverlässigkeitskriterium und dient als Vergleichsmaßstab. Ohne Angabe der Messunsicherheit (MU) kann u.u. keine Entscheidung getroffen werden. Kapitel 1.4

6 Folgerung bisher Kennwert X± u jetzt: mit dem Erweiterungsfaktor k in einem Vertrauensniveau (u = Unsicherheit) 2 Ergebnis: X = 50 ± 0,2cm Die angegebene erweiterte Unsicherheit des Mittelwertes basiert auf der Multiplikation der kombinierten Standardunsicherheit mit einem Erweiterungsfaktor k=2 für ein Vertrauensniveau von annähernd 95%. Kapitel 1.5

7 Angabe der MU wird von Normen gefordert: DIN EN ISO/IEC (2005): Allgemeine Anforderungen an die Kompetenz von Prüfund Kalibrierlaboratorien : Alle akkreditierten Laboratorien waren aufgefordert, sich bis 2002 auf die neue Norm einzustellen und die dort formulierten Forderungen zu erfüllen. Eine Forderung findet sich in Kapitel 5.4.6: Schätzung der Messunsicherheit : Kapitel 1.6

8 DIN EN ISO/IEC " Prüflaboratorien müssen über Verfahren für die Schätzung der Messunsicherheit verfügen und diese anwenden. [...] ANMERKUNG 1: Der Grad der Strenge, die bei der Schätzung der Messunsicherheit erforderlich ist, hängt von Faktoren ab wie z.b.: - die Anforderungen der Prüfmethoden - die Anforderungen des Kunden - das Vorhandensein enger Grenzen für die Entscheidung bezüglich der Einhaltung einer Spezifikation [...] Kapitel 1.7

9 DIN EN ISO/IEC Bei der Schätzung der Messunsicherheit müssen alle Unsicherheitskomponenten, die für den betreffenden Fall von Bedeutung sind, in Betracht gezogen werden, wobei angemessene Auswertungsverfahren zu verwenden sind". Kapitel 1.8

10 Messunsicherheit Ergebnisunsicherheit Beispiel Zugversuchsdaten in [MPa]: 407, 409, 438, 423,..., 440 Messunsicherheit der einzelnen Werte (bedingt durch die Prüfmaschine): 1-2% Ergebnisunsicherheit der gesamten Werte (bedingt durch den Werkstoff): 10-15% Kapitel 1.9

11 Messunsicherheit Ergebnisunsicherheit Definition Messunsicherheit (GUM 1993/1995): Dem Messergebnis zugeordneter Parameter, der die Streuung der Werte kennzeichnet, die vernünftigerweise der Messgröße zugeordnet werden können. Definition Ergebnisunsicherheit: Messunsicherheit zuzüglich der Unsicherheiten, die durch Inhomogenitäten der Prüfgegenstände herrühren. Das eigentliche Messergebnis wird überdeckt! Kapitel 1.10

12 Richtigkeit, Präzision und Genauigkeit präzise und richtig unpräzise aber richtig präzise aber nicht richtig unpräzise und nicht richtig Kapitel 1.11

13 Richtigkeit, Präzision und Genauigkeit Richtigkeit ist die Abweichung des Mittelwertes vom wahren Wert. Präzision ist ein Ausmaß der Übereinstimmung zwischen unabhängigen Einzelergebnissen Richtigkeit und Präzision stehen im Zusammenhang Kapitel 1.12

14 Richtigkeit, Präzision und Genauigkeit Genauigkeit Richtigkeit Präzision X u Je mehr ein Wert richtig und präzise ist, desto genauer ist er! Kapitel 1.13

15 Wahrer, richtiger Wert Wahrer Wert Ergebnis einer idealen Messung ohne Unsicherheit Er wird nur verwendet, wenn sich das Ergebnis aus theoretischen Überlegungen ergibt (z.b: Die Summe der Winkel eines Dreiecks beträgt 180 ) Der wahre Wert kann annähernd ermittelt werden. Das arithmetische Mittel ist der beste Schätzwert für den wahren Wert der Messgröße X Kapitel 1.14

16 Wahrer, richtiger Wert Richtiger Wert durch Vereinbarung anerkannter Wert, der einer betrachteten speziellen Größe zugeordnet wird ist mit der dem jeweiligen Zweck angemessenen Unsicherheit behaftet z.b.: PTB-Kalibrierung, Härtevergleichsplatten mit Messunsicherheit Kapitel 1.15

17 Messabweichungen Übersicht Messabweichung systematische Messabweichung zufällige Messabweichung bekannte system. Abweichung unbekannte system. Abweichung Korrektur Restabweichung Messergebnis Messunsicherheit Kapitel 1.16

18 Messabweichungen Eine Vielzahl von Störeinflüssen wirken stets auf Messinstrumente/-verfahren und den Beobachter. Diese Einflüsse können sein: Unvollkommenheit der Messinstrumente, -methoden oder -objekte. Umwelteinflüsse z.b. Schwankungen von Temperatur und Luftdruck. Einflüsse durch den Prüfer (Unaufmerksamkeit bei der Messung, mangelnde Sehschärfe usw.) Kapitel 1.17

19 Messabweichungen Messabweichungen können in drei Gruppen unterteilt werden: grobe Fehler systematische Abweichungen ( systematische Fehler ) zufällige Abweichungen ( zufällige oder statistische Fehler) Kapitel 1.18

20 Messabweichungen Grobe Fehler fehlerhaftes Verhalten des Beobachters durch z.b. falsches Ablesen Verwendung von nicht mehr funktionsfähigen Messinstrumenten Diese Fehler sind stets vermeidbar!!! Kapitel 1.19

21 Messabweichungen Systematische Abweichungen beruhen auf ungenaue Messmethoden oder fehlerhafte Messinstrumente sind bei der Durchführung nicht beeinflussbar Charakteristika: Alle Messwerte weichen einseitig vom wahren Wert ab können berücksichtigt werden, wenn sie bekannt sind Ihre Feststellung erfordert sehr gute Kenntnis vom Prüfprinzip, sowie deren Wechselwirkungen von Prüfmittel und Prüfgegenstand Kapitel 1.20

22 Messabweichungen Zufällige Abweichungen verfälschen das Messergebnis in unkontrollierbarer Weise entstehen durch Einwirkung vieler unkontrollierbarer Störeinflüssen sind regellos verteilt Mängel, die auch bei sorgfältigster Vorbereitung der Prüfung auftreten können Kapitel 1.21

23 Messabweichungen Zufällige Abweichungen Unterliegen den Gesetzmäßigkeiten der mathematischen Statistik, und sind daher erfassbar Sie werden daher als statistische Messabweichungen bezeichnet: und bilden die Grundlage für die Messunsicherheitsberechnung Kapitel 1.22

24 Messabweichungen Zusammenfassung Kapitel 1.23

25 Ursachen der MU Messgegenstand Messinstrument Umgebungsbedingungen Probennahme Ursachen der Messunsicherheit Anwender - fähigkeite n Importierte Unsicherheiten Messprozess Kapitel 1.24

26 Bestimmung der Messunsicherheit 1 Schritt 1 Schritt 2 Schritt 3 Bestimmen der relevanten Kenngrößen Identifizieren der Einflussgrößen Klassifizieren der Einflussgröße nach Typ A oder Typ B Kapitel 1.25

27 Bestimmung der Messunsicherheit 2 Schritt 4 Schritt 5 Schritt 6 Abschätzen der Standardunsicherheit für jede Quelle Berechnen der kombinierten Standardunsicherheit Berechnen der erweiterten Unsicherheit Schritt 7 Ergebnis protokollieren Kapitel 1.26