8 Fuentes de incertidumbre en la medición de cada presupuesto de incertidumbre

8 Fuentes de incertidumbre en la medición de cada presupuesto de incertidumbre

Introducción

¿Se ha preguntado alguna vez qué fuentes de incertidumbre en la medición debe incluir en su presupuesto de incertidumbre? Yo sí, y estoy seguro de que usted también.

Hoy les voy a enseñar 8 fuentes de incertidumbre en la medición que deben ser incluidas en cada presupuesto de incertidumbre. La razón por la que debería incluir estas fuentes de incertidumbre cada vez es porque típicamente influyen en cada medición que usted hará.

Para darle otra razón para utilizar estas fuentes de incertidumbre en la medición, considere que se trata de contribuyentes comunes de incertidumbre que están siendo requeridos por muchos organismos de acreditación. Sólo revise el Documento de Requisitos R205 de A2LA y desplácese hacia abajo hasta la sección 6.7.1.

8 Fuentes de incertidumbre en la medición de cada presupuesto de incertidumbre

Para ayudarle a crear mejores presupuestos de incertidumbre y a estimar más apropiadamente la incertidumbre de la medición, he creado una lista de 8 fuentes de incertidumbre en la medición que debería estar en cada presupuesto de incertidumbre.

Además, voy a ir más allá de decirles cuáles son estas fuentes de incertidumbre, voy a darles las definiciones adecuadas de estas fuentes de incertidumbre y enseñarles a estimar su magnitud.

Fuentes de incertidumbre

La incertidumbre en la medición puede verse influida por muchos factores diferentes. A continuación figura una lista de las 6 fuentes más comunes de incertidumbre en la medición. Cuando se empiezan a identificar las fuentes de incertidumbre en la medición, hay que empezar por pensar en las influencias que se encuentran en estas categorías.

6 fuentes comunes de incertidumbre en la medición:

  • Equipo
  • Unidad bajo prueba
  • Operador
  • Método
  • Calibración
  • Medio ambiente

Fuentes para cada presupuesto de incertidumbre

Ahora, mencioné antes que voy a enseñarles las 8 Fuentes de Incertidumbre en la Medición que deben ser incluidas en cada presupuesto de incertidumbre. Las influencias que voy a cubrir hoy se proporcionan en la siguiente lista. Así que, echad un vistazo y hacedme saber si me salto algo.

8 Fuentes de incertidumbre en la medición que deben incluirse en cada presupuesto de incertidumbre:

  • Repetibilidad
  • Reproducibilidad
  • Estabilidad
  • Sesgo
  • Deriva
  • Resolución
  • Norma de referencia
  • Norma de referencia de estabilidad

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Repetibilidad

La repetibilidad es una fuente de incertidumbre en la medición que debería incluirse en el presupuesto de cada incertidumbre. Es una influencia que puede probarse para ver cuánta variabilidad hay en los resultados de la medición en condiciones de repetibilidad.

La mayoría de los organismos de acreditación exigen ahora que la repetibilidad se incluya en su análisis de incertidumbre. Con este tipo de demanda, notará que hay más evaluadores que piden ver sus datos de tipo A y comprueban que están incluidos en su presupuesto de incertidumbre.

Definición de la repetibilidad

1: Precisión de la medición bajo un conjunto de condiciones de repetibilidad de la medición

Para simplificar, la repetibilidad es la precisión de la medición bajo un conjunto de condiciones repetibles. Por lo tanto, para realizar una prueba de repetibilidad, se debe repetir continuamente el proceso de medición hasta que se registre el número de muestras deseado.

Después de haber recogido el número de muestras deseado, puede comenzar a analizar los datos para encontrar el error aleatorio o la varianza de su proceso de medición. Esto puede lograrse simplemente calculando la desviación estándar del conjunto de muestras que ha recogido.

Cómo calcular la repetibilidad

Siga estas instrucciones para calcular la repetibilidad:

1. Repita una medida $0027n$0027 número de veces

2. Registra los resultados de cada medición.

3. Calcular la desviación estándar.

Ejemplo

Imagina que necesitas realizar una prueba de repetibilidad donde recoges 20 muestras. Para encontrar la repetibilidad de su proceso de medición, sólo tiene que recoger las 20 muestras y calcular la desviación estándar de sus resultados. El resultado será su repetibilidad.

En la imagen de abajo, simulé un conjunto de 20 muestras, normalmente distribuidas, donde el valor nominal era 10 y la desviación estándar era de 5 partes por millón o ppm. Una vez simuladas las 20 muestras, calculé la desviación estándar de mi conjunto de muestras para determinar que la repetibilidad es de 4,5 ppm con 19 grados de libertad. Vea el rectángulo rojo resaltado.

Sólo logren esto usando Microsoft Excel, yo usé la fórmula:

=stdev(cell1:celln)

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Reproducibilidad

La reproducibilidad es una fuente de incertidumbre en la medición que debería incluirse en el presupuesto de cada incertidumbre. Es una influencia que puede probarse para ver cuánta variabilidad hay en las mediciones en condiciones de reproducibilidad.

La mayoría de los organismos de acreditación exigen ahora que la reproducibilidad se incluya en su análisis de incertidumbre. Con este tipo de demanda, notará que hay más evaluadores que piden ver sus datos de tipo A y comprueban que están incluidos en su presupuesto de incertidumbre.

Lo que hace que la reproducibilidad sea diferente de la repetibilidad es que hay que cambiar algo (una variable) en el proceso de medición. Aquí hay una lista de las 5 comparaciones más comunes para las pruebas de reproducibilidad.

5 comparaciones más comunes para las pruebas de reproducibilidad:

  • Operador vs. Reproducibilidad del operador
  • Equipo vs. Reproducibilidad del equipo
  • Método vs. Reproducibilidad del método
  • Reproducibilidad día a día
  • Medio Ambiente vs. Reproducibilidad del Medio Ambiente

Definición de Reproducibilidad

1: Precisión de la medición en condiciones de reproducibilidad de la medición

Cómo calcular la reproducibilidad

Siga estas instrucciones para calcular la reproducibilidad:

1. Realizar una prueba de repetibilidad

2. Calcular la media de la media

3. Cambie una variable y repita la prueba de repetibilidad

4. Calcular la media o promedio.
5. Calcular la desviación estándar de los promedios de las pruebas.

Ejemplo

Imagine que necesita realizar una prueba de reproducibilidad en la que desea aprender cuán reproducibles son los resultados de sus mediciones cuando se realizan con métodos diferentes. Encontremos la reproducibilidad de su proceso de medición.

En la imagen de abajo, simulé 2 conjuntos de 20 muestras, normalmente distribuidas, donde el valor nominal era 10 y la desviación estándar era de 5 partes por millón o ppm. Una vez que se simularon las 20 muestras, calculé la media (es decir, el promedio) de cada conjunto de muestras.

A continuación, calculé la desviación estándar de los dos medios calculados para determinar que la reproducibilidad es de 14 ppm con 1 grado de libertad. Vea el rectángulo rojo resaltado.

Sólo logren esto usando Microsoft Excel, yo usé la fórmula:

=stdev(celda1,celda2)

8 Fuentes de incertidumbre en la medición de cada presupuesto de incertidumbre

Estabilidad

La estabilidad es una fuente de incertidumbre en la medición que debería incluirse en el presupuesto de cada incertidumbre. Es una influencia que puede probarse o calcularse a partir de los datos de calibración para ver cuánta variabilidad hay en las mediciones a lo largo del tiempo.

La estabilidad es una incertidumbre aleatoria. Comúnmente se confunde con la deriva, que es una incertidumbre sistemática (trataremos esto más adelante). Esencialmente, la estabilidad determina cuán estable es su proceso de medición a lo largo del tiempo.

La estabilidad puede determinarse de dos maneras. Sin embargo, para simplificar, sólo les enseñaré la manera fácil de estimar la estabilidad.

La mayoría de los organismos de acreditación no le exigen que incluya la estabilidad en su presupuesto de incertidumbre. Sin embargo, muchos evaluadores consideran que la estabilidad contribuye de manera significativa a la incertidumbre en la medición. Por lo tanto, recomiendo que la incluyan en su análisis de incertidumbre de la medición.

Definición de estabilidad

1: Propiedad de un instrumento de medición, por la cual sus propiedades metrológicas permanecen constantes en el tiempo

Cómo calcular la estabilidad

Siga estas instrucciones para calcular la estabilidad:

1. Revise sus últimos 3 informes de calibración.
2. Registrar los resultados de cada informe de calibración.

3. Calcular la desviación estándar de los resultados de la calibración.

Ejemplo

Imagine que necesita determinar la estabilidad de su proceso de medición. Entonces, tomas tus últimos tres informes de calibración y registras los valores reportados de la calibración. Encuentra la estabilidad de tu proceso de medición.

En la imagen de abajo, tomé 3 informes de calibración de uno de mis multímetros Keysight 34401A y coloqué los datos uno al lado del otro. El parámetro en el que me centré fue la medición de 10 voltios para la función de voltaje DC.

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Ahora, puede ver que hubo alguna variación en la capacidad de medición de 2013 a 2015. Esto es lo que queremos evaluar.

Así que, mira la imagen de abajo. Calculé la desviación estándar de los 3 resultados de la medición en la imagen de arriba para determinar la estabilidad. Como resultado, hemos determinado que la estabilidad de este instrumento es de 4,6 ppm. Vea el rectángulo rojo resaltado.

Para lograr esto usando Microsoft Excel, usé la fórmula:

=stdev(cell1:celln)

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Sesgo

El sesgo es una fuente de incertidumbre en la medición que puede añadirse opcionalmente a su presupuesto de incertidumbre. El hecho de que decida o no incluirlo en su estimación de la incertidumbre de la medición depende de cómo utilice su equipo para realizar las mediciones.

Para determinar si debe incluir o no el sesgo en su presupuesto de incertidumbre, lea los siguientes escenarios y vea cuál se aplica mejor a su proceso de medición.

Escenario 1: Calibro el equipo utilizando un estándar de referencia conocido y sólo informo del resultado.

Si esto te describe, entonces añade sesgo a tu presupuesto de incertidumbre .

En el Escenario 1, se añadiría un sesgo a su presupuesto de incertidumbre porque no lo tiene en cuenta al informar sobre los resultados de sus mediciones. Por lo tanto, el sesgo del estándar de referencia podría contribuir aún más a la incertidumbre de los resultados de la medición.

Escenario 2: Calibro el equipo utilizando un estándar de referencia conocido y reporto tanto el valor del estándar como el valor de la unidad bajo prueba.

Si esto te describe, entonces NO añadas sesgo a tu presupuesto de incertidumbre .

En el Escenario 2, no añadiría sesgo a su presupuesto de incertidumbre porque ya lo ha contabilizado en sus resultados de medición reportados. Por lo tanto, el sesgo del patrón de referencia puede eliminarse como contribuyente a la incertidumbre en los resultados de la medición.

El sesgo es en realidad un error sistemático más que una incertidumbre. Le informa de cuán precisas son sus mediciones en comparación con el valor objetivo. Sin embargo, dependiendo de cómo se realicen las mediciones de comparación, el sesgo puede contribuir a la incertidumbre de la medición.

Definición de Sesgo

1: Estimación del error sistemático de medición

2: Promedio de la indicación de la réplica menos un valor de cantidad de referencia

Cómo calcular el sesgo

Siga estas instrucciones para calcular el sesgo:

1. Revise su último informe de calibración.
2. Encuentra el valor de As Left o el resultado de la medición.

3. Encuentra el valor nominal o el valor estándar.

4. Calcule la diferencia.

Ejemplo

En la imagen de abajo, tomé 2 informes de calibración y comparé los resultados uno al lado del otro. El primer informe (imagen izquierda) es de mi calibrador Fluke 5720A y el segundo informe (imagen derecha) es de mi multímetro Keysight 34401A.

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Usando los datos de la imagen de arriba, calculé el sesgo usando Microsoft Excel en la imagen de abajo. Para calcular el sesgo, todo lo que necesitas hacer es restar el valor estándar del resultado medido de la unidad bajo prueba. En este caso, determinamos que el sesgo de este instrumento era de 7,3 ppm. Vea el rectángulo rojo resaltado.

sesgo=valor medido – valor estándar

b=mv-sv

Para lograr esto usando Microsoft Excel, usé la fórmula:

=cell2 – cell1

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Deriva

La deriva es una fuente de incertidumbre en la medición que debería incluirse en el presupuesto de cada incertidumbre. Es una influencia que se puede calcular a partir de los datos de calibración para ver cuánto cambia el error en las mediciones a lo largo del tiempo.

La deriva es una incertidumbre sistemática. Comúnmente se confunde con la estabilidad, que es una incertidumbre aleatoria. Esencialmente, la deriva determina cómo el error en su proceso de medición cambia con el tiempo, y cuánto puede contribuir a su estimación de la incertidumbre en la medición.

Definición de deriva

1: Cambio continuo o incremental en el tiempo de la indicación, debido a cambios en las propiedades metrológicas de un instrumento de medición

Cómo calcular la deriva

Siga estas instrucciones para calcular la deriva:

1. Revise sus últimos 3 informes de calibración.
2. Registrar los resultados de cada informe de calibración.

3. Registra la fecha en que se realizó cada calibración.

4. Calcular la tasa de deriva diaria promedio.

5. 5. Multiplique el promedio de la tasa de deriva diaria por su intervalo de calibración (en días).

Ejemplo

En la imagen de abajo, tomé 3 informes de calibración de uno de mis multímetros Keysight 34401A y coloqué los datos uno al lado del otro. El parámetro en el que me centré fue la medición de 10 voltios para la función de voltaje DC.

8 Fuentes de incertidumbre en la medición de cada presupuesto de incertidumbre

Ahora, puedes ver que hubo algún cambio en el rendimiento de las mediciones de 2013 a 2015. Usando estos datos, puedes calcular la tasa de deriva promedio.

Primero, calcula la tasa de deriva diaria desde 2014 hasta 2015.

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Entonces, calcula la tasa de deriva diaria desde 2013 a 2014.

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A continuación, calcula el promedio de la tasa de deriva diaria.

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Finalmente, multiplique la tasa de deriva diaria por 365,25 días para calcular la tasa de deriva promedio por año.

8 Fuentes de incertidumbre en la medición de cada presupuesto de incertidumbre

Mira la imagen de abajo. He calculado la tasa de deriva media anual a partir de los datos de mi informe de calibración. Como resultado, hemos determinado que la deriva media de este instrumento es de 7,6 ppm. Vea el rectángulo rojo resaltado.

Para lograrlo usando Microsoft Excel, usa las ecuaciones que usé en las imágenes de arriba.

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Resolución

La resolución es una fuente de incertidumbre en la medición que debe ser incluida en cada presupuesto de incertidumbre. Para realizar el análisis de incertidumbre, debe incluir la resolución del estándar y la unidad bajo prueba. Sin embargo, el hecho de que decida o no incluir la incertidumbre de resolución UUT como parte de su estimación de la incertidumbre de la medición depende de su proceso de estimación de la incertidumbre de la medición.

Para determinar si debe incluir o no la resolución UUT en su presupuesto de incertidumbre, lea los siguientes escenarios y vea cuál se aplica mejor a su proceso de medición.

Escenario 1: Estimo la incertidumbre de la medición para un solo proceso de medición, o un proceso en el que el tipo de UUT nunca cambia.

Si esto te describe, entonces añade la Resolución UUT a tu presupuesto de incertidumbre .

En el Escenario 1, usted agregaría la resolución UUT a su presupuesto de incertidumbre porque está evaluando la incertidumbre de un solo proceso (por ejemplo, la medición a tiempo) o su proceso de medición siempre prueba el mismo tipo de UUT.

Esto le impide calcular la incertidumbre de la medición después de cada prueba o calibración.

Escenario 2: Estimo la incertidumbre de la medición para una sola función o parámetro de medición en la que puede variar el tipo de UUT.

Si esto te describe, entonces NO añadas la Resolución UUT a tu presupuesto de incertidumbre .

En el Escenario 2, no añadiría la resolución UUT a su presupuesto de incertidumbre porque la tendrá en cuenta más adelante cuando calcule la incertidumbre de la medición después de cada prueba o calibración. Para aprender más sobre esto, asegúrese de leer la política de ILAC P14 para el cálculo de la incertidumbre de calibración.

Si está acreditado por la ISO/IEC 17025, debe cumplir los requisitos de la política P14 de la ILAC.

Definición de la Resolución

1: Cambio más pequeño en una cantidad que se está midiendo y que causa un cambio perceptible en la indicación correspondiente

Cómo encontrar la resolución

Siga estas instrucciones para calcular la resolución:

1. Mire su sistema de medición o equipo

2. Encuentra el dígito menos significativo

3. Observar el menor cambio incremental

Ejemplo

Determinar la resolución no siempre es tan simple como se piensa. En algunos escenarios, puede encontrar rápidamente la resolución mirando su equipo de medición y la unidad bajo prueba. Sin embargo, otras veces puede ser un poco más complicado; especialmente para artefactos y dispositivos analógicos.

Encontrar la resolución de los dispositivos digitales es bastante fácil. Mira la pantalla digital del dispositivo y observa el dígito menos significativo o el cambio más pequeño del dígito menos significativo.

En la imagen de abajo hay un multímetro digital. Mirando la pantalla digital, podemos observar el dígito menos significativo y el cambio más pequeño. De las observaciones, se puede ver que la resolución es de 10 micro-voltios.

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Para los dispositivos con una escala analógica, tendrá que observar el espacio entre los marcadores de la escala, el ancho de los marcadores y el ancho de la aguja o el puntero. A partir de estos factores, puede determinar la incertidumbre de la resolución de su equipo de medición o de la unidad bajo prueba.

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Cuando se utilizan artefactos, es necesario mirar los informes de calibración para determinar el dígito menos significativo del valor de calibración reportado. Dado que los artefactos no tienen escalas ni pantallas, sólo puede determinar su resolución a partir del valor conocido del artefacto.

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Norma de referencia Incertidumbre

La incertidumbre del patrón de referencia es una fuente de incertidumbre en la medición que debería incluirse en el presupuesto de cada incertidumbre. Es una influencia que se puede encontrar mirando los informes de calibración.

La incertidumbre del patrón de referencia es una incertidumbre sistemática. Se introduce a partir de la calibración de su equipo o material de referencia certificado. Además, su valor es trazable a un estándar nacional o internacional, por lo que es tan importante.

» Veo que más laboratorios obtienen deficiencias por dejar la incertidumbre de los estándares de referencia fuera de su presupuesto de incertidumbre «.

No cometas el mismo error. Haga que su equipo sea calibrado por un laboratorio acreditado por la ISO/IEC 17025 e incluya la incertidumbre del estándar de referencia en su presupuesto de incertidumbre.

Definición de la incertidumbre del patrón de referencia

1: Incertidumbre de una norma de medición designada para la calibración de otras normas de medición de cantidades de un tipo determinado en una organización determinada o en un lugar determinado

Cómo calcular la incertidumbre del patrón de referencia

Siga estas instrucciones para encontrar la incertidumbre del estándar de referencia:

1. Revise su último informe de calibración.
2. Encuentre la estimación de la incertidumbre de la medición reportada

Ejemplo

Cuando su equipo es calibrado por un laboratorio acreditado por la ISO/IEC 17025:2005 o por un instituto nacional de metrología, usted recibe un informe con los resultados de la medición y las estimaciones de la incertidumbre en la medición. Cada estimación de la incertidumbre en la medición que se informa es su incertidumbre estándar de referencia.

En la imagen de abajo, verás una sección de un informe de calibración para un Multímetro Digital Keysight 34401A. En el informe hay una serie de resultados de medición, cada uno con una estimación de la incertidumbre en la medición.

8 Fuentes de incertidumbre en la medición de cada presupuesto de incertidumbre

Ya que hemos estado evaluando la incertidumbre a 10 VDC, seleccionaré la incertidumbre para el resultado de la medición a 10 VDC. Esta será su incertidumbre estándar de referencia. Vea el rectángulo rojo.

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Consejo de expertos:

Ahora, algunas personas promediarán los últimos tres valores de su incertidumbre estándar de referencia y pondrán el promedio calculado en su presupuesto de incertidumbre.

Otras personas utilizarán el valor de incertidumbre estándar de referencia más reciente en su presupuesto de incertidumbre.

Cualquiera de los dos enfoques es aceptable. Por lo tanto, use el método que le funcione mejor. Si busca reducir sus estimaciones de la incertidumbre de la medición, utilice el método que le dé el resultado más pequeño.

Norma de referencia de estabilidad

La estabilidad del patrón de referencia es una fuente de incertidumbre en la medición que debería incluirse en el presupuesto de cada incertidumbre. Es una influencia que puede calcularse utilizando los datos de sus informes de calibración para ver cuánta variabilidad hay en su patrón de referencia.

La estabilidad del patrón de referencia es una incertidumbre aleatoria. Es similar al cálculo de la estabilidad, pero se calcula la desviación estándar de la incertidumbre estándar de referencia en lugar de los resultados de la medición. Esencialmente, tu objetivo es determinar cuán estable es tu estándar de referencia a lo largo del tiempo.

Si se preguntan por qué es importante, déjenme explicarles. Hay dos escenarios que hacen que este contribuyente a la incertidumbre de la medición sea relevante.

Escenario 1: Su equipo es calibrado por el mismo laboratorio, pero su estimación de la incertidumbre en la medición notificada cambia cada vez.

A veces la incertidumbre de medición reportada en el informe de calibración cambia, aunque sólo sea ligeramente con cada calibración. En este escenario, el objetivo es determinar la estabilidad del estándar de referencia de su laboratorio de calibración.

Escenario 2: Su equipo es calibrado por diferentes laboratorios, cada uno con una estimación diferente de la incertidumbre en la medición notificada.

A veces su equipo es calibrado por diferentes laboratorios (por cualquier razón). Cada laboratorio informará de su propio valor de incertidumbre estimada. En este escenario, el objetivo es determinar la estabilidad de su incertidumbre trazable.

Definición de la estabilidad del patrón de referencia

1: estabilidad de una norma de medición designada para la calibración de otras normas de medición de cantidades de un tipo determinado en una organización determinada o en un lugar determinado

Cómo calcular la estabilidad del patrón de referencia

Siga estas instrucciones para calcular la estabilidad del estándar de referencia:

1. Revise sus últimos 3 informes de calibración.
2. Registrar la estimación de la incertidumbre de cada informe de calibración.

3. Calcular la desviación estándar.

Ejemplo

En la imagen de abajo, verán que he recogido las estimaciones de la incertidumbre de la medición de mis últimos 3 informes de calibración. Los datos son de uno de mis Multímetros Digitales Keysight 34401A.

8 Fuentes de incertidumbre en la medición de cada presupuesto de incertidumbre

En la siguiente imagen, he calculado la estabilidad estándar de referencia calculando la desviación estándar de los tres valores resaltados en la imagen de arriba. Como resultado, la estabilidad estándar de referencia es de 0,29 ppm.

Para lograr esto usando Microsoft Excel, usé la fórmula:

=stdev(cell1:celln)

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Otras fuentes de incertidumbre

Hay muchos otros factores que contribuyen a la incertidumbre en los resultados de las mediciones. No hay manera de que pueda enumerarlos todos aquí. Así que le recomiendo que siempre empiece su análisis de incertidumbre con las fuentes que le he dado.

Después, evalúe su proceso de medición para identificar fuentes adicionales de incertidumbre en la medición. Si te quedas perplejo, investiga un poco.

Algunos grandes lugares para encontrar fuentes de incertidumbre en la medición;

  • Búsqueda en línea
  • Guías de incertidumbre
  • Libros de texto
  • Artículos de revista
  • Documentos de la Conferencia
  • Otros laboratorios

¡Si todavía estás atascado después de buscar todas estas fuentes de información, entonces contáctame! Estaré encantado de ayudarle o incluso crear un presupuesto de incertidumbre para usted.

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Conclusión

En este artículo, le he proporcionado 8 fuentes de incertidumbre en la medición que deben ser incluidas en cada presupuesto de incertidumbre. Además, le he dado información detallada y le he mostrado cómo cuantificar cada fuente.

Ahora, quiero que descargues mi guía y pruebes estos cálculos tú mismo. Luego, quiero que incluyas estos contribuyentes a la incertidumbre de la medición en tu próximo presupuesto de incertidumbre.

Referencias

A2LA. (2015). R205 – Requisitos específicos: Programa de Acreditación de Laboratorios de Calibración. Frederick: A2LA.

JCGM. (2012). Vocabulario Internacional de Metrología: Conceptos básicos y generales y términos asociados. Sèvres: BIPM.

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