Cómo realizar una prueba de repetibilidad para estimar la incertidumbre en la medición

INTRODUCCIÓN

La realización de una prueba de repetibilidad es una parte esencial de la estimación de la incertidumbre en la medición. Es el experimento más común que se realiza para recoger datos de incertidumbre de tipo A.

Además, la mayoría de los organismos de acreditación exigen que se incluyan datos de repetibilidad en los presupuestos de incertidumbre. Sin embargo, muchas personas tienen problemas para realizar una prueba de repetibilidad. No saben cómo realizar el experimento, recoger los datos o analizar los resultados.

En esta guía, aprenderá todo lo que necesita saber sobre las pruebas de repetibilidad;

  1. ¿Qué es una prueba de repetibilidad,
  2. Cómo realizar una prueba de repetibilidad, y
  3. Cómo calcular la repetibilidad.

Además, he creado algunas herramientas geniales para ayudarle a realizar una prueba de repetibilidad y analizar los resultados la próxima vez que necesite estimar la incertidumbre de la medición.

ANTECEDENTES

Todos los días trabajo con clientes que necesitan mi ayuda para estimar la incertidumbre en la medición. Durante el proceso, normalmente pido a los clientes que realicen pruebas de repetibilidad y reproducibilidad.

Sin embargo, muchos de mis clientes no saben cómo realizar una prueba de repetibilidad. Así que piden procedimientos, listas de control y consultas.

Después de años de ayudar continuamente a los clientes a realizar una prueba de repetibilidad, me di cuenta de que no había escrito una guía formal para ayudar a estos clientes; ni tampoco había automatizado el proceso.

Por lo tanto, decidí crear una guía dedicada a las pruebas de repetibilidad para responder a todas las preguntas que me han hecho.

En esta guía aprenderás;

1. ¿Qué es la incertidumbre del tipo A?
2. ¿Qué es una prueba de repetibilidad?
3. Cómo realizar una prueba de repetibilidad

4. ¿Cuántas muestras debe recoger

5. Cómo recoger muestras repetidas

6. Cómo calcular la repetibilidad (prueba única)

7. Cómo calcular la repetibilidad (pruebas múltiples)

8. Cómo añadir la repetibilidad a sus presupuestos de incertidumbre

QUE ES UN TIPO DE INCERTIDUMBRE

La incertidumbre de tipo A es un componente de la incertidumbre en el que los datos se recogen a partir de una serie de observaciones y se evalúan mediante métodos estadísticos asociados al análisis de la varianza (ANOVA).

Comúnmente conocida como datos de tipo A, la incertidumbre de tipo A se asocia típicamente con los resultados de las pruebas de repetibilidad y reproducibilidad. Sin embargo, también puede estar asociada con las pruebas de estabilidad.

Según el Vocabulario de Metrología Internacional (VIM), la evaluación de la incertidumbre en la medición de tipo A es un componente de la incertidumbre en la medición evaluada por un análisis estadístico de los valores de las cantidades medidas que se obtuvieron en condiciones de medición definidas.

QUE ES UN TEST DE REPETIBILIDAD

Una prueba de repetibilidad es un experimento realizado para evaluar cuán repetibles son sus resultados bajo un conjunto de condiciones similares.

Cuando se realice una prueba de repetibilidad, será necesario recopilar datos utilizando el;

  1. El mismo método,
  2. El mismo operador,
  3. El mismo equipo,
  4. Las mismas condiciones ambientales,
  5. El mismo lugar, y
  6. El mismo artículo o unidad bajo prueba.

Esencialmente, se quiere recoger resultados repetibles durante un corto período de tiempo sin cambiar nada (si es posible).

Según el Vocabulario de Metrología Internacional (VIM), la repetibilidad de la medición es la precisión de la medición en un conjunto de condiciones de medición repetibles.

Además, el VIM define una condición de repetibilidad de la medición como una condición de medición, de un conjunto de condiciones que incluye el mismo procedimiento de medición, los mismos operadores, el mismo sistema de medición, las mismas condiciones de funcionamiento, la misma ubicación y la misma medición de réplica en los mismos o similares objetos durante un corto período de tiempo.

Por lo tanto, es necesario definir las condiciones de medición y recoger resultados repetibles en un corto período de tiempo para poder evaluar la precisión de su proceso.

En la siguiente sección, aprenderá paso a paso cómo realizar una prueba de repetibilidad.

CÓMO REALIZAR UNA PRUEBA DE REPETICIÓN

Para calcular la repetibilidad, se necesita un procedimiento.

Al igual que en todas las pruebas o mediciones realizadas en su laboratorio, debe contar con un método o procedimiento que le guíe a través del proceso y garantice la coherencia de sus resultados.

En esta sección, aprenderá a realizar una prueba de repetibilidad paso a paso. Siga las siguientes instrucciones para añadir datos de la prueba de repetibilidad a sus presupuestos de incertidumbre.

Aquí está una lista de los pasos de este proceso;

1. Seleccione la función de medición para probar,

2. Seleccione el rango de medición,

3. Seleccione el punto de prueba(s),

4. Seleccione el método,

5. Seleccione el equipo,

6. Seleccione el operador,

7. Realice la prueba,

8. Recoger el número n de muestras repetidas,

9. Analice sus resultados,

10. Guarde un registro de sus resultados (recomendado),

11. Añade el resultado a tu presupuesto de incertidumbre.

1. Seleccione la función de medición

Antes de comenzar a realizar una prueba de repetibilidad, es una buena idea determinar qué es lo que va a probar.

Empiece seleccionando la función de medición que se va a probar.

La función de medición será la categoría que mejor describa su medición o el resultado de la prueba, como;

  1. Generar/medir el voltaje DC
  2. Longitud
  3. Generar/Medir la presión
  4. Generar/Medir el par
  5. Fuente/medida de temperatura

Si tiene problemas, eche un vistazo a su ámbito de acreditación (o al ámbito de acreditación de otro laboratorio) y elija la función de medición que desea probar.

2. Seleccione el rango de medición

Después de seleccionar la función de medición, elija un rango de medición para probar. Éste debe consistir en un valor de medición inicial elegido y un valor de medición final; típicamente de bajo a alto.

Le recomiendo que elija un rango de medición que figure en su ámbito de acreditación o en las especificaciones del fabricante del equipo.

3. Seleccione los puntos de prueba

Ahora que ha especificado un rango de medición, es hora de seleccionar los puntos de prueba para su prueba de repetibilidad.

Si asume que su función de medición es lineal, tendrá que seleccionar dos puntos de prueba a lo largo del rango de medición. Típicamente, debería ser un valor bajo y un valor alto.

Algunas prácticas comunes son seleccionar puntos de prueba que estén en el 10% y el 90% del rango de medición o en el 20% y el 100% del rango de medición. Para obtener los mejores resultados, recomiendo que seleccione dos puntos de calibración a lo largo del rango de medición (si están disponibles).

Si asume que su función de medición no es lineal, puede seleccionar tres o más puntos de prueba para evaluar. Esto le ayudará a prevenir errores debido a la curvatura de la función de medición.

Si decide realizar una prueba de repetibilidad en tres o más puntos de prueba, intente seleccionar puntos de prueba espaciados uniformemente para evitar errores de modelado en su ecuación de predicción de la incertidumbre del CMC.

4. Seleccione el método

El siguiente paso para realizar una prueba de repetibilidad es seleccionar el método o procedimiento de medición. Deberá seleccionar el método o procedimiento que mejor represente la forma en que se realiza el proceso de medición.

Un buen punto de partida es utilizar un método de prueba o un procedimiento de calibración que represente mejor su proceso de medición. Esto le ayudará a asegurarse de que está evaluando un proceso de medición que normalmente realizaría en su laboratorio.

Si no tiene un procedimiento, intente escribir uno para su proceso. Aunque el procedimiento cubra mínimamente los pasos del proceso, sigue siendo mejor que nada. Además, le ayudará a obtener resultados consistentes.

5. Seleccione el equipo

Siguiendo el método elegido, seleccione el equipo recomendado para realizar su proceso de medición. Asegúrese de que su equipo esté calibrado y funcionando correctamente antes de usarlo.

Para obtener los mejores resultados, seleccione el equipo más preciso que tenga a su disposición. El equipo que elija afectará los resultados. Por lo tanto, seleccione su mejor equipo.

6. Seleccione el operador

Seleccione un operador para realizar la prueba de repetibilidad. Elija un operador que esté cualificado y tenga experiencia en la realización de la prueba o la medición.

Típicamente, sus operadores más experimentados o calificados darán los mejores resultados.

Su objetivo debe ser lograr resultados consistentes y repetibles. Por lo tanto, elija un operador que le ayude a lograrlo.

7. Realice la prueba de repetibilidad

Ahora que ha establecido todas sus condiciones, es el momento de realizar una prueba de repetibilidad para la función de medición, el rango y los puntos de prueba que seleccionó usando el método, el equipo y el operador que seleccionó.

Realice los pasos ocho a once para llevar a cabo una prueba de repetibilidad.

8. Recoja $0027n$0027 número de muestras y registre sus resultados

Al realizar una prueba de repetibilidad, recoja un número definido de muestras repetidas. Normalmente se recomienda recoger al menos 20 ó 30 muestras para obtener resultados estadísticamente significativos.

Sin embargo, recoger 20 o 30 muestras no siempre es práctico para cada prueba o medición. En su lugar, recoja el número de muestras que sea más apropiado para su situación y sistema de medición.

Si sólo se pueden recoger 5 muestras porque el proceso de prueba o de medición requiere mucho tiempo o trabajo, entonces sólo se recogen 5 muestras. Si puede recoger 100 muestras porque el proceso de prueba o medición es rápido y automatizado, entonces recoja 100 muestras.

Sólo recoja el número de muestras que sea más apropiado para su situación.

9. Analice sus resultados

Después de recoger las muestras, tendrá que analizar sus datos utilizando el análisis de varianza (ANOVA). Calcula la media (es decir, la media), la desviación estándar y los grados de libertad.

Si está analizando un solo conjunto de datos, utilizará la desviación estándar calculada y los grados de libertad en su presupuesto de incertidumbre.

Si está analizando múltiples conjuntos de datos, tendrá que utilizar el método de la varianza combinada para calcular la desviación estándar combinada y los grados de libertad para su presupuesto de incertidumbre.

10. Guardar un registro de sus resultados (Recomendado)

Cada vez que se recogen datos, es una buena idea guardar un registro de los resultados. Le será útil si necesita volver a revisar sus resultados o compararlos con otros datos de pruebas de repetibilidad.

Siempre recomiendo que guardes los archivos de tus datos de prueba de repetibilidad. Sin embargo, no es necesario que guardes los archivos. En su lugar, puede simplemente recopilar datos de tipo A cada vez que actualice sus presupuestos de incertidumbre. La elección es suya.

11. Añada los resultados a su presupuesto de incertidumbre

Finalmente, agregue los resultados de su prueba de repetibilidad a sus presupuestos de incertidumbre. Cree una partida para la repetibilidad e incluya la desviación estándar y los grados de libertad en su presupuesto.

Caracterice sus resultados de repetibilidad con una distribución Normal donde $0027k$0027 es igual a uno (es decir, k=1).

Para obtener instrucciones paso a paso, lea la siguiente sección: Cómo añadir repetibilidad a su presupuesto de incertidumbre.

CUANTAS MUESTRAS DEBES RECOGER

Una pregunta común que la gente se hace al realizar una prueba de repetibilidad es: «¿Cuántas muestras debo recoger?»

La respuesta es: «Tantos como sea posible».

Como regla general, se suele recomendar la recogida de 20 a 30 muestras para que sean estadísticamente sólidas. Sin embargo, esta regla no es aplicable a todos los escenarios.

Si se utiliza la automatización y se tiene la capacidad de recoger 100 o más muestras en un corto período de tiempo, entonces se recogen 100 o más muestras. Es práctico para su proceso de prueba o medición.

Si se está realizando una prueba o medición que es difícil o que lleva mucho tiempo, puede ser difícil recoger 20 o 30 muestras. Por lo tanto, debería recoger menos muestras. En esta situación, puede ser más práctico recoger sólo de tres a cinco muestras.

Asegúrese de seleccionar el número de muestras que sea apropiado para su proceso de medición.

No lo pienses demasiado. Empiece con 20 muestras y ajuste el número de muestras recogidas según sea necesario en función de su situación.

Si desea manipular sus resultados para lograr un margen de error deseado (es decir, una desviación estándar), utilice la fórmula siguiente;

Cómo calcular

1. Elija su nivel de confianza deseado (z).

2. Elija su margen de error deseado (MOE).

3. Multiplique el resultado del paso 1 por el valor por la desviación estándar del conjunto de la muestra.

4. Divida el resultado por el margen de error seleccionado en el paso 2.

5. Cuadrar el resultado calculado en el paso 4.

CÓMO RECOGER MUESTRAS REPETIDAS

Cuando se realiza una prueba de repetibilidad, algunas personas se confunden sobre cómo recoger muestras repetidas. Creen que deben;

1. Preparar una prueba,

2. Recoger un resultado,

3. Desglose la configuración, y

4. Repita el proceso $0027n$0027 número de veces.

Esto no es cierto.

La realización de una prueba de repetibilidad después de ese proceso sería rigurosa y llevaría mucho tiempo.

En su lugar, piense en cómo podría reunir los datos de manera más fácil y rápida si siguiera este proceso;

1. Preparar una prueba,

2. Recoger un resultado,

3. Repita $0027n$0027 número de veces, y

4. Descomponer el montaje.

Si sigues este proceso, serías capaz de completar una prueba de repetibilidad mucho más rápido. Por lo tanto, para que la prueba de repetibilidad sea menos rigurosa, asegúrese de recoger muestras repetidas una tras otra durante un corto período de tiempo.

Si su equipo de medición muestrea repetidamente los resultados y actualiza la pantalla, recopile $0027n$0027 número de resultados mostrados uno tras otro durante un corto período de tiempo.

Si su equipo de medición requiere un muestreo manual, repita el proceso una y otra vez hasta que recoja el número de muestras deseado.

No descomponga el montaje de la prueba en cada muestra y repita. Ese proceso sería en realidad una forma de prueba de reproducibilidad, no una prueba de repetibilidad.

CÓMO CALCULAR LA REPETIBILIDAD (TESTIMONIO ÚNICO)

Analizar los resultados de una sola prueba de repetibilidad es bastante simple. Sólo hay que calcular la media, la desviación estándar, los grados de libertad.

1. Calcula la media,

2. Calcular la Desviación Estándar,

3. Calcular los grados de libertad.

En las siguientes secciones, aprenderá a realizar estos cálculos en Excel.

1. Calcular la media utilizando Excel

Cómo calcular

1. Seleccione una celda para calcular la media.
2. Escriba «=VALORIZACIÓN» en la celda.
3. Seleccione las células que contienen sus resultados.

4. Escriba «)» y presione la tecla «Enter».

2. Calcular la Desviación Estándar usando Excel

Cómo calcular

1. Seleccione una celda para calcular la desviación estándar.

2. Escriba «=STDEV(» en la celda.

3. Seleccione las células que contienen sus resultados.

4. Escriba «)» y presione la tecla «Enter».

3. Calcular los Grados de Libertad usando Excel

Cómo calcular

1. Selecciona una celda para calcular los grados de libertad.

2. Escriba «=COUNT(» en la celda.

3. Seleccione las células que contienen sus resultados.

4. Escriba «)-1» y presione la tecla «Enter».

CÓMO CALCULAR LA REPETIBILIDAD (MÚLTIPLES PRUEBAS)

Analizar los resultados de varias pruebas de repetibilidad es más complejo. No se puede promediar la desviación estándar, por lo que hay que agruparlos mediante el método de la varianza agrupada.

1. Calcula la media,

2. Calcular la Desviación Estándar,

3. Calcular los Grados de Libertad,

4. Calcule la desviación estándar común.

1. Calcular la media utilizando Excel

Cómo calcular

1. Seleccione una celda para calcular la media.
2. Escriba «=VALORIZACIÓN» en la celda.
3. Seleccione las células que contienen sus resultados.

4. Escriba «)» y presione la tecla «Enter».

2. Calcular la Desviación Estándar usando Excel

Cómo calcular

1. Seleccione una celda para calcular la desviación estándar.

2. Escriba «=STDEV(» en la celda.

3. Seleccione las células que contienen sus resultados.

4. Escriba «)» y presione la tecla «Enter».

3. Calcular los Grados de Libertad usando Excel

Cómo calcular

1. Selecciona una celda para calcular los grados de libertad.

2. Escriba «=COUNT(» en la celda.

3. Seleccione las células que contienen sus resultados.

4. Escriba «)-1» y presione la tecla «Enter».

4. Calcular la desviación estándar combinada usando Excel

4a. Calcular la Varianza Ponderada

Cómo calcular

1. Seleccione una celda para calcular la varianza ponderada (es decir, SS).

2. Escriba «=CELDA1*CELDA2^2» en la celda.

3. Copiar y Pegar función en otras células.

4b. Calcular la Varianza Ponderada Total

Cómo calcular

1. Seleccione una celda para calcular la varianza ponderada total.

2. Escriba «=SUMA( » en la celda.

3. Seleccione las células que contienen sus resultados.

4. Escriba «)» y presione la tecla «Enter».

4c. Calcular los Grados Totales de Libertad

Cómo calcular

1. Seleccione una celda para calcular los grados totales de libertad.

2. Escriba «=SUMA( » en la celda.

3. Seleccione las células que contienen sus resultados.

4. Escriba «)» y presione la tecla «Enter».

4d. Calcular la Desviación Estándar Común

Cómo calcular

1. Selecciona una celda para calcular la desviación estándar combinada.
2. Escriba «=SQRT( » en la celda.

3. Seleccione la celda que contiene la variación total ponderada (es decir, ESS).

4. Escriba «/» para la función de división.
5. Seleccione la celda que contiene los grados totales de libertad (es decir, EDOF).

6. Escriba «)» y presione la tecla «Enter».

La desviación estándar agrupada será su valor de repetibilidad, y los grados de libertad totales serán su valor de grados de libertad.

CÓMO AÑADIR REPETIBILIDAD A SU PRESUPUESTO INVERSA

Después de realizar una prueba de repetibilidad y analizar sus datos, querrá añadir los resultados a su presupuesto de incertidumbre.

Para completar esta tarea, sólo tienes que seguir las instrucciones paso a paso que se indican a continuación. Las instrucciones deberían funcionar para cualquier calculadora de presupuesto de incertidumbre de ISOBudgets y para la mayoría de las calculadoras de presupuesto de incertidumbre ofrecidas por otras organizaciones.

Si no tienes una calculadora de presupuesto de incertidumbre, puedes comprar una aquí.

1. Añada una partida a su presupuesto de incertidumbre para la repetibilidad,

2. Introduzca su coeficiente de sensibilidad para la repetibilidad (típicamente «1»),

3. Introduzca su valor de incertidumbre (es decir, la desviación estándar) en el presupuesto de incertidumbre,

4. Introduzca la unidad de medida,

5. Introduzca el tipo de incertidumbre (típicamente «A»),

6. Seleccione la distribución de probabilidad «Normal»,

7. Seleccione el divisor donde k=1,

8. Introduzca sus grados de libertad.

LISTA DE CONTROL Y CALCULADOR DE PRUEBAS DE REPETICIÓN

¿Está listo para realizar una prueba de repetibilidad?

Si es así, consigue la lista de comprobación de la prueba de repetibilidad y la calculadora. La lista de control le dará un resumen de todas las instrucciones proporcionadas en esta guía, y la calculadora le ayudará a analizar sus resultados para que pueda calcular la repetibilidad más rápidamente.

Sólo tienes que hacer clic en el botón de abajo para descargar.

CONCLUSIÓN

La realización de una prueba de repetibilidad es el método más común utilizado para reunir datos de incertidumbre de tipo A. Si su laboratorio está acreditado por la norma ISO/IEC 17025 o planea acreditarse, deberá realizar pruebas de repetibilidad e incluir los resultados en sus presupuestos de incertidumbre.

En esta guía, debería haber aprendido a realizar una prueba de repetibilidad y a analizar los resultados para calcular la repetibilidad de la medición. Además, debería haber aprendido algunos consejos adicionales para ayudarle a completar el proceso con más confianza.

Calcular la repetibilidad no es difícil, pero es una tarea que algunas personas encuentran difícil de completar. Utilice la información y las herramientas que se proporcionan en esta guía para ayudarle a estimar más rápidamente la incertidumbre en la medición y prepararse para la acreditación.

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