Meten onder de knie krijgen: uw ultieme gids voor absolute, relatieve en volledige schaal (%FS) fouten

Heb je ooit naar het specificatieblad gekeken vooradrukzender,astroommeter, ofatemperatuursensorEnHeb je een regel gezien met de tekst "Nauwkeurigheid: ±0,5% FS"? Het is een veelvoorkomende specificatie, maar wat betekent dit nu echt voor de gegevens die je verzamelt? Betekent dit dat elke meting binnen 0,5% van de werkelijke waarde ligt? Zoals je ziet, is het antwoord iets complexer, en het begrijpen van deze complexiteit is cruciaal voor iedereen die betrokken is bij engineering, productie en wetenschappelijke metingen.

Fouten zijn een onvermijdelijk onderdeel van de fysieke wereld. Geen enkel instrument is perfect. De sleutel is om de aard van de fout te begrijpen, deze te kwantificeren en ervoor te zorgen dat deze binnen acceptabele grenzen voor uw specifieke toepassing valt. Deze handleiding verheldert de kernconcepten.ofmetingfoutHet begint met de basisdefinities en gaat vervolgens over in praktische voorbeelden en belangrijke gerelateerde onderwerpen. Zo transformeer je van iemand die alleen de specificaties leest, in iemand die ze echt begrijpt.

 

Wat is een meetfout?

In de kern,Meetfout is het verschil tussen een gemeten hoeveelheid en de werkelijke waarde ervanBeschouw het als de kloof tussen de wereld zoals uw instrument die ziet en de wereld zoals die werkelijk is.

Fout = Gemeten waarde – Ware waarde.

De "werkelijke waarde" is een theoretisch concept. In de praktijk kan de absolute werkelijke waarde nooit met absolute zekerheid worden vastgesteld. In plaats daarvan wordt een conventionele werkelijke waarde gebruikt. Dit is een waarde die wordt geleverd door een meetstandaard of referentie-instrument en die aanzienlijk nauwkeuriger is (doorgaans 4 tot 10 keer nauwkeuriger) dan het te testen apparaat. Bijvoorbeeld bij het kalibreren van eendraagbaardrukgraadmeterde “conventionele werkelijke waarde” zou afkomstig zijn van een zeer nauwkeurige,laboratoriumkwaliteitdrukkalibrator.

Het begrijpen van deze eenvoudige vergelijking is de eerste stap, maar het vertelt niet het hele verhaal. Een fout van 1 millimeter is onbeduidend bij het meten van de lengte van een pijp van 100 meter, maar het is een catastrofale fout bij het bewerken van een zuiger voor een motor. Om het volledige beeld te krijgen, moeten we deze fout op een meer betekenisvolle manier uitdrukken. Dit is waar absolute, relatieve en referentiefouten een rol spelen.

Verzameling van drie veelvoorkomende meetfouten

Laten we de drie belangrijkste manieren om meetfouten te kwantificeren en te communiceren, nader bekijken.

1. Absolute fout: de ruwe afwijking

Absolute fout is de eenvoudigste en meest directe vorm van fout. Zoals gedefinieerd in het brondocument, is het het directe verschil tussen de meting en de werkelijke waarde, uitgedrukt in de eenheden van de meting zelf.

Formule:

Voorbeeld:

Je meet de stroming in een leiding met eenWAARstroomsnelheidof50 m³/u, enjouwdebietmeterleest50,5 m³/u, dus de absolute fout is 50,5 – 50 = +0,5 m³/u.

Stel je nu voor dat je een ander proces meet met een werkelijke flow van 500 m³/u en je flowmeter geeft 500,5 m³/u aan. De absolute fout is nog steeds +0,5 m³/u.

Wanneer is het nuttig? Absolute fout is essentieel tijdens kalibratie en testen. Een kalibratiecertificaat vermeldt vaak de absolute afwijkingen op verschillende testpunten. Zoals het voorbeeld echter laat zien, ontbreekt de context. Een absolute fout van +0,5 m³/u voelt veel significanter aan voor het kleinere debiet dan voor het grotere. Om die significantie te begrijpen, hebben we relatieve fout nodig.

2. Relatieve fout: de contextfout

Relatieve fout biedt de context die absolute fout mist. Het drukt de fout uit als een fractie of percentage van de werkelijke gemeten waarde. Dit geeft aan hoe groot de fout is in verhouding tot de omvang van de meting.

Formule:

Voorbeeld:

Laten we ons voorbeeld nog eens bekijken:

Voor de stroming van 50 m³/u: Relatieve fout = (0,5 m³/u / 50 m³/u) × 100% = 1%

Voor de stroming van 500 m³/u: Relatieve fout = (0,5 m³/u / 500 m³/u) × 100% = 0,1%

Plotseling is het verschil veel duidelijker. Hoewel de absolute fout in beide scenario's gelijk was, laat de relatieve fout zien dat de meting tien keer minder nauwkeurig was voor het lagere debiet.

Waarom is dit belangrijk? Relatieve fout is een veel betere indicator voor de prestaties van een instrument op een specifiek werkpunt. Het helpt bij het beantwoorden van de vraag: "Hoe goed is deze meting op dit moment?" Instrumentfabrikanten kunnen echter niet voor elke mogelijke meetwaarde een relatieve fout vermelden. Ze hebben één betrouwbare metriek nodig om de prestaties van hun apparaat over de gehele operationele capaciteit te garanderen. Dat is de taak van referentiefouten.

3. Referentiefout (%FS): de industriestandaard

Dit is de specificatie die u het vaakst ziet op datasheets: nauwkeurigheid uitgedrukt als percentageofVolSchaal (%FS), ook wel referentiefout of spanningsfout genoemd. In plaats van de absolute fout te vergelijken met de huidige gemeten waarde, wordt deze vergeleken met de totale spanwijdte (of het bereik) van het instrument.

Formule:

Het meetbereik (of span) is het verschil tussen de maximale en minimale waarden die het instrument kan meten.

Het cruciale voorbeeld: %FS begrijpen

Stel je voor dat je kooptadruktransmittermetde volgende specificaties:

• Bereik: 0 tot 200 bar

• Nauwkeurigheid: ±0,5% FS

Stap 1: Bereken de maximaal toegestane absolute fout.

Eerst vinden we de absolute fout waarmee dit percentage overeenkomt: maximale absolute fout = 0,5% × (200 bar – 0 bar) = 0,005 × 200 bar = ±1 bar.

Dit is de belangrijkste berekening, die ons vertelt dat ongeacht de druk die we meten, de meting van dit instrument gegarandeerd binnen ±1 bar van de werkelijke waarde ligt.

Stap 2: Bekijk hoe dit de relatieve nauwkeurigheid beïnvloedt.

Laten we eens kijken wat deze fout van ±1 bar op verschillende punten in het bereik betekent:

• Meten van een druk van 100 bar (50% van het bereik): De meetwaarde kan variëren van 99 tot 101 bar. De relatieve fout op dit punt is (1 bar / 100 bar) × 100% = ±1%.

• Meten van een druk van 20 bar (10% van het bereik): De meetwaarde kan variëren van 19 tot 21 bar. De relatieve fout op dit punt is (1 bar / 20 bar) × 100% = ±5%.

• Meten van een druk van 200 bar (100% van het bereik): De meetwaarde kan variëren van 199 tot 201 bar. De relatieve fout op dit punt is (1 bar / 200 bar) × 100% = ±0,5%.

Hiermee wordt een belangrijk instrumentatieprincipe onthuld: de relatieve nauwkeurigheid van een instrument is het hoogst in het hoogste bereik en het laagst in het laagste bereik.

Praktische tip: Hoe kies je het juiste instrument?

De relatie tussen %FS en relatieve fout heeft een grote impact op de instrumentselectie.Hoe kleiner de referentiefout, hoe hoger de algehele nauwkeurigheid van het instrumentU kunt uw meetnauwkeurigheid echter ook verbeteren door eenvoudigweg het juiste bereik voor uw toepassing te kiezen.

De gouden regel voor het bepalen van de juiste meetwaarde is om een ​​instrument te kiezen waarbij uw typische bedrijfswaarden in de bovenste helft (idealiter de bovenste twee derde) van het volledige schaalbereik vallen. Laten we een voorbeeld nemen:

Stel dat uw proces normaal gesproken werkt bij een druk van 70 bar, maar dat er pieken kunnen zijn tot 90 bar. U overweegttweezenders, beide met een nauwkeurigheid van ±0,5% FS:

• Zender A: Bereik 0-500 bar

• Zender B: Bereik 0-100 bar

Laten we de potentiële fout voor uw normale bedrijfspunt van 70 bar berekenen:

Zender A (0-500 bar):

• Maximale absolute fout = 0,5% × 500 bar = ±2,5 bar.

• Bij 70 bar kan uw meetwaarde 2,5 bar afwijken. Uw werkelijke relatieve fout is (2,5 / 70) × 100% ≈ ±3,57%. Dit is een significante fout!

Zender B (0-100 bar):

• Maximale absolute fout = 0,5% × 100 bar = ±0,5 bar.

• Bij 70 bar kan uw meting slechts 0,5 bar afwijken. Uw werkelijke relatieve fout is (0,5 / 70) × 100% ≈ ±0,71%.

Door het instrument te kiezen met het voor uw toepassing passende 'gecomprimeerde' bereik, verbeterde u de nauwkeurigheid van uw metingen in de praktijk met een factor vijf, ook al hadden beide instrumenten dezelfde nauwkeurigheidsclassificatie van '%FS' in hun gegevensbladen.

Nauwkeurigheid versus precisie: een cruciaal onderscheid

Om meten volledig onder de knie te krijgen, is nog één concept essentieel: het verschil tussen nauwkeurigheid en precisie. Deze termen worden vaak door elkaar gebruikt, maar in de wetenschap en techniek betekenen ze heel verschillende dingen.

NauwkeurigheidisHoeeen meting is dichtbij de werkelijke waardeHet heeft betrekking op absolute en relatieve fouten. Een nauwkeurig instrument geeft gemiddeld de juiste meetwaarde.

PrecisieisHoemeerdere metingen van hetzelfde ding zijn dichtbij elkaarHet verwijst naar de herhaalbaarheid of consistentie van een meting. Een nauwkeurig instrument geeft je elke keer vrijwel dezelfde meetwaarde, maar die meetwaarde is niet per se correct.

Hier is de analogie met het doel:

• Nauwkeurig en precies: al je schoten worden strak in het midden van de roos geclusterd. Dit is het ideaal.

• Nauwkeurig maar onnauwkeurig: al je schoten zitten dicht op elkaar, maar bevinden zich in de linkerbovenhoek van het doel, ver van de roos. Dit wijst op een systematische fout, zoals een verkeerd uitgelijnde richtkijker op een geweer of een slecht gekalibreerde sensor. Het instrument is herhaalbaar, maar schiet constant verkeerd.

• Nauwkeurig maar onnauwkeurig: je schoten zijn verspreid over het hele doel, maar hun gemiddelde positie is het midden van de roos. Dit wijst op een willekeurige fout, waarbij elke meting onvoorspelbaar fluctueert.

• Noch nauwkeurig, noch precies: de schoten worden willekeurig over het hele doel verspreid, zonder enige consistentie.

Een instrument met een 0,5% FS-specificatie claimt zijn nauwkeurigheid, terwijl de precisie (of herhaalbaarheid) vaak als een apart item op het gegevensblad wordt vermeld en meestal een kleiner (beter) getal is dan de nauwkeurigheid.

Conclusie

Het begrijpen van de nuances van fouten is wat een goede ingenieur onderscheidt van een geweldige ingenieur.

Kortom, het beheersen van meetfouten vereist een overgang van basisconcepten naar praktische toepassing. Absolute fout geeft de ruwe afwijking aan, relatieve fout plaatst deze in de context van de huidige meting, en referentiefout (%FS) biedt een gestandaardiseerde garantie voor de maximale fout van een instrument over het gehele bereik. De belangrijkste conclusie is dat de gespecificeerde nauwkeurigheid van een instrument en de prestaties in de praktijk niet hetzelfde zijn.

Door te begrijpen hoe een vaste %FS-fout de relatieve nauwkeurigheid over de gehele schaal beïnvloedt, kunnen ingenieurs en technici weloverwogen beslissingen nemen. Het selecteren van een instrument met het juiste bereik voor de toepassing is net zo cruciaal als de nauwkeurigheidsclassificatie, zodat de verzamelde gegevens een betrouwbare weerspiegeling van de werkelijkheid zijn.

De volgende keer dat u een datasheet bekijkt en een nauwkeurigheidsclassificatie ziet, weet u precies wat dit betekent. U kunt de maximale potentiële fout berekenen, begrijpen hoe die fout uw proces op verschillende werkpunten beïnvloedt en een weloverwogen beslissing nemen. Zo weet u zeker dat de verzamelde gegevens niet alleen cijfers op een scherm zijn, maar een betrouwbare weerspiegeling van de werkelijkheid.

Neem contact op met onze meetexperts