Transkrypt

1 Charakterystyka mierników do badania oświetlenia Obiektywne badania warunków oświetlenia opierają się na wynikach pomiarów parametrów świetlnych. Podobnie jak każdy pomiar, również te pomiary, obarczone są błędem, czyli różnicą między wynikiem pomiaru a wartością mierzonej wielkości. Tradycyjnie błędy dzieli się na przypadkowe i systematyczne. Błąd przypadkowy jest nieprzewidywalny zarówno co do wartości jak i co do znaku, podczas wykonywania pomiarów tej samej wielkości w warunkach niezmiennych, tzn. przez tą samą osobę, tym samym przyrządem, w tych samych warunkach otoczenia. Błędu przypadkowego nie można określić na podstawie pojedynczego pomiaru. Można jedynie oszacować, z określonym prawdopodobieństwem, granice błędu, na podstawie serii pomiarów określonej wielkości w niezmiennych warunkach. Błąd systematyczny jest to błąd, który pozostaje stały, zarówno co do wartości jak i znaku, podczas wykonywania pomiarów tej samej wielkości, w tych samych warunkach, przez tą samą osobę i tym samym miernikiem. Podczas zmiany warunków pomiarowych, błąd systematyczny może zmieniać się według określonego prawa. Źródła błędów systematycznych mogą być znane lub nieznane. Są to np. błędy wynikające z nieuwzględnienia poprawek temperaturowych, rozkładu widmowego źródeł światła, kąta padania promieniowania, złego wzorcowania mierników itp. Znany błąd systematyczny, obliczony lub wyznaczony doświadczalnie, można wyeliminować, wprowadzając odpowiednią poprawkę do otrzymanych wyników pomiarowych. Nieznane błędy systematyczne o małej wartości w porównaniu do dokładności pomiaru, traktuje się przy obliczaniu niepewności pomiaru, jak błędy przypadkowe. Nieznane błędy systematyczne o dużej wartości w porównaniu z dokładnością pomiaru, należy oszacować w przybliżeniu i uwzględnić przy obliczaniu niepewności pomiaru. Istnieje jeszcze błąd nadmierny, tzw. gruby, wynikający z nieprawidłowo wykonanego pomiaru, np. omyłkowego odczytania wskazania, użycia uszkodzonego przyrządu, niewłaściwego użycia przyrządu. Wyniki obarczone błędem nadmiernym należy usunąć i nie uwzględniać do obliczeń i analiz. Rozrzut wyników pomiaru, wyznaczony przez błędy graniczne, określa niepewność pomiaru. Niepewność pomiaru wynika z faktu braku możliwości jednoznacznego wyznaczenia w procesie pomiaru, wartości określonej wielkości, co oznacza że wynik pomiaru tej samej wielkości może być za każdym pomiarem inny. Czynniki wpływające na niepewność pomiarów: człowiek brak kompetencji, brak doświadczenia, nieprzestrzeganie instrukcji, nieprawidłowa obsługa (zasłanianie ogniwa, jasny ubiór), przekupstwo, nieuwaga spowodowana stresem, zmęczeniem, roztargnieniem; media wahania napięcia elektrycznego, tętnienie światła; środowisko - promieniowanie UV, promieniowanie podczerwone, pole elektromagnetyczne, temperatura, wilgotność, zapylenie, polaryzacja światła; 1 z 5

2 środki pomocnicze przeterminowane baterie; warunki pomiaru; metoda badawcza źlee dobrana (mało precyzyjna, podatna na czynniki zewnętrzne); przyrządy pomiarowe źle wywzorcowane, niezgodność krzywej widmowej fotometru z krzywą Vl, niewłaściwa korekcja przestrzenna, niedokładność, zmęczenie czujnika, nieliniowość wskazań; proces obliczeniowy stosowanie nieodpowiednich wzorów lub programów obliczeniowych, niewłaściwe zaokrąglanie wyników Minimalne wymagania, które powinny spełniać luksomierze: zgodność krzywej widmowej detektora z krzywą Vl, zgodność zmiany prądu fotoelektrycznego detektora z kosinusem kąta padania światła na powierzchnię czujnika, kompensacja termiczna detektora. Poza tym, ze względu na starzenie się ogniw i elementów fotoelektrycznych, używanie luksomierza wymaga jego okresowego wzorcowania, zwykle co pół roku dla ogniwa selenowego i co 2 lata dla elementów krzemowych. Pod względem dokładności fotometry dzielą się na 4 klasy: L o najwyższej dokładności (maksymalny błąd całkowity 3%), A o wysokiej dokładności (maksymalny błąd całkowity 5%), B o średniej dokładności (maksymalny błąd całkowity 10%), C o niskiej dokładności (maksymalny błąd całkowity 20%). 2 z 5

3 Przykłady danych technicznych luksomierzy znanych producentów odczytane z kart katalogowych. Producent Model Klasa dokładności Błąd całkowity Dopasowanie widmowe Dopasowanie kierunkowe MAVOLUX 5032B B 10% 6% 3% Konica- Minolta/T10 do 8% ±2% dla 30 ±6% dla 50 ±25% dla 80 Xinye Optoelectronic Engineering Co.,Ltd./XYI-III 5.5% 4% Sonopan/L-100 A 2,5 % 2 % 1,5 % Testo/Testo 545 8% Niepewność pomiaru wynikająca z błędów przypadkowych nazywa się niepewnością typu A, natomiast wynikająca z błędów systematycznych niepewnością typu B. Niepewność wyniku pomiaru, wyrażona jako odchylenie standardowe nosi nazwę niepewności standardowej. Niepewność standardową można wyznaczać w dwojaki sposób: 1. Poprzez analizę statystyczną wyników serii pomiarów (niepewność typu A). 2. Na podstawie własnej wiedzy i doświadczenia, wyników wcześniejszych pomiarów, w oparciu o posiadane informacje o niepewności i zachowaniu się zastosowanych przyrządów, wyników wzorcowania, danych producenta, udziale w powstałym błędzie użytych metod pomiarowych i wpływie na wielkość błędu innych czynników (niepewność typu B). Tryb postępowania w celu oszacowania niepewności standardowej pomiaru: 1. Niepewność typu A: wykonać serię pomiarów tej samej wielkości, w tych samych warunkach, tym samym przyrządem, przez tę samą osobę, oszacować typ rozkładu prawdopodobieństwa, 3 z 5

4 w przypadku rozkładu normalnego (typu Gaussa) obliczyć średnią arytmetyczną otrzymanych wyników i przyjąć ją jako wartość najbardziej prawdopodobną, wyznaczyć odchylenie standardowe pojedynczego pomiaru wg wzoru: gdzie: x i oznacza wartość pojedynczego pomiaru, x sr wartość średnia z n pomiarów. 2. Niepewność typu B: Wyznaczanie niepewności standardowej metodą typu B może być równie wiarygodne, jak obliczane metodą typu A, szczególnie gdy metoda typu A oparta będzie na małej liczbie pomiarów. Jednak właściwe stosowanie dostępnych informacji dotyczących obliczania niepewności standardowej metodą B, wymaga doświadczenia i wiedzy, i jest umiejętnością, którą można nabyć wraz z praktyką. Tryb postępowania w celu określenia niepewności całkowitej pomiaru: ustalenie zależności między wielkością wyznaczaną a wielkościami mierzonymi, rozpoznanie wszystkich źródeł błędów systematycznych i wprowadzenie odpowiednich poprawek, oszacowanie wielkości źródeł, niepewności standardowych pochodzących ze zidentyfikowanych obliczenie niepewności standardowej złożonej wielkości wyznaczanej, obliczenie niepewności rozszerzonej, jako iloczynu niepewności złożonej i odpowiedniego współczynnika rozszerzenia k, sporządzenie budżetu niepewności, poprzez wyznaczenie niepewnościi dla poszczególnych operacji jednostkowych i obliczenie niepewności całkowitej pomiaru. Wartość współczynnika rozszerzenia k zależy od przyjętego poziomu ufności p. Wybrane wartości współczynnika k i odpowiadające im poziomy ufności, przy założeniu rozkładu normalnego wyników pomiaru, podano w poniższej tabeli: Współczynnik rozszerzenia k Poziom ufności p [%] 1 68,27 1,, ,, ,45 2,, ,73 4 z 5

5 Istnieją również metody podawania niepewności wyniku, oparte na odchyleniu standardowym odtwarzalności lub powtarzalności. W takich przypadkach niepewność pomiaru jest dwukrotną wartością (na poziomie ufności 0,05) odchylenia standardowego w zakresie powtarzalności lub odtwarzalności. Powtarzalność to rozrzut przypadkowy wyników wielokrotnego pomiaru tej samej wielkości, tego samego obiektu, w warunkach powtarzalnych, czyli tą sama metodą, w tym samym miejscu, przez tę samą osobę, przy użyciuu tych samych przyrządów, w tych samych warunkach. Odtwarzalność to rozrzut przypadkowy wyników wielokrotnego pomiaru tej samej wielkości, tego samego obiektu w warunkach odtwarzalnych, czyli ta sama lub inna metoda pomiarowa, stosowana w różnych miejscach (laboratoriach), przez różne osoby, przy użyciu różnych przyrządów, w różnych warunkach. 5 z 5