VDI 2449 Blatt 3-2001 Measurement methods test criteria - General method for the determination of the uncertainty of calibratable measurement methods.pdf

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1、VEREIN DEUTSCHERINGENIEUREPrfkriterien von MessverfahrenAllgemeine Methode zur Ermittlung der Unsicherheit kalibrierfhiger MessverfahrenMeasurement methods test criteriaGeneral method for the determination of the uncertainty of calibratable measurement methodsVDI 2449Blatt 3 / Part 3Ausg. deutsch/en

2、glischIssue German/EnglishKommission Reinhaltung der Luft (KRdL) im VDI und DIN NormenausschussArbeitsgruppe Prfkriterien von MessverfahrenAusschuss Messtechnische SonderfragenVDI/DIN-Handbuch Reinhaltung der Luft, Band 5VDI-RICHTLINIENZu beziehen durch / Available from Beuth Verlag GmbH, 10772 Berl

3、in Alle Rechte vorbehalten / All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2001Vervielfltigung auchfr innerbetriebliche Zwecke nicht gestattet / Reproduction even for internal use not permittedDer Entwurf dieser Richtlinie wurde mit Ankndigung im Bundes-anzeiger einem ffentlichen Einspr

4、uchsverfahren unterworfen.Die deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich. ICS 13.040.10 September 2001The draft of this guideline has been subject to public scrutinyafter announcement in the Bundesanzeiger (Federal Gazette).The German version of this guideline shall be taken as authorita-tiv

5、e. No guarantee can be given with respect to the English trans-lation.Inhalt SeiteVorbemerkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 Anwendungsbereich . . . . . . . . . . . . . . 52 Begriffe und Definitionen. . . . . . . . . . . . 53 Forme

6、l- und Kurzzeichen. . . . . . . . . . . . 74 Kurzbeschreibung des Verfahrens . . . . . . 75 Planung und Durchfhrung des Kalibrierexperiments . . . . . . . . . . . . . . 85.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . 85.2 Auswahl der Referenzzustnde . . . . . . . 95.3 Angabe der Unsicherheit der

7、Referenzwerte . . . . . . . . . . . . . . . . 105.4 Ermittlung der Werte des Messsignals und ihrer Unsicherheiten . . . . . . . . . . 106 Ermittlung der Analysenfunktion . . . . . . . 116.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . 116.2 Die verallgemeinerte Methode der kleinsten Quadrate nach D

8、eming . . . . 117 berprfung der Analysenfunktion . . . . . . 127.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . 127.2 Prfung der Vertrglichkeit mit den Kalibrierdaten . . . . . . . . . . . . . . . . 137.3 Driftprfung . . . . . . . . . . . . . . . . . 147.4 Bercksichtigung von Abweichungen zwischen

9、Messaufgabe und Kalibrierexperiment . . . . . . . . . . . . . 14Contents PagePreliminary note . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31Scope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 Terms and definitions . . . . . . . . . . . . . . 53 Sy

10、mbols and abbreviations. . . . . . . . . . . 74 Description of the method . . . . . . . . . . . 75 Planning and performing the calibration experiment. . . . . . . . . . . . . . 85.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85.2 Selection of the reference states . . . . . . . 95.3 Presentation

11、 of the uncertainty of the reference values . . . . . . . . . . . . . 105.4 Determination of the values and the uncertainties of the measured signal. . . . . 106 Determination of the analytical function . . . 116.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116.2 The generalized method of least

12、 squares according to Deming. . . . . . . . . . . . . 117 Check of the analytical function . . . . . . . . 127.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127.2 Check of representation of the calibration data. . . . . . . . . . . . . . . . 137.3 Drift check . . . . . . . . . . . . . . . . . .

13、147.4 Consideration of deviations between measurement task and calibration experiment . . . . . . . . . . . . 14Frhere Ausgabe: 12.99 Entwurf,deutschFormer edition: 12/99 draft, in German onlyB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ing

14、enieure, Dsseldorf 2001 2 VDI 2449 Blatt 3 / Part 3Seite8 Ermittlung der Ergebnisunsicherheit fr die Analysenfunktion . . . . . . . . . . . . . . 158.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . 158.2 Ermittlung der Unsicherheit fr die Parameter der Analysenfunktion . . . . 16Anhang A Erluterunge

15、n zu den Rechenverfahren 18Anhang B Auswertungsbeispiele . . . . . . . . . 22Anhang C Rechenprogramm. . . . . . . . . . . . 29Schrifttum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32VorbemerkungIn der Kommission Reinhaltung der Luft (KRdL) imVDI und DIN Normenausschuss erarbeiten Fach-leute aus Wissens

16、chaft, Industrie und Verwaltung infreiwilliger Selbstverantwortung VDI-Richtlinienund DIN-Normen zum Umweltschutz. Diese be-schreiben den Stand der Technik bzw. Stand der Wis-senschaft in der Bundesrepublik Deutschland unddienen als Entscheidungshilfen bei der Erarbeitungund Anwendung von Rechts- un

17、d Verwaltungsvor-schriften. Die Arbeitsergebnisse der KRdL flieenferner als gemeinsamer deutscher Standpunkt in dieeuropische technische Regelsetzung bei CEN(Europisches Komitee fr Normung) und in dieinternationale technische Regelsetzung bei ISO(Internationale Organisation fr Normung) ein.Folgende

18、Themenschwerpunkte werden in vier Fach-bereichen behandelt:Fachbereich I Umweltschutztechnik“Produktionsintegrierter Umweltschutz; Verfahrenund Einrichtungen zur Emissionsminderung;ganzheitliche Betrachtung von Emissionsminde-rungsmanahmen unter Bercksichtigung vonLuft, Wasser und Boden; Emissionswe

19、rte frStube und Gase; anlagenbezogene messtechni-sche Anleitungen; Handhabung brennbarerStube; Minderung der Exposition gegenber luft-fremden Stoffen am Arbeitsplatz; Umweltschutz-kostenrechnungFachbereich II Umweltmeteorologie“Ausbreitung von Luftverunreinigungen in derAtmosphre; strfallbedingte Fr

20、eisetzungen;mikro- und mesoskalige Windfeldmodelle; Wech-selwirkung zwischen Atmosphre und Oberfl-chen; meteorologische Messungen; angewandteKlimatologie; Lufthygienekarten; human-bio-meteorologische Bewertung von Klima und Luft-hygiene; bertragung meteorologischer DatenPage8 Determination of the un

21、certainty of the result for the analytical function . . . . . . . . 158.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158.2 Determination of the uncertainty of the parameters of the analytical function . . 16Annex A Description of the calculation procedures 18Annex B Examples . . . . . . . . . .

22、 . . . . . . . 22Annex C Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32Preliminary noteIn the Commission on Air Pollution Prevention ofVDI and DIN Standards Committee (KRdL) ex-perts from science, industry and administration, act-ing on their

23、 own responsibility, establish VDI guide-lines and DIN standards in the field of environmentalprotection. These describe the state of the art in sci-ence and technology in the Federal Republic of Ger-many and serve as a decision-making aid in the pre-paratory stages of legislation and application of

24、 legalregulations and ordinances. KRdLs working resultsare also considered as the common German point ofview in the establishment of technical rules on theEuropean level by CEN (European Committee forStandardization) and on the international level byISO (International Organization for Standardizatio

25、n).The following topics are dealt with in four subdivi-sions: Subdivision I ”Environmental Protection Techniques“Integrated pollution prevention and control for in-stallations; procedures and installations for emis-sion control; overall consideration of measures foremission control with consideratio

26、n given to theair, water and soil; emission limits for dusts andgases; plant-related measurement instructions; thesafe processing of combustible dusts; reduction ofexposure to air pollutants in the workplace atmo-sphere, environmental industrial cost accountingSubdivision II ”Environmental Meteorolo

27、gy“Dispersion of pollutants in the atmosphere; emis-sions from accidental releases; micro- and meso-scale wind field models; interaction between theatmosphere and surfaces; meteorological measure-ments; applied climatology; air pollution maps;human-biometeorological evaluation of climateand air hygi

28、ene; transfer of meteorological dataB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2001 VDI 2449 Blatt 3 / Part 3 3 Fachbereich III Umweltqualitt“Wirkung von Luftverunreinigungen auf Mensch,Tier, Pflanze, Boden, Werk

29、stoffe und Atmosphre;wirkungsbezogene Mess- und Erhebungsverfah-ren; Erfassung und Wirkung mikrobieller Luftver-unreinigungen; Olfaktometrie; UmweltsimulationFachbereich IVUmweltmesstechnik“Emissions- und Immissionsmesstechnik fr anor-ganische und organische Gase sowie fr Partikel;optische Fernmessv

30、erfahren; Messen von Innen-raumluftverunreinigungen; Messen von Boden-luftverunreinigungen; Verfahren zur Herstellungvon Referenzmaterialien; Prfplne fr Mess-gerte; Validierungsverfahren; Messplanung; Aus-werteverfahren; QualittssicherungDie Richtlinien und Normen werden zunchst alsEntwurf verffentl

31、icht. Durch Ankndigung im Bun-desanzeiger und in der Fachpresse erhalten alle inte-ressierten Kreise die Mglichkeit, sich an einemffentlichen Einspruchsverfahren zu beteiligen.Durch dieses Verfahren wird sichergestellt, dassunterschiedliche Meinungen vor Verffentlichung derendgltigen Fassung bercksi

32、chtigt werden knnen.Die Richtlinien und Normen sind in sechs Bndendes VDI/DIN-Handbuches Reinhaltung der Luft zu-sammengefasst.EinleitungZu den allgemein anerkannten Grundregeln derQualittssicherung in der Messtechnik (siehe z.B.DIN 1319-1 T2, DIN 1319-3 T3,DIN EN ISO 9001 T6, DIN EN ISO/IEC 17 025T

33、5) gehren die Forderungen, dassjedes Messergebnis eine Angabe der Mess-unsicherheit enthltdie Messunsicherheit eines jeden Messmittelsbekannt istHierbei ist die Messunsicherheit des vollstndigenMessverfahrens verlangt. Mangels praxisgerechterMethoden wurden bislang bei Auswertungen derMessunsicherhe

34、it wesentliche Fehlerquellen hufignicht oder nur pauschal bercksichtigt. Beispiele sindProbenahmefehler, d.h. Unterschiede zwischenMessobjekt und Probe, sowie Unsicherheiten der frdie Kalibrierung verwendeten Prfgase oder Ver-gleichsmessverfahren.Mit dem im Jahre 1993 verffentlichten Guide to theExp

35、ression of Uncertainty in Measurement“ T8, imFolgenden kurz GUM genannt, liegt erstmals einSubdivision III ”Environmental Quality“Effects of air pollutants on man, farm animals, veg-etation, soil, materials, and the atmosphere; meth-ods for the measurement and evaluation of effects;determination of

36、microbial air pollutants and theireffects; olfactometry; environmental simulation Subdivision IV”Environmental Measurement Techniques“Techniques for emission and ambient air measure-ments of inorganic and organic gases as well asparticulate matter; optical open-path measurementmethods; measurement o

37、f indoor air pollutants,measurement of soil air pollutants; procedures forestablishing reference material; test procedures formeasurement devices; validation procedures;measurement planning; evaluation methods; qual-ity assuranceThe guidelines and standards are first published asdrafts. These are an

38、nounced in the Bundesanzeiger(Federal Gazette) and in professional publications inorder to give all interested parties the opportunity toparticipate in an official objection procedure. Thisprocedure ensures that differing opinions can be con-sidered before the final version is published.The guidelin

39、es and standards are published in the six-volume VDI/DIN Reinhaltung der Luft (Air Pollu-tion Prevention) manual.IntroductionThe generally accepted basic rules of quality assur-ance in metrology (see e.g. DIN 1319-1 T2,DIN 1319-3 T3, DIN EN ISO 9001 T6,DIN EN ISO/IEC 17 025 T5) include the require-m

40、ents that each result of measurement includes a statementon measurement uncertaintythe measurement uncertainty of each measure-ment method is knownThis requires the measurement uncertainty of thecomplete measurement method to be known. In theabsence of practical methods, relevant error sourceshave o

41、ften not or only generally been taken into ac-count during the evaluation of measurement uncer-tainty. Examples are sampling errors, i. e. the differ-ence between measurand and sample, as well as un-certainties of the test gases and reference measure-ment methods used for calibration. The ”Guide to

42、the Expression of Uncertainty inMeasurement“ T8 (abbreviated as GUM in the fol-lowing) published in 1993 is the first generallyB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2001 4 VDI 2449 Blatt 3 / Part 3international

43、anerkannter Leitfaden vor, der dieGrundlagen fr die vollstndige Ermittlung vonMessunsicherheiten nach einheitlichen Verfahrenenthlt. Die wesentlichen Elemente des GUM T8lassen sich wie folgt zusammenfassen:a) Vollstndige Analyse der FehlermglichkeitenBei der Ermittlung der Messunsicherheit sindsmtli

44、che mglichen Fehlerquellen zu berck-sichtigen und nach Gre und Typ ihres Unsicher-heitsbeitrages zu klassifizieren. Unterscheidensich zwei Unsicherheitskomponenten um denFaktor 10, so kann die kleinere gegenber der gr-eren vernachlssigt werden.b) Auswertung von UnsicherheitsbeitrgenEs wird zwischen

45、Unsicherheiten vom Typ A undUnsicherheiten vom Typ B unterschieden. Typ Abezeichnet Unsicherheiten, die durch statistischeAnalyse von Messwertkollektiven ermittelt wer-den, z.B. einer Reihe von Werten, die unter Wie-derholbedingungen oder Vergleichsbedingungengemessen wurden. Typ B bezeichnet Unsich

46、erhei-ten, die mit anderen Methoden ermittelt werden.Diese Unsicherheiten werden mittels vernnftigangenommener Wahrscheinlichkeitsverteilungen,die den Stand der unvollstndigen Kenntnis berdie betreffende Gre wiedergeben, geschtzt.Alle Unsicherheiten werden durch Standardab-weichungen beschrieben. Be

47、i Unsicherheiten vomTyp A ist dies die Standardabweichung der ermit-telten Hufigkeitsverteilung der Messwerte. ImFalle der Unsicherheiten vom Typ B ist hierfr dieStandardabweichung einer hypothetischen Vertei-lung, die den Kenntnisstand ber die betreffendeGre darstellt, zu verwenden.c) Kombination d

48、er UnsicherheitsbeitrgeDie Unsicherheitsbeitrge werden nach denRegeln der Unsicherheitsfortpflanzung” (bisher:Fehlerfortpflanzung”) zusammengefasst. Hier-bei sind gegebenenfalls auch Korrelationen zwi-schen abhngigen Gren zu bercksichtigen. d) Angabe der resultierenden MessunsicherheitDie resultiere

49、nde Messunsicherheit ist als Stan-dardabweichung anzugeben. Diese kann zustz-lich mit einem Zahlenfaktor1) multipliziert wer-den, der jedoch gesondert auszuweisen ist.1) Die Multiplikation mit einem Zahlenfaktor wird zur Angabe einesWertebereichs verwendet, der mit hoher Sicherheit den wahren Wertder betreffenden Messgre berdeckt, analog der Konstruktion einesVertrauensintervalls bei normalverteilten Messwerten durch Multipl