DIN ISO TS 25377-2008 Hydrometric uncertainty guidance (HUG) (ISO TS 25377 2007) German version CEN ISO TS 25377 2007《液体比重测定不确定度的指南(HUG)》.pdf

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1、Januar 2008 Normenausschuss Wasserwesen (NAW) im DINPreisgruppe 21DIN Deutsches Institut fr Normung e.V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e.V., Berlin, gestattet.ICS 17.120.01!,w3=“9841626www.din.deDVornormDIN ISO/TS 25377Leit

2、faden zu Messunsicherheiten in der Hydrometrie (HUG)(ISO/TS 25377:2007);Deutsche Fassung CEN ISO/TS 25377:2007Hydrometric uncertainty guidance (HUG) (ISO/TS 25377:2007);German version CEN ISO/TS 25377:2007Lignes directrices relatives lincertitude en hydromtrie (ISO/TS 25377:2007);Version allemande C

3、EN ISO/TS 25377:2007Alleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlinwww.beuth.deGesamtumfang 60 SeitenDIN ISO/TS 25377:2008-01 2 Nationales Vorwort Eine Vornorm ist das Ergebnis einer Normungsarbeit, das wegen bestimmter Vorbehalte zum Inhalt oder wegen des gegenber einer Norm abweiche

4、nden Aufstellungsverfahrens vom DIN noch nicht als Norm herausgegeben wird. Zur vorliegenden Vornorm wurde kein Entwurf verffentlicht. Erfahrungen mit dieser Vornorm sind erbeten vorzugsweise als Datei per E-Mail an nawdin.de in Form einer Tabelle. Die Vorlage dieser Tabelle kann im Internet unter h

5、ttp:/www.din.de/stellungnahme abgerufen werden; oder in Papierform an den Normenausschuss Wasserwesen (NAW) im DIN Deutsches Institut fr Normung e. V., 10772 Berlin (Hausanschrift: Burggrafenstrae 6, 10787 Berlin). Diese Technische Spezifikation ist die deutschsprachige Fassung der vom Technischen K

6、omitee CEN/TC 318 Hydrometrie“ (Sekretariat: BSI, Vereinigtes Knigreich) des Europischen Komitees fr Normung (CEN) ausgearbeiteten Norm, die als Technische Spezifikation DIN ISO/TS 25377 in Deutsch, Englisch und Franzsisch herausgegeben wurde. Die Arbeiten wurden von der Arbeitsgruppe Messunsicherhe

7、iten“ (WG 10) des CEN/TC 318 durchgefhrt. Fr Deutschland war der Arbeitsausschuss NA 119-06-10 AA Hydrometrie“ an der Bearbeitung beteiligt. Vornorm TECHNISCHE SPEZIFIKATION TECHNICAL SPECIFICATION SPCIFICATION TECHNIQUE CEN ISO/TS 25377 Oktober 2007 ICS 17.120.20 Deutsche Fassung Leitfaden zu Messu

8、nsicherheiten in der Hydrometrie (HUG) (ISO/TS 25377:2007) Hydrometric uncertainty guidance (HUG) (ISO/TS 25377:2007) Lignes directrices relatives lincertitude en hydromtrie (ISO/TS 25377:2007) Diese Technische spezifikation (CEN/TS) wurde vom CEN am 2. August 2007 als eine knftige Norm zur vorlufig

9、en Anwendung angenommen. Die Gltigkeitsdauer dieser CEN/TS ist zunchst auf drei Jahre begrenzt. Nach zwei Jahren werden die Mitglieder des CEN gebeten, ihreStellungnahmen abzugeben, insbesondere ber die Frage, ob die CEN/TS in eine Europische Norm umgewandelt werden kann. Die CEN Mitglieder sind ver

10、pflichtet, das Vorhandensein dieser CEN/TS in der gleichen Weise wie bei einer EN anzukndigen und dieCEN/TS verfgbar zu machen. Es ist zulssig, entgegenstehende nationale Normen bis zur Entscheidung ber eine mgliche Umwandlungder CEN/TS in eine EN (parallel zur CEN/TS) beizubehalten. CEN-Mitglieder

11、sind die nationalen Normungsinstitute von Belgien, Bulgarien, Dnemark, Deutschland, Estland, Finnland, Frankreich,Griechenland, Irland, Island, Italien, Lettland, Litauen, Luxemburg, Malta, den Niederlanden, Norwegen, sterreich, Polen, Portugal, Rumnien, Schweden, der Schweiz, der Slowakei, Slowenie

12、n, Spanien, der Tschechischen Republik, Ungarn, dem Vereinigten Knigreichund Zypern. Management-Zentrum: rue de Stassart, 36 B-1050 Brssel 2007 CEN Alle Rechte der Verwertung, gleich in welcher Form und in welchem Verfahren, sind weltweit den nationalen Mitgliedern von CEN vorbehalten.Ref. Nr. CEN I

13、SO/TS 25377:2007 DEUROPEAN COMMITTEE FOR STANDARDIZATION COMIT EUROPEN DE NORMALISATION EUROPISCHES KOMITEE FR NORMUNG CEN ISO/TS 25377:2007 (D) Inhalt Seite Vorwort 4 Einleitung.5 1 Anwendungsbereich .7 2 Normative Verweisungen7 3 Begriffe .7 4 Symbole und Abkrzungen 8 5 ISO/IEC-Leitfaden 98 (GUM)

14、Grundlegende Definitionen und Regeln 10 5.1 Allgemeines. 10 5.2 Die Unsicherheit von Messreihen . 10 5.3 Zufllige und systematische Effekte. 11 5.4 Unsicherheitsmodelle Wahrscheinlichkeitsverteilungen 11 5.5 Kombinierte Unsicherheiten Das Gesetz der Fortpflanzung. 12 5.6 Angabe der Ergebnisse 12 6 S

15、trmung im offenen Gerinne Geschwindigkeitsflchen-Verfahren 13 6.1 Allgemeines. 13 6.2 Mittlere Geschwindigkeit xV . 14 6.3 Geschwindigkeitsflchen-Bestimmung . 15 6.4 Stationre Bestimmung der Geschwindigkeit. 15 6.5 Bewegliche Bestimmung der Geschwindigkeit. 16 6.6 Geschwindigkeitsflchen-Unsicherheit

16、en . 19 6.7 Integrationsunsicherheiten ()( )z*y*, FuFu . 22 6.8 Unsicherheiten der Umfangsstrmung ( )pQu . 23 7 Strmung im offenen Gerinne Kritische Tiefenverfahren 24 7.1 Allgemeines. 24 7.2 Bestimmung der Pegelhhe und Geometrie 24 7.3 Iterative Berechnung 26 7.4 Bewertungsunsicherheit 26 8 Verdnnu

17、ngsverfahren 27 8.1 Allgemeines. 27 8.2 Kontinuierliche Zufhrung. 27 8.3 Massennderung 28 9 Hydrometrische Ausrstung . 29 9.1 Leistungsspezifikationen. 29 9.2 Gltigkeit von Unsicherheitsaussagen 30 9.3 Leistungsspezifikationen des Herstellers31 9.4 Leistungsleitfaden fr hydrometrische Gerte zur Anwe

18、ndung in technischen Standardbeispielen. 32 10 Anleitung zur Aufstellung von Abschnitten ber Unsicherheit in Normen der Hydrometrie. 32 10.1 Allgemeines. 32 10.2 Gerte, Verfahren und Messsysteme .33 Anhang A (informativ) Einfhrung in die Unsicherheit bei hydrometrischen Bestimmungen 34 A.1 Grundlege

19、nde Definitionen und Regeln. 34 A.2 Einfhrung in die Definitionen 35 A.3 Messhistogramme und Wahrscheinlichkeitsverteilungen . 39 A.4 Wahrscheinlichkeitsmodelle . 41 A.5 Anpassung an einen kleinen Datensatz Der te-Faktor . 43 A.6 Zufllige und systematische Effekte. 44 2 DIN ISO/TS 25377:2008-01 Vorn

20、orm CEN ISO/TS 25377:2007 (D) Seite A.7 Zusammenfassung Typ-A- und Typ-B-Abschtzungsverfahren .45 A.8 Die Gausche Wahrscheinlichkeitsverteilung .45 A.9 Erweiterte Unsicherheit U(x), Vertrauensgrenzen und Erweiterungsfaktoren46 A.10 Beispiel fr die Berechnung der kombinierten Unsicherheit Uc48 A.11 N

21、achweis und Behandlung fehlerhafter Messungen.49 Anhang B (informativ) Einfhrung in die Monte-Carlo-Simulation (MCS) 51 B.1 Allgemeines .51 B.2 Ein Beispiel fr eine Abflussmessung Hydrometrisches Bauwerk mit Luftbereichs-Ultraschallmessung des Wasserstandes.52 Anhang C (informativ) Leistungsleitfade

22、n fr hydrometrische Gerte zur Anwendung in technischen Standardbeispielen .56 Literaturhinweise58 3 DIN ISO/TS 25377:2008-01 Vornorm CEN ISO/TS 25377:2007 (D) 4 Vorwort Dieses Dokument (CEN ISO/TS 25377:2007) wurde vom Technischen Komitee CEN/TC 318 Hydrometrie“, dessen Sekretariat vom BSI gehalten

23、wird, in Zusammenarbeit mit dem Technischen Komitee ISO/TC 113 Hydrometric determinations“ erarbeitet Entsprechend der CEN/CENELEC-Geschftsordnung sind die nationalen Normungsinstitute der folgenden Lnder gehalten, diese Technische Spezifikation anzukndigen: Belgien, Bulgarien, Dnemark, Deutschland,

24、 Estland, Finnland, Frankreich, Griechenland, Irland, Island, Italien, Lettland, Litauen, Luxemburg, Malta, Niederlande, Norwegen, sterreich, Polen, Portugal, Rumnien, Schweden, Schweiz, Slowakei, Slowenien, Spanien, Tschechische Republik, Ungarn, Vereinigtes Knigreich und Zypern. DIN ISO/TS 25377:2

25、008-01 Vornorm CEN ISO/TS 25377:2007 (D) 5 Einleitung Die Bewirtschaftung einer natrlichen Umgebung erfordert Kenntnisse durch Messungen ber das, was vor sich geht. Nur dann knnen wirksame Manahmen ergriffen und die Wirksamkeit der Manahme bewertet werden. Vieles hngt von der Qualitt der Kenntnisse

26、selbst ab. Die Qualitt des messbaren Wissens wird in Form der Messunsicherheit angegeben. Das international vereinbarte Verfahren zum Bewerten der Qualitt der Messung ist der Leitfaden zur Bestimmung von Messunsicherheiten (GUM). Ohne dies ist eine Einheitlichkeit von Messnormen, die sich in gleiche

27、m Mae auf die Umwelt beziehen, nicht mglich und internationale Verpflichtungen zum Schutz der Umwelt wrden abgeschwcht. Der wesentliche Zweck des GUM besteht darin, dass eine Aussage zur Qualitt eines Messergebnisses mit allen in technischen Normen beschriebenen Messungen vorgelegt wird. Ohne dies k

28、nnen keine zwei Messungen verglichen oder Normen erstellt werden. Whrend der GUM ein Referenzdokument ist, das den allgemeinen Anforderungen der Metrologie dient, ist der Leitfaden zu Messunsicherheiten in der Hydrometrie (HUG) speziell auf die Hydrometrie, d. h. auf die Messung von Bestandteilen de

29、s Wassermesszyklus zugeschnitten. Der HUG hat aus dem GUM die Verfahren entliehen, die am besten in der Hydrometrie angewendet werden knnen und nutzt diese fr die in der Hydrometrie verwendeten Techniken und Ausrstungen. In der Vergangenheit hat die Fehleranalyse einen Hinweis auf die Qualitt der Me

30、ssung gegeben, derartige Aussagen knnen jedoch die Qualitt des Ergebnisses nicht angemessen bermitteln, da die Kenntnis eines wahren, fehlerfreien Wertes vorausgesetzt wird, der mit dem gemessenen Ergebnis verglichen werden kann. Der wahre Wert kann niemals bekannt sein. Folglich bleibt die Unsicher

31、heit bestehen. Aus diesem Grund verwendet der GUM das Konzept der Unsicherheit und nutzt es fr alle Stufen und Bestandteile des Messprozesses. Somit wird bereinstimmung sichergestellt. Der GUM definiert die Standardunsicherheit eines Ergebnisses als quivalent zu einer Standardabweichung. Dabei kann

32、es sich um die Standardabweichung einer Reihe von Messwerten oder von Wahrscheinlichkeitswerten handeln. Dieses ist weitgehend dem in der Fehleranalyse verwendeten Ansatz hnlich, die der Unsicherheitstechnik vorausging. Dennoch bietet der GUM zustzliche Verfahren zum Abschtzen der Unsicherheit auf d

33、er Grundlage von Wahrscheinlichkeitsmodellen. Die beiden Anstze sind gleichwertig, die Unsicherheit erfordert jedoch nur die Kenntnis oder eine Abschtzung der Streuung der Messwerte um ihren Mittelwert und nicht das Vorhandensein eines wahren Wertes. Es wird davon ausgegangen, dass eine sorgfltige B

34、ewertung der Bestandteile der Messunsicherheit zu einem Mittelwert fhrt, der dicht an einem wahrscheinlich wahren Wert liegt, zumindest gut innerhalb der Unsicherheitsspanne. Allgemeiner gesprochen handelt es sich bei der Unsicherheit um eine Kenngre, die die Streuung der messbaren Werte charakteris

35、iert, die ihrem Mittelwert zugeordnet werden knnen. Bei der Behandlung von Standardabweichungen und Wahrscheinlichkeitsmodellen als Annherung an Gausche- oder Normalverteilungen bietet der GUM ein formales Herangehen an das Kombinieren von Bestandteilen der Unsicherheit in Messsystemen, wo verschied

36、ene Eingangsvariablen kombiniert werden, um das Ergebnis zu bestimmen. Innerhalb dieses formalen Rahmenwerkes kann der GUM durchgngig fr einen Anwendungsbereich gelten und folglich angewendet werden, um sinnvolle Vergleiche von Ergebnissen anzustellen. Der HUG strebt danach, das Verstndnis der Art d

37、er Messunsicherheit und deren Bedeutung beim Abschtzen der Qualitt“ einer Messung oder Bestimmung in der Hydrometrie zu frdern. DIN ISO/TS 25377:2008-01 Vornorm CEN ISO/TS 25377:2007 (D) 6 Die Hydrometrie beschftigt sich hauptschlich mit der Bestimmung der Strmung in Flssen und in knstlichen Gerinne

38、n. Dazu gehren: Umwelthydrometrie, d. h. die Bestimmung der Strmung natrlicher Gewsser (weitgehend in Bezug auf Wassermessnetze, Wasserversorgung und Hochwasserschutz); Industriehydrometrie, d. h. die Bestimmung von Strmungen innerhalb von Industrieanlagen und von Einleitungen in die natrliche Umwel

39、t (weitgehend in Bezug auf den Umweltschutz und die knstliche Bewsserung). Beide Bereiche sind Gegenstand internationaler Vertrge und Verpflichtungen. Aus diesem Grund mssen gemessene Daten mit dem GUM bereinstimmen, um sicherzustellen, dass die Ergebnisse verglichen werden knnen. Die Hydrometrie be

40、schftigt sich des Weiteren mit der Bestimmung der Niederschlagsmenge, des Grundwasserstroms und dem Transport von Sedimenten und Feststoffen durch den Wasserstrom. Die vorliegende Fassung des HUG beschftigt sich ausschlielich mit der Abflussbestimmung. Die Ergebnisse aus der Hydrometrie werden durch

41、 andere Fachgebiete verwendet, um die Umwelt zu regulieren und zu bewirtschaften. Wenn Kenntnisse zu Biomasse, Sedimenten, Toxinen usw. erforderlich sind, wird die Konzentration dieser Bestandteile bestimmt und deren Messunsicherheit abgeschtzt. Die Unsicherheit des Massenstroms kann dann aus der Un

42、sicherheit der Abflussbestimmung ermittelt werden. Die Bestandteile dieser Berechnung sind ber die Einhaltung des GUM vergleichbar. Fr Anwender der Hydrometrie und fr Ingenieure ist der GUM nicht einfach ein Referenzdokument. Das Dokument wurde entworfen, um fr berufsmige Messtechniker mit Fachkennt

43、nissen statistischer Verfahren und deren mathematischer Darstellung einen rechtlichen Rahmen zu bieten. Ein hilfreiches Dokument, NIST Technical Note 1297 12, ist eine gekrzte Fassung des GUM, der damit Ingenieuren und Fachleuten anderer Bereiche als der Metrologie die Anwendung erleichtert. Der HUG

44、 steht jedoch, auch wenn er die Konzepte vereinfacht, in keinem Widerspruch zu den Grundstzen und Verfahren des GUM. Demzufolge interpretiert der HUG den GUM fr die Anwendung seiner Anforderungen auf die Hydrometrie auf praktische Weise, die hoffentlich den Ingenieuren und Verantwortlichen bei der B

45、ewirtschaftung der Umwelt zugnglich ist. Darber hinaus wird durch den HUG die Monte-Carlo-Simulation, eine ergnzende Technik, eingefhrt und entwickelt, die fr die Hydrometrie insoweit von Nutzen ist, dass komplexe Messsysteme realistisch dargestellt werden knnen. Der HUG fasst die in verschiedenen t

46、echnischen Normen definierten, grundlegenden hydrometrischen Verfahren zusammen. Der HUG entwickelt Gleichungen zum Abschtzen der Unsicherheit aus dem GUM fr diese grundlegenden Verfahren. Die in dem HUG beschriebenen, grundlegenden hydrometrischen Verfahren mssen mit den in den verffentlichen techn

47、ischen Normen zitierten nicht identisch sein. In derartigen Fllen sind die in diesen Normen beschriebenen Verfahren als magebend zu betrachten. Jedoch sollten die in technischen Normen auf die Unsicherheit bezogenen Abschnitte in bereinstimmung mit dem HUG angepasst werden. ANMERKUNG Es gibt innerha

48、lb der hydrometrischen Normen keine vereinheitlichte Definition der Raumkoordinaten. Die konventionellen Lehrbuchachsen werden in diesem Dokument bei der Beschreibung der Strmung im offenen Gerinne bernommen: die x-Achse ist in der mittleren Strmungsrichtung horizontal und positiv, die y-Achse ist i

49、n der Waagerechten orthogonal zur x-Achse, und die z-Achse ist vertikal positiv. DIN ISO/TS 25377:2008-01 Vornorm CEN ISO/TS 25377:2007 (D) 7 1 Anwendungsbereich Diese Technische Spezifikation bietet einen Beitrag zum Verstndnis der Natur der Messunsicherheit und deren Bedeutung bei der Abschtzung der Qualitt“ einer Messung oder einer Bestimmung in de