Corso di Metrologia applicata alla Meteorologia 20 Marzo 2013 Nozioni di metrologia Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica INRiM Torino g.lopardo@inrim.it

Sommario Riferibilità Metrologica Incertezza di misura Vocabolario

Misurazione L obiettivo di una misurazione è determinare il valore di una particolare grandezza incertezza assegnazione di un numero espresso nell appropriata unità di misura - SI 1. assegnare l affidabilità del risultato 2. confrontare i risultati di diverse misure 3. significatività delle differenze tra diversi risultati Risultato di una misurazione numero + incertezza + unità di misura 25.2 C ±0.1 C

Le misure sono fondamentali''ma è necessario fornire garanzie di affidabilità Indipendenza da strumento operatore metodo di misura La fiducia sulla correttezza della misura si basa su: accordi internazionali continue verifiche controlli di qualità

Riferibilità Proprietà di una misura di essere rapportata a campioni del SI tramite una catena ininterrotta e documentata di tarature ciascuna delle quali contribuisce all incertezza di misura Campioni internazionalmente riconosciuti NMI Risultato della nostra misura 1.Fiducia nel risultato 2. Qualità della misura 3. Equivalenza di altre misure simili

Per avere riferibilità è necessario: Campione di riferimento Taratura Incertezza di misura

Campioni 1 definizione di un campione di riferimento accettato internazionalmente Conferenza Generale dei Pesi e Misure (Istituita nel 1875 Convenzione del Metro): definizione delle unità di misura realizzazione delle unità Compito degli NMI Realizzazione e mantenimento dei campioni primari Confronti a livello internazionale equivalenza dei campioni Mettere a disposizione i campioni ai fini della disseminazione

Unit definition SI International agreement (CGPM decision) Maintained by National Measurement Institute ( unit realization) Compared with secondary standard (calibration at accredited or final user s lab) Primary standard Working standard Secondary standard Instruments Compared with primary standard (calibration at NMi) Compared with working standard (in-field or lab. calibration) riferibilità

Taratura 2 La riferibilità è una caratteristica che viene acquisita attraverso l operazione di taratura dello strumento TARATURA Insieme delle operazioni che stabiliscono, sotto condizioni specificate, la relazione tra i valori indicati da uno strumento di misurazione, e i corrispondenti valori letti da uno strumento campione.[vim 6.11] Calibrazione deriva dall inglese calibration (= taratura) e non dovrebbe essere usato.

Un confronto tra strumenti non è una taratura. Può essere utile per testare se lo strumento funziona o se è necessario ripararlo o ritararlo Aggiustamento Operazione volta a portare uno strumento per misurazione nelle condizioni di funzionamento e di accuratezza adatte per la sua utilizzazione. [VIM 4.33] Spesso si confonde l aggiustamento con la taratura... taratura aggiustamento taratura

Incertezza di taratura 3 valutazione dell incertezza in ogni punto della catena di taratura Unit definition SI International agreement (CGPM decision) incertezza Maintained by National Measurement Institute ( unit realization) Compared with secondary standard Primary standard Working standard Secondary standard Compared with primariy standard (calibration at NMi) riferibilità (calibration at user s lab) Instruments Compared with working standard (in-field or lab. calibration)

Un esempio: schema di riferibilità per misure di temperature L incertezza di una misura deve essere congrua alle necessità!

Riferibilità e incertezzasi riferiscono al risultato di una misura no ad uno strumento!!! Strumento tarato, riferibile ad un campione primario tramite catena ininterrotta di tarature Riferibilità metrologica

E responsabilità dell operatore: 1. Uso corretto dello strumento per garantire validità taratura 2. Manutenzione 3. Controlli periodici 4. Tarature periodiche 5. Valutazione incertezza totale di misura I fattori che influenzano la misura devono essere valutati e quantificati (incertezza di misura) + questa componente d incertezza deve essere composta con incertezza di taratura = ''deveesserecalcolata, documentata e riportata con il risultato incertezza totale

Ricapitolando Riferibilità metrologica Una catena di tarature collega lo strumento a un riferimento internazionale Valutazione dell incertezza per ciascun anello della catena Adozione di procedure per assicurare validità della taratura ed incertezza di taratura nel tempo Calcolo dell incertezza totale di misura Solo ora il risultato di una misura può essere paragonato ad altri risultati (riferibili) ottenuti in tempi e luoghi diversi

Incertezza di misura Parametro associato al risultato di una misura che caratterizza la dispersione dei valori attribuibili al misurando L erroreè la differenza tra il valore misurato e il valore vero di ciò che si misura L incertezzaquantifica il dubbio circa il risultato di una misura Incertezza o Errore?

Come calcolare l incertezza 1. Identificare le fonti di incertezza 2. Stimare ciascun contributo di incertezza 3. Calcolo del contributo totale d incertezza

Fonti di incertezza 1. Strumento di misura: deriva, invecchiamento, rumore, risoluzione, distorsioni dovute all operatore 2. Misurando: definizione incompleta, variabile nel tempo 3. Processo di misura: uso di approssimazioni ed ipotesi semplificative, uso di costanti o altri parametri da fonti esterni adoperati nell algoritmo di elaborazione dati 4. condizioni ambientali: temperatura, pressione,umidità possono influire sulla risposta degli strumenti o sul misurando 5. campionatura: le misure non sono rappresentative del misurando 6. Incertezza di taratura Non è incertezza. 1. Errori dell operatore. Devoni essere evitati! 2. Tolleranza-intervallo entro il quale può cadere il valore della caratteristica del prodotto affinché mantenga funzionalità

Una nuova classificazione. Casuali originati da variazioni non prevedibili delle grandezze di influenza. Si riducono con il numero di misure Effetti ((.. no Errori) Sistematici costanti al ripetersi della misura, non possono essere eliminati con la ripetizione delle misure In teoria'.tutte le incertezze sono riconducibili a comportamenti aleatori Incertezze deducibili sperimentalmente attraverso ripetizione del processo Nella realtà'. Incertezze conoscibili solo tramite No diversa natura stima o esperienza pregressa ma modalità diverse di valutazione

.incertezza di Tipo A e Tipo B Valutazioni di tipo A: incertezze stimate usando metodi statistici (letture ripetute) Valutazioni di Tipo B: non ottenute da osservazioni ripetute ma da conoscenza generale, esperienze specifiche del costruttore certificati di taratura o altri rapporti manuali Entrambe le valutazioni sono basate su distribuzioni di probabilità e le componenti che ne risultano sono quantificate mediante varianze o scarti tipo.

Calcolo dell Incertezza u A (y)incertezza tipo di categoria A u B (y)incertezza tipo di categoria B u c incertezza tipo composta Individua un intervallo intorno al risultato (y) che comprende una rilevante porzione della distribuzione dei valori che si possono attribuire al misurando(y) U incertezza estesa U= ku c

Livello di fiducia k fattore di copertura viene scelto sulla base del livello di fiducia richiesto all intervallo che va da y-u a y+u Per una distribuzione normale: k = 1 for a confidence level of approximately 68 % k = 2 for a confidence level of 95 % k = 3 for a confidence level of 99.7 %

Come ridurre l incertezza consigli 1. Tarare gli strumenti e applicare le correzioni riportate sui certificati di taratura 2. correggere tutti gli errori conosciuti 3. garantire riferibilità alle misure eseguite 4. scegliere strumenti migliori ed usare camere di taratura con bassa incertezza 5. controlli di qualità (ripetere le misure, cambiare operatore, cambiare metodo di misura) 6. calcolare un budget d incertezza per identificare l incertezza peggiore e migliorarla 1. Studiare i manuali degli strumenti 2. impiegare operatori esperti 3. validare il software 4. conservare traccia del procedimento di misura e dei calcoli

Un vocabolario comune Vocabolario Internazionale di Metrologia (VIM) promuove l adozione di un linguaggio comune in metrologia applicata a differenti campi Guide to the expression of uncertainty in measurement (GUM) stabilisce regole generali per la valutazione e l espressione dell incertezza nella misurazione che siano uniformi ed universali cioè applicabile a tutti i tipi di misurazione e di grandezze di ingresso. (Trad. italiana Norma UNI CEI ENV 3005:2000). Documenti disponibili gratuitamente on-line sul sito del BIPM (www.bipm.org)

ACCURATEZZA Grado di concordanza tra un valore misurato e un valor vero di un misurando Una misurazione è ritenuta tanto più accurata quanto minori sono le incertezze di misura che la caratterizzano. Attenzione: termine qualitativo, non si assegna un numero Precisione Accordo tra valori ottenuti da misure ripetute dispersione attorno al valore medio spesso usato al posto di accuratezza da evitare! buona accuratezza scarsa precisione bassa accuratezza buona precisione

Ripetibilità e Riproducibilità RIPRODUCIBILITÀ DI MISURA RIPETIBILITA DI MISURA Grado di concordanza tra i risultati di successive misurazioni dello stesso misurando condotte nelle stesse condizioni di misura Grado di concordanza tra i risultati di misurazioni dello stesso misurando quando le singole misurazioni siano condotte cambiando condizioni di misura: metodo di misurazione; osservatore; strumento per misurazione; luogo; condizioni di utilizzazione; tempo. E necessario specificare le condizioni varianti.

alta ripetibilità bassa riproducibilità (deriva strumentale) Bassa ripetibilità Bassa riproducibilità

Risoluzione La più piccola variazione della grandezza in misura che può essere percepita dallo strumento Sensibilità Rapporto tra la variazione della risposta del sensore e la corrispondente variazione della grandezza in misura

Grazie!