Is meten weten?

Bij het uitvoeren van metingen wordt gebruik gemaakt van meetinstrumenten. Dit kan zo eenvoudig zijn als een weegschaal of meetlat of zo complex als een meetontvanger of een gaschromatograaf. Geen enkel meetinstrument, hoe kostbaar ook, is 100% accuraat. Hoe weten wij dan dat deze instrumenten de juiste waarde aangeven en hoe kennen wij de afwijking van het instrument? In eerste instantie heeft dit natuurlijk te maken met het doel van de meting waarop wij een instrument met bepaalde specificaties selecteren. Het heeft geen zin een voltmeter die met 6 cijfers achter de komma nauwkeurig kan meten, te gebruiken voor het meten van de netspanning. Tegelijkertijd volstaat een 3 digit voltmeter natuurlijk niet om de spanningen van bijvoorbeeld een hersenscan te meten. Voor ieder doel een ander instrument met de bijbehorende specificaties.

Kalibratie

Stel wij hebben een instrument geselecteerd met specificaties die het geschikt maakt voor het beoogde doel. Weten wij dan zeker dat dit instrument de juiste waarde aangeeft? Het antwoord daarop is ontkennend. Ten eerste moeten wij stil staan bij de vraag wat de "juiste waarde" precies is. Uiteindelijk bestaat de exacte absolute waarde namelijk niet. Wij hebben altijd te maken met onzekerheid. Nemen wij bijvoorbeeld de tijd, dan weten wij deze (nog los van relativiteit) op z'n best met een onnauwkeurigheid van 10-17. Nationale standaarden werken met onnauwkeurigheden van 10-13. Hoe nauwkeurig ook, wij hebben te maken met een onzekerheid. De afwijking van een instrument kan worden vastgesteld door het te kalibreren met een instrument dat zelf een kleinere afwijking heeft. Zo ontstaat een piramide van onzekerheden waarbij aan de top de laagste onzekerheid bestaat en deze naar onderen steeds verder toeneemt. Bij het kalibreren wordt het instrument dus niet bijgesteld of gejusteerd maar wordt alleen de afwijking met daarbij behorende meetonzekerheid bepaald. Vervolgens kan die dan bij verdere metingen met de gemeten waarde worden verdisconteerd.

Bijdragen

De onnauwkeurigheid van het instrument is echter niet de enige bijdrage aan de totale meetonzekerheid van een meetinstrument. Wat dat betreft is het bepalen van de meetonzekerheid een onbevredigende onderneming: Hoe meer men zijn best doet alle bijdragen vast te stellen, hoe slechter het uiteindelijke resultaat zal zijn. Een extreem lage onzekerheid is dan ook vaker het gevolg van "vergeten bijdragen" dan van een goed technisch kunnen. Als wij over bijdragen aan de meetonzekerheid spreken, moet u niet alleen denken aan de bijdrage van de kalibratieopstelling zelf. Ook zaken als de verschillen die ontstaan bij het herhalen van de metingen, het aandraaien van connectoren en de omgevingsfactoren zoals temperatuur en/of luchtvochtigheid zijn van belang.

De bijdragen in de meetonzekerheid kunnen op verschillende manieren bij elkaar opgeteld worden. De toe te passen methode hangt ervan af of de bijdragen aan elkaar gecorreleerd zijn. De meest voorkomende manier van optellen is de wortel uit de som der kwadraten (RMS).

Hoogfrequent meetapparatuur

Meetinstrumenten die gebruikt worden bij het uitvoeren van hoogfrequent metingen zoals EMC metingen kennen in het algemeen een grote meetonzekerheid. Zo is het bepalen van de elektromagnetische veldsterkte, toch de basis parameter, erg moeilijk. Bij het bepalen van deze grootheid wordt gebruik gemaakt van antennes met meetontvangers of van veldsterktesensoren. Gebruikelijke afwijkingen liggen toch in de ordegrootte van enkele dB's ofwel tientallen procenten! Zelfs dan blijken er over de wereld aanzienlijke verschillen tussen kalibratiemethodes te bestaan die uiteindelijk leiden tot verschillende meetresultaten.

Veldsterktesensoren

Zulke verschillen bestaan bijvoorbeeld bij veldsterktesensoren. Ten eerste bestaan er verschillende soorten sensoren, gebaseerd op verschillende principes. Zo kennen wij sensoren die eruit zien als grote dobbelstenen of sensoren die eruit zien als een bol of pijl op een stok (stalk probes).
De vraag doet zich voor welke invloeden de afmetingen en de vorm van de sensor op de kalibratie hebben. Tevens dient zich de vraag aan in welke positie de sensor in het veld geplaatst moet worden. Sommige kalibratienormen schrijven voor dat de box die de meetelectronica bevat tijdens de kalibratie buiten het veld gehouden moet worden in verband met eventueel verstorende reflectie op dit lichaam. Vanuit kalibratie oogpunt waarschijnlijk een goed uitgangspunt. Echter tijdens daadwerkelijke metingen ligt de sensor in zijn geheel, dus met box, in het veld met alle ongewenste reflecties van dien. Indien de kalibratie heeft plaatsgevonden met de probe in een bepaalde oriëntatie dan dient de EMC meting eveneens te worden uitgevoerd met de probe in dezelfde oriëntatie. Dit terwijl probes geacht worden isotroop te zijn. Dat wil zeggen in iedere oriëntatie dezelfde waarde aan te geven. In de praktijk is echter eenvoudig te zien dat dit bijvoorbeeld niet waar kan zijn bij stalk probes. Als de probe met de box richting de zendantenne wordt gelegd, zal deze een andere waarde aangeven dan wanneer de sensor van de probe naar de antenne wordt gericht.

Onderzoek

Het is dus duidelijk dat er op dit gebied nog veel onderzoek zal moeten worden verricht en dat er meer afstemming tussen kalibratielaboratoria en EMC meetlaboratoria plaats moet vinden.

DARE!! Calibrations onderzoekt samen met gerenommeerde Europese laboratoria bovengenoemde problematiek en levert een bijdrage aan betere meetmethoden en normen.

DARE!! Calibrations

Ons bedrijf voert, onder accreditatie, kalibraties uit op alle elektronische grootheden en met name de hoogfrequent grootheden. Zie voor de volledige scope en onze meetonzekerheden de website van de Raad voor Accreditatie: www.rva.nl/.

Voor meer informatie neem contact op met onze deskundigen: info@dare.nl.

source

Terug naar overzicht