examples uncertainty measurement

36
Minia University From the SelectedWorks of Dr. Adel A. Elbaset Summer August 7, 2021 Examples Uncertainty measurement Adel A. Elbaset, Minia University Available at: hps://works.bepress.com/dr_adel72/105/

Upload: others

Post on 10-May-2022

11 views

Category:

Documents


1 download

TRANSCRIPT

Page 1: Examples Uncertainty measurement

Minia University

From the SelectedWorks of Dr. Adel A. Elbaset

Summer August 7, 2021

Examples Uncertainty measurementAdel A. Elbaset, Minia University

Available at: https://works.bepress.com/dr_adel72/105/

www.princexml.com
Prince - Non-commercial License
This document was created with Prince, a great way of getting web content onto paper.
Page 2: Examples Uncertainty measurement

إستشاري الاعمال الكهربية للمنشأت–إستشاري نظم الطاقة الجديدة والمتجدده –إستشاري نظم إدارة الجوده

Mobile : 01090343201 Email: [email protected]

Evaluation of measurement uncertainty

عادل عبدالباسط محمد . د. إعداد أ

1 / 230

Example

UNCERTAINTY CALCULATION

Page 3: Examples Uncertainty measurement

إستشاري الاعمال الكهربية للمنشأت–إستشاري نظم الطاقة الجديدة والمتجدده –إستشاري نظم إدارة الجوده

Mobile : 01090343201 Email: [email protected]

Evaluation of measurement uncertainty

عادل عبدالباسط محمد . د. إعداد أ

2 / 230

Prof. Dr. Adel A. ElbasetFaculty of Engineering, Minia University,

Mobile : 01090343201

[email protected]

[email protected]

مهندس استشارى

عادل عبدالباسط محمد/ الأستاذ الدكتور

-جددهإستشاري نظم الطاقة الجديدة والمت-إستشاري الاعمال الكهربية في المنشأت

إستشاري نظم إدارة الجوده

519229060سجل هندسي 1354/4استشارى رقم 7109/32قيد هـندسى

Page 4: Examples Uncertainty measurement

إستشاري الاعمال الكهربية للمنشأت–إستشاري نظم الطاقة الجديدة والمتجدده –إستشاري نظم إدارة الجوده

Mobile : 01090343201 Email: [email protected]

Evaluation of measurement uncertainty

عادل عبدالباسط محمد . د. إعداد أ

3 / 230

Example No. 1

UNCERTAINTY CALCULATION

Page 5: Examples Uncertainty measurement

إستشاري الاعمال الكهربية للمنشأت–إستشاري نظم الطاقة الجديدة والمتجدده –إستشاري نظم إدارة الجوده

Mobile : 01090343201 Email: [email protected]

Evaluation of measurement uncertainty

عادل عبدالباسط محمد . د. إعداد أ

4 / 230

Example

UNCERTAINTY CALCULATION FOR VOLTAGE

Product : MCB, 32 A, 240/ 415V, Single pole

Test : Short circuit test of MCB

Equipment used : Digitizer with Amplifier

Range used for calibration: 62.5 –1000 Volt

Accuracy : 0.16 % of Reading

Uncertainty of Digitizer with Amplifier from its calibration certificate : 0.281 %

Resolution : 0.0001 Volt

Page 6: Examples Uncertainty measurement

إستشاري الاعمال الكهربية للمنشأت–إستشاري نظم الطاقة الجديدة والمتجدده –إستشاري نظم إدارة الجوده

Mobile : 01090343201 Email: [email protected]

Evaluation of measurement uncertainty

عادل عبدالباسط محمد . د. إعداد أ

5 / 230

Reading No. Voltage (Volts)

1 250.20

2 250.30

3 250.10

4 250.20

5 250.30

Type A Evaluation

Mean Rdg. (Volts) = 250.22 Volts (R1+R2+R3+R4+R5)/ 5

Standard deviation = 0.0836 Volts

Std. uncertainty Ur = 0.0374 Volts Standard Deviation/ sqrt(5)

Degree of freedom = V1 = 5-1 = 4

Std. uncertainty (% Ur) = 0.0149 % Ur *100/ Mean Reading

Page 7: Examples Uncertainty measurement

إستشاري الاعمال الكهربية للمنشأت–إستشاري نظم الطاقة الجديدة والمتجدده –إستشاري نظم إدارة الجوده

Mobile : 01090343201 Email: [email protected]

Evaluation of measurement uncertainty

عادل عبدالباسط محمد . د. إعداد أ

6 / 230

Type B Evaluation

1. Uncertainty of Digitizer with Amplifier from its calibration certificate.

The distribution is normal and the coverage factor for approximately 95%

confidence level is 2

U1(%) = A1/ 2 = 0.281/ 2 = 0.141 %

U1 = 0.141 * 250.22 * 0.01 = 0.352 Volts

Estimate = 0.281* 250.22 * 0.01 = 0.703 Volts

Degree of freedom V2 = infinity

Page 8: Examples Uncertainty measurement

إستشاري الاعمال الكهربية للمنشأت–إستشاري نظم الطاقة الجديدة والمتجدده –إستشاري نظم إدارة الجوده

Mobile : 01090343201 Email: [email protected]

Evaluation of measurement uncertainty

عادل عبدالباسط محمد . د. إعداد أ

7 / 230

2. Accuracy of Digitizer with Amplifier from its calibration certificate

A2 = 0.16 % of reading = 0.16 * 250.22 * 0.01 = 0.400 Volts

For rectangular distribution, the standard uncertainty

= U2 = A2/ sqrt(3) U2 = 0.231 Volts

% U2 = 0.0924 % U2 * 100/ Mean Reading

Page 9: Examples Uncertainty measurement

إستشاري الاعمال الكهربية للمنشأت–إستشاري نظم الطاقة الجديدة والمتجدده –إستشاري نظم إدارة الجوده

Mobile : 01090343201 Email: [email protected]

Evaluation of measurement uncertainty

عادل عبدالباسط محمد . د. إعداد أ

8 / 230

3. Uncertainty due to resolution of Team Pro software = U3=

A3 = 0.0001/ 2 = 0.00005 Volts = Estimate

For rectangular distribution, the standard uncertainty = U3

=A3/ sqrt(3) U3 = 0.000028 Volts

% U3 = 0.0000115 % U3 * 100/ Mean Reading

Degree of freedom V4 = infinity

Page 10: Examples Uncertainty measurement

إستشاري الاعمال الكهربية للمنشأت–إستشاري نظم الطاقة الجديدة والمتجدده –إستشاري نظم إدارة الجوده

Mobile : 01090343201 Email: [email protected]

Evaluation of measurement uncertainty

عادل عبدالباسط محمد . د. إعداد أ

9 / 230

Combined standard uncertainty (Uc)

𝑈𝑐 = 𝑈𝑟2 + 𝑈1

2 + 𝑈22 + 𝑈3

2

Uc = 0.423 Volts

% Uc = 0.169 % Uc * 100/ Mean Reading

Expanded Uncertainty at approximately 95% level of confidence, the

coverage factor k=2, Thus

U = k*Uc = 2 * 0.423 Volts

U = 0.85 Volts

% U = 0.34 % U * 100/ Mean Reading

Page 11: Examples Uncertainty measurement

إستشاري الاعمال الكهربية للمنشأت–إستشاري نظم الطاقة الجديدة والمتجدده –إستشاري نظم إدارة الجوده

Mobile : 01090343201 Email: [email protected]

Evaluation of measurement uncertainty

عادل عبدالباسط محمد . د. إعداد أ

10 / 230

Source of

Uncertainty

Xi

Estimates

xi

Limits

%

Probability

Distribution

Type A or B

Factor

Standard

Uncertainty

(Volts)

Volts %

U1 0.281 Normal type B k=2 0.352 0.141

U2 0.16Rectangular

Type B Sqrt(3)0.231 0.0924

U30.00001

15

Rectangular

Type B Sqrt(3)

0.00002

80.0000115

Rep. Ur 250.22 - Normal Type A 0.0374 0.0149

Uc 0.423 0.169

Exp. Un. (Uexp) K=2 0.85 0.34

Uncertainty Budget

Result = (250.22 ±0.85) Volts Result = (250.22 ±0.852) Volts

Page 12: Examples Uncertainty measurement

إستشاري الاعمال الكهربية للمنشأت–إستشاري نظم الطاقة الجديدة والمتجدده –إستشاري نظم إدارة الجوده

Mobile : 01090343201 Email: [email protected]

Evaluation of measurement uncertainty

عادل عبدالباسط محمد . د. إعداد أ

11 / 230

Example No. 2

UNCERTAINTY CALCULATION

Page 13: Examples Uncertainty measurement

إستشاري الاعمال الكهربية للمنشأت–إستشاري نظم الطاقة الجديدة والمتجدده –إستشاري نظم إدارة الجوده

Mobile : 01090343201 Email: [email protected]

Evaluation of measurement uncertainty

عادل عبدالباسط محمد . د. إعداد أ

12 / 230

Problem Find the average, and average deviation for the 5 following data on the length of a pen, L.

Length (cm) |

12.2 0.02 0.0004

12.5 0.28 0.0784

11.9 0.32 0.1024

12.3 0.08 0.0064

12.2 0.02 0.0004

Sum 61.1 Sum 0.72 Sum 0.1880

Average

61.1/5 = 12.22

Average

0.14

Page 14: Examples Uncertainty measurement

إستشاري الاعمال الكهربية للمنشأت–إستشاري نظم الطاقة الجديدة والمتجدده –إستشاري نظم إدارة الجوده

Mobile : 01090343201 Email: [email protected]

Evaluation of measurement uncertainty

عادل عبدالباسط محمد . د. إعداد أ

13 / 230

Page 15: Examples Uncertainty measurement

إستشاري الاعمال الكهربية للمنشأت–إستشاري نظم الطاقة الجديدة والمتجدده –إستشاري نظم إدارة الجوده

Mobile : 01090343201 Email: [email protected]

Evaluation of measurement uncertainty

عادل عبدالباسط محمد . د. إعداد أ

14 / 230

Page 16: Examples Uncertainty measurement

إستشاري الاعمال الكهربية للمنشأت–إستشاري نظم الطاقة الجديدة والمتجدده –إستشاري نظم إدارة الجوده

Mobile : 01090343201 Email: [email protected]

Evaluation of measurement uncertainty

عادل عبدالباسط محمد . د. إعداد أ

15 / 230

The pen has a length of

(12.22 + 0.14) cm or (12.2 + 0.1) cm [use average deviations]

Or (12.22 + 0.22) cm or (12.2 + 0.2) cm [use standard deviations].

Page 17: Examples Uncertainty measurement

إستشاري الاعمال الكهربية للمنشأت–إستشاري نظم الطاقة الجديدة والمتجدده –إستشاري نظم إدارة الجوده

Mobile : 01090343201 Email: [email protected]

Evaluation of measurement uncertainty

عادل عبدالباسط محمد . د. إعداد أ

16 / 230

Example No. 3

UNCERTAINTY CALCULATION

Page 18: Examples Uncertainty measurement

إستشاري الاعمال الكهربية للمنشأت–إستشاري نظم الطاقة الجديدة والمتجدده –إستشاري نظم إدارة الجوده

Mobile : 01090343201 Email: [email protected]

Evaluation of measurement uncertainty

عادل عبدالباسط محمد . د. إعداد أ

17 / 230

Problem: Find the average and the average deviation of the following measurements of a mass. This time there are N = 6 measurements, so for the standard deviation we divide by (N-1) = 5.

Mass (grams)

4.32 0.0217 0.000471

4.35 0.0083 0.000069

4.31 0.0317 0.001005

4.36 0.0183 0.000335

4.37 0.0283 0.000801

4.34 0.0017 0.000003

Sum 26.05 0.1100 0.002684

Average

4.3417

Average

0.022

The mass is

(4.342 + 0.022) g or

(4.34 + 0.02) g [using

average deviations] or

(4.342 + 0.023) g or

(4.34 + 0.02) g [using

standard deviations].

Page 19: Examples Uncertainty measurement

إستشاري الاعمال الكهربية للمنشأت–إستشاري نظم الطاقة الجديدة والمتجدده –إستشاري نظم إدارة الجوده

Mobile : 01090343201 Email: [email protected]

Evaluation of measurement uncertainty

عادل عبدالباسط محمد . د. إعداد أ

18 / 230

Example No. 4

UNCERTAINTY CALCULATION

Page 20: Examples Uncertainty measurement

إستشاري الاعمال الكهربية للمنشأت–إستشاري نظم الطاقة الجديدة والمتجدده –إستشاري نظم إدارة الجوده

Mobile : 01090343201 Email: [email protected]

Evaluation of measurement uncertainty

عادل عبدالباسط محمد . د. إعداد أ

19 / 230

Example #4: Resistance Measurement

A milliohm meter is used to measure the resistance of a current shunt

resistor. At the selected range of the meter for the measurement, the

calibration certificate states an uncertainty of ± 0.5 mΩ at 95 % of

confidence level. Effects of room temperature and humidity on the

measurement are found to be negligible.

Page 21: Examples Uncertainty measurement

إستشاري الاعمال الكهربية للمنشأت–إستشاري نظم الطاقة الجديدة والمتجدده –إستشاري نظم إدارة الجوده

Mobile : 01090343201 Email: [email protected]

Evaluation of measurement uncertainty

عادل عبدالباسط محمد . د. إعداد أ

20 / 230

Degree of freedom, v = 9

Page 22: Examples Uncertainty measurement

إستشاري الاعمال الكهربية للمنشأت–إستشاري نظم الطاقة الجديدة والمتجدده –إستشاري نظم إدارة الجوده

Mobile : 01090343201 Email: [email protected]

Evaluation of measurement uncertainty

عادل عبدالباسط محمد . د. إعداد أ

21 / 230

Type B evaluation:

The uncertainty of the calibration is ± 0.5 mΩ with 95 % of confidence

level (k = 1.96).

Page 23: Examples Uncertainty measurement

إستشاري الاعمال الكهربية للمنشأت–إستشاري نظم الطاقة الجديدة والمتجدده –إستشاري نظم إدارة الجوده

Mobile : 01090343201 Email: [email protected]

Evaluation of measurement uncertainty

عادل عبدالباسط محمد . د. إعداد أ

22 / 230

Page 24: Examples Uncertainty measurement

إستشاري الاعمال الكهربية للمنشأت–إستشاري نظم الطاقة الجديدة والمتجدده –إستشاري نظم إدارة الجوده

Mobile : 01090343201 Email: [email protected]

Evaluation of measurement uncertainty

عادل عبدالباسط محمد . د. إعداد أ

23 / 230

Page 25: Examples Uncertainty measurement

إستشاري الاعمال الكهربية للمنشأت–إستشاري نظم الطاقة الجديدة والمتجدده –إستشاري نظم إدارة الجوده

Mobile : 01090343201 Email: [email protected]

Evaluation of measurement uncertainty

عادل عبدالباسط محمد . د. إعداد أ

24 / 230

Page 26: Examples Uncertainty measurement

إستشاري الاعمال الكهربية للمنشأت–إستشاري نظم الطاقة الجديدة والمتجدده –إستشاري نظم إدارة الجوده

Mobile : 01090343201 Email: [email protected]

Evaluation of measurement uncertainty

عادل عبدالباسط محمد . د. إعداد أ

25 / 230

Example No. 5

UNCERTAINTY CALCULATION

Page 27: Examples Uncertainty measurement

إستشاري الاعمال الكهربية للمنشأت–إستشاري نظم الطاقة الجديدة والمتجدده –إستشاري نظم إدارة الجوده

Mobile : 01090343201 Email: [email protected]

Evaluation of measurement uncertainty

عادل عبدالباسط محمد . د. إعداد أ

26 / 230

Example #5: Temperature Measurement

A digital thermometer with a Type J thermocouple is used to measure the

temperature inside a temperature chamber. The temperature controller of

the chamber is set at 500oC.

Page 28: Examples Uncertainty measurement

إستشاري الاعمال الكهربية للمنشأت–إستشاري نظم الطاقة الجديدة والمتجدده –إستشاري نظم إدارة الجوده

Mobile : 01090343201 Email: [email protected]

Evaluation of measurement uncertainty

عادل عبدالباسط محمد . د. إعداد أ

27 / 230

Digital thermometer specification:

Accuracy = ± 0.3oC.

Thermocouple specifications:

Temperature correction for the thermocouple at 500oC is 0.5 ± 1.0 oC

at 95% confidence level

Deviation due to immersion = ± 0.2 oC

Deviation due to drift = ± 0.3 oC

Page 29: Examples Uncertainty measurement

إستشاري الاعمال الكهربية للمنشأت–إستشاري نظم الطاقة الجديدة والمتجدده –إستشاري نظم إدارة الجوده

Mobile : 01090343201 Email: [email protected]

Evaluation of measurement uncertainty

عادل عبدالباسط محمد . د. إعداد أ

28 / 230

Page 30: Examples Uncertainty measurement

إستشاري الاعمال الكهربية للمنشأت–إستشاري نظم الطاقة الجديدة والمتجدده –إستشاري نظم إدارة الجوده

Mobile : 01090343201 Email: [email protected]

Evaluation of measurement uncertainty

عادل عبدالباسط محمد . د. إعداد أ

29 / 230

Page 31: Examples Uncertainty measurement

إستشاري الاعمال الكهربية للمنشأت–إستشاري نظم الطاقة الجديدة والمتجدده –إستشاري نظم إدارة الجوده

Mobile : 01090343201 Email: [email protected]

Evaluation of measurement uncertainty

عادل عبدالباسط محمد . د. إعداد أ

30 / 230

Page 32: Examples Uncertainty measurement

إستشاري الاعمال الكهربية للمنشأت–إستشاري نظم الطاقة الجديدة والمتجدده –إستشاري نظم إدارة الجوده

Mobile : 01090343201 Email: [email protected]

Evaluation of measurement uncertainty

عادل عبدالباسط محمد . د. إعداد أ

31 / 230

The uncertainty of the thermocouple due to drift = ±0.3 OC. Assume

rectangular distribution, the standard uncertainty due to drift:

Page 33: Examples Uncertainty measurement

إستشاري الاعمال الكهربية للمنشأت–إستشاري نظم الطاقة الجديدة والمتجدده –إستشاري نظم إدارة الجوده

Mobile : 01090343201 Email: [email protected]

Evaluation of measurement uncertainty

عادل عبدالباسط محمد . د. إعداد أ

32 / 230

Page 34: Examples Uncertainty measurement

إستشاري الاعمال الكهربية للمنشأت–إستشاري نظم الطاقة الجديدة والمتجدده –إستشاري نظم إدارة الجوده

Mobile : 01090343201 Email: [email protected]

Evaluation of measurement uncertainty

عادل عبدالباسط محمد . د. إعداد أ

33 / 230

Page 35: Examples Uncertainty measurement

إستشاري الاعمال الكهربية للمنشأت–إستشاري نظم الطاقة الجديدة والمتجدده –إستشاري نظم إدارة الجوده

Mobile : 01090343201 Email: [email protected]

Evaluation of measurement uncertainty

عادل عبدالباسط محمد . د. إعداد أ

34 / 230

A student measures the voltage shown.

What are the absolute, fractional and percentage uncertainties of his measurement? Find the precision.

▪ Absolute uncertainty = 0.001 V.

▪ Fractional uncertainty = 0.001/0.385 = 0.0026.

▪ Percentage uncertainty = 0.0026(100%) = 0.26%.

▪ Precision is 0.001 V.

EX:

Page 36: Examples Uncertainty measurement

إستشاري الاعمال الكهربية للمنشأت–إستشاري نظم الطاقة الجديدة والمتجدده –إستشاري نظم إدارة الجوده

Mobile : 01090343201 Email: [email protected]

Evaluation of measurement uncertainty

عادل عبدالباسط محمد . د. إعداد أ

35 / 230

Thank you for your attention !

Any questions ?

[email protected]

[email protected]

01090343201