Messunsicherheits- betrachtung bei der Kalibrierung von ...EURAMET cg-18: Guidelines on the...

303. PTB Seminar „Berechnung der Messunsicherheit – Empfehlungen für die Praxis“ 15. und 16. März 2018

Version 1.0 © 2018 by ZMK & ANALYTIK GmbH

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Dipl.-Math. Nadine Schiering, Dr. Barbara Werner, Dr.-Ing. Olaf Schnelle-Werner, Dr. Ulrich Breuel

Zentrum für Messen und Kalibrieren & ANALYTIK GmbH, Bitterfeld-Wolfen

Messunsicherheits-betrachtung bei der

Kalibrierung von Mehrfachdispensern

nach DKD-R 8-2 Source: www.ptb.de

http://www.fluke.com/



Einleitung

DKD-R 8-2 wurde von den Mitgliedern des DKD-Fachunter-ausschuss Volumen / Dichte in Zusammenarbeit mit der PTB erstellt

Ausgabe: 01/2018, Revision 0

DOI: 10.7795/550.20180201

Festlegung der Mindestanforderungen an das Kalibrier-verfahren einschließlich der Messunsicherheitsberechnung

Geltungsbereich: Kalibrierung von direktverdrängenden Mehrfachdispensern (mit und ohne Motorantrieb)

Gilt nicht für direktverdrängende Kolbenhubpipetten

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Vorangegangene Untersuchungen

Zwei Ringvergleiche zum Thema Mehrfachdispenser:

jeweils ein mechanischer und ein elektronischer Dispenser der Hersteller eppendorf und Brand zur systematischen Untersuchung der möglichen Messunsicherheitseinflüsse

Untersuchung des speziellen Einflusses der Produktionscharge der Dispensertips

Sehr gute Übereinstimmung der Messergebnisse (alle En-Werte < 0,5)

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DIN EN ISO 8655 Teil 1, 5, 6: Volumenmessgeräte mit Hubkolben

ISO/TR 20461: Determination of uncertainty for volume measurements made

using the gravimetric method, November 2000 / Technical Corrigendum 1,

December 2008

EURAMET cg-18: Guidelines on the Calibration of Non-Automatic Weighing

Instruments, Version 4.0 (11/2015)

DIN ISO 3696: Wasser für analytische Zwecke, Anforderungen und Prüfungen,

Juni 1991

DAkkS-DKD-3: Angabe der Messunsicherheit bei Kalibrierungen (2010)

JCGM 100:2008: Evaluation of measurement data — Guide to the expression

of uncertainty in measurement, September 2008)

Literatur



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Metrologische Rückführung

Analysenwaagen

für die gravimetrische Bestimmung

des Volumens nach

ISO 8655 / DKD-R 8-2

Volumenmessgeräte

(Mehrfachdispenser)

Kalibrier-

gegenstand

Gebrauchs-

normal

Bezugsnormal

Nationales

Normal

Vergleichsmessung

mit anderen akkreditierten

Kalibrierlaboratorien

D-K-15186-01

Gewichtstücke

E1 (E0)

Gewichtsätze für

Waagen Kalibrierung nach

EURAMET/cg-18 v.4.0

Metrologische Rückführungs-hierarchie für die Kalibrierung von Mehrfachdispensern (am Bsp. D-K-15186-01)



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Kalibriergegenstände

Quelle: Brand, eppendorf



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Aspirate in one step

Dispense in multiple steps

Air Bubble

Quelle: eppendorf

Funktionsweise

Glaskapillare

Direktverdrängender Kolben

Flüssigkeit

Quelle: PTB Prüfregeln, Vol. 21



Vollständige Kalibrierung beinhaltet die messtechnische Erfassung von 10 Messwerten pro Prüfvolumen.

Prüfvolumen:

10 / 50 / 100 % vom höchsten einstellbaren Volumen

Standardvorgehen: Verwendung eines 5 mL Tips

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Kalibrierverfahren



Bestimmung des Volumens von Mehrfachdispensern nach der gravimetrischen Methode (DIN EN ISO 8655):

Bestimmung der Masse des Flüssigkeitsvolumens aus dem Wägewert unter Berücksichtigung des Luftauftriebs, Umrechnung mittels dessen Dichte

Zusätzlich sind die Berechnungsformeln für die Wasserdichte und die Luftdichte zu berücksichtigen (siehe ISO/TR 20461).

2020 1 MM

LW

LG

G

ttm

V

Symbole Erläuterung

m Differenz der Waagenanzeigen

= Masse der Prüfflüssigkeit

tM Temperatur des Dispensers

tM20 Bezugstemperatur 20 °C

V20 Volumen bei 20 °C

L Luftdichte

W Dichte der Prüfflüssigkeit

G Dichte Gewichtstücke

Kub. Ausdehnungskoeffizient

Berechnung des Messergebnisses



Modellfunktion zur Berechnung der Standardmess-unsicherheit bei der Kalibrierung von Mehrfachdispensern:

Empfindlichkeitskoeffizienten sind in der ISO/TR 20461 dargestellt.

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2

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2020

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Berechnung des Messergebnisses



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Messunsicherheitsbeiträge

Messunsicherheitskomponenten, die bei der Berechnung der Messunsicherheit bzw. Erstellung der Messunsicherheits-bilanz bei der Kalibrierung von Mehrfachdispensern berücksichtigt werden:

Unsicherheitsbeiträge der Waage

Einflüsse der Umgebungsbedingungen

Einflüsse der Wassertemperatur / -dichte

Einflüsse des Kalibriergegenstandes

Einflüsse des Kalibrierverfahrens / Prüfers



Unsicherheitsbeiträge der Waage:

Messunsicherheit aus dem DAkkS-Kalibrierschein (nach EURMAT/cg-18)

Es ist darauf zu achten, dass die Kalibrierung der Waage anwenderspezifisch erfolgt (Messpunkte).

Drift der Waage durch Alterung und Verschleiß

Auflösung der Waage (ohne und mit Last)

Einfluss der Umgebungstemperatur (Herstellerangaben)

Verdunstungsverlust

Mindestanforderungen zu den zu verwendenden Waagen werden in ISO 8655-6 festgelegt.

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Umgebungsbedingungen:

Lufttemperatur

Luftfeuchte

Luftdruck

Wichtig: Minimale Schwankungen während der Kalibrierung sind zu gewährleisten!

In der Messunsicherheitsbilanz werden die Unsicherheiten der Messgeräte aus dem DAkkS-Kalibrierschein sowie die Schwankungen der Umgebungsbedingungen während der Kalibrierung berücksichtigt.



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Wassertemperatur und -dichte:

Temperatur des Wassers In der Messunsicherheitsbilanz wird die Unsicherheit des

Messgerätes aus dem DAkkS-Kalibrierschein sowie die Schwankung der Wassertemperatur während der Kalibrierung berücksichtigt.

Wichtig: Minimale Schwankungen während der Kalibrierung sind zu gewährleisten!

Differenz zwischen Luft- und Wassertemperatur sollte < 0,5 °C sein !

Dichte des Wassers (z.B. Berechnung nach Tanaka) 10 ppm (Rechteckverteilung)



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Kalibriergegenstand / Mehrfachdispenser:

Temperaturabhängigkeit der Dosiereinheit (verschiedene Kunststoffteile)

Temperaturabhängigkeit des hubbestimmenden Griff- und des Oberteiles (Metall, Spezialkunststoff)

Lineare und quadratische Ausdehnungskoeffizient der Materialien

Auf Grund der festgelegten Kalibrierbedingungen sind diese Beiträge minimiert. Wiederholbarkeit



Wiederholbarkeit = empirische Standardabweichung des Mittelwertes einer Messreihe aus 10 Einzelmessungen Berechnet sich nach folgender Formel: Die Standardmessunsicherheit der Wiederholbarkeit wird nach Ermittlungsmethode A bestimmt und berechnet sich nach folgender Formel: Erfahrungsgemäß liegt die experimentelle Standardabweichung bei ca. einem Drittel der vom Hersteller für die Wiederholbarkeit (max. zufällige Messabweichung) angegebenen Toleranzen.

Wiederholbarkeit

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2

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1

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1

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V V

sn

( )s

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verfahrensbezogener Handlingsbeitrag:

abhängig von Bauart und Bediener

setzt sich zusammen aus zufälligen und systematischen Anteilen

Beachtung des korrekten Sitzes des Tipps in der Halterung

Verwerfen des ersten Hubes entsprechend Herstellervorgaben

Langsames und gleichmäßiges Ausstoßen der Prüfflüssigkeit

Abstreifen der Prüfflüssigkeit an der Gefäßwand, dabei sollte der Tipp in einem kleinen Winkel (< 30°) an die Gefäßwand gehalten werden

Verwendung von 1/10 der Herstellertoleranz (Richtigkeit) als

Messunsicherheitsbeitrag für das Handling (Rechteckverteilung).




verfahrensbezogener Handlingsbeitrag:

Auf Grundlage einer statistischen Auswertung ausgewählter Herstellertoleranzen werden folgende Mindestwerte empfohlen.

–

* bezogen auf das abgebbare Volumen des jeweiligen Dispensertips

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Größe des Dispensertips

Verfahrensbezogener Handlingszuschlag *

0,1 ml 0,15 %

0,2 ml 0,12 %

0,5 ml 0,09 %

1 ml / 1,25 ml 0,07 %

2,5 ml / 5 ml 0,06 %

> 5 ml 0,05 %



Messunsicherheitsbilanz

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Motor-Dispenser mit Dispensertip 5 ml



Messunsicherheitsbilanz

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Kolbenhubpipette mit Luftpolster und festem Volumen 1000 µl



Zusammenfassung

Bestimmung der Messunsicherheit erfolgt analog DKD-R 8-1 für die Kalibrierung von Kolbenhubpipetten mit Luftpolster

Systembedingte Einflüsse wie bei Kolbenhubpipetten mit Luftpolster entfallen

Wiederholbarkeit und verfahrensbedingter Handlings-zuschlag sind bestimmend für die Messunsicherheit von Mehrfachdispensern

Geringere Messunsicherheit im Vergleich zu Kolbenhub- pipetten mit Luftpolster

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Ausblick

Der Zeit ist die Richtlinie DKD-R 8-3 für die Kalibrierung von Einzelhubdispensern und Kolbenbüretten in Vorbereitung

Vorangegangene Pilotstudie wurde durchgeführt

Kalibrierbedingungen wurden daraufhin präzisiert

Der Zeit Start eines weiteren Ringvergleiches

Messunsicherheitsbilanz analog DKD-R 8-2 aufgebaut, spezielle Einflüsse werden derzeit formuliert

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Danke für Ihre

Aufmerksamkeit !

ZMK & ANALYTIK GmbH

www.zmk-wolfen.de

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