Υπολογισμός Αβεβαιοτήτων (uncertainties) σε Πρότυπες Μεθόδους Ανάλυσης Αεροπρικών Καυσίμων

Abstract

Το αποτέλεσμα μιας μέτρησης δεν είναι μονοσήμαντα ορισμένο, αλλά εξαρτάται από πολλές μη ελεγχόμενες επιδράσεις (ικανότητα του μετρολόγου, επίδραση περιβαλλοντικών συνθηκών, ασταθής συμπεριφορά του οργάνου ή του μετρούμενου μεγέθους, κλπ). Επομένως, το επιζητούμενο αποτέλεσμα της μέτρησης μπορεί να θεωρηθεί στοχαστική μεταβλητή και το αποτέλεσμα της ως προερχόμενο από ένα πιθανό σύνολο τυχαία διαμορφούμενο από τις μη ελεγχόμενες επιδράσεις. Η στοχαστική προσέγγιση της μέτρησης θεωρεί ότι, μη μπορώντας να ελέγξουμε τις επιρροές που διαμορφώνουν το εκάστοτε αποτέλεσμα, τα διάφορα αποτελέσματα αποτελούν δυνητικά συμβάντα μιας τυχαίας πειραματικής διαδικασίας. Έτσι, είναι απαραίτητη η χρήση εννοιών στατιστικής και πιθανοτήτων, που θα δώσουν απάντηση στο ερώτημα: ποια είναι η πιθανότητα η αποσπασματική πληροφορία που διαθέτουμε (δηλαδή η μέτρηση-παρατήρηση) για μια πιο σύνθετη πραγματικότητα (δηλαδή την αληθή τιμή) να μην αποτελεί σύμπτωση, αλλά να δίνει πληροφορίες για την πραγματικότητα του εξεταζόμενου φαινόμενου, ή αλλιώς, με βάση το αποτέλεσμα της μέτρησης και την κατανομή την οποία ακολουθεί το αποτέλεσμα αυτό, ποια η πιθανότητα η αληθής τιμή να βρίσκεται σε ένα συγκεκριμένο διάστημα. Σκοπός της συγκεκριμένης διπλωματικής ήταν η εκτίμηση της αβεβαιότητας στις μετρήσεις της πυκνότητας και του κινηματικού ιξώδους στα αεροπορικά καύσιμα, σύμφωνα με τις πρότυπες μεθόδους ASTM D 4052 και ASTM D 7042 , σύμφωνα με την μεθοδολογία GUM (ISO / IEC Guide 98-3:2008 “Guide to the expression of uncertainty in measurement”).Για την επίτευξη του στόχου μας έπρεπε να καταγράψουμε τις εκάστοτε πηγές αβεβαιότητας για την κάθε μέτρηση και να υπολογίσουμε την συνεισφορά τους. Ο υπολογισμός απαιτεί την χρήση αρκετών και πολύπλοκων τύπων της Στατιστικής, η κατάσταση όμως γίνεται ακόμα δυσχερέστερη όταν έχουμε να συγκρίνουμε τιμές περισσότερων από δύο ομάδων μετρήσεων. Στις περιπτώσεις αυτές χρησιμοποιείται μία πανίσχυρη γενική στατιστική δοκιμασία (στην πραγματικότητα οικογένεια δοκιμασιών) γνωστή ως ανάλυση διακύμανσης (ΑΝalysis Οf VAriance), γνωστότερη ως ANOVA. Γενικός σκοπός της ANOVA είναι η ανεύρεση και η στατιστική σύγκριση των επιμέρους πηγών διακύμανσης (ή αβεβαιότητας), που συνεισφέρουν στην ολική διακύμανση (ή αβεβαιότητα) αποτελέσματος το οποίο προκύπτει από συνδυασμό ομάδων μετρήσεων. Έτσι , με την χρήση αυτού του εργαλείου παρατηρήθηκε ότι οι κύριες εισφορές αβεβαιοτήτων για τις δύο μεθόδους είναι το σφάλμα του οργάνου και το σφάλμα του εργαστηρίου , αφού οι μέθοδοι όντας ιδιαίτερα αυτοματοποιημένες δεν επηρεάζονται από την επίδραση του τυχαίου σφάλματος ( αναλυτή – περιβάλλοντος ).Όμως, το τελευταίο στις μετρήσεις της πυκνότητας, παρόλο που η ολική αβεβαιότητα δεν διαφέρει αρκετά μεταξύ των αντίστοιχων μετρήσεων, παρουσιάζει μεγαλύτερα ποσοστά στην ASTM D 7042 , γεγονός ανεπιθύμητο! Επομένως , παρόλο που η μέτρηση με το ιξωδόμετρο της Stabinger μπορεί να θεωρεί μια ακριβής μέθοδος δεν προσεγγίζει την ακρίβεια εκείνης με το ψηφιακό πυκνόμετρο. Τέλος, για τον υπολογισμό του κινηματικού ιξώδους κρίνεται ακατάλληλη, διότι οι αβεβαιότητες της ως προς την εκτιμώμενη αγγίζει το ποσοστό του 4,5%.

The uncertainty estimate of the result is an important part of the result and it serves as the quantitative measure of its reliability. The uncertainty estimation procedure for the determination of density and kinematic viscosity of aviation fuels according to ΑSTM D 4052 and ASTM D7042 is presented in detail. The modeling approach of ISO Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement (ISO GUM) is used, with the expanded uncertainty calculated for a coverage probability of 95%.