dr. marcelo canay - asociación argentina de control ... · •introducción al control de los...

Metrología 1

AADECAAADECA

2008

Introducción a la METROLOGÍA

Dr. Marcelo Canay

Metrología 2

Temario Gral.

•Introducción

•Definiciones

•Introducción al control de los instrumentos

•Datos en un certificado

•Introducción al cálculo de incertidumbre

Metrología 3

EstadísticasEstadísticasDatos relevados por el CENAM indican que lasnaciones industrializadas consumen entre un 3,5% y un 6% de su PIB en mediciones.

Datos relevados en Brasil indican que dichopaís sufre pérdidas de hasta un 11% (U$S 40.000.000.000) del PIB causadas por no conformidades en las mediciones.

Cálculo de Incertidumbre - Introducción

Metrología 4

No conformidades por punto de la norma ISO 9001 No conformidades por punto de la norma ISO 9001 fuente: DGQ fuente: DGQ --

Asociación Alemana para la Calidad)Asociación Alemana para la Calidad)

02468

1012141618

Con

trol

de

inst

rum

ento

s…

Com

pras

Sist

ema

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calid

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Con

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ensa

yos

Control de los instrumentos de medición

Metrología 5

Normas de Calidad

•IRAM-ISO 9001 : 2000

7.6 Control de los dispositivos de seguimiento y medición:

•IRAM-IACC-ISO E 10012-1 : 1996

En su Totalidad

Metrología 6

• Determinar los dispositivos de medición y seguimiento necesarios• Cuando sea necesario asegurar la validez de los resultados, el equipo de medición debe:

•calibrarse o verificarse•ajustarse, si es necesario•identificarse•protegerse contra ajustes no deseados• protegerse de daños durante el manipuleo, mantenimiento y almacenamieto

ISO 9001 - 2000 7.6 Control de los dispositivos de seguimiento y de medición

Metrología 7

•Cuando se detecte que un equipo no está conforme con los requisitos se deberá:

•evaluar y registrar la valides de los resultados de mediciones anteriores del equipo•tomar las acciones apropiadas sobre el equipo y sobre cualquier producto afectado

•Confirmar la capacidad de programas informáticos cuando se utilicen en actividades de seguimiento y medición de los requisitos especificados.•Se recomienda la consulta de la Norma ISO 10012-1

7.6 Control de los dispositivos de seguimiento y de medición (cont)

Metrología 8

Preguntas

Metrología 9

Temario Gral.

•Introducción

•Definiciones




Metrología 10

Algunas definiciones Referencia Vocabulario Internacional de

Metrología (VIM)

Definiciones

Metrología 11

Definiciones

Magnitud (medible)Atributo de un fenómeno, cuerpo o sustancia, que puede ser

distinguido cualitativamente y determinado cuantitativamente.•El término magnitud puede referirse a una magnitud en sentido

general (longitud, tiempo, etc) o a una magnitud particular (longitud de una varilla dada, etc).

Metrología 12

Valor verdadero (de una magnitud)Valor compatible con la definición de una magnitud particular dada.

•Es un valor que se obtendría mediante una medición perfecta.•Todo valor verdadero, es por naturaleza, indeterminado

Valor verdadero convencional (de una magnitud)Valor atribuido a una magnitud particular, y aceptado, a veces por

convención, porque la representa, con una incertidumbre apropiada, para un fin dado.

•Muchas veces designado como: valor asignado, mejor estimación, valor convencional o valor de referencia .

•El valor asignado a una magnitud en particular, realizado por un patrón de referencia, puede tomarse como un valor verdadero

convencional.

Definiciones

Metrología 13

Principio de mediciónBase científica de una medición

•Efecto termoeléctrico, para medir temperatura.•Efecto Doppler para medir la velocidad.

Definiciones

Método de mediciónSecuencia lógica de las operaciones que, descriptas genericamente,

se llevan a cabo para la realización de mediciones.•Ej: sustitución, diferencial, etc.

Metrología 14

Definiciones

Procedimiento de mediciónConjunto de operaciones, descriptas específicamente, usado en la

ejecución de mediciones particulares de acuerdo con un dado método.

•Generalmente lo suficientemente detallado para que un operador lo pueda ejecutar sin necesidad de información adicional

Metrología 15

Magnitud de influenciaMagnitud que es ajena al mensurando, pero que afecta el resultado

de la medición•Ej: La temp. afecta la indicación de un micrómetro.

Mesurando (Mensurando)Magnitud particular sometida a medición

•Ej: presión de vapor de una muestra de agua a 20°C

Definiciones

Metrología 16

Resultado de una mediciónValor atribuido a un mensurando, obtenido por medición

•Cuando se informa un resultado, debe indicarse si se hace referencia a:

•La indicación•el resultado sin corregir•el resultado corregido•y si proviene de la media aritmética, obtenida de varios valores.•La expeción completa del resultado de una medición incluye información sobre la incertidumbre de la medida.

Definiciones

Metrología 17

Definiciones

Exactitud de una mediciónPróximidad entre el resultado de una medición y el valor verdadero

del mensurando.•Exactitud es un concepto cualitativo•No debe emplearse el término precisión en el sentido de exactitud•La falta de exactitud de un instrumento es originada por el error sistemático y, por lo tanto, puede ser corregida con un correcto ajuste del instrumento•La precisión es la capacidad de un instrumento de reproducir sus propias mediciones.

Metrología 18

RepetibilidadProximidad entre los resultados de mediciones sucesivas del mismo mensurando, realizadas bajo las mismas condiciones de medición.•Estas condiciones son denominadas condiciones de repetibilidad

•Puede expresarse cuantitativamente en función de parámetros característicos de la dispersión de los resultados.

Definiciones

ReproducibilidadProximidad entre los resultados de mediciones de un mismo

mensurando, realizadas bajo distintas condiciones de medición.•Es necesario indicar las condiciones que se han cambiado

•Puede expresarse cuantitativamente en función de parámetros característicos de la dispersión de los resultados.

Metrología 19

Desvío estándar experimentalPara una serie de n medidas del mismo mensurando, el parámetro estadístico s caracteriza la dispersión de los resultados y está dado

por la fórmula:

.La expresión

proporciona una buena estimación del desvío estándar de la media aritmética

1)( 2

__

−−

= ∑n

XXs i

X

ns

Definiciones

Metrología 20

Incertidumbre de medidaParámetro asociado al resultado de una medición, que caracteriza la dispersión de los valores que podrían ser razonablemente atribuidos

al mensurando.

Según ISO 10012 es la evaluación con la finalidad de caracterizar el intervalo dentro del cual se estima que el valor real de una

propiedad medida se sitúe, generalmente con un dadonivel de confianza.

Definiciones

Metrología 21

Error de mediciónResultado de una medición, menos un valor verdadero del

mensurando.•Dado que el valor verdadero no puede ser determinado, en la

práctica se usa un valor verdadero convencional

Error sistemáticoMedia aritmética que resultaría de un número infinito de mediciones

del mismo mensurando, llevadas a cabo en condiciones de repetibilidad, menos un valor verdadero del mensurando.

•Es igual al error menos el error aleatorio•Igual que en el caso del valor verdadero, el error sistemático y sus

causas no pueden ser conocidos completamente.

Definiciones

Metrología 22

Definiciones

CorrecciónValor que se suma algebraicamente al resultado no corregido de una

medición, para compensar un error sistemático.

•Es igual al error sistemático estimado cambiado de signo.

AjusteOperación destinada a llevar a un instrumento de medición, a un

estado de funcionamiento adecuado para su uso.

Metrología 23

CalibraciónConjunto de operaciones que establecen, bajo condiciones

especificadas, la relación entre los valores de magnitudes indicados por el instrumento de medición o un sistema de medición o valores

representados por una medida materializada o un material de referencia, y los valores correspondientes realizados mediante

patrones.•El resultado de una calibración permite atribuir a las indicaciones los valores correspondientes del mensurando, o bien determinar las

correcciones aplicables a las indicaciones.•Puede también servir para determinar otras propiedades

metrológicas, tales como los efectos de las magnitudes de influencia.•El resultado se lo puede consignar en un documento denominado

certificado de calibración.

Definiciones

Metrología 24

TrazabilidadPropiedad del resultado de una medición o del valor del patrón, de poder ser relacionado con determinadas referencias, generalmente

patrones nacionales o internacionales, mediante una cadena ininterrumpida de comparaciones, cada una de ellas con sus

incertidumbres establecidas.

•El concepto se expresa frecuentemente mediante el adjetivo trazable

•La cadena ininterrumpida de comparaciones se denomina cadena de trazabilidad

Definiciones

Metrología 25

Sin trazabilidad los instrumentos...Sin trazabilidad los instrumentos...

Se desvían con el tiempo

No se puede establecer su efectividad

No son compatibles con otros instrumentos

No son legalmente válidos

Definiciones

Metrología 26

Cadena de trazabilidadInst. Nac. MetrologíaPatrones Nacionales

Laboratorios AcreditadosPatrones de Referencia

Centros de calibración

Calibraciones internas

Equipos de medición

Productos a ser fabricados

Definiciones

Metrología 27

ResoluciónMínima diferencia entre indicaciones de un dispositivo mostrador

que puede ser significativamente percibida.

•Para dispositivos digitales es la variación en la indicación cuando el dígito menos significativo varía en una unidad.

EstabilidadPropiedad de un instrumento de medición de mantener constantes

sus características metrológicas, a través del tiempo.Deriva

Variación lenta de una característica metrológica de un instrumento de medición.

Definiciones

Metrología 28

PatrónMedida materializada, instrumento de medición, material de

referencia o sistema de medición, cuyo objeto es definir, realizar, conservar o reproducir una unidad o uno o varios valores de una

magnitud para servir como referencia.Patrón primario

Patrón que es aceptado o ampliamente reconocido, por tener las mejores cualidades metrológicas y cuyo valor generalmente se adopta sin referencia a otros patrones de la misma magnitud.

Patrón secundarioPatrón cuyo valor se establece por comparación con un patrón

primario de la misma magnitud.

Definiciones

Metrología 29

Patrón de referenciaPatrón que tiene generalmente la mejor calidad metrológica

disponible en un lugar u organización dados, del cual se derivan las mediciones allí realizadas.

Patrón de trabajoPatrón que se usa rutinariamente para calibrar o verificar medidas materializadas, instrumentos de medición o materiales de referencia

Definiciones

Metrología 31

Preguntas

Metrología 32

Temario Gral.

•Introducción

•Definiciones




Metrología 33

Entrada ?? Salida ??

Proceso ??


Metrología 34

Confianza en las mediciones•La calidad de los productos y servicios depende incrementalmente de la confianza en las mediciones.•La importancia de las mediciones se refleja en los requerimientos normativos que exigen que las mediciones sean trazables a patrones nacionales o internacionales.•El control, calibración y mantenimiento de los equipos de medición y ensayo es una parte importante de los sistemas de garantía de la calidad y busca asegurar que las mediciones sean realizadas adecuadamente durante la producción.


Metrología 35

•Los instrumentos no son perfectos•Especificaciones indefinidas•Montaje inadecuado•Efectos del medio ambiente•Ausencia de calibración•Operación inadecuada•Capacitación del personal


Metrología 36

Motivos para calibrarMotivos para calibrar

•Determinar una medida de confiabilidad que permita evaluar el nivel de riesgo

•Entender cuando dos instrumentos están midiendo “lo mismo” aunque los valores indicados sean diferentes

•Optimizar los recursos en cuanto a ajuste y mantenimiento de los instrumentos

•Determinar que significado y peso tiene cada punto del sistema de medición

•Tener evidencia documentada de que se están cumpliendo los requisitos


Metrología 37

Necesitamos expresar nuestro estado de Necesitamos expresar nuestro estado de conocimiento de un determinado fenómeno de mediciónconocimiento de un determinado fenómeno de medición


Metrología 38

Determinación de puntos clave de mediciónDeterminación de puntos clave de medición

A

B

Lazo X

Lazo Y

Lazo VLazo K

Lazo W

Lazo Z

A cliente

A reproceso

A otro procesoTemperatura

Concentración


Metrología 39

ToleranciaTolerancia

Zona de especificación

Zona de noconformidad

Zona de noconformidad

Valor nominal

Zona de conformidad

UU U U

Límitesuperior deespecificación

Límiteinferior de

especificación


Metrología 40

El proceso de calibración puede El proceso de calibración puede dividirse en tres elementosdividirse en tres elementos

aDeterminación de los errores sistemáticos

aDeterminación de otros factores

aDeterminación de la incertidumbre

Proceso de Calibración

Metrología 41

Valor de referencia

Repetir para obtenerel valor más probable

Calcular error sistemático

Vob-Vref

Determinación del error sistemáticoDeterminación del error sistemático

Proceso de Calibración

Metrología 42

Relevamiento de instrumentación

Implementación de un Plan Maestro de Control

Determinación de mejor capacidad

Relevamiento de tolerancias de proceso

Determinación de tolerancias de Instrumentos y criticidad

Verificación de ToleranciasRedefinición de

Instrumentos o Tolerancias

Definición de Plan Maestro de ControlInstrumentos, Tolerancias, Frecuencias

Master Plan de Control de la Inst.

Metrología 43

Administración y Ejecución de un Plan Maestro de Control

Seguimiento de Cronograma de Calibración

Ejecución de calibraciones

Sistema de Garantía de la Calidad Procedimientos de CalibraciónTrazabilidad de las mediciones

Personal capacitado

Evaluación de resultadosInformes estadísticos

Detección de zonas críticasReevaluación de instrumentos

RecomendacionesBase de datos de

instrumentos, resultados, trazabilidad.

Master Plan de Control de la Inst.

Metrología 44

Preguntas

Metrología 45

Temario Gral.

•Introducción

•Definiciones




Metrología 46

Registro de los resultados de calibraciones

Se deben registrar los resultados de la calibración con suficiente detalle para que se pueda demostrar la trazabilidad de todas las mediciones y para que

cualquier medición pueda ser reproducida en condiciones similares a las originales.

Certificados

Metrología 47

Como leer los datos de un certificadoResultados obtenidos (Unidad de medida):

Vref. Ciclo 1 Ciclo 2 Ciclo 3 Ciclo 4 Ciclo 5 Ciclo 6

Certificados

Datos tratados (Unidad de medida):

Vref. Media Desvío Incertidumbre de la Media

Resolucióndel Equipo

Incertidumbredel Patrón

IncertidumbreCombinada

IncertidumbreExpandida

Metrología 48

Resultados finales (Unidad de medida):

Vref. Media Desvío IncertidumbreExpandida

Factor decobertura (k)

Certificados

Declaración sobre el nivel de confianza de la Incertidumbre expandida (ej 95%)

Declaración de los patrones utilizados, con sus trazabilidadses correspondiente

Metrología 49

Preguntas

Metrología 50

Temario Gral.

•Introducción

•Definiciones




Metrología 51

Cálculo de errores Aprox. Clásica

..... 22 ++= EtempEresolError


Metrología 52

Determinación de Incertidumbre

•Similar a la aproximación clásica•Busca determinar con mayor exactitud la banda dentro de la cual se encuentra el valor verdadero•Determina un nivel de confianza para dicha banda•Introduce el análisis estadístico


Metrología 53

Cálculo de Incertidumbre Referencias

•Guidelines for Evaluating and Expressing the Uncertainty of NIST Measurement Results, NIST Technical Note 1297, 1993.

•Expression of the Uncertainty of Measurement in Calibration, European cooperation for Accreditation, EA-4/02, 1999.

•Expresion de la incertidumbre de medida en las calibraciones, CEA-ENAC- LC/02 Rev. 1.,1998.

•Guide to Expression of Uncertainty in Measurement, BIPM, Iso, IEC, CIPM, OIML, IUPAC; 1993.

•The Expression of Uncertainty in Quantitative Testing, European cooperation for Accreditation, EA-3-02, 1996.

•Procedimientos para la evaluación de la incertidumbre de la medición. IRAM 35050, 2001

Cálculo de Incertidumbre

Metrología 54

Términos

Incertidumbre estandar (u(xi )): Incertidumbre del resultado de una medición expresada como una desviación estandar.


Incertidumbre estandar combinada (uc (y)): Incertidumbre estandar de los resultados de una medición cuando los resultados son obtenidos desde los valores de un número de otras cantidades, igual a la suma cuadrática de los componente.

Metrología 55

Factor de cobertura (k): Factor numérico usado como un multiplicador de la incertidumbre standard combinada para obtener una incertidumbre expandida.

Incertidumbre expandida (U): Cantidad que define un intervalo donde el resultado de una medición tiene una probabilidad de encontrarse dentro de el, (usualmente 95%).


Metrología 56

IncertidumbreIncertidumbre

Parámetro asociado al resultado de una medición quecaracteriza la dispersión de los valores que pueden serfundamentalmente atribuidos a un mensurando.

Evaluación con la finalidad de caracterizar el intervalo dentro del cual se estima que el valor real de una propiedad medida se sitúe, generalmente con un dadonivel de confianza.

( ) ( )jij

N

j i

N

ic xxu

xf

xfyu ,

11 ∂∂

∂∂

= ∑∑==


Metrología 57

Distribución standard de probabilidades


Metrología 58

Fuentes de incertidumbreFuentes de incertidumbre•Definición incompleta del mensurando•Realización imperfecta de la definición del mensurando•Muestreos no representativos•Conocimiento inadecuado de los efectos de las condiciones ambientales

•Mediciones imperfectas de las condiciones ambientales•Errores de apreciación del operador•Resolución finita de los instrumentos•Umbral de discriminación de los instrumentos•Valores inexactos de los patrones y materiales de referencia•Valores inexactos de constantes y otros parámetros•Variaciones en observaciones repetidas bajo condiciones aparentemente iguales


Metrología 59

Determinación de la incertidumbreDeterminación de la incertidumbre

1. Expresar matemáticamente el mensurando

2. Determinar los valores estimados por análisis estadístico

u otro método

3. Evaluar la incertidumbre standard de cada estimación

4. Evaluar las covarianzas asociadas a cualquier argumento

correlacionado

5. Determinar la incertidumbre standard combinada

6. Determinar la incertidumbre expandida


Metrología 60

Expresar matemáticamente el mensurando

),...,,( 21 nxxxfEj: Un análisis dimensional

0LL =

)1(0 TLL Δ•+•= α


Metrología 61

Determinar los valores estimados por análisis estadístico u otro método

•Análisis estadístico• Estimación de la distribución (Normal, etc.) y desviación standard.

•Otros métodos•Estimación de la distribución y características de términos que no pueden ser determinados por análisis estadísticos.


Metrología 62

Evaluar la incertidumbre standard de cada estimación

Transformar las distintas incertidumbre derivadas de las distintas distribuciones en incertidumbres standardEj:

Distribución rectángularDistribición triángularDistribución en Uetc.


Metrología 63

Evaluar las covarianzas

asociadas a cualquier argumento correlacionado

),,( )( Tyxf T

),( Tyu


Metrología 64

ResumiendoTenemos determinadas todas las variables de influencia: xi

Tenemos determinadas todas las desviaciones standard uxi

Tenemos determinadas la covarianzas

ixxx ..., 21

)( ixu

),( ji xxu


Metrología 65

Determinar la incertidumbre standard combinada

),...,,( 21 nxxxf

∑∑∑−

+= ∂∂

∂∂

+∂∂

=1

1),(

2)(

22 2)(N

i

N

ijxx

ji

N

ix

ic jii

uxf

xfu

xfu


Metrología 66

Determinar la incertidumbre expandida

La Incertidumbre expandida es la incertidumbre de medición que corresponde a un dado nivel de confianza

cuku .exp =

Para determinar el k existen en el momento dos criterios:


Metrología 67

Determinar el k

•Considerar que la incertidumbre expandida proviene de una distribución normal

•k = 2 nivel de confianza 95 %•Considerar grados de libertad

•grados efectivos de libertad•distribución t para determinar el nivel de confianza


Metrología 68

Preguntas

dr. marcelo canay - asociación argentina de control ... · •introducción al control de los...

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