unidad: fundamentos de metrología física tema 1.1...

Unidad: Fundamentos de Metrología Física Tema 1.1 Introducción

Objetivo general de la Unidad

Al finalizar la Unidad ‘Fundamentos de Metrología Física’, el participante: Identificará los conceptos básicos de la metrología y la estimación de la incertidumbre necesarios para comprender los procesos de medición e interpretar sus resultados.

Objetivos específicos

De manera particular, al finalizar la Unidad, el participante: Comprenderá utilidad de la metrología y su impacto en las

actividades sociales, comerciales, etc.

Interpretará los conceptos básicos de las mediciones,

incluyendo la terminología aceptada en los ámbitos nacional e

internacional.

Identificará la estructura de los sistemas metrológicos nacional

e internacional.

Utilizará adecuadamente el Sistema Internacional de Unidades

(S.I.)

Interpretará la información contenida en un Certificado de

Calibración

Temas Los temas que integran esta Unidad son:

1.1 Introducción 1.2 Importancia de las mediciones. 1.3 Términos básicos de metrología. 1.4 Sistema Internacional de unidades. 1.5 Características de los instrumentos de medición. 1.6 Trazabilidad, patrones de medición. 1.7 Estructura metrológica nacional e internacional. 1.8 Introducción a la estimación de incertidumbre de la medición

con aplicaciones prácticas en algunas mediciones físicas.

Unidad: Fundamentos de Metrología Física Tema 1.2 Importancia de las

mediciones

¿Qué aprenderá en este tema?

En este tema, el participante reflexionará sobre el papel que juega la Metrología en diferentes campos: científico, tecnológico, ambiental, industrial y económico; así como su impacto en el comercio y la industria de los países.

Campos de aplicación

Las mediciones han sido un aspecto fundamental en las decisiones del ser humano, desde el uso del juicio y razonamiento. En la historia de la humanidad, se conservan vestigios de medidas utilizadas en el comercio y posteriormente también en la industria. Ha sido incluso motivo de revoluciones en búsqueda de mediciones justas. Hoy en día, los comités internacionales de normalización, han seleccionado la metrología como un factor crítico para la calidad de los procesos y los productos. A continuación, reflexionaremos sobre cada uno de los siguientes campos de aplicación: 1.2.1 Las mediciones en la vida diaria. 1.2.2 La Metrología en la Empresa. 1.2.3 La Metrología en el Comercio Nacional. A continuación, exploraremos sobre cada uno de estos puntos.

1.2.1 Las mediciones en la vida diaria

Primeras mediciones

Desde antes de nacer se está involucrado con mediciones: • Para controlar el crecimiento del feto se realizan mediciones

de tamaño, frecuencia cardiaca, tiempo de gestación.

• Al nacer se quiere saber peso, estatura, entre otros.

1.2.1 Las mediciones en la vida diaria, continuación

Mediciones cotidianas

En al menos una actividad que usted realiza, están presentes las mediciones:

Se mide al comprar o vender.

En los medidores de consumo eléctrico, de agua, de gas

Al comprar gasolina y combustibles

Reflexionemos:

• Un concepto se empieza a conocer cuando se cuantifica. • Si no se mide, no se puede mejorar (W.E.Demming)

¿Qué implicaciones tendría si alguna de las mediciones

realizadas en nuestras actividades cotidianas fuera incorrecta?

1.2.1 Las mediciones en la vida diaria, continuación

¡No se conoce el valor verdadero!

Quizá no lo sabía pero

El azar está presente en la mayoría de las actividades del ser humano; se toman decisiones en condiciones de incertidumbre, el conocimiento de los fenómenos físicos, biológicos y sociales se da a partir de información parcial que se tiene de ellos.

La afirmación anterior es evidente en el ámbito industrial, en:

El control de procesos productivos.

El muestreo de aceptación.

La selección de estrategias de mantenimiento o calibración de equipos.

La medición de variables.

La naturaleza nos impide conocer con certeza absoluta

el valor verdadero de una magnitud; siempre nos

quedamos con incertidumbre.

1.2.2 La Metrología en la empresa

¿Y las mediciones en la empresa?

Iniciemos con un ejercicio: ¿Mencione algunos ejemplos sobre las mediciones que conoce usted que son realizadas en su empresa? __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ ¿Cuál es la afectación en su producto o servicio de una medición incorrecta? _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

1.2.2 La Metrología en la empresa, continuación

Algunas mediciones críticas en su empresa

Respecto a las mediciones físicas, algunos ejemplos son:

• Flujo de gas • Dimensional • Presión • Temperatura • Densidad • Viscosidad • Volumen

En el laboratorio en calidad de hidrocarburos, algunos ejemplos son:

• Agua y Sedimentos • Presión Reid • Azufre • Espectrofotometría • Cromatografía.


Metrología y Calidad en la empresa

Como puede observarse en el siguiente diagrama, la Metrología está implícita en varias etapas del ciclo de la Mejora Continua que representa la ruta a la Calidad.

En la Ejecución (HACER), están implícitas las mediciones realizadas en el proceso de elaboración del producto o desarrollo del servicio. En el VERIFICAR o comprobar también está involucrada una medición o determinación de características. Para un correcto AJUSTE es necesaria una buena medición, etc. Si consideramos que la Calidad es el grado en el que un conjunto de características inherentes cumple con los requisitos (ISO 9001:2008), podemos inferir que la Metrología representa uno de esos requisitos. Una definición alterna de calidad, comúnmente usada, es: ‘Totalidad de rasgos y características de un producto o servicio dirigidas a satisfacer las necesidades establecidas o implícitas’. Nuevamente la metrología incide en la satisfacción de necesidades implícitas.


Definición de requisitos de calidad en su empresa

Basándonos en la definición de calidad respecto a la satisfacción de las necesidades implícitas y explícitas, evaluemos lo siguiente: ¿Quién define la calidad de un producto o servicio en su empresa _____________________________________________________________________________________ ¿Quién define los requisitos a ser satisfechos en su empresa? ___________________________________________________________________________________________

Requisitos internaciona-les para las mediciones

En el siguiente diagrama se presentan las 3 normas internacionales de aplicación genérica, que establecen requisitos para las mediciones:

A continuación, revisaremos los requisitos establecidos en cada una de ellas, para las mediciones.

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()**+)*,-

!"!'#−−−− ./0012 324005673./0240056

8+9-


¿Qué dice ISO 9001:2008?

En la norma ISO 9001:2008 (NMX-CC-9001-IMNC-2008) se establecen en el punto 7.6 Control de los equipos de seguimiento y de medición, los siguientes requisitos: • La organización debe:

Determinar las actividades de medición y seguimiento.

. . para proporcionar la evidencia de la conformidad del producto con los requisitos especificados.

Establecer procesos para asegurar que las mediciones pueden realizarse y se realizan de manera coherente con los requisitos de medición.

Evaluar y registrar la validez de los resultados de las mediciones anteriores cuando se determine que el equipo no está conforme con los requisitos. Deben mantenerse registros de los resultados de la calibración y la verificación

• Los equipos de medición deben:

Calibrarse o verificarse a intervalos específicos o antes de su uso, contra patrones de medición trazables a patrones nacionales o internacionales. Nota: El término de trazabilidad involucra el conocimiento de la incertidumbre de la medición.

Protegerse contra ajustes que puedan invalidar el resultado

de la medida.


¿Qué dice ISO/IEC 17025:2005?

Los laboratorios de calibración o de prueba deben cumplir actualmente con los requerimientos de esta norma, que en el ámbito nacional ha sido adoptada bajo la siguiente denominación: NMX-EC-17025-IMNC-2006 “Requisitos generales para la competencia de los laboratorios de ensayo y calibración”. Por ahora, revisaremos los requisitos elementos establecidos en los puntos 5.5 Equipo y 5.6 Trazabilidad. 5.5 Equipo.

Que sea capaz de lograr la exactitud requerida. Nota:

El término ‘exactitud’ se estudia en el tema 1.3 ‘Términos básicos de metrología’ de esta Unidad.

Programas de calibración o verificación para el equipo (incluye ensayos, calibración y muestreo) antes de ser utilizado. Nota:

Los términos ‘calibración’ y ‘verificación’ se estudian en el tema 1.5 ‘Características de los instrumentos de medición’ de esta Unidad.

5.6 Trazabilidad.

Asegurar la trazabilidad a las unidades del Sistema Internacional de unidades.

Notas:

El término ‘trazabilidad’ se estudia en el tema 1.6 ‘Trazabilidad y patrones de medición’ de esta Unidad.

El Sistema Internacional de Unidades se estudiará en el tema 1.4 de esta Unidad.


¿Qué dice ISO10012: 2003?

Esta norma (Sistemas de gestión de las mediciones −−−− Requisitos para los procesos de medición y los equipos de medición) trata sobre lo que se conoce como confirmación metrológica: cumplir con el propósito y función para la que se emplea. Toda la norma está enfocada a los requisitos que permitan asegurar que el equipo y los procesos de medición son adecuados para su uso previsto para alcanzar objetivos de calidad y gestionar el riesgo de obtener resultados de medición incorrectos.

Medir bien Para terminar este tema, podemos concluir que medir bien, en una

empresa:

Aumenta la confianza de los clientes.

Permite asegurar la calidad del producto disminuyendo los costos de no-calidad.

Apoya objetivamente las decisiones de mejora.

Aumenta la eficiencia en el uso de recursos.

Facilita la comparación en caso de controversia.

1.2.3 La Metrología en el Comercio Nacional

Requisitos legales

En México algunas de los requisitos legales han sido establecidos en beneficio del consumidor y para procurar la equidad en las transacciones comerciales. La Ley Federal sobre Metrología y Normalización (LFMN) establece:

El uso del Sistema general de unidades de medida.

Los Requisitos para fabricación, importación, reparación, venta, verificación y uso de los instrumentos para medir.

La obligatoriedad de la medición en transacciones, indicar contenido neto.

Transferencia de custodia

La medición de transferencia de custodia proporciona información sobre la cantidad y la calidad utilizada en la documentación física y fiscal de un cambio en la propiedad y / o un cambio en la responsabilidad de los productos básicos. La medición de los hidrocarburos en aplicaciones de transferencia de custodia se expresa en unidades de volumen bajo ciertas

condiciones de referencia de presión y de temperatura.

Continúa en la siguiente página

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1.2.2 La Metrología en el Comercio Nacional, continuación

Transferencia de custodia, continuación

La última década, del siglo pasado, fue testigo de importantes avances en la medición de flujo y volumen en la industria petrolera mexicana. Los trabajos realizados por PEMEX y el CENAM han permitido fortalecer las estrategias que aseguran la confiabilidad en las mediciones de transferencia de custodia, manejando incertidumbres de medición adecuadas a cada aplicación.

Normas relacionadas al comercio nacional

En el siguiente diagrama, puede consultar los diferentes documentos que deben observarse en transacciones comerciales en México.

Después de la Constitución, tiene mayor peso las normas mexicanas, pues fueron desarrolladas especialmente para nuestro país. En caso, de que para determinada aplicación, no exista una norma mexicana, puede usarse una norma internacional, y en caso que no lo exista, se debería usar una norma regional.

1.2.2 La Metrología en el Comercio Nacional, continuación

¿Qué aprendió en este tema?

Usted ha terminado el tema 1.2. ‘Importancia de la metrología’. A manera de autoevaluación, recuerde:

• ¿Cómo influye la metrología en la vida diaria?

• ¿Por qué no se conoce el valor verdadero de una medición?

• ¿Qué requisitos de calidad para la metrología deben atenderse en la empresa?

• ¿Por qué en el Comercio es crítico que deban tenerse métodos y equipos adecuados para las mediciones?

• Mencione algunas normas que deben observarse en el comercio de sectores industriales.

Unidad 1.Introducción a la Metrología Tema 1.3 Términos básicos de

metrología


En este tema, el participante revisará los conceptos básicos relacionados con la medición. Esta información será relevante para una mejor comprensión del curso así como un mejor entendimiento con quienes se desarrollan en el campo.

Referencia En todos los campos del conocimiento existen términos con los que

es necesario familiarizarse para el adecuado entendimiento y aplicación. La metrología no es la excepción. En este capítulo se presentan los conceptos básicos relacionados con la medición de acuerdo con la NMX-Z-055-IMNC-2009 ‘Vocabulario Internacional de Metrología – Conceptos fundamentales y generales, y términos asociados’. (comúnmente conocido como VIM)

Clasificación de términos

Para ubicarnos en la aplicación de los términos, se estudiarán en este tema de acuerdo a la siguiente clasificación: 1.3.1 ¿Qué y cómo medimos? 1.3.2 Resultado de una medición. 1.3.3 Características e incertidumbre de las mediciones. A continuación, exploraremos sobre cada uno de estos puntos.

1.3.1 ¿Qué y cómo medimos? (Terminología empleada)

Metrología ‘Ciencia de la medición y sus aplicaciones’.

Es importante considerar que la metrología puede ser estudiada en los siguientes aspectos:

Aspectos teóricos. Aspectos técnicos. Aspectos legales.

Medición ‘Proceso que consiste en obtener experimentalmente uno o varios

valores que puedan atribuirse razonablemente a una magnitud’. En el VIM, se refieren las siguientes notas: • ‘Las mediciones no aplican a propiedades cualitativas’.

Las propiedades cualitativas son por ejemplo: olor, sabor, manchas en el acabo, cantidad de humo.

• ‘Una medición implica una comparación de magnitudes,

incluyendo un conteo de entidades’.

La comparación tiene relación con el concepto de trazabilidd que se estudiará más adelante.

• ‘Una medición supone una descripción de la magnitud

compatible con el uso previsto del resultado de la medida, un procedimiento de medición y un sistema de medida calibrado que opera de acuerdo a un procedimiento de medición especificado, incluyendo las condiciones de medición’.

Esto implica que el proceso de medición requiere de un sistema bien estructurado y acorde a las necesidades de medición

1.3.1 ¿Qué y cómo medimos? (Terminología empleada), continuación

Magnitud ‘Propiedad de un fenómeno, de un cuerpo o de una sustancia que

se puede expresar mediante un número y una referencia’. Ejemplos de magnitudes físicas:

Volumen, flujo, presión, temperatura, densidad.

Notas contenidas en el VIM: NOTA 2- La referencia puede ser una unidad de medida, un procedimiento de medición, un material de referencia o una combinación de los anteriores. NOTA 3. Los símbolos de las magnitudes están establecidos en las series ISO 80000 e IEC 80000, Quantities and units,. Estos símbolos se escriben en itálicas. Un símbolo determinado puede indicar magnitudes diferentes. NOTA 6. El concepto de magnitud puede ser subdividido genéricamente, por ejemplo, “magnitud física”, “magnitud química” o “magnitud biológica”; o “magnitud base” y “magnitud derivada”.

Mensurando ‘Magnitud que se desea medir’.

Ejemplo:

Volumen de un tanque definido a una temperatura de 20 ºC. Dependiendo de la forma en que se determina la medición, podemos hablar de Medición directa e indirecta.



Mensurando #'#$

• Mensurando se mide directamente

Frecuentemente el mensurando puede ser determinado por una medición directa, como sería por ejemplo la medición de la longitud de un bloque patrón con un vernier o la masa de una pieza con una balanza. Ejemplo: Medición del volumen de un cilindro por desplazamiento de agua.

• Mensurando se mide de forma indirecta

Pero también existen muchos casos, que el mensurando no se obtiene por una sola medición, sino que hay que medir una serie de otras magnitudes (denominadas magnitudes de entrada) y calcular el mensurando a partir de los resultados de estas mediciones (medición indirecta). Ejemplo: Volumen de un cilindro: V = (π/4)·d2·h

Magnitud de entrada

‘Magnitud que debe ser medida, o magnitud, cuyo valor puede obtenerse de otra manera, para calcular un valor medido de un mensurando.’


Magnitud de influencia

‘Magnitud que, en una medición directa, no afecta a la magnitud que realmente se está midiendo, pero sí afecta a la relación entre la indicación y el resultado de medición’. Ejemplo:

Temperatura en la medición de volumen de un tanque. NOTA 1. ‘Una medición indirecta conlleva una combinación de mediciones directas, cada una de las cuales puede estar a su vez afectada por magnitudes de influencia’.

Principio de medición

‘Fenómeno que sirve como base de una medición.’ Algunos ejemplos mencionados en el VIM: El efecto termoeléctrico aplicado a la medición de temperatura. La absorción de energía aplicada a la medición de la

concentración de cantidad de sustancia. La disminución de la concentración de glucosa en la sangre de

un conejo en ayunas, aplicado a la medición de la concentración de insulina en una preparación.

NOTA (incluida en el VIM): El fenómeno puede ser de naturaleza física, química o biológica.

Generalmente descrito en

libros.


Método de medición

‘Descripción genérica de la secuencia lógica de operaciones utilizadas en una medición.’ NOTA (incluida en el VIM):

Los métodos de medida pueden clasificarse de varias maneras como:

• método de sustitución, • método diferencial, y • método de cero;

o • método directo, y • método indirecto.

Ver IEC 60050-300:2001.

Procedimien-to de medición

‘Descripción detallada de una medición conforme a uno o más principios de medición y a un método de medición dado, basado en un modelo de medición y que incluye los cálculos necesarios para obtener un resultado de medición’. Algunas notas mencionados en el VIM: NOTA 1. Un procedimiento de medida se documenta habitualmente con suficiente detalle para que un operador pueda realizar una medición.

NOTA 2. Un procedimiento de medida puede incluir una incertidumbre de medida objetivo.

Generalmente escrito por el usuario

y basado en una norma

Generalmente descrito en normas.

1.3.2 Resultado de una medición (Terminología empleada)

Resultado de una medición

‘Conjunto de valores de una magnitud atribuidos a un mensurando, acompañados de cualquier otra información relevante disponible’. Ejemplos:

0' #'!,'1#','#$

%#'!2)''$&

!'$

3

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4

#

5

#

3

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4

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5

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777 7 7 7 7 7 7

4777 474 388 473 4 93 3

:777 :75 58; :74 5 94 4

777 7: <8 75 : 95 5

;777 ;74 8; ;73 4 94 3

37777 3773 888 3777 3 93 7

(12)(11)

(8)(6)(5)(2)

(9)

(10)

(13)

(15)

(7)(4)(3)

(14)

(1)

0

1020

30

4050

60

70

8090

100

200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900

Longitud de Onda (nm)

Tran

smita

ncia

(%)

1.3.2 Resultado de una medición (Terminología empleada), continuación

Error de medición (Error)

‘Diferencia entre un valor medición de una magnitud y un valor de referencia’.

Error sistemático de medición

‘Componente del error de medición que, en mediciones repetidas, permanece constante o varía de manera predecible’.

Por complejo que sea, este error siempre puede ser identificado

Error aleatorio de medición

‘Componente del error de medición que, en mediciones repetidas, varía de manera impredecible’.

Este error nunca puede ser identificado

1.3.2 Resultado de una medición (Terminología empleada), continuación

Corrección ‘Compensación de un efecto sistemático estimado’.

NOTA (incluida en el VIM): La compensación puede tomar diferentes formas, tales como la adición de un valor o la multiplicación por un factor, o bien puede deducirse de una tabla. Formas en que se puede aplicar la corrección: Ycorr = Ymed + C Ycorr = FC·Ymed En donde: Ymed : Valor medido, resultado no corregido. Ycorr : Resultado corregido. C : Corrección C = -S S : Sesgo de medida. FC : Factor de corrección. Cuando al determinar un sesgo a lo largo del intervalo de medida se observa que el mismo presenta una diferencia proporcional más que un valor constante, se puede calcular un factor de corrección determinando la función o proporción que permite corregir el resultado minimizando el error sistemático encontrado: FC = 1 - S/Ymed = 1 + C/Ymed

1.3.3 Características e incertidumbre de las mediciones (Terminología empleada)

Exactitud de medición

‘Proximidad entre un valor medido y un valor verdadero de un mensurando’. Algunas notas del VIM: NOTA1. El concepto “exactitud de medida” no es una magnitud y no se expresa numéricamente. Se dice que una medición es más exacta cuando más pequeño es el error de medida. NOTA 2. El término “exactitud de medida” no debe utilizarse en lugar de “veracidad de medida”, al igual que el término “precisión de la medida“ tampoco debe utilizarse en lugar de “exactitud de medida”, ya que esta última incluye ambos conceptos. NOTA 3. La “exactitud de medida” se interpreta a veces como la proximidad entre los valores medidos atribuidos al mensurando. Comúnmente se confunde el término exactitud con Veracidad de medida. El VIM respecto al término veracidad contiene las siguientes notas: Nota 1. La veracidad de medida no es una magnitud y no puede expresarse numéricamente, aunque la norma ISO 5725 especifica formas de expresar dicha proximidad. Nota 2. La veracidad de medida está inversamente relacionada con el error sistemático, pero no está relacionada con el error aleatorio. Nota 3. No debe utilizarse el término “exactitud de medida” en lugar de “veracidad de medida” y viceversa.

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1.3.3 Características e incertidumbre de las mediciones (Terminología empleada), continuación

Veracidad de medida

‘Proximidad entre la media de un número infinito de valores medidos repetidos y un valor de referencia’. .

Precisión de medición

‘Proximidad entre las indicaciones o los valores medidos obtenidos en mediciones repetidas de un mismo objeto o de objetos similares, bajo condiciones especificadas’. Revisemos las siguientes notas que el VIM ofrece para este término: Nota 1. Es habitual que la precisión de una medida se exprese numéricamente mediante medidas de dispersión tales como la desviación típica, la varianza o el coeficiente de variación bajo las condiciones especificadas. Nota 2. Las “condiciones especificadas” pueden ser condiciones de repetibilidad, condiciones de precisión intermedia, o condiciones de reproducibilidad (véase la norma ISO 5725-3:1994). Nota 3. La precisión se utiliza para definir la repetibilidad de medida, la precisión intermedia y la reproducibilidad. Nota 4. Con frecuencia, “precisión de medida” se utiliza, erróneamente, en lugar de “exactitud de medida”.


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Incertidumbre de medición

‘Parámetro no-negativo que caracteriza la dispersión de los valores atribuidos a un mensurando, a partir de la información que se utiliza’. .

La incertidumbre de medición, es un término muy usado en las empresas y frecuentemente usado equivocadamente, por esta razón, sea cuidadoso de considerar las características descritas en el diagrama siguiente y en las siguientes notas que el VIM presenta:


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1.3.3 Características e incertidumbre de las mediciones

(Terminología empleada), continuación

Incertidumbre de medición, continuación

NOTA 1. La incertidumbre de medida incluye componentes procedentes de efectos sistemáticos, tales como componentes asociadas a correcciones y a valores asignados a patrones, así como a la incertidumbre debido a la definición. Algunas veces no se corrigen los efectos sistemáticos estimados y en su lugar se tratan como componentes de incertidumbre. NOTA 2. El parámetro puede ser, por ejemplo, una desviación típica, en cuyo caso se denomina incertidumbre típica de medida (o un múltiplo de ella), o una semi-amplitud con una probabilidad de cobertura determinada. NOTA 3. En general, la incertidumbre de medida incluye numerosas componentes. Algunas pueden calcularse mediante una evaluación tipo A de la incertidumbre de medida, a partir de la distribución estadística de los valores que proceden de las series de mediciones y pueden caracterizarse por desviaciones típicas. Las otras componentes, que pueden calcularse mediante una evaluación tipo B de la incertidumbre de medida, pueden caracterizarse también por desviaciones típicas, evaluadas a partir de funciones de densidad de probabilidad basadas en la experiencia u otra información. Existen otros términos usados para la incertidumbre. A continuación algunos de ellos: Incertidumbre debida a la definición Incertidumbre intrínseca Componente de la incertidumbre de medida resultante de la falta de detalles en la definición del mensurando. NOTA 1. La incertidumbre debida a la definición es la incertidumbre mínima que puede obtenerse en la práctica para toda medición de un mensurando dado. NOTA 2. Cualquier modificación de los detalles descriptivos del mensurando conduce a otra incertidumbre debida a la definición. NOTA 3. En la Guía ISO/IEC 98-3:2008, D 3.4 y en la IEC 60359, el concepto de incertidumbre debida a la definición se denomina “incertidumbre intrínseca”. Incertidumbre objetivo Incertidumbre límite Incertidumbre de medida especificada como un límite superior y elegida con base en el uso previsto de los resultados de medida.

1.3.3 Características e incertidumbre de las mediciones

(Terminología empleada), continuación

Característi-cas de las mediciones +Resumen)

En el siguiente diagrama, se presenta un resumen de los conceptos discutidos anteriormente. La franja sombreada se puede interpretar como: tolerancia, especificación a cumplir, límite de control, requerimiento a cubrir, etc. ¡No confundirlo con la incertidumbre objetivo! El concepto de la incertidumbre es un concepto estadístico, significa que el valor verdadero debe encontrarse dentro de un intervalo alrededor del resultado corregido con una cierta (alta) probabilidad.



Usted ha terminado el tema 1.3. ‘Términos básicos de metrología’. A manera de autoevaluación, recuerde:

• ¿Qué es una magnitud?

• ¿Por qué no se conoce el valor verdadero de una medición?

• ¿Qué es la incertidumbre de medición?

• ¿Qué diferencia hay entre exactitud, precisión, error e incertidumbre de medición?

Unidad 1.Introducción a la Metrología Tema 1.4 Sistema Internacional de

Unidades


En este tema, el participante identificará las unidades de base del Sistema Internacional de Unidades, las unidades derivadas, las reglas y recomendaciones más comunes para su uso, con la finalidad de expresar correctamente los resultados de mediciones.

Referencia La información que se estudiará en este tema, tiene como

referencia: The International System of Units (SI), 2006, Bureau International des Poids et Mesures - Organisation Intergouvernementale de la Convention du Mètre. ISBN 92-822-2213-6 . ISO 80000-1:2009. Quantities and units Part 1: General NOM-008-SCFI-2002 Sistema General de Unidades de Medida. EL SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES (SI) – Publicación Técnica del CENAM CNM-MMM-PT-003.

Obligatorie-dad

La LFMN establece como obligatorio, el uso del S.I.


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1.4 Sistema Internacional de Unidades, continuación

Subtemas 1.4.1 ¿Qué es la unidad y su símbolo?

1.4.2 Unidades del S.I. de base. 1.4.3 Unidades derivadas. 1.4.4 Unidades que no son del SI. 1.4.5 La nomenclatura de la metrología A continuación, exploraremos sobre cada uno de estos puntos.

1.4.1 ¿Qué es la unidad y su símbolo?

Unidad de medición

‘Magnitud escalar real, definida y adoptada por convenio, con la que se puede comparar cualquier otra magnitud de la misma naturaleza para expresar la relación entre ambas mediante un número’. . Algunos ejemplos de unidades son:

metro kilogramo newton litro pulgada libra kilopound galón

Interpretemos las siguientes notas que se documentan en el S.I.: NOTA 1. Las unidades se expresan mediante nombres y símbolos, asignados por convenio.

1.4.1 ¿Qué es la unidad y su símbolo?, continuación

Unidad de medición #'#$

NOTA 2. Las unidades de las magnitudes que tiene la misma dimensión, pueden designarse por el mismo nombre y el mismo símbolo, aunque no sean de la misma naturaleza. Por ejemplo, se emplea el nombre “joule por kelvin” y el símbolo J/K para designar a la vez una unidad de capacidad térmica y una unidad de entropía, aunque estas magnitudes no sean consideran en general de la misma naturaleza. Sin embargo, en ciertos casos se utilizan nombres especiales exclusivamente para magnitudes de una naturaleza específica. Por ejemplo la unidad segundo a la potencia menos uno (1/s) se denomina hertz (Hz) para las frecuencias y becquerel (Bq) para las actividades de radionucleidos. NOTA 3. Las unidades de las magnitudes de dimensión uno son números. En ciertos casos se les da nombres especiales; por ejemplo radián, estereorradián y decibel, o se expresan mediante cocientes como el milimol por mol, igual a 10-3 , o el microgramo por kilogramo, igual a 10-9. NOTA 4. Para una magnitud dada, el nombre abreviado “unidad” se combina frecuentemente con el nombre de la magnitud, por ejemplo “unidad de masa”.

Símbolo de la unidad

‘Símbolo designado en forma convencional para una unidad de medición’. Ejemplos:

m para metro kg para kilogramo A para ampere

El resultado de un mensurando se expresa por:

a) Su valor (numérico). b) Su unidad.

Ejemplos:

Masa de una pesa: 1.053 kg Longitud de un bloque: 7.153 mm

.

1.4.2 Unidades del S.I. de base

¿Qué son? Son las unidades sobre las que se fundamenta el sistema. La

combinación de ellas permite obtener todas las unidades derivadas.

¿Cuáles son? Son siete las unidades de base y se muestran en la siguiente tabla:

Estas unidades se definen de la siguiente manera: kilogramo: ’Es la unidad de masa: es igual a la masa del prototipo internacional del kilogramo’. segundo: ‘Es la duración de 9 192 631 770 periodos de la radiación correspondiente a la transición entre los dos niveles hiperfinos del Estado fundamental del átomo de cesio 133’. metro: ‘Es la longitud del trayecto recorrido en el vacío por la luz, durante un tiempo de 1/299 792 458 de segundo’.

ampere: ‘Es la intensidad de una corriente constante que, manteniéndose en dos conductores paralelos, rectilíneos, de longitud infinita, de sección circular despreciable y situados a una distancia de 1 metro uno de otro, en el vacío, produciría entre estos conductores una fuerza igual a 2 X 10-7 newton por metro de longitud’.

1.4.3 Unidades del S.I. de base, continuación

Unidades base, #'#$

kelvin: ‘Unidad de temperatura termodinámica, es la fracción 1/273,16 de la temperatura termodinámica del punto triple del agua’. candela: ‘es la intensidad luminosa, en una dirección dada, de una fuente que emite una radiación monocromática de frecuencia 540 X 1012 hertz y cuya intensidad energética en dicha dirección es 1/683 watt por estereorradián’. mol: ‘Ees la cantidad de sustancia de un sistema que contiene tantas entidades elementales como átomos hay en 0,012 kilogramos de carbono 12. Cuando se emplee el mol, deben especificarse las entidades elementales, que pueden ser átomos, moléculas, iones, electrones u otras partículas o grupos especificados de tales partículas’.

1.4.3 Unidades derivadas

¿Qué son? Son las unidades que se forman por combinaciones simples de las

unidades del SI de base de acuerdo con las leyes de la física. La formación de unidades derivadas a partir de la combinación de las unidades de base del SI no requiere el uso de factores multiplicativos diferentes a la unidad. Esta propiedad es la que determina la coherencia al sistema.

Ejemplos Hay una infinidad de unidades derivadas, ejemplos de algunas

combinaciones de las unidades del S.I. de base que dan lugar a las unidades derivadas, se muestran en la siguiente tabla:

En el área química, una referencia para las unidades derivadas empleadas en cantidad de sustancia es: Cvitas T., Quantities describing compositions of mixtures, Metrologia, 1996, 33, 35-39.


1.4.3 Unidades derivadas, continuación

Unidades derivadas con nombre y símbolo especial

Para facilitar la expresión de unidades derivadas formadas de combinaciones de unidades de base, se le ha dado a un cierto número de ellas un nombre y un símbolo especial. Ejemplos:

Unidades coherentes

La Unidad (derivada) coherente, es: ‘La Unidad de medición derivada que puede expresarse como un producto de potencias de unidades de base con un factor de proporcionalidad igual a uno’. Un Sistema coherente de unidades, es: Aquel Sistema de unidades de medición en el cual todas las unidades derivadas son coherentes.

¡El Sistema Internacional de unidades (SI) es un sistema coherente!

1.4.4 Unidades que NO son del S.I.

¿Qué son? Hay algunas unidades que no pertenecen al S.I., pero por su uso

extendido se considera que es preferible mantenerlas. Ejemplos:

Este tipo de unidades no pertenece al SI, pero es tan extendido su uso que se considera que es preferible mantenerlas por un tiempo. Se recomienda no mezclarlas con unidades del SI. Ejemplos:

1.4.4 Unidades que no son del S.I., continuación

Uso no permitido

Aunque se han mantenido estas unidades, no deben utilizarse en conjunto con el S.I. Ejemplos:

1.4.5 La nomenclatura de la metrología

Prefijos del S.I.

Los prefijos se anteponen al nombre de la unidad para indicar valores en decenas, centenas, millares, etc. A continuación se presentan algunos de los prefijos y sus símbolos aprobados por la CGPM (Conférence Générale des Poids et Mesures- Conferencia General de Pesas y Medidas).

Existen otros prefijos, por ejemplo:

yotta Y 1024 zetta Z 1021 exa E 1018 peta P 1015

Y también para valores menores: femto f 10-15 atto a 10-18 zepto z 10-21 yocto y 10-24

1.4.5 La nomenclatura de la metrología, continuación

Nomenclatura de los símbolos

Al escribir el símbolo de la unidad, considere lo siguiente:

>3 6463 1/ ?423

:4@3+/1-

?423:4@3+/

!->!,'/60 ,#,#''#!'#(#''#,##'#)'

!(6 m, kg

>!,'',#,#!+#''=##$C#C'')'!,

6 (6! D (D!

/'',)'' !(((' (!>!,''(,C'#'#$'!'"+#''!+#'"'#'!,' *#'

<6! <D!

>!,''#,*'",'/'''/'''''''

<7!! <7!!

'','>!,#'#,#')'!-#

#'6$!

#'6!

+#!,'#,!#!'"+#'(!.!,#,#!+#'(=#'#''#'*'

5 '

377!

377


¿Uso de punto o coma?

En la CGPM (Conferencia General de Pesas y Medidas), octubre de 2003, se aceptó el uso del punto o la coma, de acuerdo con el uso de cada país. La norma oficial mexicana NOM-008-SCFI-2002 señalaba a la coma (,) como el único separador decimal a utilizarse en México. Sin embargo, se publicó el 24 de septiembre de 2009 una modificación a esta norma donde se establece el siguiente cambio: Los números pueden ser separados por un pequeño espacio (nunca comas o puntos) en grupos de tres, a izquierda y derecha del signo decimal.

Ejemplos: 1 970,022 5 ó 1 970.022 5 0,690 924 ó 0.690 924

Tabla 21 - Reglas para la escritura de los números y su signo decimal. El signo decimal debe ser una coma sobre la línea (,) o un punto sobre la línea (.). Si la magnitud de un número es menor que la unidad, el signo decimal debe ser precedido por un cero.


Nomenclatura de las magnitudes

En las páginas anteriores estuvimos estudiando sobre la nomenclatura de las unidades y sus símbolos. Ahora estudiemos las reglas de nomenclatura para las magnitudes: >3 6463 1/ ?423

+/1-?423+/

!->!,'4 >601/ '!''*',' (' ')##,># >!,,'##''#.#%#'&

!''@M !''@m

se puede confundir con

metro: m

/'>!,''(''#,>!,'!'

== (!5(!

Expresiones comunes no recomenda-bles

Algunas expresiones que se usan comúnmente pero no se recomienda su uso son: 46/0A

$406 0A

)'))'1'!'1E''1D!'1 '#> '

E')$-##'#-##'#''#'%6$!& '



Usted ha terminado el tema 1.4 ‘Sistema Internacional de Unidades’. A manera de autoevaluación, recuerde:

• Mencione dos ejemplos de unidades y su símbolo respectivo.

• ¿Qué son las unidades básicas?

• ¿Qué son las unidades derivadas?

• Mencione 2 reglas para la nomenclatura de las unidades y sus símbolos

• Mencione 1 regla para la nomenclatura de las magnitudes

Unidad 1.Introducción a la Metrología Tema 1.5 Características de los

instrumentos de medición


En este tema se revisarán los conceptos más importantes relacionados con las características metrológicas de los instrumentos de medida. También aquí, serán discutidos algunos conceptos vinculados a la confirmación metrológica.

Referencia En este tema se utilizan principalmente las definiciones

establecidas por la NMX-Z-055-IMNC-2009 Vocabulario Internacional de Metrología-Conceptos fundamentales y generales, y términos asociados (VIM). Cuando no sea así, se incluye explícitamente la referencia.

Conceptos relacionados con

Como se comentó anteriormente, se revisarán los conceptos relativos a:

1.5.1 Características de los instrumentos 1.5.2 Confirmación metrológica

A continuación, exploraremos sobre cada uno de estos puntos.

1.5.1 Características de los instrumentos

Instrumento de medición

‘Dispositivo utilizado para realizar mediciones, solo o asociado a uno o varios dispositivos suplementarios’. Al respecto, es conveniente revisar el concepto ‘Indicación’, el cual está definido en el VIM como el ‘Valor proporcionado por un instrumento o sistema de medida’.. Nota 1. La indicación puede presentarse en forma visual o acústica, o puede transferirse a otro dispositivo. Frecuentemente viene dada por la posición de una aguja en un cuadrante, como una salida analógica, como un número visualizado o impreso, como una salida digital, por un código, como salidas codificadas, o por el valor asignado, en el caso de medidas materializadas. Nota 2. La indicación y el valor de la magnitud medida correspondiente no son necesariamente valores de magnitudes de la misma naturaleza.

Escala La escala (de un instrumento de medición con dispositivo

visualizador) es la ‘Parte de un instrumento visualizador, que consiste en un conjunto ordenado de marcas, eventualmente acompañadas de números o valores de la magnitud’. Un instrumento con dispositivo visualizador es el ‘Instrumento indicador en el que la señal de salida se presenta en forma visual’.

También podrá escuchar el término ‘división de escala’ que se refiere a la parte de una escala comprendida entre dos marcas sucesivas.

1.5.1 Características de los instrumentos, continuación

Intervalo de indicaciones y amplitud del intervalo

El intervalo nominal de indicaciones es el ‘Conjunto de valores comprendidos entre dos indicaciones extremas redondeadas o aproximadas, que se obtiene para la configuración particular de los controles del instrumento o sistema de medida y que sirve para designar dicha configuración’. El intervalo nominal de indicaciones es normalmente expresado en términos de sus límites inferior y superior, por ejemplo, “100 ºC a 200 ºC”. Cuando el límite inferior es cero, el intervalo nominal de indicación es comúnmente expresado solo por el límite superior: por ejemplo, un alcance nominal de 0 V a 100 V es expresado como “100 V”. La amplitud de un intervalo nominal de indicaciones es ‘Valor absoluto de la diferencia entre los valores extremos de un intervalo nominal de indicaciones’. Ejemplo 1. Para un intervalo nominal de -10 V a +10 V, la amplitud del intervalo nominal de indicaciones es 20 V.

Nota 1. La amplitud de un intervalo nominal de indicaciones es algunas veces denominado con el término proveniente del idioma inglés “span del intervalo nominal”.

Medida materializada

‘Instrumento de medición que reproduce o proporciona de manera permanente durante su utilización, magnitudes de una o varias naturalezas, cada una de ellas con un valor asignado’. Como me menciona en las notas del VIM, una medida materializada puede ser un patrón, y la indicación de una medida materializada es un valor asignado. A continuación, unos ejemplos de medida materializada.



Medida materializada #'#$

Ejemplos de medida materializada:

• Pesa patrón, • medida de volumen

(proporcionando uno o más valores, con o sin escala de valores),

• resistencia eléctrica patrón, • regla graduada, • bloque patrón, • generador de señales patrón, • material de referencia certificado.

Un término relacionado es el: Valor nominal, el cual se define como el ‘Valor redondeado o aproximado de una magnitud característica de un instrumento o sistema de medición, que sirve de guía para su utilización apropiada. Ejemplos de valores nominales (mencionados en el VIM): Ejemplo 1. El valor de 100 Ω marcado sobre una resistencia patrón. Ejemplo 2. El valor 1 000 mL marcado con un trazo sobre un recipiente graduado. Ejemplo 3. El valor 0.1 mol/L de concentración de cantidad de sustancia de una solución de ácido clorhídrico, HCl. Ejemplo 4. El valor -20 ºC de temperatura Celsius máxima de almacenamiento. Nota 1. El término valor nominal no debería confundirse con “valor de una propiedad cualitativa”.


Resolución ‘Mínima variación de la magnitud medida que da lugar a una

variación perceptible de la indicación correspondiente’. Nota 1 (descrita en el VIM). La resolución puede depender, por ejemplo, del ruido (interno o externo) o de la fricción. También puede depender del valor de la magnitud medida. .

Histéresis ‘Fenómeno por el que el estado de un material depende de su

historia previa. Se manifiesta por el retraso del efecto sobre la causa que lo produce’. Este efecto se puede presentar en: Manómetros, Termómetros de líquido en

vidrio, Instrumentos para pesar,

etc.

unidad: fundamentos de metrología física tema 1.1...

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