METROLOGÍA Y CALIBRACIÓN

CAROLINA SOTO MARIPÁN

ENCARGADA DE CALIBRACIONES

SUBDEPARTAMENTO DE NORMALIZACIÓN Y CONTROL LNV

MOP - Dirección de Vialidad - Laboratorio Nacional

CONTENIDO

Conceptos básicos de Metrología (Trazabilidad,

Calibración, Verificación, Error, Incertidumbre).

Clasificación y Verificación de Balanzas.

Interpretación de Certificados de Calibración para

dispositivos de carga (balanzas y prensas).

¿QUÉ ES LA METROLOGÍA?

Ciencia que se ocupa de las mediciones y

sus aplicaciones.

Unidades de medida.

Equipos utilizados para efectuarlas.

Conceptos básicos de Metrología

Exactitud de medida.

Error.

Incertidumbre.

Trazabilidad.

Calibración.

Verificación.

Exactitud de medida

Proximidad entre un valor medido y el valor verdadero del

mensurando

Posee una componente de veracidad y una de precisión

de medida.

+ Precisión -

Valor medido menos un valor de referencia.

Error = indicación - patrón

Valor medido

9,8 m.

Valor de referencia

10,0 m.

Error = 9,8 m - 10,0 m = -0,2 m

Incertidumbre

Parámetro estadístico asociado al resultado de

una medición que caracteriza la dispersión de

los valores que podrían razonablemente ser

atribuidos al mensurando.

Se denota con la letra U.

Ejemplo : La temperatura ambiente promedio

es de 21,0 ± 0,2 ºC

[ 20,8 ºC – 21,2 ºC ]

No confundir…

Error: Diferencia entre el valor medido y un valor

verdadero del mensurando. Tiene signo.

Incertidumbre: Duda acotada acerca del

resultado de la medición. Es un

intervalo.

Trazabilidad

Propiedad de un resultado de una medición o del

valor de un patrón, tal que pueda relacionarse con

referencias establecidas, generalmente patrones

nacionales o internacionales, a través de una

cadena in-interrumpida de comparaciones, todas

ellas con incertidumbres determinadas (V.I.M.)

BIPM: Bureau International des Poids et Mesures

(Oficina internacional de pesos y medidas)

Ejemplo de Trazabilidad

Intercomparaciones RNM

INN+LCPN

Laboratorios de calibración Acreditados

Laboratorios internos de calibración Empresa X

Laboratorios de calibración Acreditados

Laboratorios internos de calibración Empresa Z

Exportar √

Calibración.

Conjunto de operaciones que establecen, bajo

condiciones especificadas, la relación entre los

valores de una magnitud indicados por un

instrumento de medición, y los valores

correspondientes de esa magnitud materializados

por patrones, con sus incertidumbres asociadas

(V.I.M.).

Verificación.

Conjunto de operaciones llevadas a cabo por un

organismo o personal competente y que tiene

como finalidad constatar o afirmar que el

instrumento satisface plenamente las exigencias

de los reglamentos o especificaciones. Aportación

de evidencia objetiva que un ítem dado, cumple

requisitos especificados.

Ajuste.

Arreglar, modificar, hacer o poner algo en el

instrumento, para que errores de indicación estén

dentro de lo permisible.

Conjunto de operaciones realizadas sobre un SM

para que proporcione indicaciones

correspondientes a valores dados de la magnitud

a medir.

Ciclo metrológico de un instrumento

Mantención

preventiva

Calibración

Verificación

Ajuste

Uso habitual

Cumple

Balanzas

La Masa de un cuerpo es la cantidad de materia contenida en él. Su valor es deducido por comparación entre el cuerpo y los patrones de masa en una balanza.

La masa no depende de la latitud ni de la altura.

Conceptos de Masa y Peso

Balanzas Capacidad Máxima

(CMax.): Capacidad máxima de pesaje sin tomar en cuenta la capacidad aditiva de tara.

Capacidad Mínima (CMin.): Valor de carga bajo el cual los resultados de pesaje pueden estar sujetos a errores significativos.

Balanzas Intervalo de escala

actual (d):Distancia entre dos marcas expresadas en valores de masa (análogo) y diferencia entre dos valores consecutivos (digital).

Balanzas

Intervalo de verificación de escala (e): Valor expresado en unidades de masa utilizado para la clasificación y verificación del instrumento.

Número de intervalos de escala (n): Cociente entre la capacidad máxima y el intervalo de verificación de escala e.

Clasificación de Balanzas

Clase de

exactitud

e, intervalo de

escala de

verificación

n, número de intervalos de

escala de verificación

Capacidad

Mínima CMin

(Límite más

bajo) Mínimo Máximo

Clase I 0,001 g ≤ e 50000 100e

Clase II 0,001 g ≤ e ≤ 0,05

0,1 g ≤ e

100000

Clase III 0,1 g ≤ e ≤ 2 g

5 g ≤ e

Clase IIII 5 g ≤ e 100 1000 10e

Nota: Para determinar la Capacidad Mínima (CMin), se reemplaza el intervalo de

verificación de escala (e), por el intervalo de escala real (d), cuando sean diferentes.

Errores máximos permitidos

Error Máximo

Permitido en

servicio

Para cargas m expresadas en intervalos de escala de verificación e

Clase I Clase II Clase III Clase IIII

± 1 e 0 ≤ m ≤ 50000 0 ≤ m ≤ 5000 0 ≤ m ≤ 500 0 ≤ m ≤ 50

± 2 e 50000 < m ≤ 200000 5000 < m ≤ 20000 500 < m ≤ 2000 50 < m ≤ 200

± 3 e 200000 < m 20000 < m ≤ 100000 2000 < m ≤ 10000 200 < m ≤ 1000

Patrones de Calibración

Las masas utilizadas para la verificación de

un instrumento no deberán presentar un

error mayor a un 1/3 del error máximo

permitido del instrumento para la carga

aplicada.

Clases de exactitud de Masas Patrones. OIML R111

Clases de exactitud de Masas Patrones.OIML R111

Recomendación Clase de Exactitud de los Patrones para efectuar calibraciones

Exactitud de la balanza Número de divisiones

n=CMáx/e

Exactitud requerida en los

patrones

Clase 4 corriente ≤ 1000 d Clase M3

Clase 3 Media ≤ 10000 d Clase M2 M1

Clase 2 Fina

Balanzas de precisión

≤ 30000 d

≤ 100000 d

Clase F2

Clase F1

Clase 1 Alta > 100000 d Clase E2

Prueba de Repetibilidad La repetibilidad de la balanza es una medida de lo

bien que ésta será capaz de medir de forma

repetitiva una masa. Junto con el resto de las

pruebas a realizar, nos asegura que el valor de la

masa obtenido es el correcto.

La prueba de repetibilidad se realizará con una

carga cercana a la capacidad máxima de la

balanza (≈ CMax). La manera de realizar el

estudio de repetibilidad será, una vez ajustado el

cero, colocar y quitar la masa, o masas patrón,

una serie de 10 veces, anotando, cada vez que se

obtenga la estabilidad, el valor indicado.

Prueba de Repetibilidad

La diferencia entre los resultados de varios

pesajes de la misma carga no debe ser mayor que

el valor absoluto del error máximo permitido del

instrumento para esa carga (Norma

NCh2562.Of2001).

Prueba de Excentricidad

Este ensayo, se realiza para estudiar las diferencias en

las lecturas de la balanza, cuando las cargas se sitúan

fuera del centro geométrico del plato. Las diferentes

indicaciones de la carga aplicada deben cumplir con los

errores máximos permitidos.

Se utilizará una carga de un 1/3 ó 1/4 de la capacidad

máxima de la balanza. Situar la masa, o masas patrón,

en el centro del platillo y efectuar la lectura. Después

realizar la misma operación con las masas desplazadas

del centro a las posiciones 2, 3, 4 y 5 indicadas en la

figura, haciendo la lectura correspondiente en cada

posición. El error de excentricidad Eecc corresponde a la

máxima diferencia entre la indicaciones obtenidas:

Prueba de Excentricidad

Eecc = lmax – lmin

El error de excentricidad

Eecc deberá ser menor o

igual al valor absoluto del

error máximo permisible.

Prueba de Discriminación Esta prueba tiene por objetivo, verificar la habilidad de la

balanza para reaccionar frente a pequeñas variaciones de

carga. El umbral de discriminación para una carga dada,

es el valor de la carga adicional más pequeña que, cuando

se deposita suavemente en el receptor de carga o se retira

de éste, causa un cambio perceptible en la indicación.

Ejemplo:

1 g 4000g

Prueba de Linealidad

Cuando una balanza se va a utilizar para

medida directa deberán comprobarse a lo

largo de toda la escala los valores indicados

con respecto a un juego de pesas calibradas,

esto servirá para comprobar cuánto se

desvía la balanza respecto a los valores

nominales y aplicar por tanto las correcciones

necesarias.

Prueba de Linealidad Esta prueba se realiza con al menos 5 cargas

de prueba diferentes, distribuidas de forma

razonablemente uniforme en el alcance de

pesada normal (alcance máximo), o en

puntos de prueba individuales acordados. Valor

Nominal

Patrón

Indicación

inicial

Error de

indicación

inicial

Indicación Final

Error de

indicación

EMP en ± Observaciones

[g] [g] [g] [g] [g] [g]

1 ≈ Cmin

2 1er tramo EMP

3 ≈ ½ CMax

4 2do Tramo EMP

5 ≈ Cmax.

Gracias

Nominal

Patrón

Indicación Error de

indicación

EMP en ±

Observaciones

[g] [g] [g] [g]

1 ≈ Cmin

2 1er tramo EMP

3 ≈ ½ CMax

4 2do Tramo EMP

5 ≈ Cmax.

Verificación MOP - Dirección de Vialidad - Laboratorio Nacional

Error Máximo

Permitido en

servicio

Para cargas m expresadas en intervalos de escala de verificación e

Clase I Clase II Clase III Clase IIII

± 1 e 0 ≤ m ≤ 50000 0 ≤ m ≤ 5000 0 ≤ m ≤ 500 0 ≤ m ≤ 50

± 2 e 50000 < m ≤ 200000 5000 < m ≤ 20000 500 < m ≤ 2000 50 < m ≤ 200

± 3 e 200000 < m 20000 < m ≤ 100000 2000 < m ≤ 10000 200 < m ≤ 1000

Prensas

Fuerza

Prensa CBR Prensa Marshall Prensa Hormigón

Sistema de Unidades En física, un newton o neutonio o neutón (símbolo: N) es

la unidad de fuerza en el Sistema Internacional de Unidades,

nombrada así en reconocimiento a Isaac Newton por su

trabajo y su extraordinaria aportación a la Física,

especialmente a la mecánica clásica.

El newton se define como la fuerza necesaria para

proporcionar una aceleración de 1 m/s2 a un objeto de 1 kg de

masa. Es una unidad derivada del SI que se compone de las

unidades básicas:

Lectura de fuerza

Fuerza = Función (deformación)

Lectura Indirecta

Lectura de fuerza

Lectura Directa

Calibración prensas de ensaye

Clase del rango de

la máquina

Valor máximo permitido

Error de Exactitud

relativo

Error de

Repetibilidad

relativo

Error de

Reversibilidad

relativo (1)

Error de Cero

relativo

Error de Resolución

relativa

0,5 ± 0,5 0,5 ± 0,75 ± 0,05 0,25

1 ± 1,0 1,0 ± 1,50 ± 0,10 0,50

2 ± 2,0 2,0 ± 3,00 ± 0,20 1,00

3 ± 3,0 3,0 ± 4,50 ± 0,30 1,50

El error de reversibilidad relativo sólo se determina cuando se solicita (6.4.8, NCh2598/1). En el caso de las prensas de los

laboratorios de Vialidad, no se requiere analizar la respuesta del instrumento a la reversibilidad.

Valores característicos del sistema de medición de fuerzas

Fuente: (NCh2598/1.Of2009)

Interpretación certificado calibración

(Fi) Indicación – (F) Lectura Patrón= Error,

Por lo tanto:

“Valor Verdadero” = Indicación – Error

Llevando esto al ejemplo, sería lo siguiente:

Cuando la indicación del instrumento es 600 kN, el “valor

verdadero” se encuentra dentro del intervalo:

[600-(-40)-12 ; 600-(-40)+12] kN

[628 ; 652] kN, con una probabilidad de un 95% aprox.

Incertidumbre expandida

Factor de cobertura

K=1 (68,27%) Valor esperado comprendido entre μ–σ y μ+σ

K=2 (95,45%) Valor esperado comprendido entre μ–2σ y μ+2σ

K=3 (99,73%) Valor esperado comprendido entre μ–3σ y μ+3σ

Gracias

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