Aplicaciones del láser en metrología y calibración industriales
2 metrología y calibración
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Seguridad del Equipamiento (EQ), 2 Metrología y Calibración de Instrumentos
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Seguridad del Equipamiento (EQ), 2
Metrología y Calibración de Instrumentos
ERROR SEGÚN COMPORTAMIENTO DE LA INCERTEZA
ERROR SEGÚN SU RELACIÓN CON EL VALOR VERDADERO
Al combinar los errores sistemáticos con los estadísticos, se deben sumar los
cuadrados de los errores absolutos y luego tomar la raíz cuadrada de este
resultado. Si estamos midiendo una magnitud A, el error final o combinado o
efectivo de A, DA, será:
D2A = D2est + D2ap + D2de + D2in + D2ex
ERROR SEGÚN SU RELACIÓN CON EL VALOR VERDADERO
Los errores pueden asimismo expresarse de distintos modos, a saber:
Error absoluto:
“ε” es el valor de la diferencia entre el valor observado “x” y el
verdadero valor “μ”. Tiene las mismas dimensiones que la magnitud
medida y es conveniente expresarla con las mismas unidades de ésta.
ERROR SEGÚN SU RELACIÓN CON EL VALOR VERDADERO
Error relativo:
el cociente entre el error absoluto y el mejor valor de la magnitud, éste nos da la
importancia del error.
Error relativo porcentual:
es la incertidumbre relativa multiplicada por 100.
CALIBRACION
CALIBRACION
ES RESPONSABILIDAD DE LOS CIENTÍFICOS Y TÉCNICOS, LA PREOCUPACIÓN POR
LA CALIDAD DE LOS DATOS QUE SE OBTIENEN CON LA MEDICIÓN ANALÍTICA.
ELLOS DEBEN MANTENER EN TODO MOMENTO UNA ACTITUD CRÍTICA SOBRE LOS
VALORES EXPERIMENTALES OBTENIDOS, PARA GARANTIZAR SU CONSISTENCIA Y
FIABILIDAD.
ELLO SE ACOSTUMBRA A CORREGIR A TRAVÉS DE LOS PROGRAMAS DE
EVALUACIÓN Y DE CALIBRACIÓN.
CALIBRACION
CONJUNTO DE OPERACIONES QUE ESTABLECEN, EN UNAS CONDICIONES
ESPECIFICADAS, LA RELACIÓN QUE EXISTE ENTRE LOS VALORES INDICADOS POR UN
INSTRUMENTO O SISTEMA DE MEDIDA, O LOS VALORES REPRESENTADOS POR UNA
MEDIDA MATERIALIZADA Y LOS CORRESPONDIENTES VALORES CONOCIDOS DE UNA
MAGNITUD DE MEDIDA.
BIPM 1993.
CALIBRACION - DERIVA
Los equipos han de calibrarse dado que sus respuestas generalmente no sonestables en el tiempo.
Las respuestas de los equipos, patrones y otros dentro del laboratorio, varían con elpaso del tiempo debido a diferentes causas: envejecimiento, deterioros, limpiezasinadecuadas, reacciones químicas y otras.
Cuando esta variación es lenta se denomina deriva y se define como:
“LA VARIACIÓN DE UNA CARACTERÍSTICA METROLÓGICA DE UN INSTRUMENTO DE MEDIDA”
BIPM (1993)
CALIBRACIÓN
La calibración es una operación de comparación entre la señal o respuesta del
problema, con la de un patrón de calibración, o muestra de composición conocida.
La calibración se expresa en forma de un factor de calibración, o con una serie de
parámetros correspondientes a la función de una recta o curva de calibración o con
marcas en una escala arbitraria.
Esta definición cubre todas las operaciones de laboratorio. Se diferencia entre un
aparato de medida y un sistema de medidas, siendo un aparato, por ejemplo, una
balanza, y un sistema, un equipo de absorción atómica a la llama, en la cual la
medida depende de una serie de sistemas, verificar parámetros (caudal de operación,
pulverización, atomización, absorción de luz) que podrán ser calibrados en forma
independiente, aún cuando es más ventajoso calibrar el sistema global.
CALIBRACIÓN
El objetivo último de una calibración es asegurar que si 2 laboratorios tienen equipos
que se calibran (comparan) de una manera trazable a un patrón de referencia, se
podrá suponer que en ausencia de otros problemas debidos al personal, métodos,
etc, sus medidas serán claramente comparables y no existirá variación entre las
mismas.
La calibración es una actividad directamente relacionada con las características
esenciales de los resultados experimentales y concretamente con la exactitud.
La calibración no sólo forma parte de la etapa de medida del proceso analítico, sino
que además deberá tenerse en cuenta en la fase inicial de diseño o definición del
modelo experimental, en la planificación del trabajo en el laboratorio, en la evaluación
interna y externa del laboratorio, y en la presentación del resultado.
CALIBRACIÓN
El resultado de la calibración permite estimar los errores de los instrumentos o
sistemas de medidas, y modificar las marcas de las escalas.
En la práctica se utilizan diferentes términos que, aún siendo diferentes a la
calibración, se solapan y complementan.
Mantenimiento, Ajuste, Calibración, Valoración y Estandarización, son operaciones
con objetivos diferentes, aunque todas tienen influencia sobre la exactitud del
resultado.
Según el tipo de calibración, los diferentes métodos analíticos se clasifican en:
Métodos Absolutos:
La medida física se relacionan directamente con la cantidad de materia. Por ejemplo,
las gravimetrías. Éstos apenas necesitan calibración, sino simplemente el ajuste o
mantenimiento preventivo. No por ello son menos importantes, sobre todo la
calibración de la escala de la balanza analítica.
Clasificación de Calibración
Clasificación de Calibración
Métodos Estequiométricos:
La calibración de un reactivo permite relacionar la cantidad patrón con la cantidad del
analito, por mecanismo químico. Por ejemplo, volumetría. Éstos consisten en
determinar el factor de normalidad o el título de la disolución valorante, realizando la
experiencia contra patrones químicos.
Método Comparativo:
En los que los valores obtenidos en las mismas condiciones
experimentales, para una serie de patrones y para la muestra se
relacionan entre sí a través de un factor o una función de
calibración. Son ejemplo de método comparativo la mayoría de las
técnicas instrumentales. Son estos métodos donde la operación se
aplica con toda propiedad. Muchos métodos de análisis son
sistemas de medida más o menos complejos en los que es
muchísimo más fácil calibrar el sistema global que calibrar cada uno
de los componentes, aunque ello añada nuevos condicionantes en la
elección de los patrones. Por ejemplo, en la Espectrometría de
Absorción Atómica es más práctico establecer la recta de calibrado
para cada puesta en marcha del Espectrómetro y sistema de
atomización, que intentar reproducir exactamente las condiciones
experimentales que permiten trabajar con una recta de calibrado
única.
Clasificación de Calibración
CALIBRACION
Señalamos que:
“La calibración es una operación de comparación entre la señal o respuesta delproblema, con la de un patrón de calibración, o muestra de composición conocida.
Pero…
¿Cómo nos aseguramos que los patrones contra los cuales estamos comparando,indican el valor verdadero?
METROLOGIA
METROLOGIA
ES LA CIENCIA Y TÉCNICA QUE TIENE POR OBJETO
EL ESTUDIO DE LOS SISTEMAS DE PESOS Y
MEDIDAS Y LA DETERMINACIÓN DE LAS
MAGNITUDES FÍSICAS.
METROLOGÍA
Históricamente esta disciplina ha pasado
por diferentes etapas; inicialmente su máxima
preocupación y el objeto de su estudio fue el
análisis de los sistemas de pesas y medidas
antiguos, cuyo conocimiento se observa
necesario para la correcta comprensión de los
textos antiguos.
METROLOGÍA
Durante el siglo XVI, el interés por la
determinación de la medida del globo
terrestre y los trabajos que al efecto se
llevaron a cabo por orden de Luis XIV,
pusieron de manifiesto la necesidad de
un sistema de pesos y medidas
universal, proceso que se vio
agudizado durante la revolución
industrial y culminó con la creación de
la Oficina Internacional de Pesos y
Medidas y la construcción de patrones
para el metro y el kilogramo en 1872.
METROLOGÍA
La metrología se ocupa hoy día, del proceso de
medición en sí, es decir, del estudio de los procesos
de medición, incluyendo los instrumentos
empleados, así como de su calibración periódica;
todo ello con el propósito de servir a los fines tanto
industriales como de investigación científica.
La palabra metrología viene del griego "metro" que significa
medir, y "logos" que significa ciencia; es por lo tanto la ciencia de
las mediciones, los métodos y los medios de medición. Busca uniformar las
mediciones en el ámbito internacional, así como las mejores y más económicas
formas de medir para diferentes aplicaciones de la ciencia, la industria y los que
haceres diarios de todas las personas.
METROLOGÍA
Su importancia está en todas las actividades del quehacer diario que
involucran mediciones.
Por ello y para uniformar las mediciones en todos los países, se ha
establecido en el mundo una infraestructura metrológica de carácter
jerárquico y cuya máxima autoridad es el Buró Internacional de Pesos y
Medidas (BIPM), actualmente con sede en París, Francia. Éste reúne
científicos de muchos países y ellos deciden en cuanto a la definición de las
unidades de medida de tal manera que sea posible realizar las definiciones en
los laboratorios nacionales de cada país.
CARACTERIZACIÓN DE LA METROLOGÍA
Metrología científica
Es el conjunto de acciones que persiguen el desarrollo de patrones primarios de medición para las
unidades de base y derivadas del Sistema Internacional de Unidades, SI.
Metrología industrial
La función de la metrología industrial reside en la calibración, control y mantenimiento adecuados de
todos los equipos de medición empleados en producción, inspección y pruebas. Esto con la finalidad
de que pueda garantizarse que los productos están de conformidad con normas. El equipo se controla
con frecuencias establecidas y de forma que se conozca la incertidumbre de las mediciones. La
calibración debe hacerse contra equipos certificados, con relación válida conocida a patrones, por
ejemplo los patrones nacionales de referencia.
Metrología legal
Según la Organización Internacional de Metrología Legal (OIML) es la totalidad de los procedimientos
legislativos, administrativos y técnicos establecidos por, o por referencia a, autoridades públicas y
puestas en vigor por su cuenta con la finalidad de especificar y asegurar, de forma regulatoria o
contractual, la calidad y credibilidad apropiadas de las mediciones relacionadas con los controles
oficiales el comercio, la salud, la seguridad y el ambiente.
SISTEMA INTERNACIONAL DE MEDIDA
También conocido como sistema métrico decimal, establece las unidades que deben ser
utilizadas internacionalmente. Fue creado por el Comité Internacional de Pesas y Medidas.
Estableció 7 magnitudes fundamentales y creó los patrones para medirlas:
También estableció muchas magnitudes
derivadas, que no necesitan de un patrón, por
estar compuestas de magnitudes
fundamentales.
Adicionalmente, existen unidades que, sin ser del SI, están aceptadas para su uso
concomitante y son conocidas como unidades adicionales:
Tabla de múltiplos y submúltiplos
PATRÓN
• Patrón
Medida materializada, aparato de medición, material de referencia o
sistema de medición, destinado a definir, realizar, conservar o reproducir
una unidad o uno o varios valores de una magnitud para servir de
referencia. Los patrones pueden ser internacionales (reconocidos por
acuerdo internacional) y nacionales (reconocidos por acuerdo nacional).
• Medida materializada
Dispositivo destinado a reproducir o a proveer de forma permanente
durante su empleo, uno o varios valores conocidos de una magnitud
dada.
PATRÓN
• Patrón primario
Patrón que se designa o se recomienda por presentar las más altas calidades metrológicas y
cuyo valor se establece sin referirse a otros patrones de la misma magnitud.
• Patrón secundario
Patrón cuyo valor se establece por comparación con un patrón primario de la misma
magnitud.
• Patrón de referencia
Patrón, generalmente de la más alta calidad metrológica disponible en un lugar u
organización dados, del cual se derivan las mediciones que se hacen en dicho lugar u
organización.
• Patrón de trabajo
Patrón utilizado corrientemente para controlar medidas materializadas, aparatos de medición
o materiales de referencia.
• Trazabilidad
Propiedad del resultado de una medición o del valor de un patrón de estar
relacionado a referencias establecidas, generalmente patrones nacionales o
internacionales, por medio de una cadena continua de comparaciones, todas ellas
con incertidumbres establecidas.
• Material de referencia (MR)
Material o substancia que tiene uno (o varios) valor(es) de su(s) propiedad(es)
suficientemente homogéneo(s) y bien definido(s) para permitir su utilización como
patrón en la calibración de un aparato, la evaluación de un método de medición o la
atribución de valores a los materiales.
• Material de referencia certificado (MRC)
Material de referencia provisto de un certificado, para el cual uno o más valores de
sus propiedades está certificado por un procedimiento que establece su enlace con
una realización exacta de la unidad bajo la cual se expresan los valores de la
propiedad y para el cual cada valor certificado cuenta con una incertidumbre a un
nivel de confiabilidad señalado.
Definiciones de las unidades básicas
Un patrón de medidas es el hecho aislado y conocido que sirve como fundamento para crear unaunidad de medida.
Muchas unidades tienen patrones, pero en el sistema métrico sólo las unidades básicas tienenpatrones de medidas.
Los patrones nunca varían su valor. Aunque han ido evolucionando, porque los anterioresestablecidos fueron variables y, se establecieron otros diferentes considerados invariables.
Metro Patrón
1791 la diezmillonésima parte del cuadrante del meridiano deterrestre.
1799 un patrón de platino, primer patrón, construido.
1889 la distancia entre las dos marcas del patrón de platino-iridio a0 C.
1927 la distancia entre las dos marcas del patrón de platino con 10%iridio a 0 C y a 1 atmosfera.
Actualmente depositado en la Oficina Internacional de Pesos yMedidas, de París.
No obstante, la posibilidad de que ese patrón pudiese ser destruido,o cambiar con el tiempo, hicieron necesarios buscar como referenciauna constante universal, que a su vez aportase una mayorprecisión.
Metro Patrón
Por ello, en 1960 la Conferencia General de Pesos y Medidas
(CGPM) define el metro como 1.650.763,73 veces la longitud de
onda de la radiación emitida por el salto cuántico entre los niveles
2p10 y 5d5 de un átomo de kriptón 86.
Errores detectados en el perfil de la línea espectral del kriptón,
hicieron que en 1983 la CGPM adoptase una nueva definición del
metro, vigente hoy en día, que lo define como
“La longitud del camino atravesado por la luz en el vacío durante
un intervalo de tiempo de 1/299.792.458 de un segundo”, basada
en que la velocidad de la luz en el vacío es exactamente
299.792.458 metros / segundo.
Kilogramo Patrón
Se define la unidad de masa (el kilogramo) como la masa igual a la del
prototipo internacional del kilogramo. Este prototipo, construido en 1880 con
una aleación de platino (90%) e iridio (10%), un cilindro de 39 milímetros de
altura y de igual diámetro, se conserva, junto con seis copias, cuatro de las
cuales datan de la misma época, en el BIPM
El kilogramo es la única unidad del S.I. que aún es definida mediante un
objeto material. La mayor desventaja de esta definición es que la masa del
prototipo puede variar con el tiempo y es muy difícil saber con precisión la
magnitud de esa variación las posibles imprecisiones en la masa del prototipo
tienen influencia sobre otras unidades del S.I en cuya definición interviene el
kilogramo, tales como el amperio, el mol o la candela. Por eso la 21
Conferencia General de Pesos y Medidas (1999) recomendó que se
apoyasen las investigaciones para redefinir el kilogramo en función de
constantes físicas universales.
Actualmente aun se esta trabajando en ello y esperan el resultado hacia el
año 2010 costando todo el proceso entre 1,25 y 2,5 millones de dólares, todo
sea para encontrar un nuevo y estable patrón de peso.
Segundo Patrón
Se define desde 1967 como “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”, es decir, la longitud de onda de la radiación emitida por el cesio 133 es medible con
una precisión enorme y, lo que es mas importante, siempre es la misma. Ahora bien, esta
definición corre el peligro de ser sustituida por una mas moderna y precisa basado en los relojes
ópticos aun en fase de desarrollo.
Reloj Atómico
Kelvin Patrón
Un típico diagrama de fase. La línea verde
marca el punto de congelación, la azul, el punto
de ebullición y la roja el punto de sublimación.
Se muestra como estos varían con la presión. El
punto de unión entre las líneas verde, azul y roja
es el punto triple. La línea con puntos muestra el
comportamiento anómalo del agua.
Un Kelvin es la temperatura termodinámica correspondiente a la fracción 1/273,16 de la
temperatura termodinámica del punto triple del agua.
Otras unidades básicas
Amperio (A). Unidad de intensidad de corriente eléctrica.
Definición: Un amperio es la intensidad de una corriente constanteque manteniéndose en dos conductores paralelos, rectilíneos, delongitud infinita, de sección circular despreciable y situados a unadistancia de un metro uno de otro en el vacío, produciría una fuerzaigual a 2•10-7 newton por metro de longitud.
Mol (mol). Unidad de cantidad de sustancia.
Definición: Un mol es la cantidad de sustancia de un sistema quecontiene tantas entidades elementales como átomos hay en 0,012kilogramos de carbono 12. Cuando se emplea el mol, es necesarioespecificar las unidades elementales, que pueden ser átomos,moléculas, iones, electrones u otras partículas o gruposespecificados de tales partículas.
Candela (cd). Unidad de intensidad luminosa.
Definición: Una candela es la intensidad luminosa, en una direccióndada, de una fuente que emite una radiación monocromática defrecuencia 540•1012 hercios y cuya intensidad energética en dichadirección es 1/683 vatios por estereorradián.
RED DE METROLOGÍA NACIONAL
La Red Nacional de Metrología (RNM) es
una instancia público-privada creada por el
Estado de Chile para articular y administrar
el sistema de aseguramiento metrológico,
que garantiza las mediciones realizadas en
Chile de modo que sean comparables,
trazables y aceptadas en otros países. Es,
por tanto, una herramienta clave para el
desarrollo del comercio exterior.
http://www.metrologia.cl/link.cgi/Servicios/342
LABORATORIOS CUSTODIOS DE PATRONES NACIONALES (LCPN)
LCPN-Masa y LCPN- Temperatura
Centro de Estudios, Medición y Certificación de Calidad CESMEC http://www.cesmec.cl
El objetivo principal de los laboratorios LCPN-M y LCPN-T es asegurar la trazabilidad de las
mediciones realizadas en el país -para estas magnitudes al Sistema Internacional de Unidades
(SI). Desde 1997, la responsabilidad de custodiar y administrar los Patrones Nacionales de
Masa y Temperatura de Chile está a cargo de Cesmec Ltda.
LABORATORIOS CUSTODIOS DE PATRONES NACIONALES (LCPN)
LCPN-Longitud
Dirección de Investigaciones Científicas y Tecnológicas (UC) DICTUC
El LCPN-L es la entidad de más alto nivel en el área de la metrología dimensional en Chile.
Está encargado de custodiar, mantener y difundir los patrones nacionales de longitud y es
administrado por Dictuc, filial de la Pontificia Universidad Católica de Chile.
http://www.dictuc.cl/calibracion_instrumentos_medicion_patrones_dimensionales
LABORATORIOS CUSTODIOS DE PATRONES NACIONALES (LCPN)
LPN-Presión
Empresa Nacional de Aeronáutica ENAER http://www.enaer.cl
Su objetivo es otorgar trazabilidad metrológica en todas las mediciones que en esta magnitud
se efectúen en el país es la misión principal del LPN-P, que administra y mantiene los patrones
designados como nacionales en la magnitud presión, y satisface las necesidades de
calibración de instrumentos y equipos de medición de presión utilizados como patrones de
calibración.
LCPN-Fuerza
Instituto de Investigaciones y Control del Ejército de Chile IDIC http://www.idic.cl/
La misión principal del lCPN-F es satisfacer las necesidades de calibración de instrumentos y
equipos de medición de fuerza utilizados como patrones de calibración para otorgar
trazabilidad metrológica en todas las mediciones que en esta magnitud sean efectuadas en el
país.
LABORATORIOS CUSTODIOS DE PATRONES NACIONALES (LCPN)
CISA
Calibraciones Industriales S.A. LCR-Flujos Líquidos http://www.ci-sa.com/
Reconocido formalmente como laboratorio de Calibración de Referencia en la Magnitud Flujo Líquido
para Agua Fría, el lCR-Fl es custodio del patrón nacional de dicha magnitud. Su misión es asegurar la
comparabilidad de las mediciones asociadas, gracias a la integración de la trazabilidad de la medición
de los instrumentos que intervienen en los controles realizados en su Banco de Calibración de
Flujómetros.
LABORATORIOS CUSTODIOS DE PATRONES NACIONALES (LCPN)
LCPN-Magnitudes Eléctricas
Universidad de Concepción UDEC www.udec.cl
Con la misión de entregar al país calibraciones y capacitación en el área eléctrica, con los más altos
estándares técnicos, tal y como lo ofrecen diferentes laboratorios de nivel mundial, nace el LCPN-ME
cuya finalidad es desarrollar la metrología nacional en las magnitudes eléctricas. Cumple estas
funciones por medio de intercomparaciones internacionales que permiten mantener una capacidad
técnica reconocida a nivel nacional e internacional; formando una cultura metrológica nacional gracias
a cursos, publicaciones, documentos técnicos -es decir, por la vía de diseminar las magnitudes
eléctricas y proyectando un mejoramiento de la calidad en el sector eléctrico y sectores asociados del
país.
LABORATORIOS CUSTODIOS DE PATRONES NACIONALES (LCPN)
RED METROLOGICA INTERNACIONAL
CONFIRMACIÓN METROLOGICA
CONJUNTO DE OPERACIONES REQUERIDAS PARA ASEGURARSE DE QUE EL EQUIPO DE
MEDICIÓN ES CONFORME A LOS REQUISITOS CORRESPONDIENTES A SU USO PREVISTO.
NORMA UNE-EN 10012:2003
CONFIRMACIÓN METROLOGICA
Principales factores que influyen en la frecuencia de calibración, estos son:
• Tipo de equipo,
• Recomendación del fabricante,
• Tendencia de datos obtenidos de registros de calibración previos,
• Registros históricos de mantenimiento y servicio,
• Extensión y severidad de uso,
• Tendencia al desgaste y deriva,
• Frecuencia de revisiones cruzadas con otros patrones de referencia,
• Frecuencia y calidad de calibraciones y verificaciones internas,
• Condiciones ambientales (temperatura, humedad, vibraciones, etc.),
• Exactitud requerida de la medición,
• Costo de la calibración.
ROL DEL ISP
Artículo 57. Créase el Instituto de Salud Pública de Chile, “Dr. Eugenio
Suárez Herreros”, en adelante el Instituto, que será un
servicio público funcionalmente descentralizado, dotado de
personalidad jurídica y patrimonio propio. El Instituto
dependerá del Ministerio de Salud para los efectos de
someterse a la supervigilancia de éste en su
funcionamiento y a cuyas políticas, normas y planes
generales deberá sujetarse en el ejercicio de sus
actividades, en la forma y condiciones que determine el
presente Libro.
El Instituto servirá de laboratorio nacional y de referencia
en los campos de la microbiología, inmunología,
bromatología, farmacología, imagenología, radioterapia,
bancos de sangre, laboratorio clínico, contaminación
ambiental y salud ocupacional y desempeñará las demás
funciones que le asigna la presente ley.
Ley Nº 18.122
Art. 1º letra e)
Ley Nº 19.937
Art. 1º Nº 15) y
N 26)
