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Metrología Ciencia de las Mediciones Sandra Marcela Rodríguez Zúñiga Laboratorio Costarricense de Metrologia
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Metrología Ciencia de las Mediciones
Sandra Marcela Rodríguez Zúñiga
Laboratorio Costarricense de Metrologia
Historia de la Mediciones
The Royal Cubit (= 16/15 of the cubit) and its subdivions
Sistema Métrico (SI)
Masa Kilogramo (kg)
Longitud Metro (m)
Tiempo Segundo (s)
Temperatura Kelvin (K)
Corriente Eléctrica Ampere (A)
Cantidad de Substancia Mol (mol)
Intensidad Luminosa Candela (cd)
Sistema Internacional de Unidades
SIETE UNIDADES BASE
Historia del Sistema Internacional • Nacimiento del Sistema Métrico Decimal 1790: “REVOLUCIÓN
FRANCESA”
– La academia de Ciencias de París propone un sistema de medidas para dar orden a las mediciones en Francia
– Sistema basado
• Masa y longitud
– A partir de ellas era posible desarrollar unidades derivadas como volumen y área
Historia del Sistema Internacional
Universalización del Sistema Métrico Decimal:
1875
• 17 países firman un tratado internacional denominado
la Convención del Metro
• Se forma la Conferencia General de Pesas y Medidas (CGPM) como máxima autoridad en materia de Metrología
¿Qué es la metrología?
Ciencia de las mediciones y sus aplicaciones
La metrología incluye todos los aspectos teóricos y prácticos de las mediciones, cualesquiera que sean
su incertidumbre de
medida y su campo de
aplicación.
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¿Qué es la metrología?
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Ciencia que se ocupa de:
Mediciones
Unidades de medida Equipos
Confirmación
Calibración
“Se enfoca en la calidad, uniformidad y confianza de las mediciones”
¿Qué es la metrología?
Prácticamente todas las empresas, sean grandes, medianas o pequeñas tienen “necesidades metrológicas”, aunque no siempre las reconocen como tales.
¿Qué es la metrología?
Las empresas deben contar con buenos instrumentos para obtener medidas confiables y garantizar buenos resultados. CALIDAD
Competitividad Internacional
¿Para qué sirve?
• Reducir rechazos y reprocesos.
• Aprovechar mejor las materias primas.
• Asegurar el cumplimiento de especificaciones.
Importancia de la Metrología
• Es la base de los conocimientos científicos, del desarrollo de la tecnología, la automatización de la industria y la normalización
• Respalda la calidad de la producción
• Asegura la intercambiabilidad de las piezas y partes
• Protege la salud y la seguridad del ciudadano
• Protege los intereses del consumidor y del país
• Aumenta la confianza de los clientes.
• Permite asegurar la calidad del producto disminuyendo los costos por rechazos.
• Apoya objetivamente las decisiones de mejora.
• Aumenta la eficiencia en el uso de los recursos.
• Facilita la comparación en caso de controversia.
Importancia de la Metrología
Metrología Legal
METROLOGÍA
Metrología Industrial
Metrología Científica
Áreas de la metrología Areas de la Metrología
Metrología Legal
Comercio Salud
Seguridad Ambiente
Metrología Legal
METROLOGIA LEGAL
COMERCIO
SALUD
SEGURIDAD
AMBIENTE
Protección del consumidor, conflicto de intereses entre vendedores y compradores, comercio internacional.
Instrumentos y métodos usados en diagnóstico médico: temperatura, presión, electroencefalogramas, cardiogramas, análisis de sangre, etc.
Medidores de velocidad, influencia de alcohol en conductores y trabajadores, luz, ruido, etc .
Resolución de conflictos en procesos que generan polución como: Industria, producción de energía, transporte, etc.
Fuente : Bernard Athané , Director OIML, Metrología 2000
ACTIVIDAD
• Definición de los patrones
• Nuevos métodos de medición
• Nuevos equipos
• Mantenimiento de patrones
• Da soporte a la metrología Legal e Industrial
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Metrología Científica
Metrología Científica
• Organización y desarrollo de los Patrones y su conservación (el más alto nivel)
Reloj Atómico
Exactitud de 1 s en 20
millónes de años
Metrología Científica
Metrología Industrial Es aplicada por laboratorios de calibración acreditados que
brindan servicios a la industria o por personal calificado de la industria que se encarga de llevar el control metrológico de los equipos de medición.
Se encarga del adecuado funcionamiento de los instrumentos de medición usados en la industria, los procesos de producción y los laboratorios de pruebas.
Algunas definiciones (VIM)…
“la ciencia de las mediciones”
“determinar la dimensión, cantidad o capacidad de algo”
Medir
Metrología
Conceptos
Conceptos de metrología
Medición
Conjunto de operaciones que tiene por objeto determinar el valor de una magnitud.
AJUSTE
Operación de llevar un instrumento de medición o medida materializada, hacia un estado de funcionamiento apropiados para su uso.
Ejemplos
Ajuste del cero de una balanza.
Ajuste de la posición de una escala para llevarla a un punto determinado.
Conceptos
¿Qué es la calibración? Calibración
Operación que bajo condiciones especificadas establece, en una
primera etapa, una relación entre los valores y sus incertidumbres
de medida asociadas obtenidas a partir de los patrones de medida,
y las correspondientes indicaciones con sus incertidumbres
asociadas y, en una segunda etapa, utiliza esta información para
establecer una relación que permita obtener un resultado de
medida a partir de una indicación
Conceptos
¿Qué es la calibración? Calibración
Acción de comparar lo que indica un instrumento y lo que debería indicar de acuerdo a un patrón de referencia con valor o dimensión conocida.
Conceptos
Certificado de Calibración
Tener un instrumento calibrado, significa que conocemos la diferencia entre “lo que el instrumento indica” y “lo que debiera indicar”, lo que queda establecido en el certificado de calibración.
Conceptos
Laboratorios de Calibración
Trazabilidad
AC
RED
ITAC
IÓN
Cadena ininterrumpida de comparaciones
Incertidumbre
Personal Competente
Unidades del Sistema Internacional
Documentación
Recalibración
Conceptos
Comprobación
Es una etapa posterior a la calibración, consiste en confirmar el cumplimiento de requerimientos, normalmente expresados en tolerancias, utilizando evidencia objetiva.
Conceptos
Verificación
Revisión o prueba con respecto a una norma o documento legal (reglamento técnico de cumplimiento obligatorio) para determinar si un instrumento o medio de medición cumple con las especificaciones establecidas o recomendadas.
Conceptos
• Debe existir un documento base para realizar la verificación.
• Ese documento puede ser : Un Reglamento Nacional Una Norma o
Recomendación Internacional
Una especificación del fabricante
• Los resultados de una verificación se expresan en un documento denominado “Certificado de Verificación”
Preciso pero no veraz
No veraz e inexacto
Preciso y veraz = exacto
Veraz e inexacto
Conceptos
Trazabilidad
Cadena ininterrumpida de comparaciones hasta la Unidad
Base del Sistema Internacional, estableciendo todas sus
incertidumbres.
NMI
Usted, el
Usuario Fallas en la
Medición
Conceptos
BIPM
Laboratorio Metrológico Primario
Laboratorio Secundario
Escalas, balanzas , etc....
Producto
Procedimientos, ensayos, mediciones, controles, calibraciones, reportes, etc…
TRAZABILIDAD: Desde Usted hasta el BIPM
Patrón primario
Patrón de trabajo
Patrón Nacional
Patrón secundario
TRAZABILIDAD
? ? ? ?
TRAZABILIDAD: Desde Usted hasta el BIPM
Todos los
sectores de
la industria
Mediciones y
ensayos
como parte
del sistema
de control de
calidad
Certificado de
calibración de
la empresa o
marca de
calibración
Marca de
ensayo
o similar
Supervisión
de equipo de
medición para
calibraciones
internas
Sección de
calibración
en industrias
Certificados
del LNM o de
un laboratorio
acreditado
Certificado de
calibración de
la industria,
marca de
calibración
Laboratorios
Secundarios
acreditados
Salvaguardar
la estructura
metrológica
de un país
Certificados
del LNM o de
otro
laboratorio
acreditado
Certificado de
calibración
para patrones
de trabajo
Laboratorio
Nacional de
Metrología
LNM
Mantener y
diseminar los
patrones
nacionales
Certificado de
calibración
para patrones
de referencia.
Reportes de
K.C.
Representante
ante el BIPM y
participante en
inter-
comparaciones Patrones
Nacionales
Patrones
de Referencia
Patrones de Trabajo
Patrones Industriales
Equipo de Medición
Responsable Función
TRAZABILIDAD
Conceptos
Bases para
la
calibración
o medición
Documentos
de
calibración
o medición
Estructura Nacional de la Metrología
LA TRAZABILIDAD
NO GARANTIZA
“EXACTITUD”
Conceptos
Instrumentos de Medición
De acuerdo a su principio de medición se clasifican en:
• Mecánicos
• Electrónicos
• Ópticos
• Neumáticos
• Eléctricos
Características generales de un instrumento de medición:
• Resolución
• División de escala
• Histéresis
• Clase de exactitud
• Sensibilidad
• Tiempo de respuesta
Instrumentos de Medición
Error por instrumento inadecuado
Error por el uso de instrumentos no calibrados
Errores de Medición
Errores de operador o por el método de
medición
Error por desgaste
Falta de mantenimiento al equipo
Mal uso en la zona de producción
Equipo sobre utilizado
Error por condiciones ambientales Humedad relativa Presión Gradientes de temperatura Presencia de partículas Vibraciones Ruido Campos Magnéticos
Errores de Medición
¿Dónde se requiere medir con exactitud?
TODOS !
¿Quién necesita mediciones exactas?
Certificados de Calibración Interpretación y Usos
Interpretación
Valor Nominal (VN)
Lectura Patrón (LP)
Lectura Calibrando (LC)
Corrección (C)
Incertidumbre (I)
50 50.0 49 +1 ±0.1
100 100.0 101 -1 ±0.2
150 150.0 150 0 ±0.4
200 200.0 202 -2 ±0.5
250 250.0 247 +3 ±0.7
Uso de los certificados de Calibración
Evidencia
de la
calibración
-Fecha de
calibración
-Resultados del
proceso
-Referencia a la
toma de datos
Uso de los certificados de Calibración
-Identificación del
Patrón utilizado
-Institución donde
se calibraron
-Alcance o nivel
de exactitud
Evidencia
de la
trazabilidad
Uso de los certificados de Calibración
-Incertidumbre
o declaración
de
cumplimiento
-Corrección
Para
revisar
Corrección < incertidumbre
Uso de los certificados de Calibración Tabla de
resultados
-Gráfico de
errores
-Relación
linear
-Tendencias
Para
revisar
Gráfico de errores
-0,6
-0,5
-0,4
-0,3
-0,2
-0,1
0,0
0,1
0,2
0,3
220 320 420 520 620
longitud de onda, nm
co
rre
cio
ne
s, n
m
Relación linear
0
50
100
150
200
0 50 100 150 200
patrón de masa, g
lec
tura
de
la
ba
lan
za
, g
ascendente descendente
Tendencia
440635
590
546,1465
-1,3
-0,8
-0,3
0,2
longitudes de onda, nmerro
res, u
nid
ad
es d
e
ab
so
rb
an
cia
50 %t 30 %t 20 %t 10 %t
Usos
1. Determinar si los equipos de medición en el proceso están dentro de tolerancia
Aplica Empresas con
pocos instrumentos de medición
Empresas con procesos de
alta precisión
Empresas con procesos de alto riesgo
Usos
1. Determinar si los equipos de medición en el proceso están dentro de tolerancia
±1
3𝑇𝑜𝑙𝑒𝑟𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 > 𝐶𝑜𝑟𝑟𝑒𝑐𝑐𝑖ó𝑛
Usos
2. Caracterizar los patrones internos de la empresa
Aplica Empresas con
muchos instrumentos de medición
Empresas con sistemas de
calidad implementado
Empresas con personal
capacitado en metrología
2. Caracterizar los patrones internos de la empresa
Usos
𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟1 = 𝐿𝐶 − (𝐿𝑃𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑛𝑜 + 𝐶 + 𝐼)
𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟2 = 𝐿𝐶 − (𝐿𝑃𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑛𝑜 + 𝐶 − 𝐼)
±1
3𝑇𝑜𝑙𝑒𝑟𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 > 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 1,2
Usos
2. Caracterizar los patrones internos de la empresa
Patrón interno
3 veces mejor que los equipos de medición en
el proceso
Mejor resolución
Determinación de los Intervalos de Confirmación
Metrológica
Factores de influencia en los Intervalos de Confirmación
• Tipo de equipo.
• Recomendación del fabricante.
• Información estadística de otras Calibraciones.
• Historial de mantenimiento y servicio.
• Tendencia a desgaste y desviación.
• Grado de severidad en el uso.
Factores de Influencia en los Intervalos de Confirmación
• Condiciones ambientales.
• La exactitud buscada.
• Las consecuencias de que se acepte como correcto un valor medida incorrecto, debido a equipo defectuoso.
• La frecuencia de verificación cruzada contra equipos o patrones internos.
• Costo.
Factores de Influencia en los Intervalos de Confirmación
• Los intervalos de calibración y confirmación
deben establecerse haciendo un balance entre:
• El costo generado por equipos de medición fuera de tolerancia (producto no conforme).
• El costo de la confirmación y calibración.
Guía para Definir los
Intervalos de Calibración y Confirmación de acuerdo
OIML D-10
Intervalos de Confirmación y Calibración
Constan de dos etapas:
• Definir el intervalo inicial (para equipo nuevo).
• Definir el intervalo subsecuente de confirmación (equipo en uso).
Selección del intervalo inicial de confirmación
• Se aplica la “Intuición de Ingeniería”, es decir una persona con experiencia en equipos similares y con conocimiento de las recomendaciones de los fabricantes y los intervalos utilizados por otros laboratorios hace una estimación en cuanto al lapso de tiempo en que ese instrumento se mantendrá dentro de la tolerancia después de la confirmación.
Selección del intervalo inicial de confirmación
• Es recomendable que este intervalo no sea muy amplio ya que aún no se ha determinado el comportamiento del equipo
Revisión de los Intervalos de Confirmación
• “Un sistema que mantenga intervalos
de confirmación sin revisar, determinados solamente por la llamada intuición de ingeniería no se considera lo suficientemente fiable”
Métodos para revisar los intervalos de confirmación
• Ajuste Automático o de Escalera
• Gráfico de Control
• Tiempo Calendario
• Tiempo de uso
• En servicio o Ensayo: “Caja Negra”
Métodos para revisar los intervalos de confirmación
• Se aplica individualmente por equipo
• Cada vez que se confirma un equipo se extiende el período si se encuentra dentro de tolerancia y se reduce el período si está fuera de ella.
• Desventaja: Se produce un desequilibrio en la carga de confirmación y se requiere de gran planificación para cubrir todos los equipos.
Ajuste Automático o de Escalera
Métodos para revisar los intervalos de confirmación
• Se gráfica los resultados de las confirmaciones y se analizan las tendencias. Con base en ellas se hace una proyección y se determina el tiempo necesarios para la nueva confirmación.
• Desventaja: Difícil de aplicar en equipo complejo. Es necesario conocer la dispersión del equipo.
Gráfico de Control:
Métodos para revisar los intervalos de confirmación
Tiempo calendario:
• Se aplica por grupos de equipos.
• Los equipos de medición se disponen inicialmente en grupos a partir de su similitud de construcción y de su fiabilidad esperada. Al grupo se le asigna un intervalo inicial con base en la intuición de ingeniería.
Métodos para revisar los intervalos de confirmación
Tiempo calendario:
Para cada grupo de equipos se debe determinar el período idóneo. Ese período puede variarse con el tiempo. Se pueden utilizar medios estadísticos para definir los períodos de cada grupo de equipos.
Métodos para revisar los intervalos de confirmación
Tiempo calendario:
Para cada grupo se lleva un control de cuantas unidades regresan de la confirmación fuera de tolerancia o requieren mantenimiento durante el período de uso. Con base en esa información se varía el intervalo de confirmación para todo el grupo de instrumentos.
Métodos para revisar los intervalos de confirmación
Tiempo de uso: • Se aplica en forma individual.
• El tiempo para cada confirmación se expresa en horas uso del equipo, en lugar de tiempo calendario. Es especialmente útil en patrones que no sufren desgaste en los períodos de almacenamiento y cuyos costos de confirmación son excesivos.
• Desventaja: Debe considerarse el desgaste por almacenamiento.
Métodos para revisar los intervalos de confirmación
En servicio o ensayo: “Caja Negra”
• Se aplica en forma individual
• Se verifican los parámetros críticos (en intervalos cortos, por ejemplo una vez al día) utilizando un aparto portátil de calibración o mediante una “Caja Negra” hecha específicamente para verificar los parámetros seleccionados. Si se encuentra que no es conforme se la aplica una confirmación completa.
¿Cómo calcular el aumento o disminución en los intervalos
de calibración?
Recomendación de la National Conference of Standards Laboratories (NCSL)
Métodos para revisar los intervalos de
confirmación
Método A1
Si el instrumento está dentro de tolerancia
(condición 1) se aumenta el intervalo en un
factor “a”.
Si el instrumento está fuera de tolerancia
(condición 2) se disminuye el intervalo a un
factor “b”.
Métodos para revisar los intervalos de
confirmación
Método A1
Cuando el instrumento está dentro de
tolerancia se define un a=10% (aumentar el
intervalo en 10 %).
Nuevo Intervalo = Intervalo Anterior * 1,1
Métodos para revisar los intervalos de confirmación
Método A1 Cuando el instrumento está fuera de
tolerancia se define un b=55% (disminuir el
intervalo a un 55 %).
Nuevo Intervalo = Intervalo Anterior * 0,55
Métodos para revisar los intervalos de confirmación
Método A1 :ejemplo
Para
Aumentar
(días)
Para reducir
(días)
35 39 19
70 77 39
105 116 58
140 154 77
175 193 96
210 231 116
245 270 135
280 308 154
315 347 173
350 385 193
Intervalo Sugerido por el
MétodoIntervalo Actual
(días)
Métodos para revisar los intervalos de confirmación
Método A2
Está basado también en el cumplimiento de
la tolerancia.
Se definen tres códigos:
Cero: el instrumento está dentro de tolerancia
Uno: el instrumento está fuera de tolerancia. Su
desvío fuera de tolerancia es menor que dos veces la
tolerancia.
Dos: el instrumento está fuera de tolerancia. Su
desvío fuera de tolerancia es mayor que dos veces la
tolerancia.
Métodos para revisar los intervalos de confirmación
Método A2
0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5
Código 0 Código 1 Código 2
T o l e r a n c i a
Métodos para revisar los intervalos de confirmación
Código Descripción Factor
0Para intrumentos con desvíos dentro de
tolerancia.+ 1,18 %
1Para intrumentos con desvíos fuera de
tolernacia, presentando valores menores
que dos veces sus especificaciones.
- 12,94 %
2Para intrumentos con desvíos fuera de
tolernacia, presentando valores mayores
que dos veces sus especificaciones.
- 20,63 %
Método A2
Métodos para revisar los intervalos de confirmación
Método A2: Ejemplo
Código 0
(aumentar a)
Código 1
(disminuir a)
Código 2
(disminuir a )
35 36 30 28
70 71 61 56
105 107 91 83
140 143 122 111
175 178 152 139
210 214 183 167
245 249 213 194
280 285 244 222
315 321 274 250
350 356 305 278
Intervalo
Actual (días)
Intervalo Sugerido por el Método
Métodos para revisar los intervalos de confirmación
Método A3
Considera las tres últimas calibraciones y
sus resultados.
El intervalo puede variar a: Aumentar,
reducir y reducir drásticamente, o bien
puede ser mantenido en un mismo valor.
Métodos para revisar los intervalos de confirmación
Método A3
Acción
AcciónActual
calibración
Última
calibración
Anterior
calibraciónDentro Nuevo
Dentro Fuera Nuevo
Dentro Fuera Dentro
Dentro Dentro Fuera
Dentro Fuera Fuera
Fuera Nuevo
Fuera Dentro Nuevo
Fuera Dentro Dentro
Dentro Dentro Nuevo
Dentro Dentro Dentro
Redicir Fuera Dentro Fuera
Fuera Fuera Nuevo
Fuera Fuera Dentro
Fuera Fuera Fuera
Estado de las calibraciones
Continuar
Aumentar
Reducción
drástica
Laboratorio Costarricense de Metrología San José, Costa Rica
Teléfono (506) 2283-6580 Fax (506) 2283-5133 www.lacomet.go.cr
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