UNIDAD 1 CONCEPTOS BASICOS DE MEDICION

METROLOGIA Y NORMALIZACION

OBJETIVO GENERAL: Seleccionar y utilizar adecuadamente los diferentes instrumentos y/o equipos de medición para la lectura de los diferentes parámetros mecánicos y eléctricos, que permitan tener un mejor control en el diseño, instalación y operación de sistemas y dispositivos, de acuerdo a la normativa nacional e internacional.

INGENIERIA MECATRONICA

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Antecedentes

Las civilizaciones antiguas desarrollaron formas precisas para medir 4 características: longitud, área, volumen y peso o masa.

Muchas de las unidades de medición antiguas derivaban de partes del cuerpo o de materiales que se podían obtener fácilmente.

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El problema que tenían estas unidades de medición era que los cuerpos de las personas no tienen todos las mismas medidas.

Los primeros intentos para solucionar esto tenían como idea la estandarización de las longitudes.

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1.1 Necesidad e importancia de las mediciones

En la vida diaria constantemente se hacen mediciones, por ejemplo: el tiempo que toma trasladarse de un lugar a otro, la cantidad de mercancías que se compran, etc.

El científico inglés William Thomson Kelvin (1824-1907) resumió la importancia de la medición como parte esencial del desarrollo de la ciencia, y la expreso mediante el siguiente comentario: "Con frecuencia digo que cuando se puede medir y expresar con números aquello sobre lo cual se está hablando, se sabe algo del tema; pero cuando no se puede medir, es decir, cuando no es posible expresarlo con números, el conocimiento es insuficiente".

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Si utilizamos cualquier objeto para medir, los resultados serán diferentes, dependiendo del objeto empleado para comparar. Para evitar esto se utilizan los patrones de medida, que son acuerdos internacionales para medir y obtener el mismo resultado.

 

Para medir de la manera más correcta es necesario que los instrumentos utilizados para la medición estén correctamente calibrados

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Concepto de medición

Una medición consiste en comparar la magnitud de una variable con una unidad de medida.

En el proceso de medición intervienen tres elementos:

1.- La propiedad o fenómeno que se desea medir.

2.- El instrumento o aparato de medición utilizado.

3.- La unidad de medida que se toma como base de comparación.

2 (vernier)

1 (pieza)

3 (mm)

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Toda medición requiere de magnitudes para que pueda ser entendida

Las magnitudes son cualidades o características de los cuerpos susceptibles de ser medidas o comparadas cuantitativamente con números y con un patrón o unidad básica.

Para medir las magnitudes, los científicos han creado unidades de medida y las agruparon en sistemas de unidades.

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Como se dividen las mediciones

Directas

Consisten en comparar la magnitud a medir con una escala material y hacer un conteo de las unidades y submúltiplos de la escala que tiene la magnitud. Por ejemplo, para medir la longitud de una mesa se realiza una medición directa con una regla graduada.

Indirectas

Una medición indirecta generalmente presupone una directa y un cálculo matemático; por ejemplo: para medir el área de un círculo se determina la longitud de su diámetro con una medición directa y el empleo de la fórmula A = P r2.

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Términos relacionados a mediciones

  Medir es desarrollo: No es muy desacertado pensar que el desarrollo de la humanidad está en cierta forma relacionado con los avances en materia de mediciones. Muchos fenómenos serían imposibles de analizar y, por consiguiente, de estudiar, si no existiera algún medio para observarlos o medirlos.

Medir es seguridad: Al transcurrir el tiempo, las sucesivas mediciones suministran una valiosa información permitiendo desarrollar proyectos más acertados, mejorar costes y satisfacer mejor las necesidades .  

Medir es eficiencia: Las mediciones acertadas y en el momento oportuno evitan costes innecesarios y conducen hacia direcciones más correctas en el desarrollo de las tareas facilitando la toma de decisiones, tanto en el proyecto como durante de los procesos involucrados.

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La palabra metrología proviene del termino (metro= medida) y logos (tratado o estudio), por lo que la metrología se define como el estudio de las medidas

La importancia de la metrología radica en que tanto empresarios como consumidores necesitan saber con suficiente exactitud cuál es el contenido exacto de un determinado producto.

Por otro lado, es necesario homogeneizar las unidades de medida en todos los pueblos y países. Por ejemplo, un kilo de azúcar pesado en Lima debe contener la misma cantidad que un kilo de azúcar pesado en México, Venezuela, Estados Unidos, o en cualquier parte del mundo.

Importancia de la metrología

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CONCEPTOS BÁSICOS.

Metrología: Es la ciencia que trata de las mediciones, de los sistemas de unidades adaptados y los instrumentos usados para efectuarlas e interpretarlas.

Medir: es comparar una medición con otra que llamamos unidad.

Unidad de medida: Es la cantidad estandarizada de una determinada magnitud física.

Patrón de medida: Un patrón de medidas es el hecho aislado y conocido que sirve como fundamento para crear una unidad de medida

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Campos de aplicación de la metrología. 

Tipos de metrología

Metrología legal

Este termino esta asociado con los requisito técnicos obligatorios.

Recibir exactamente la cantidad por la que se esta pagando.

Metrología científica

Se ocupa de los problemas teóricos y prácticos relacionados con las unidades de medida (como la conversión de las unidades de medida mediante fórmulas)

Metrología industrial

Esta termino se centra en las medidas aplicables a la producción y control de calidad

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Beneficios de la Metrología

La metrología proporciona confianza e información sobre la variabilidad de los procesos para su control y mejoramiento. La metrología encierra grandes ventajas y beneficios para todos los sectores industriales, destacando los siguientes:

Incremento en el nivel de calidad de los productos.Disminución de rechazos.Aumento de la productividad.Disminución de costos.Promueve el desarrollo de un sistema armonizado de medidas, necesarios para que la industria sea competitiva.

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Metrología dimensional  

La metrología dimensional se encarga de estudiar las técnicas de medición que incluyen aquellas propiedades que se determinen mediante la unidad de longitud, como por ejemplo:

Distancia, Posición, Diámetro, Redondez Rugosidad, etc.

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Términos asociados a la metrología dimensional

Las tolerancias dimensionales y geométricas es un estándar internacional para comunicar instrucciones acerca del diseño y manufactura de piezas.

Se usan para describir la pieza a fabricarse y también para dar un cierto margen de error aceptable, con lo que se pretende incrementar la calidad en algún producto, o incrementar la producción de este.

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1.2 Laboratorios primarios y secundarios

El laboratorio es un lugar dotado de los medios necesarios para realizar investigaciones, experimentos, prácticas y trabajos de carácter científico, tecnológico o técnico; está equipado con instrumentos de medida o equipos con que se realizan experimentos, investigaciones o prácticas diversas, según la rama de la ciencia a la que se dedique.

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Laboratorio de metrología

En este laboratorio se aplica la ciencia que tiene por objeto el estudio de las unidades y de las medidas de las magnitudes; define también las exigencias técnicas de los métodos e instrumentos de medida.

Los laboratorios de metrología se clasifican jerárquicamente de acuerdo a la calidad de sus patrones

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Tipos de laboratorios de metrología

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La Oficina Internacional de Pesas y Medidas (BIPM, por sus siglas en francés, Bureau International des Poids et Mesures; a menudo traducido también como Oficina Internacional de Pesos y Medidas y Buró Internacional de Pesos y Medidas), es el coordinador mundial de la metrología.

Laboratorio nacional: es el que posee el patrón nacional primario y los patrones nacionales de transferencia (los empleados realmente para evitar el desgaste del primario).

Laboratorio intermedio: típicamente son laboratorios de universidades, centros de investigación y similares.

Laboratorio industrial: en las propias instalaciones de la empresa, para la realización del control de calidad o el ensayo de prototipos.

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1.3 Errores en las mediciones

El error de medición se define como la diferencia entre el valor medido y el valor verdadero. Afectan a cualquier instrumento de medición y pueden deberse a distintas causas.

Las causas que se pueden prever, calcular, eliminar mediante calibraciones y compensaciones, se denominan determinanticos o sistemáticos y se relacionan con la exactitud de las mediciones. Los que no se pueden prever, pues dependen de causas desconocidas, o estocásticas se denominan aleatorios y están relacionados con la precisión del instrumento.

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Mediciones repetidas de una magnitud dada con el método, por el mismo observador e instrumento y en circunstancias análogas, no conducen siempre al mismo resultado.

 

Esto muestra que cada una de ellas está afectada de un error que depende de los agentes que concurren a la medición, a saber:

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Método o medida empleada

Observador Instrumento

Condiciones del ambiente en que se desarrolla la experiencia

Tipos de errores

Atendiendo a su naturaleza los errores cometidos en una medición admiten una clasificación en dos grandes vertientes: errores aleatorios y errores sistemáticos.

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Error aleatorio. No se conocen las leyes o mecanismos que lo causan por su excesiva complejidad o por su pequeña influencia en el resultado final.

Errores por las condiciones ambientales

Error sistemático. Permanecen constantes en valor absoluto y en el signo al medir una magnitud en las mismas condiciones, y se conocen las leyes que lo causan.

Errores de alineación de instrumentosErrores de diseñoErrores por desgasteError de apreciación. Son debidos a fallos en

la toma de la medida, asociados a limitaciones (visuales, auditivos, etc.) del observador

Error de posicionamiento y error de paralaje

Causas de errores

Al hacer mediciones, las lecturas que se obtienen nunca son exactamente iguales, aun cuando las efectúe la misma persona, sobre la misma pieza, con el mismo instrumento, el mismo método y en el mismo ambiente (repetibilidad).

Los errores surgen debido a la imperfección de los sentidos, de los medios, de la observación, de las teorías que se aplican, de los aparatos de medición, de las condiciones ambientales y de otras causas.

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Tipos de causas que provocan errores

Errores por instrumento o

equipo de medición

Error de posición Errores del operador

Errores por el uso de instrumentos no

calibrados

Error por la fuerza ejercida

Errores por punto de apoyo

Error por condiciones ambientales

Error por desgaste Error de paralaje

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Errores por el instrumento o equipo de medición

Las causas de errores atribuibles al instrumento, pueden deberse a defectos de fabricación (dado que es imposible construir aparatos perfectos). Estas pueden ser:

Deformaciones Falta de linealidad Imperfecciones mecánicas Falta de paralelismo, etc.

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Muchas de las causas de errores provocados por el operador pueden ser:

Falta de agudeza visual, Descuido Cansancio, Alteraciones emocionales, etc.

Para reducir este tipo de error es necesario adiestrar al operador.

Errores del operador o por el modo de medición

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Este error surge cuando utilizamos en las mediciones, instrumentos no calibrados o cuya fecha de calibración está vencida, así como instrumentos sospechosos de presentar alguna anormalidad en su funcionamiento.

Para reducir este tipo de error es necesario calibrar constantemente el instrumento de medición

Error por el uso de instrumentos no calibrados

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La fuerza ejercida al efectuar mediciones puede provocar deformaciones en la pieza por medir, el instrumento o ambos.

Error por la fuerza ejercida al efectuar mediciones y por instrumento inadecuado:

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Antes de realizar cualquier medición es necesario determinar cuál es el instrumento o equipo de medición más adecuado para la aplicación de que se trate.

Error por el uso de instrumento inadecuado

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Especialmente en los instrumentos de gran longitud la manera como se apoya el instrumento provoca errores de lectura. En estos casos deben utilizarse puntos de apoyo especiales.

Errores por puntos de apoyo

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Este error ocurre debido a la posición incorrecta del operador con respecto a la escala graduada del instrumento de medición, la cual está en un plano diferente.

El error de paralaje es más común de lo que se cree. Este defecto se corrige mirando perpendicularmente el plano de medición a partir del punto de lectura.

Error de paralaje

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Error de posición

Este error ocurre cuando no se coloca la pieza adecuadamente alineada con el instrumento de medida o cuando con pequeños instrumentos manuales se miden piezas grandes en relación de tamaño.

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Los instrumentos de medición, como cualquier otro objeto, son susceptibles de desgaste, natural o provocado por el mal uso .

Debido a este tipo de errores se tienen que realizar verificaciones periódicas para comprobar si se mantiene dentro de unas especificaciones.

Error por desgaste

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Entre las principales causas por las que surge este error destacan la temperatura, la humedad, el polvo y las vibraciones o interferencias (ruido) electromagnéticas extrañas.

Error por condiciones ambientales

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1.4 Sistemas de unidades y patrones

Con objeto de garantizar la uniformidad y equivalencia en las mediciones, así como facilitar las actividades tecnológicas industriales y comerciales, diversas naciones del mundo suscribieron el Tratado del Metro, en el que se adoptó el Sistema Métrico Decimal. Este Tratado fue firmado por diecisiete países en París, Francia, en 1875.

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El Tratado del Metro otorga autoridad (CGPM - Conferencia General de Pesas y Medidas), al (CIPM - Comité Internacional de Pesas y Medidas) y a la (BIPM - Oficina Internacional de Pesas y Medidas), para actuar a nivel internacional en materia de metrología.

Historia del Sistema Internacional (SI)

En el año de 1948, la novena Conferencia General de Pesas y Medidas (CGPM)

encomienda al Comité Internacional de Pesas y Medidas (CIPM), el estudio completo de

una reglamentación de las unidades de medida del sistema MKS.

En 1954, la décima Conferencia General de Pesas y Medidas, adopta las unidades de

base de este sistema práctico de unidades en la forma siguiente: de longitud (metro) de

masa (kilogramo) de tiempo (segundo) de intensidad de corriente eléctrica (ampere) de

temperatura termodinámica (kelvin) y de intensidad luminosa (candela)

En 1960, reunido el Comité Internacional de Pesas y Medidas, emite su recomendación

por la que establece el nombre de Sistema Internacional de Unidades (SI), para las

unidades de base adoptadas por la décima CGPM.

En 1971 se decide incorporar a las unidades de base del SI, la mol como unidad de

cantidad de sustancia. Con esta son 7 las unidades de base que integran el Sistema

Internacional de Unidades.

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El SI es considerado como el conjunto de magnitudes, unidades y patrones definidos de una

manera coherente y sistemática empleados para expresar la medición de propiedades y

fenómenos físicos

El SI puede ser usado legalmente en cualquier país del mundo, incluso en aquellos que no lo han implantado. En muchos otros países su uso es obligatorio.

Fue creado en 1960 por la Conferencia General de Pesos y Medidas, que inicialmente definió seis

unidades físicas básicas. En 1971 se añadió la séptima unidad básica, el mol.

La Ley Federal sobre Metrología y Normalización establece que el Sistema Internacional es el

sistema de unidades oficial en México, el cual está definido por la Norma Oficial Mexicana NOM-

008-SCFI-2002, “Sistema General de Unidades de Medida”. 

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Las unidades de medida del SI son las unidades utilizadas para expresar las magnitudes físicas definidas como básicas, a partir de las cuales se definen las demás:

Unidades de medida del SI

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A partir de este conjunto coherente de unidades de medición se establecen otras unidades derivadas, mediante las cuales se miden diversas magnitudes tales como velocidad (m/s), aceleración (m^2/s), fuerza (N), presión (Pa), energía (J) y resistencia eléctrica, entre otras.

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Unidades derivadas del SI

De igual manera el SI establece unidades secundarias los cuales corresponden a los múltiplos y submúltiplos de las unidades básicas y derivadas

Sistema Ingles

El Sistema Británico o ingles, aunque ya no esta considerado por el BIPM, aun se usa bastante y es muy frecuente encontrar elementos mecánicos en pulgadas, pies, roscas etc., pues son parte de maquinas de origen norteamericano y de reino unido.

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La pulgada (in)Habitualmente se divide en fracciones o decimales de pulgada

Fracciones de pulgada

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El pie (ft) Equivalencias 0,33333333333333 yardas 12 pulgadas 12.000 miles 30,48 cm

El pie es una unidad de longitud de origen natural, basada en el pie humano, ya utilizada por las civilizaciones antiguas.

1.5 Calibración y certificación

Calibración

El conjunto de operaciones que tiene por finalidad determinar los errores de un instrumento para medir y, de ser necesario, otras características metrológicas.

Certificación

Procedimiento por el cual se asegura que un producto, proceso, sistema o servicio se ajusta a las normas o lineamientos o recomendaciones de organismos dedicados a la normalización nacionales o internacionales.

El Centro Nacional de Metrología (CENAM) es el laboratorio nacional en materia de medidas de México.

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Todas las calibraciones realizadas por el CENAM son trazables a Patrones Nacionales desarrollados conforme a los lineamientos establecidos por la Conferencia General de Pesas y Medidas y soportados por sistemas de calidad aplicados a equipos y métodos que el CENAM mantiene en forma estricta.

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El Centro Nacional de Metrología ofrece servicios de calibración de la más alta calidad metrológica a los distintos sectores económicos como apoyo a sus esfuerzos por alcanzar una mejor calidad en sus productos y servicios que resulten en beneficio de la sociedad

Funciones del CENAM

El CENAM es responsable de establecer y mantener los patrones nacionales, ofrecer servicios metrológicos como calibración de instrumentos y patrones, certificación y desarrollo de materiales de referencia, cursos especializados en metrología, asesorías y venta de publicaciones.

Mantiene un estrecho contacto con otros laboratorios nacionales y con organismos internacionales relacionados con la metrología, con el fin de asegurar el reconocimiento internacional de los patrones nacionales de México y, consecuentemente, promover la aceptación de los productos y servicios de nuestro país.

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Ejemplo de calibradores Los calibradores o calibradores de procesos sirven básicamente en la

técnica de medición, control y regulación para el ajuste y la verificación en instalaciones de control e instrumentación. Los calibradores tienen diferentes magnitudes que deben ser atribuidas a señales de medida normalizadas.

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La imagen muestra uno de los calibradores de procesos calibrando un termómetro infrarrojo. 

Equipos que ya estén en funcionamiento deben ser verificados regularmente con la ayuda de los calibradores y, en caso necesario, ser recalibrados con calibradores de procesos, obteniendo así la calidad deseada.

Los aparatos de mano sencillos o instalaciones de medición, como medidores de temperatura infrarrojos o sonómetros, pueden y deben ser verificados regularmente con calibradores de sonido o temperatura cuando exista la sospecha de una variación mayor a la que aparece en las especificaciones técnicas.

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Certificación

El certificado de aprobación de los aparatos de medición ( certificado de la metrología) es un documento publicado por la agencia federal, el cual certifica que el aparato de medición dado y el tipo de medida que se realiza es aprobado para el uso en la Federación. El certificado debe contener el número de referencia usado para identificar el instrumento de medida aprobado en el Registro Estatal de Instrumentos de Medición.

La certificación de los instrumentos de medida debe ser realizada por laboratorios acreditados por ENAC (Entidad Nacional de Acreditación) según los acuerdos de las propias Entidades de Acreditación Nacionales.

El instrumento certificado se compone del instrumento de medida en cuestión y su certificado de calibración incluyendo en la portada del certificado su número de serie o su código correspondiente para una correcta identificación del instrumento.

El suministro de instrumentos certificados es una ventaja sobre otros proveedores de instrumentos de medida ya que si se dispone de un laboratorio de calibración acreditado, se puede disponer de plazos de entrega sin competencia a unos precios muy competitivos.

GRACIAS POR SU

ATENCION