Sesión 2 Metrología, conceptos básicos-SI

Ciencia de la medición

ING. HUGO L AGUERO ALVA

La percepción inicial de metrología deriva del griego metros: medida y logos: tratado.

Concepto que debe ser casi tan antiguo como el serhumano: “tengo nada”, “tengo algo”, “tengo mucho”;expresiones que reflejan una comparación muyprimitiva pero que perdura en la raza humana bajomuchos aspectos, al punto que actualmente podemosdecir que metrología es la ciencia de lasMediciones.


La metrología

Las ocasiones de medir las tuvo el humano primitivocon las nociones de: cerca-lejos, rápido-lento,liviano-pesado, claro-obscuro, duro-suave, frío-caliente,silencio-ruido.

Originalmente estas percepciones fueron individuales pero con el correr de las experiencias y la vida en común surgieron las comparaciones entre las personas y en eltranscurso de los milenios se han desarrolladobases de comparación generalmente aceptadas..


La Metrología comprende todos los aspectos, tanto teóricos como prácticos, que se refieren a las mediciones, cualesquiera que sean sus incertidumbres, y en cualesquiera de los campos de la ciencia y de la tecnología en que tengan lugar.


Cubre tres actividades principales: • La definición de las unidades de medida internacionalmente aceptadas.

• La realización de las unidades de medida por métodos científicos.

• El establecimiento de las cadenas de trazabilidad, determinando y documentando el valor y exactitud de una medición y diseminando dicho conocimiento.


METROLOGIA

ESTUDIA VALORA

FACILITA

PROPIEDADES MEDIBLES

ESCALAS DE

MEDIDAS

SISTEMA DE

MEDIDAS

METODOS Y TECNICAS DE

MEDICION

CALIDAD DE LAS MEDICIONES Y

MEJORA

CALIDAD DE VIDA

BIENESTAR SOCIAL

DESARROLLO TECNOLOGICO

PROGESO CIENTIFICO


“la Ciencia comienza donde empieza la medición, no siendo posible la ciencia exacta en ausencia de mediciones”.


Medición

Proceso que consiste en obtener experimentalmente uno o varios valores que pueden atribuirse razonablemente a una magnitud. Es comparar con algo (unidad) que se toma como base de comparación.

Las mediciones no son de aplicación a las propiedades cualitativas.

La medición supone una comparación de magnitudes, e incluye el conteo de entidades.

Una medición supone una descripción de la magnitud compatible con el uso previsto de un resultado de medición, un procedimiento de medición y un sistema de medición calibrado operando conforme a un procedimiento de medición especificado, incluyendo las condiciones de medición.


En el práctica la forma de medir obedece al diagrama siguiente:

- Decidir qué medir,- Seleccionar la unidad acorde a la medida,- Seleccionar el instrumento de medición (calibrado),-Aplicar el procedimiento acordado.-Evaluar los resultados-Tomar decisiones


El procedimiento de cómo medir para obtenerresultados reproducibles también es importante y dehecho existen instrucciones precisas sobre cómohacer la acción, qué unidades emplear y qué patrónutilizar.


Exactitud de la medición

Grado de concordancia entre el resultado de unamedición y el valor verdadero (o real) de lo medido(el mensurando).


Categorías de la Metrología

Metrología científica

Metrología industrial

Metrología legal

Se ocupa de la organización y el desarrollo de los patrones de medida y de su mantenimiento (el nivel más alto).

Se ocupa de la calibración, control y mantenimiento adecuados detodos los equipos de medición empleados en producción, inspección y pruebas que se emplean en las empresas.

Se ocupa de aquellas mediciones que influyen sobre la transparencia de las transacciones comerciales, la salud y la seguridad de los ciudadanos


Unidad

Una magnitud particular, definida y adoptada porconvención, con la cual se comparan las otras magnitudesde igual naturaleza para expresarlascuantitativamente en relación a dicha magnitud

Una unidad es un valor en términos del cual puededefinirse la magnitud medida.


Patrón

Es una medida materializada, instrumento de medir, material de referencia o sistema de medición, destinadoa definir, realizar, conservar o reproducir una unidado uno o varios valores conocidos de una magnitud,a fin de transmitirlos por comparación a otros instrumentosde medir.


Magnitud

Propiedad de un fenómeno, cuerpo o sustancia, que puedeexpresarse cuantitativamente mediante un número y una referencia

El concepto genérico de magnitud puede dividirse en varios niveles de conceptos específicos.

La referencia puede ser una unidad de medida, un procedimiento de medición, un material de referencia o una combinación de ellos.


CONCEPTO GENERICO DE MAGNITUD

CONCEPTO ESPECIFICO DE MAGNITUD

CONCEPTOS GENERICOS PARA MAGNITUDES INDIVIDUALES


Una magnitud, tal como se define aquí, es una magnitudescalar. Sin embargo, un vector o un tensor, cuyas componentes sean magnitudes, también se considera como una magnitud.

El concepto de “magnitud” puede dividirse, de formagenérica, en “magnitud física”, “magnitud química” y “magnitud biológica”, o bien en magnitud de base y magnitud derivada.


Naturaleza de la magnitud

Propiedad común a magnitudes mutuamente comparables

La clasificación de las magnitudes según su naturaleza esen cierta medida arbitraria.

Ejemplo 1Las magnitudes diámetro, circunferencia ylongitud de onda se consideran generalmente magnitudesde una misma naturaleza denominada longitud.

Ejemplo 2Las magnitudes calor, energía cinética yenergía potencial se consideran generalmente magnitudesde una misma naturaleza denominada energía.


Las magnitudes de la misma naturaleza en unsistema de magnitudes dado tienen la misma dimensión. Sin embargo magnitudes de la misma dimensión no sonnecesariamente de la misma naturaleza.

EjemploPor convención, las magnitudes momento de una fuerza y energía no se consideran de la misma naturaleza, aunque tengan la misma dimensión.


Sistema Internacional de Magnitudes

Sistema de magnitudes basado en las siete magnitudesde base:


Valor de una magnitud

Conjunto formado por un número y una referencia, queconstituye la expresión cuantitativa de una magnitud.

Longitud de una varilla determinada: 5,34 m ó 534 cm

Masa de un cuerpo determinado: 0,152 kg ó 152 g

Curvatura de un arco determinado: 112 m-1

Temperatura Celsius de una muestra determinada: -5 °C

Índice de refracción de una muestra dada de vidrio: 1,32

Dureza Rockwell C de una muestra dada (con carga de 150 kg): 43,5 HRC (150 kg)


Mensurando

Magnitud que se desea medir o magnitud sujeta a medición

La especificación de un mensurando requiere el conocimiento de la naturaleza de la magnitud y la descripción del estado del fenómeno, cuerpo o sustancia que tiene a dicha magnitud como una propiedad, incluyendo las componentes pertinentes y las entidades químicas involucradas.

La medición, incluyendo el sistema de medición y las condiciones bajo las cuales se realiza ésta, podría alterar el fenómeno, cuerpo o sustancia, de tal forma que la magnitud que se está midiendo difiera del mensurando. En este caso sería necesario efectuar la corrección apropiada.


Procedimiento 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

Un procedimiento de medición se documenta habitualmente con suficiente detalle para que un operador pueda realizar una medición.

Un procedimiento de medición puede incluir un enunciado referido a una incertidumbre de medición objetivo.


Procedimiento de medición de referencia. procedimiento de medición aceptado para producir resultados de medición apropiados para su uso previsto, para evaluar la veracidad de los valores medidos obtenidos a partir de otros procedimientos de medición, para magnitudes de la misma naturaleza, para una calibración o para la caracterización de materiales de referencia

Procedimiento de medición primario Procedimiento de medición de referencia utilizado para obtener un resultado de medición, independientemente de cualquier patrón de medición de una magnitud de la misma naturaleza


Resultado de medición

Conjunto de valores de una magnitud atribuidos a unmensurando, acompañados de cualquier otra información relevante disponible

Un resultado de medición contiene generalmente información relevante sobre el conjunto de valores de una magnitud.

El resultado de una medición se expresa generalmente como un valor medido único y una incertidumbre de medición.


VALOR DE LA

MEDICIÓN

VALOR MEDIDO

VALOR VERDADER

O

VALOR CONVENCION

AL

valor de una magnitud que representa un resultado de medición

valor de una magnitud compatible con la definición de la magnitud

valor asignado a una magnitud, mediante un acuerdo, para undeterminado propósito


Exactitud de la medición

El grado de concordancia entre el resultado de una medición y un valor verdadero del mensurando, haciendo hincapié en que a) el término exactitud es cualitativo y b) que no se utilice el término exactitud en lugar de precisión

Se dice que una medición es más exacta cuanto más pequeño es el error de medición.

El término “exactitud de medición” no debe utilizarse en lugar de “veracidad de medición”, al igual que el término “precisión de medición“ tampoco debe utilizarse en lugar de “exactitud de medición”, ya que esta última incluye ambos conceptos.


EXACTITUD

VERACIDAD

PRECISION

Grado de coincidencia entre el valor medio obtenido de una gran serie de resultados y un valor aceptado como referencia, viene expresada usualmente en términos de sesgo, definiéndose este como la diferencia entre el valor medio obtenido y un valor aceptado como referencia

Grado de coincidencia existente entre los resultados independientes de una medición, obtenidos en condiciones estipuladas, ya sea de repetibilidad, de reproducibilidad o intermedias. -Depende únicamente de la distribución de los resultados, no estando relacionada con el valor verdadero o especificado.- Se expresa generalmente a partir de la desviación típica de los resultados. A mayor desviación típica menor precisión.

Engloba dos conceptos


Calibración

Operación que bajo condiciones especificadas establece, en una primera etapa, una relación entre los valores y sus incertidumbres de medición asociadas obtenidas a partir de los patrones de medición , 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 medición a partir de una indicación


Una calibración puede expresarse mediante una declaración, una función de calibración, un diagrama de calibración, una curva de calibración o una tabla de calibración.En algunos casos, puede consistir en una corrección aditiva o multiplicativa de la indicación con su incertidumbre correspondiente.

Conviene no confundir la calibración con el ajuste de un sistema de medición, a menudo llamado incorrectamente “autocalibración”, ni con una verificación de la calibración.

Frecuentemente se interpreta que únicamente la primera etapa de esta definición corresponde a la calibración.


Verificación

La verificación, por su parte, consiste en revisar, inspeccionar, ensayar, comprobar, supervisar, o realizar cualquier otra función análoga, que establezca y documente que los elementos, procesos, servicios o documentos están conformes con los requisitos especificados. Puede decirse que la verificación es una calibración “relativa”.

Ejemplo. La confirmación de que la resistencia a la tracción de un eje está de acuerdo a la especificación técnica correspondiente

NOTA : No debe confundirse la verificación con la calibración. No toda verificación es una validación.


Validación

Verificación, donde los requisitos especificados son adecuados para un uso previsto

Ejemplo. Un procedimiento de medición habitualmente utilizado para la medición de la concentración en masa de nitrógeno en agua, puede también validarse para la medición en el suero humano.


Instrumento de medición

Dispositivo utilizado para realizar mediciones, solo o asociado a uno o varios dispositivos suplementarios

Un instrumento de medición que puede utilizarse individualmente es un sistema de medición.

Un instrumento de medición puede ser un instrumento indicador o una medida materializada .


Sistema de medición

Conjunto de uno o más instrumentos de medición y,frecuentemente, otros dispositivos, incluyendo reactivos ysuministros, ensamblados y adaptados para proporcionar valores medidos dentro de intervalos especificados, para magnitudes de naturalezas dadas

Un sistema de medición puede estar formado por un único instrumento de medición.


Sistema Internacional de Unidades (SI)

Sistema de unidades basado en el Sistema Internacionalde Magnitudes, con nombres y símbolos de las unidades, y con una serie de prefijos con sus nombres y símbolos, así como reglas para su utilización.


El SI surge como una necesidad de uniformizar la comunicación mundial en cuanto a pesos y medidas, debido fundamentalmente a la diferencia de idiomas, estilos y terminología que usa cada país.


La Conferencia General de Pesos y Medidas (CGPM) adoptó el SI en el año 1960.

Su uso va adquiriendo mayor alcance a partir de fines de la década del ´70.

El Perú por ser miembro de la CGPM también adoptó el SI oficialmente mediante el DS No. 064-84 ITI/IND. Sin embargo, en nuestro medio es muy poco o casi nada conocido este sistema, empleándose simbologías antiguas o incorrectas en revistas especializadas y en algunos textos de todo nivel.


Las unidades del SI están divididas en 3 clases:

. Unidades de Base.

. Unidades Derivadas.

. Unidades Suplementarias.


Las Unidades de base:Son siete ( 7 ), bien definidas por su convención y están consideradas dimensionalmente independientes.


Las Unidades Derivadas

Son aquellas que están dadas por expresiones algebraicas a partir de las unidades de base o suplementarias, algunas de las cuales tienen un nombre especial y un símbolo particular y pueden a su vez ser utilizadas para expresar otras unidades.


Algunas Unidades Derivadas del SI, mas comunes

Algunas Unidades Derivadas del SI, mas comunes


Unidades derivadas del SI, con nombres

Unidades derivadas del SI, con nombres


Unidades del SI, expresadas por medio de nombres especiales

Unidades del SI, expresadas por medio de nombres especiales


Unidades Suplementarias del SIUnidades Suplementarias del SI

Magnitud Unidad Símbolo

Ángulo plano Radián rad

Ángulo sólido Estereorradían sr


El producto de dos o más unidades:

Una raya oblicua, /, una línea horizontal, o productonegativo pueden ser usados para expresar una unidad derivada formada de otras dos por división:

Solo se puede usar una sola diagonal a menos que los paréntesis sean usados para evitar ambigüedades.

Puntuación de las unidades derivadas

. ó N m Nm

1/ ó ó .m

m s m ss

3 3 1 3. / . ó . . . , pero no . / /kg m s A kg m s A kg m s A


Los prefijos en el SI


Para preservar la ventaja del Sistema Internacional como un sistema, es aconsejable minimizar su uso con unidades de otros sistemas.

La Sociedad Americana de Materiales y Ensayos (ASTM) recomienda que tal uso está limitado a las unidades EN USO registradas en siguiente tabla:

Unidades de sistemas diferentes


Otro grupo de unidades cuyo uso está temporalmente aceptado con el Sistema Internacional, es la siguiente:


Conversiones

El Sistema Anglosajón

Está basado en la yarda, libra y segundo

1 Yarda = 3 pies = 36 pulgadas; 1 pie = 12 pulgadas 1 pulgada = 2,54 cm = 25,4 mm 1 libra = 0,453.592 kg 1 Galón imperial = 4,543.963 litros


0 0

0 0

5C = ( 32)

9

9 = ( 32)

5

x F

F x C

Temperatura y cantidad de calor

1 caloría = 4,1868 julios; en el SI 1 cal = 4,18604 J

1 kcal = 4186,8 J = 426,928 kgm = 3,96832 Btu


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