Metrología Ciencia de las Mediciones Sandra Marcela Rodríguez Zúñiga Laboratorio Costarricense de Metrologia
Historia Historia de la Mediciones
Historia Historia de la Mediciones
The Royal Royal Cubit (= 16/15 of the cubit) and its subdivions
Sistema Sistema Métrico (SI) SIETE UNIDADES BASE
Masa
Kilogramo 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
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.
7
¿Qué es la metrología? Ciencia que se ocupa de:
Mediciones
Unidades de medida
“Se enfoca en la calidad, uniformidad y confianza de las mediciones” 8
Calibración Equipos
Confirmación
¿Qué es la metrología? Prácticamente todas las empresas, sean grandes, medianas o pequeñas “necesidades tienen 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
Importancia de la Metrología •
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.
Areas de la Áreas deMetrología la metrología METROLOGÍA
Metrología Legal
Metrología Industrial Metrología Científica
Metrología Legal
Comercio
Seguridad
Metrología Legal
Salud
Ambiente
METROLOGIA LEGAL
COMERCIO
SALUD
ACTIVIDAD 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.
SEGURIDAD
Medidores de velocidad, influencia de alcohol en conductores y trabajadores, luz, ruido, etc .
AMBIENTE
Resolución de conflictos en procesos que generan polución como: Industria, producción de energía, transporte, etc.
Fuente : Bernard Athané, Director OIML, Metrología 2000
Metrología Científica •
Definición de los patrones
•
Nuevos métodos de medición
•
Nuevos equipos
•
Mantenimiento de patrones
•
Da soporte a la metrología Legal e Industrial
30
Metrología Científica Científica Metrología •
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 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)…
Conceptos Metrología “la ciencia de las mediciones”
Medir “determinar la dimensión, cantidad o capacidad de algo”
Conceptos de metrología Medición
Conjunto de operaciones que tiene por objeto determinar el valor de una magnitud.
Conceptos Ejemplos AJUSTE
Operación de llevar un instrumento de medición o medida materializada, hacia un estado de funcionamiento apropiados para su uso.
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
Cadena ininterrumpida de comparaciones
Incertidumbre
Documentación
Trazabilidad Personal Competente Unidades del Sistema Internacional
Recalibración
A C R E D I T A C I Ó N
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.
•
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”
Conceptos
Preciso pero no veraz
Veraz e inexacto
No veraz e inexacto
Preciso y veraz = exacto
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
BIPM
TRAZABILIDAD: Desde Usted hasta el BIPM
Procedimientos, ensayos, mediciones, controles, calibraciones, reportes, etc…
Laboratorio Metrológico Primario
Laboratorio Secundario
Escalas, balanzas , etc....
Producto
TRAZABILIDAD: Desde Usted hasta el BIPM
TRAZABILIDAD
?
?
Patrón de trabajo
?
Patrón Nacional
?
Patrón secundario
Patrón primario
Conceptos TRAZABILIDAD
Patrones Nacionales
Patrones de Referencia
Patrones de Trabajo Patrones Industriales
Equipo de Medición
Bases para la calibración o medición
Documentos de calibración o medición
Responsable
Función
Laboratorio Nacional de Metrología LNM
Mantener y diseminar los patrones nacionales
Representante ante el BIPM y participante en intercomparaciones
Certificado de calibración para patrones de referencia. Reportes de K.C.
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
Sección de calibración en industrias
Supervisión de equipo de medición para calibraciones internas
Certificados del LNM o de un laboratorio acreditado
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
Certificado de calibración de la industria, marca de calibración
Marca de ensayo o similar
Estructura Nacional de la Metrología
Conceptos LA TRAZABILIDAD
NO GARANTIZA
“EXACTITUD”
Instrumentos de Medición De acuerdo a su principio de medición se clasifican en: • Mecánicos • Electrónicos • Ópticos • Neumáticos • Eléctricos
Instrumentos de Medición Características generales de un instrumento de medición: Características medi ción: • Resolución • División de escala • Histéresis • Clase de exactitud • Sensibilidad • Tiempo de respuesta
Errores 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 condiciones ambienta ambientales les Humedad relativa Presión Gradientes de temperatura Presencia Presencia de partículas Vibraciones Ruido Campos Magnéticos Error por desgaste Falta de mantenimiento al equipo Mal uso en la zona de producción Equipo sobre utilizado
¿Dónde se requiere medir con exactitud?
¿Quién necesita mediciones exactas?
TODOS !
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 -Fecha de calibración
Evidencia de la calibración
-Resultados del proceso -Referencia a la toma de datos
Uso de los certificados de Calibración -Identificación del Patrón utilizado
Evidencia de la trazabilidad
-Institución donde se calibraron -Alcance o nivel de exactitud
Uso de los certificados de Calibración
Para revisar
-Incertidumbre o declaración de cumplimiento -Corrección
Corrección < incertidumbre
Uso de los certificados de Calibración Tabla de resultados
Para revisar
-Gráfico de errores -Relación linear -Tendencias
Gráfico de errores 0,3 0,2 0,1
m n 0,0 , s e -0,1220 n o i c -0,2 e r r -0,3 o c
320
420
520
620
-0,4 -0,5 -0,6
longitud de onda, nm
Relación linear g , a z n a l a b a l e d a r u t c e l
200 150 100 50 0 0
50
100
150
200
patrón de masa, g
ascendente
descendente
Tendencia e d s a e i d c a n a d i b n r u o , s s b e a r o r r e
440
590
0,2
635
-0,3
546,1
465
-0,8 -1,3
longitudes de onda, nm 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 procesos de alta precisión Empresas con pocos instrumentos de medición
Empresas con procesos de alto riesgo
Usos 1. Determinar si los equipos de medición en el proceso están dentro de tolerancia
1
± > ó 3
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
Usos 2. Caracterizar los patrones internos de la empresa
= − ( + + ) 2 = − ( + − ) 1
± > 3
,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
Ajuste Automático o de Escalera •
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.
Métodos para revisar los intervalos de confirmación
Gráfico de Control: •
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.
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 Intervalo Actual (días)
35 70 105 140 175 210 245 280 315 350
Intervalo Sugerido por el Método Para Para reducir Aumentar (días) (días)
39 77 116 154 193 231 270 308 347 385
19 39 58 77 96 116 135 154 173 193
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 Tolerancia 0
0,5
Código 0
1,0
1,5
Código 1
2,0
2,5
Código 2
Métodos para revisar los intervalos de confirmación
Método A2 Código 0 1 2
Descripción Para intrumentos con desvíos dentro de tolerancia. Para intrumentos con desvíos fuera de tolernacia, presentando valores menores que dos veces sus especificaciones. Para intrumentos con desvíos fuera de tolernacia, presentando valores mayores que dos veces sus especificaciones.
Factor + 1,18 % - 12,94 % - 20,63 %
Métodos para revisar los intervalos de confirmación
Método A2: Ejemplo Intervalo Sugerido por el Método Intervalo Actual (días)
35 70 105 140 175 210 245 280 315 350
Código 0 (aumentar a)
Código 1 (disminuir a)
Código 2 (disminuir a )
36 71 107 143 178 214 249 285 321 356
30 61 91 122 152 183 213 244 274 305
28 56 83 111 139 167 194 222 250 278
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
Acción
Continuar
Aumentar Redicir Reducción drástica
Estado de las calibraciones
Actual calibración
Última calibración
Anterior calibración
Dentro
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
Fuera
Dentro
Fuera
Fuera
Fuera
Nuevo
Fuera
Fuera
Dentro
Fuera
Fuera
Fuera
