ASIGNATURA: ASIGNATURA: Metrología y Normalización Tiene 4 créditos. !"eti#o general:
Utilizar di$erentes instr%mentos &ara la medición de las #aria!les '%e m(s %s%almente se &resenta en los sistemas mec(nicos. Ad'%irir los conocimientos y )a!ilidades necesarias &ara lle#ar aca!o mediciones de &resión dentro de s% (rea de desarrollo.
UNI*A* I: Introd%cción y conce&tos !(sicos de la metrología !"eti#o de la %nidad: +onocer( y a&licar( los conce&tos !(sicos de las mediciones, así como las %nidades m(s %tilizadas &ara e-&resar di#ersos ti&os de magnit%des. Temas Temas de la %nidad I: .. .. .0. .3. .3. .4. .4. .. .. .6. .6. .8.
/a metr metrol olog ogía ía com como ci cienci encia. a. Im&ort Im&ortanci anciaa y necesi necesidade dadess de de las las medici medicione oness 1gene 1generali ralidade dades2. s2. Sist Sistem emaa de %nid %nidad ades es y &atr &atron ones es.. +once +o nce&t &tos os de medi medida, da, &reci &recisi sión ón y e-ac e-acti tit% t%d. d. Sens Sensi! i!il ilid idad ad5I 5Inc ncer erti tid% d%m! m!re re 7rro 7rrore ress en las medic edicio ione ness +ali!r +ali!raci ación, ón, #eri$ic #eri$icaci ación ón de los instr% instr%men mentos tos de medici medición ón
Metrología
Metrón = Medidas
7s la ciencia de las medidas
*e ac%erdo con s%s raíces la metrología est( relacionada con todos y cada %na de las acti#idades de la )%manidad. Ay%da a todas las ciencias e-istentes &ara $acilitar s% entendimiento, a&licación, e#al%ación y desarrollo. 7st( ligada al )om!re desde s% creación o a&arición so!re la &az de la tierra.
/a metrología se $%ndamenta en: siete %nidades y dos s%&lementarias. /ongit%d Masa Tiem&o +orriente eléctrica Tem&erat%ra Tem&erat%ra +alidad de s%stancia Intensidad l%minosa Unidades s%&lementarias • • • • • • •
Metro 9 1m2 ilogramo 9 1;g2 Seg%ndo 9 1s2 Am&ere 9 1A2 Grados centígrados 9 1+<2 Mol o mole 9 1Mol2 +andela 9 1cd2
• •
=ng%lo &lano =ng%lo sólido
Radi(n 9 1rad2 7stereorradi(n 9 1sr2
*e$inición de metrología: 7s la ciencia '%e tiene &or o!"eto el est%dio de las &ro&iedades medi!les, las escalas de medida, los sistemas de %nidades, los métodos y técnicas de medición, así como la #aloración de la calidad de las mediciones y s% me"ora constante, $acilitando el &rogreso cientí$ico , y el desarrollo tecnológico, el !ienestar social y la calidad de #ida. /a metrología se di#ide en tres categorías: a2 Metrología cientí$ica. !2 Metrología ind%strial o dimensional. c2 Metrología legal. Metrología cientí$ica: se oc%&a de la organización y el desarrollo de los &atrones de medida y de s% mantenimiento. Metrología ind%strial o dimensional: se encarga de aseg%rar el adec%ado $%ncionamiento de los instr%mentos de medición em&leados en la ind%stria y en los &rocesos de &rod%cción y #eri$icación. Metrología legal: se oc%&a de a'%ellas mediciones '%e incl%yen so!re la trans&arencia de las transacciones comerciales, la sal%d y la seg%ridad de los ci%dadanos.
/A M7TR/G>A +M +I7N+IA Tiene como o!"eti#o: el est%dio de los sistemas de medida en c%al'%ier cam&o de la ciencia. Tam!ién tiene como o!"eti#o: indirecto '%e se c%m&le con la calidad. /os $ísicos y las ind%strias: %tilizan gran #ariedad de los instr%mentos &ara lle#ar a ca!o s%s mediciones. ?or otra &arte la metrología: es &arte $%ndamental de lo '%e en los &aíses ind%strializados se conoce como in$raestr%ct%ra nacional de calidad, com&%esto adem(s &or las acti#idades de normalización, ensayos, certi$icación y acreditación, '%e a s% #ez son de&endientes de las acti#idades metrológicas '%e aseg%ran la e-actit%d de las mediciones '%e se e$ect@an en los ensayos.
/A IM?RTAN+IA N7+7SI*A*7S *7 /AS M7*I+IN7S 1G7N7RA/7S2
/as mediciones "%egan %n &a&el im&ortante en la #ida diaria de las &ersonas se enc%entran en c%al'%iera de las acti#idades, desde la estimación a sim&le #ista de %na distancia, )asta %n &roceso de control o la in#estigación !(sica. •
/a metrología es la ciencia m(s antig%a del m%ndo y el conocimiento so!re s% e-&licación es %na necesidad $%ndamental en la &r(ctica de todas las &ro$esiones con s%strato cientí$ico y a '%e la medición &ermite conocer la $orma c%antitati#a, las &ro&iedades $ísicas y '%ímicas de los o!"etos.
INB7STIGAR: ?atrones de medida 1sistema internacional2. •
?ATRN7S *7 M7*I*A Un &atrón de medidas es el )ec)o aislado y conocido '%e sir#e como $%ndamento &ara crear %na %nidad de medir magnit%des. M%c)as %nidades tienen &atrones, &ero en el sistema métrico sólo las %nidades !(sicas tienen &atrones de medidas. /os &atrones n%nca #arían s% #alor. A%n'%e )an ido e#ol%cionando, &or'%e los anteriores esta!lecidos eran #aria!les y, se esta!lecieron otros di$erentes considerados in#aria!les. *e todos los &atrones del sistema métrico, sólo e-iste la m%estra material de %no, es el ;ilogramo, conser#ado en la $icina Internacional de ?esos y Medidas. *e ese &atrón se )an )ec)o #arias co&ias &ara #arios &aíses. Un e"em&lo de &atrones de medida son: a) b) c) d) e) f) g)
Seg%ndo Metro Am&erio Mol ilogramo el#in +andela
SIST7MAS *7 UNI*A*7S
1tiem&o2 1longit%d2 1intensidad de corriente eléctrica2 1cantidad de s%stancia2 1masa2 1tem&erat%ra2 1intensidad l%minosa2
Un sistema de %nidades es %n con"%nto de %nidades con$ia!les %ni$ormes y adec%adamente de$inidas '%e sir#en &ara satis$acer las necesidades de medida. 7n Crancia, a $ines del siglo DBIII, es el &rimer sistema de %nidades de medida: el sistema métrico. 7ste sistema &resenta!a %n con"%nto de %nidades co)erentes &ara las medidas de longit%d, #ol%men, ca&acidad y masa y esta!a )ec)o en dos %nidades $%ndamentales: el metro y el ;ilogramo. S% #ariación es decimal. ?osteriormente a&arecieron #arios sistemas de %nidades a&lica!les a alg%nas de las acti#idades m(s desarrolladas, como la de los $ísicos, los mec(nicos, eléctricos, etc. 7sto acarreo di$ic%ltades considera!les &or la com&le"a con#ersión de %n sistema a otro y &or la %tilización de %n gran n@mero de $actores. *e ac%erdo a la &ro!lem(tica '%e s%scita!a se e$ect%ó %n an(lisis de los sistemas de %nidades ya e-istentes y se ado&to %no c%yas %nidades $%ndamentales son el metro, el ;ilogramo y el seg%ndo. 7ste sistema a)ora se conoce como: sistema MS. 7l sistema MS se ace&to con ligeras modi$icaciones en la DII +on$erencia General de ?esas y Medidas en E6F como sistema internacional de %nidades 1SI2. 7l sistema internacional est( !asado en siete %nidades $%ndamentales y dos s%&lementarias. Adem(s, de$ine E %nidades deri#adas. Una %nidad: es %na cantidad a%torizada de %na determinada magnit%d $ísica. 7n general, %na %nidad de medida: toma s% #alor a &artir de %n &atrón o de %na com&osición de otras %nidades &re#iamente de$inidas. /as &rimeras %nidades se conocen como %nidades !(sicas o de !ase 1$%ndamentales2 mientras '%e las seg%ndas se llaman deri#adas y las terceras %nidades se llaman s%!m@lti&los. Sistema de %nidades inglesas Son las %nidades no métricas '%e se %tilizan act%almente en los 7stados Unidos y en m%c)os territorios de )a!la inglesa. 7ste sistema se deri#a de la e#ol%ción de las %nidades locales a tra#és de los siglos, y de los intentos de estandarización en Inglaterra. /as %nidades mismas tienen s% origen en la antig%a Roma. oy en día, estas %nidades est(n siendo reem&lazadas &or el sistema internacional de %nidades, a%n'%e en 7stados Unidos la inercia del antig%o sistema y el alto costo de emigración )a im&edido en gran medio el cam!io. 7'%i#alencias de las %nidades Inglesas: /ongit%d:
milla: 6FEm yarda: F.Em &ie: F.3Fm &%lgada: F.F04m milla n(%tica: H0m Masa: li!ra: F.44;g onza: F.F0H3;g ton inglesa: EF88;g yarda: 3 &ies &ie: 0 &%lgadas li!ra: 6 onzas +on#ertir los sig%ientes e"em&los: .5 3.8H &lg a mm. 3.718 plg
(
0.0254 m 1 plg
)(
1000 mm 1m
)
=94.43 mm
0.5 3$t 3&lg 300H a mm: &ie 9 0&lg
(
3 ft
12 plg 1 ft
)
=36 plg
30 J 0H 9 F.0 36&lg K 3&lg 9 3E 39 plg
(
0.0254 m 1 plg
)(
1000 mm 1m
)
= 990.6 + 0.25 =990.85 mm
3.5 7l di(metro de %n círc%lo es de 0.30&lg '%eremos sa!er el (rea en mm0: r=
r=
d 2
( 2.325 plg ) ( 0.0254 m ) (1000 mm )
A = π r
2
=29.5275 mm
2
A = (3.1416 ) ( 29.5275 mm ) ( 29.5275 mm ) =2739.07 mm
2
+N+7?TS *7 M7*I*A, 7DA+TITU* ?R7+ISILN
/a medida es %n &roceso mediante el c%al se asignan n%merales a características o atri!%tos de %n o!"eto o &roceso a tra#és de %n con"%nto de reglas de$inidas. /as medidas &%eden ser directas o indirectas. •
•
*irectas: c%ando el #alor de las %nidades se o!tienen directamente de los trazos o di#isiones de los instr%mentos de medir. Indirectas: c%ando &ara o!tener el #alor de la medida necesitamos com&ararla con alg%na relación.
?recisión: es la ca&acidad de %n instr%mento de dar el mismo res%ltado en mediciones di$erentes realizadas en las mismas condiciones. 7-actit%d: es la concordancia del res%ltado de la misma com&arada con el #alor #erdadero del o!"eto '%e est( siendo medido. +oncl%sión: /a medida es el res%ltado de medir la dimensión de %n o!"eto, y la %nidad de medida se a&lica &ara sa!er el es&acio '%e oc%&a ese o!"eto. /a &recisión es c%ando se realizan #arias medidas de %n mismo o!"eto y esas medidas est(n cerca %nas a otras, a%n'%e no cerca del #alor real. /a e-actit%d es contrario a la &recisión se realizan #arias medidas de %n o!"eto, &ero en este caso las medidas, est(n cerca del #alor real.
S7NSII/I*A* IN+7RTI*UMR7 Al )acer las mediciones, las lect%ras '%e se o!tienen n%nca son e-actamente ig%ales, a%n c%ando la e$ect@a la misma &ersona, so!re la misma &ieza, con el mismo instr%mento y el mismo am!iente 1re&eti!ilidad2. Si las mediciones las )acen di$erentes &ersonas con distintos instr%mentos o métodos en am!ientes di$erentes, entonces las #ariaciones en las lect%ras son mayores 1re&rod%cti!ilidad2. 7sta #ariación &%ede ser relati#amente grande o &e'%eOa &ero siem&re e-istir(. 7n el sentido estricto, es im&osi!le )acer %na medición totalmente e-acta &or lo tanto, siem&re se en$rentar(n errores al )acer las mediciones. /os errores &%eden ser des&recia!les o signi$icati#os, de&endiendo entre otras circ%nstancias de a&licación '%e se les dé a la medición. /os errores s%rgen de!ido a la im&er$ección de los sentidos, de los medios de la o!ser#ación, de las teorías '%e se a&li'%en, de los a&aratos de medición de las condiciones am!ientales y de otras ca%sas.
Medida del error: 7s %na serie de lect%ras de %na misma dimensión constante, la ine-actit%d o incertid%m!re es la di$erencia entre los #alores m(-imos y mínimos o!tenidos. Incertidumbre
=
valor máximo
−
valormínimo
7l error a!sol%to es la di$erencia entre el #alor leído y el #alor con#encionalmente #erdadero. Error absoluto = valor leído− valor convencionalmente verdadero
?or e"em&lo: Un remac)e c%ya longit%d es de .4mm y se mide cinco #eces s%cesi#as, o!teniéndose las sig%ientes lect%ras: 5.5,5.6, 5.5, 5.6, 5.3 mm
/a incertid%m!re ser(: Incertidumbre =5.6 −5.3= 0.3 mm
/os errores a!sol%tos de cada lect%ra serian: 5.5 5.4 −
=
0.1 mm , 5.6 5.4 −
=
0.2 mm
=
5.5
−
0.1 mm
5.6−5.4 = 0.2 mm, 5.3−5.4 = 01 mm
7l signo nos indica si la lect%ra es mayor 1K2 o menor 152 '%e el #alor con#encionalmente #erdadero. 7l error a!sol%to tiene las mismas %nidades de lect%ra. 7l error relati#o es el error a!sol%to entre el #alor con#encionalmente #erdadero. Error relativo =
error absoluto valor convencio nalmenteverdadero
como el error a!sol%to es ig%al a la lect%ra menos el #alor con#encionalmente #erdadero, entonces:
Error relativo =
valor leído −valor convencionalmente verdadero valor convencionalmenteverdadero
+on $rec%encia el error relati#o se e-&resa en &orcenta"es m%lti&licando &or cien. 7"em&lo: F.
.4 9 F.FH 9 .HP, F.0.4 9 F.F38 9 3.8P F. .4 9 F.FH 9 .HP, F.0.4 9 F.F38 9 3.8P F. .4 9 F.FH 9 .HP INB7STIGAR: lle#a r%!rica, )o"a de &resentación, índice e introd%cción. 7rrores en la medición. +ali!ración de )erramientas. • •
