METROLOGÍA Y CALIBRACIÓN

METROLOGÍA Y CALIBRACIÓN CAROLINA SOTO MARIPÁN ENCARGADA DE CALIBRACIONES SUBDEPARTAMENTO DE NORMALIZACIÓN Y CONTROL LNV 1

CONTENIDO Conceptos básicos de Metrología (Trazabilidad, Calibración, Verificación, Error, Incertidumbre). Clasificación y Verificación de Balanzas. Interpretación de Certificados de Calibración para dispositivos de carga (balanzas y prensas). 2

QUÉ ES LA METROLOGÍA? Ciencia que se ocupa de las mediciones y sus aplicaciones. 3

QUÉ ES LA METROLOGÍA? 4

QUÉ ES LA METROLOGÍA? Unidades de medida. 5

QUÉ ES LA METROLOGÍA? Equipos utilizados para efectuarlas. 8

Conceptos básicos de Metrología Exactitud de medida. Error. Incertidumbre. Trazabilidad. Calibración. Verificación. 12

+ Veracidad - Exactitud de medida Proximidad entre un valor medido y el valor verdadero del mensurando Posee una componente de veracidad y una de precisión de medida. + Precisión - 13

Error Valor medido menos un valor de referencia. Error = indicación - patrón Valor medido 9,8 m. Valor de referencia 10,0 m. Error = 9,8 m - 10,0 m = -0,2 m 14

Incertidumbre Parámetro estadístico asociado al resultado de una medición que caracteriza la dispersión de los valores que podrían razonablemente ser atribuidos al mensurando. Se denota con la letra U. Ejemplo : La temperatura ambiente promedio es de 21,0 ± 0,2 ºC [ 20,8 ºC 21,2 ºC ] 15

No confundir Error: Diferencia entre el valor medido y un valor verdadero del mensurando. Tiene signo. Incertidumbre: Duda acotada acerca del resultado de la medición. Es un intervalo. 16

Trazabilidad Propiedad de un resultado de una medición o del valor de un patrón, tal que pueda relacionarse con referencias establecidas, generalmente patrones nacionales o internacionales, a través de una cadena in-interrumpida de comparaciones, todas ellas con incertidumbres determinadas (V.I.M.) 17

Ejemplo de Trazabilidad BIPM: Bureau International des Poids et Mesures (Oficina internacional de pesos y medidas) RNM INN+LCPN Intercomparaciones INM Laboratorios de calibración Acreditados Laboratorios de calibración Acreditados Laboratorios internos de calibración Empresa X Laboratorios internos de calibración Empresa Z Exportar 18

Calibración. Conjunto de operaciones que establecen, bajo condiciones especificadas, la relación entre los valores de una magnitud indicados por un instrumento de medición, y los valores correspondientes de esa magnitud materializados por patrones, con sus incertidumbres asociadas (V.I.M.). 19

Verificación. Conjunto de operaciones llevadas a cabo por un organismo o personal competente y que tiene como finalidad constatar o afirmar que el instrumento satisface plenamente las exigencias de los reglamentos o especificaciones. Aportación de evidencia objetiva que un ítem dado, cumple requisitos especificados. 20

Ajuste. Arreglar, modificar, hacer o poner algo en el instrumento, para que errores de indicación estén dentro de lo permisible. Conjunto de operaciones realizadas sobre un SM para que proporcione indicaciones correspondientes a valores dados de la magnitud a medir. 21

Ciclo metrológico de un instrumento Calibración Mantención preventiva Verificación NO Ajuste Cumple Uso habitual SI 22

Balanzas 23

Conceptos de Masa y Peso La Masa de un cuerpo es la cantidad de materia contenida en él. Su valor es deducido por comparación entre el cuerpo y los patrones de masa en una balanza. La masa no depende de la latitud ni de la altura. 24

Balanzas Capacidad Máxima (CMax.): Capacidad máxima de pesaje sin tomar en cuenta la capacidad aditiva de tara. Capacidad Mínima (CMin.): Valor de carga bajo el cual los resultados de pesaje pueden estar sujetos a errores significativos. 25

Balanzas Intervalo de escala actual (d):distancia entre dos marcas expresadas en valores de masa (análogo) y diferencia entre dos valores consecutivos (digital). 26

Balanzas Intervalo de verificación de escala (e): Valor expresado en unidades de masa utilizado para la clasificación y verificación del instrumento. Número de intervalos de escala (n): Cociente entre la capacidad máxima y el intervalo de verificación de escala e. 27

Clasificación de Balanzas Clase exactitud de e, intervalo de escala de verificación n, número de intervalos de escala de verificación Mínimo Máximo Capacidad Mínima CMin (Límite más bajo) Clase I 0,001 g e 50000 100e Clase II 0,001 g e 0,05 g 0,1 g e Clase III 0,1 g e 2 g 5 g e 100 5000 100 500 100000 100000 10000 10000 20e 50e 20e 20e Clase IIII 5 g e 100 1000 10e Nota: Para determinar la Capacidad Mínima (CMin), se reemplaza el intervalo de verificación de escala (e), por el intervalo de escala real (d), cuando sean diferentes.

Errores máximos permitidos Para cargas m expresadas en intervalos de escala de verificación e Error Máximo Permitido en servicio Clase I Clase II Clase III Clase IIII ± 1 e 0 m 50000 0 m 5000 0 m 500 0 m 50 ± 2 e 50000 < m 200000 5000 < m 20000 500 < m 2000 50 < m 200 ± 3 e 200000 < m 20000 < m 100000 2000 < m 10000 200 < m 1000

Patrones de Calibración Las masas utilizadas para la verificación de un instrumento no deberán presentar un error mayor a un 1/3 del error máximo permitido del instrumento para la carga aplicada.

Clases de exactitud de Masas Patrones. OIML R111

Clases de exactitud de Masas Patrones.OIML R111

Recomendación Clase de Exactitud de los Patrones para efectuar calibraciones Exactitud de la balanza Número de divisiones n=cmáx/e Exactitud requerida en los patrones Clase 4 corriente 1000 d Clase M3 Clase 3 Media 10000 d Clase M2 M1 Clase 2 Fina Balanzas de precisión 30000 d 100000 d Clase F2 Clase F1 Clase 1 Alta > 100000 d Clase E2

Prueba de Repetibilidad La repetibilidad de la balanza es una medida de lo bien que ésta será capaz de medir de forma repetitiva una masa. Junto con el resto de las pruebas a realizar, nos asegura que el valor de la masa obtenido es el correcto. La prueba de repetibilidad se realizará con una carga cercana a la capacidad máxima de la balanza ( CMax). La manera de realizar el estudio de repetibilidad será, una vez ajustado el cero, colocar y quitar la masa, o masas patrón, una serie de 10 veces, anotando, cada vez que se obtenga la estabilidad, el valor indicado.

Prueba de Repetibilidad La diferencia entre los resultados de varios pesajes de la misma carga no debe ser mayor que el valor absoluto del error máximo permitido del instrumento para esa carga (Norma NCh2562.Of2001).

Prueba de Excentricidad Este ensayo, se realiza para estudiar las diferencias en las lecturas de la balanza, cuando las cargas se sitúan fuera del centro geométrico del plato. Las diferentes indicaciones de la carga aplicada deben cumplir con los errores máximos permitidos. Se utilizará una carga de un 1/3 ó 1/4 de la capacidad máxima de la balanza. Situar la masa, o masas patrón, en el centro del platillo y efectuar la lectura. Después realizar la misma operación con las masas desplazadas del centro a las posiciones 2, 3, 4 y 5 indicadas en la figura, haciendo la lectura correspondiente en cada posición. El error de excentricidad E ecc corresponde a la máxima diferencia entre la indicaciones obtenidas:

Prueba de Excentricidad E ecc = lmax lmin El error de excentricidad E ecc deberá ser menor o igual al valor absoluto del error máximo permisible.

Prueba de Discriminación Esta prueba tiene por objetivo, verificar la habilidad de la balanza para reaccionar frente a pequeñas variaciones de carga. El umbral de discriminación para una carga dada, es el valor de la carga adicional más pequeña que, cuando se deposita suavemente en el receptor de carga o se retira de éste, causa un cambio perceptible en la indicación. Ejemplo: + + 50 g 1 g 4000g 1 g

Prueba de Linealidad Cuando una balanza se va a utilizar para medida directa deberán comprobarse a lo largo de toda la escala los valores indicados con respecto a un juego de pesas calibradas, esto servirá para comprobar cuánto se desvía la balanza respecto a los valores nominales y aplicar por tanto las correcciones necesarias.

Prueba de Linealidad Esta prueba se realiza con al menos 5 cargas de prueba diferentes, distribuidas de forma razonablemente uniforme en el alcance de pesada normal (alcance máximo), o en puntos de prueba individuales acordados. Valor Nominal Patrón Indicación inicial Ij Error de indicación inicial Indicación Final Ij Error de indicación Final EMP en ± Observaciones [g] [g] [g] [g] [g] [g] 1 Cmin 2 1er tramo EMP 3 ½ CMax 4 2do Tramo EMP 5 Cmax.

Gracias 41

Verificación MOP - Dirección de Vialidad - Laboratorio Nacional Valor Nominal Patrón Indicación Error de indicación EMP en ± Observaciones [g] [g] [g] [g] 1 Cmin 2 1er tramo EMP 3 ½ CMax 4 2do Tramo EMP 5 Cmax. 43

Para cargas m expresadas en intervalos de escala de verificación e Error Máximo Permitido en servicio Clase I Clase II Clase III Clase IIII ± 1 e 0 m 50000 0 m 5000 0 m 500 0 m 50 ± 2 e 50000 < m 200000 5000 < m 20000 500 < m 2000 50 < m 200 ± 3 e 200000 < m 20000 < m 100000 2000 < m 10000 200 < m 1000 44

Prensas 45

Fuerza Prensa CBR Prensa Marshall Prensa Hormigón

Sistema de Unidades En física, un newton o neutonio o neutón (símbolo: N) es la unidad de fuerza en el Sistema Internacional de Unidades, nombrada así en reconocimiento a Isaac Newton por su trabajo y su extraordinaria aportación a la Física, especialmente a la mecánica clásica. El newton se define como la fuerza necesaria para proporcionar una aceleración de 1 m/s 2 a un objeto de 1 kg de masa. Es una unidad derivada del SI que se compone de las unidades básicas:

Lectura de fuerza Fuerza = Función (deformación) Lectura Indirecta

Lectura de fuerza Lectura Directa

Calibración prensas de ensaye Valores característicos del sistema de medición de fuerzas Clase del rango de la máquina Valor máximo permitido % Error de Exactitud relativo q Error de Repetibilidad relativo b Error de Reversibilidad relativo (1) v Error de Cero relativo ƒ 0 Error de Resolución relativa a 0,5 ± 0,5 0,5 ± 0,75 ± 0,05 0,25 1 ± 1,0 1,0 ± 1,50 ± 0,10 0,50 2 ± 2,0 2,0 ± 3,00 ± 0,20 1,00 3 ± 3,0 3,0 ± 4,50 ± 0,30 1,50 El error de reversibilidad relativo sólo se determina cuando se solicita (6.4.8, NCh2598/1). En el caso de las prensas de los laboratorios de Vialidad, no se requiere analizar la respuesta del instrumento a la reversibilidad. Fuente: (NCh2598/1.Of2009)

Interpretación certificado calibración

(Fi) Indicación (F) Lectura Patrón= Error, Por lo tanto: Valor Verdadero = Indicación Error Llevando esto al ejemplo, sería lo siguiente: Cuando la indicación del instrumento es 600 kn, el valor verdadero se encuentra dentro del intervalo: [600-(-40)-12 ; 600-(-40)+12] kn [628 ; 652] kn, con una probabilidad de un 95% aprox.

Incertidumbre expandida Factor de cobertura K=1 (68,27%) Valor esperado comprendido entre μ σ y μ+σ K=2 (95,45%) Valor esperado comprendido entre μ 2σ y μ+2σ K=3 (99,73%) Valor esperado comprendido entre μ 3σ y μ+3σ

Gracias 59