CONTROL METROLÓGICO DE PESAS (MEDICIÓN DE PROPIEDADES MAGNÉTICAS Y OTROS REQUISITOS) Donny Taipe A. 1
I. Introducción Metrología Legal -Consiste en ejercer controles metrológicos de los instrumentos y métodos de medida. Control metrológico? -Lo establece el estado. Los controles metrológico pueden comprender, para: - Aprobación de modelo (tipo) - Verificación inicial - Verificación después de reparación o modificación - Verificación periódica - Inspección 2
I. Introducción Aprobación de modelo? Dictaminar si un determinado tipo o modelo de instrumento de medición es adecuado para cumplir con las acciones para las cuales ha sido diseñado y construido. 3
I. Introducción Metrología Legal -Para salvaguardar los intereses de ambos, usuario y proveedor. -Promueve beneficios económicos y sociales. Ejemplo: pagos injustificados de 4
III. Desarrollo A. Controles Metrológicos: Ensayo Lineamientos para realizar los ensayos de aprobación de modelo, verificación inicial y verificación posterior Susceptibilidad Magnética Magnetización Permanente Rugosidad Superficial Densidad Masa convencional Clase E F M E F M E F M E F M E F M TA IV V V V SV * * * V V V Tabla 1 5
Leyenda: TA Aprobación de Modelo. IV Verificación inicial. SV Verificación posterior o periódica. Ensayo no aplicable. V Sólo inspección visual. Se requiere ensayo. * En caso de duda, se puede ensayar la magnetización permanente de una pesa durante la verificación posterior. 6
A.1. Secuencia de ensayos Evaluaciones preliminares y ensayos para AM: a) Revisión de documentos e inspección visual de acuerdo con la lista de verificación. b) Magnetismo c) Rugosidad superficial d) Densidad e) Medición de masa convencional 7
a) Revisión de documentos e inspección visual de acuerdo con la lista de verificación. a.1. a.2. a.3. Examen administrativo Documentación como fotografía, planos, especificaciones técnicas Comparar construcción con la documentación Examen inicial -Características metrológicas -Marcas 8
a.2. Comparar construcción con la documentación 1.- FORMA : Pesas de 1 g o menos: Valores nominales Láminas poligonales Alambres 5 mg, 50 mg, 500 mg Pentágono Pentágono 5 segmentos 2 mg, 20 mg, 200 mg Cuadrado Cuadrado 2 segmentos o 1 mg, 10 mg, 100 mg, Triángulo Triángulo 1 segmento 1 000 mg Tabla 2 9
Pesas de 1 g hasta 50 kg -Pueden tener un cuerpo cilíndrico. La altura del cuerpo debe estar entre ¾ y 5/4 de su diámetro medio. En las figuras 1, 2 y 3 y tabla 3 se muestran ejemplos. -Las pesas de clase M con valores nominales de 5 kg a 50 kg también pueden tener forma de paralelepípeda. En las figuras 4 al 9 y tabla 4 y 5 se muestran ejemplos. 10
Encabezado Fig. 1 Sin cavidad de ajuste Marca del fabricante 11
Fig. 2 Con cavidad de ajuste ( Variación1) Pastilla de plomo Tornillo de bronce o el mismo material que la pesa 12
Fig. 3 Con cavidad de ajuste ( Variación2) Pastilla de plomo Pastilla de bronce o del material de la pesa 13
Dependiendo del material Tabla 3 Valor nominal D1 D2 D3 H R1 R2 R3 O 1 g 6 5,5 3 0,9 0,5 0,5 1 2 g 6 5,5 3 0,9 0,5 0,5 1 5 g 8 7 4,5 1,25 0,7 0,5 1 10 g 10 9 6 1,5 0,8 0,5 1 20 g 13 11,5 7,5 1,8 1 0,5 1,5 Sin cavidad de ajuste 50 g 18 16 10 2,5 1,5 1 2 20 g 13 11,5 7,5 1,8 1 0,5 1,5 50 g 18 16 10 2,5 1,5 1 2 100 g 22 20 13 3,5 2 1 2 200 g 28 25 16 4 2,25 1,5 3,2 500 g 38 34 22 5,5 3 1,5 3,2 1 kg 48 43 27 7 4 2 5 2 kg 60 54 36 9 5 2 5 5 kg 80 72 46 13 6,5 2 10 10 kg 100 90 58 15 8,5 2 10 20 kg 128 112 74 18 11 2 10 14
Tabla 3 Valor nominal a1 a2 b c d E f G h i m n q T 20 g 3,5 3 18 5,5 2,5 6,5 1,5 1 9 5 1 5 1 M4x0,5 50 g 5,5 4,5 25 7,5 3,5 9 2 1 10 5 1,5 7 1,5 M6x0,5 100 g 5,5 4,5 30 7,5 3,5 9 2 1 10 5 1,5 7 1,5 M6x0,5 200 g 6,9 7 40 10,5 4,5 12 2,5 1,5 15 8 2 10 2 M8x1 500 g 6,9 7 50 10,5 4,5 12 2,5 1,5 15 8 2 10 2 M8x1 1 kg 12,4 12 65 18,5 7 20 4 2,5 20 13 3 18 3 M14x1,5 2 kg 12,4 12 80 18,5 7 20 4 2,5 20 13 3 18 3 M14x1,5 5 kg 18,4 18 120 24,5 8 26,5 4 2,5 35 18 4 24 3 M20x1,5 10 kg 18,4 18 160 24,5 8 26,5 4 2,5 35 18 4 24 3 M20x1,5 20 kg 18,4 18 160 24,5 8 26,5 4 2,5 35 18 4 24 3 M20x1,5 15
Fig. 4 Pesas en barras rectangulares (TIPO1) Marca del fabricante Redondeo externo de todos los bordes 16
Fig. 5 Variante 1 de cavidad de ajuste Pastilla de plomo Botón de cierre 17
Fig. 6 Variante 2 de cavidad de ajuste Pastilla de plomo Botón de cierre 18
Encabezado Fig. 7 Variante 3 de cavidad de ajuste Pastilla de plomo Botón de cierre 19
Tabla 4. Dimensión (en milímetros) Valor nominal A1 A2 B1 B2 H a b c d1 d2 5 kg 150 152 75 77 84 36 30 6 12 19 10 kg 190 193 95 97 109 46 38 8 12 25 20 kg 230 234 115 117 139 61 52 12 24 29 50 kg 310 314 155 157 192 83 74 16 24 40 e f g k l m n o r s t u 1 14 2 66 145 5 16 12 5 16,5 M16x1,5 18 1 14 2 84 185 5 16 16 6 16,5 M16x1,5 18 2 21 3 109 220 8 27 20 8 27,5 M27x1,5 30 2 21 3 152 300 8 27 25 10 27,5 M27x1,5 30 20
Fig. 8 Pesas en barras rectangulares (TIPO 2) Marca del fabricante Nota: La marca del fabricante puede estar en la parte superior o en la cara de la pesa 21
Fig. 9 Pesas en barras rectangulares (TIPO 2) Cavidad de ajuste Pastilla de plomo Placa de acero dulce 22
Tabla 5. Dimensiones (en milímetros) Valor nominal A1 A2 B1 B2 H a b c d 5 kg 150 152 75 77 84 36 30 6 19 10 kg 190 193 95 97 109 46 38 8 25 20 kg 230 234 115 117 139 61 52 12 29 50 kg 310 314 155 157 192 83 74 16 40 h m n o p r 66 16 13 12 55 5 84 35 25 16 70 6 109 50 30 20 95 8 152 70 40 25 148 10 23
-Las pesas de 50 kg o más pueden ser de forma cilíndrica, rectangular u otra forma adecuada. -La forma debe prever el almacenamiento y manipulación seguros. Encabezado Pesas de 50 kg o más 24
2.- CONSTRUCCIÓN: 3.- MATERIAL: Pesas de clase E Pesas de clase F Pesas de clase M 1 mg a 50 kg sin cavidad de ajuste 50 kg a más, pueden tener cavidad de ajuste Pueden ser construidas de una o más piezas. 1 g a 50 kg, pueden tener cavidad de ajuste. 1 g a 10 g, sólidas, sin cavidad de ajuste. 20 g a 50 g, cavidad de ajuste opcional. 100 g a 50 kg,tipo cilíndrico, deben tener cavidad de ajuste. Resistentes a la corrosión. 1 g a más, resistencia similares o mejores al acero inoxidable. 1 g a más, dureza y fragilidad al menos iguales a las del bronce estirado. 50 kg o más, dureza y fragilidad al menos iguales al acero inoxidable. 1 g a más, puede ser tratada con revestimiento para resistencia a la corrosión o dureza. Menor a 1 g, resistentes a la corrosión. 25
a.3. Examen inicial 1.- MARCADO: Pesa de clase E Pesa de clase F Pesa de clase M No debe ser marcada a no ser que se vaya a distinguir entre una y otra F1, de 1 g a más, deben tener el valor del valor nominal y para F2 debe tener la letra F seguido del valor nominal Las pesas de clase M 1 deben llevar el signo M 1 o M y el valor nominal. Las pesas rectangulares de clase M 2 deben llevar el valor nominal y también puede llevar el signo M 2 Las pesas rectangulares de 5 kg a 5 000 kg,deben llevar el valor nominal, seguida de kg. 26
B. Magnetismo Las fuerzas magnéticas pueden afectar el proceso de pesaje. Propiedades magnéticas: Magnetización y susceptibilidad No necesario, para: - Pesas de aluminio; - Pesas (< 2 g); - F1 y menos, < 20 g ; - M presentan errores relativos debido a la interacción magnética. 27
B.1. Métodos para determinar la susceptibilidad y magnetización 1. Método para determinar la magnetización permanente, Gausiómetro Consiste en medir el campo magnético cercano a la pesa, mediante un gausiómetro (sensor de Hall o magnetómetro de saturación) TAMAÑO DE LA PESA 1 g (Sensor de Hall) 100 g (Saturación) CLASE DE EXACTITUD E1, E2, F1, F2, M1, M1-2, M2, M2-3, M3 28
1.1 EQUIPOS -Gausiómetro -Herramientas para la manipulación de pesas -Evitar perturbaciones considerables en un laboratorio. -Sala bien iluminada. 29
1.2.- PROCEDIMIENTO DE MEDICIÓN: 1. Poner en cero el medidor 2. Realizar la lectura del campo magnético en el ambiente. 3. Realizar la lectura del campo magnético cerca de la pesa. 4. Lea la indicación. Registrar en μt. 5. Corregir la lectura de la sonda y calcule la polarización, μ 0 M, mediante la siguiente ecuación: 30
M 0 R 2 d h d h 2B 2 R 2 d d 2 f B E f B E 5, BE f 4 1 0,23 B E BE Para las pesas de clase M Para las pesas de clase E y F donde: B B E d h R = Lectura de gausimetro con la pesa presente (campo ambiente restado) = Lectura del gausimetro del campo magnético ambiente sin la pesa = Distancia entre el centro del elemento sensor = Altura de la pesa = Radio de la pesa 31
B.2. Susceptibilidad magnética y magnetización permanente, el método del susceptómetro 1 1. Aplicable para pesas con 2. Realizar este ensayo puede causar magnetización permanente. Pesa 20 g Clase Pesas de clase E 1, E 2, F 1 y F 2 sin cavidad de ajuste 2 g m < 20 g E 1, E 2 y F 1 2 g E 1 y E 2 32
3. El imán produce una campo máximo en la superficie superior de la masa H md 2. Z 3 0 Donde H está en unidades de Am -1, para m d en Am 2 y Z 0 en m. 4. H no debe ser superior a los valores mencionados en la tabla siguiente: CLASE E1 E2 otras H (Am -1 ) 2 000 800 200 33
1. EQUIPOS: a) Instrumento de pesaje b) Un cilindro sobre el cual colocar los imanes. c) Imanes cilíndricos con momento magnético, m d en el orden de 0,1 Am 2, aprox. 100 mm 3 de volumen. d) La altura del imán debería ser igual a 0,87 veces su diámetro 34
pesa 35
2.- PROCEDIMIENTO a) Ponga a cero el instrumento. b) Colocar el imán con su polo norte hacia abajo. c) Colocar la pesa sobre la mesa, de tal manera que su eje coincida con el eje vertical del imán. d) Registrar la el valor indicado en el instrumento de pesaje. e) Retirar la pesa y hacer el registro. f) Girar la pesa un ángulo de 0º, 90º, 180º y 270º; para cada ángulo hacer g) i). g) Colocar el imán con su polo norte indicando hacia arriba y repetir c) g). 36
Descripción del procedimiento mediante imágenes: 37
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3. CÁLCULOS: Ejemplo: Muestra Lec 1 (0 ) -0,107 L 01-0,019 Lec 2 (90 ) -0,106 L 02-0,019 Lec 3 (180 ) -0,106 L 03-0,019 Lec 4 (270º) -0,106 L 04-0,019 Lec 1 - L 01-0,088 Lec 2 - L 02-0,087 Lec 3 - L 03-0,087 Lec 4 - L 04-0,087 Dm1-0,0872 F1 Dm1 g F2 Dm2 g 39
CÁLCULOS Para la susceptibilidad magnética: 3 2 Fa 0 d IaF 0,4 donde Fmáx. x 4 max F 64 z a 0 m F a F 1 F 2 2 Para la polarización magnética: M 0 z m Z d 0 Fb 1 I 4 b B 1 0,23 EZ donde F b F 1 F 2 2 B EZ es el componente vertical de la inducción magnética de la tierra en el laboratorio. 40
3 2 1 2 1 4 1 0 3 2 0 2 0 4 1 0 1 3 1 1 3 1 1 Z R Z R Z Z Z R Z R Z Z I w w w w a 2 3 2 0 1 2 0 3 0 1 2 0 2 3 2 0 2 0 1 1 2 Z Z Z R Z Z Z R Z R Z R I w w w w b Factores de corrección geométrico, I a e I b, para hallar susceptibilidad y magnetización. 41
B.3. Susceptibilidad magnética, el método de la atracción: - Medido mediante el método de permeabilidad magnética relativa -Se determina comparando la fuerza magnética ejercida por un imán permanente sobre la pesa con una correspondiente fuerza sobre el patrón de permeabilidad. - La susceptibilidad magnética,, será: 1 r 42
-Método aplicable para pesas de 20 g y más de clase E 2 -F 2 -Los instrumentos, para este ensayo, tienen una permeabilidad magnética de 1,01 u r 2,5(0,01 1,5) -Para este procedimiento hay el riesgo que se cause magnetización permanente de la pesa de ensayo. 43
EQUIPOS: a) Un imán calibrado en un pivote con un contrapeso. b) Un material de referencia de permeabilidad magnética conocida. 44
PROCEDIMIENTO DE LA MEDICIÓN a) Colocar el material de referencia con una permeabilidad magnética relativa conocida en el instrumento. b) Instalar el instrumento en una posición estable con el imán señalando hacia abajo. c) Acercar el instrumento hacia la pesa, hasta tocarlo. d) Retirar lentamente y observar su es atraído o no. e) Si el imán de la barra es atraído a la pesa, entonces la permeabilidad relativa de la pesa es mayor que la del material de referencia. 45
Descripción mediante imágenes: 46
Límites de polarización y susceptibilidad Polarización máxima 0M,( T ) Clase de pesa E 1 E 2 F 1 F 2 M 1 M 1-2 M 2 Polarización máx. 2,5 8 25 80 250 500 800 Susceptibilidad magnética Clase de pesa E 1 E 2 F 1 F 2 m 1 g 0,25 0,9 10-2 g m 10 g 0,06 0,18 0,7 4 20 g m 0,02 0,07 0,2 0,8 47
C. Rugosidad Superficial C.1. Probeta de comparación de rugosidad (método CS) (pesas de clase E y F) PROCEDIMIENTO: a) Examinar la rugosidad de la pesa R a y R z, si es mayor o menor a la sección de la probeta de comparación. ( m) R Z Valores máximos de rugosidad R Z R a Clase E 1 E 2 F 1 F 2 ( m) ( m) 0,5 1 2 5 0,1 0,2 0,4 1 48
Descripción mediante imágenes: 49
C.2. Medición de rugosidad utilizando instrumentos con estilete (método SI) (clase E y F) EQUIPOS: a) Instrumento con estilete definido en ISO 3274 b) Guantes. PROCEDIMIENTO: a) Realizar por lo menos 6 mediciones: - 2 en la superficie plana - 4 en la superficie cilíndrica - Debe cumplir con la tabla de valores máximos de rugosidad ( de C.1.) 50
Descripción mediante imágenes: 51
Método A B C D. Densidad Métodos para determinar la densidad Descripción Método más exacto. Método más rápido y adecuado. Determinación separada de la masa y el volumen de la pesa de ensayo. D Esta técnica es adecuada para pesas > 1 kg. E F Esta técnica es apropiada para pesas con cavidades que no deben estar sumergidas en agua. Estimación de la densidad basada en la comparación conocida de la aleación de la cual está hecha la pesa. Utilizan agua u otro líquido Para pesas de clase inferior y sin inmersión en un líquido Referencia: NMP 004: 2007. Anexo B (B.7.4 al B.7.9) 52
Incertidumbre típicas estimadas, U (para K=2) por método y tamaño de pesa (en kg/m 3 ) Método 50 kg 1 kg 1 g A1-1,5 60 A2/A3-3 60 B1 5 5 60 B2 20 20 60 C 10 10 100 D 5 10 - E 30 40 600 F 130 a 600 53
Pesa Clase E1 Clase E2 Clase F1 Clase F2, M1, M2 5 000 kg 2 000 kg 1 000 kg 500 kg 200 kg E,F E, F 100 kg Métodos recomendados para determinar la densidad por clase de pesas 50 kg 20 kg 10 kg 5 kg 2 kg 1 kg 500 g 200 g 100 g 50 g 20 g 10 g A, C, D D, E, F D, E, F A, B1*, C, D A, B1*, C, B, F B, C, F A, B1* B, C, F F 5 g 2 g 1 g 500 mg B*, F1 F F 200 mg 100 mg F1 50 mg 20 mg 54
E. Masa convencional MASA CONVENCIONAL: Condiciones de referencia de Masa Convencional medidos a : Temperatura ambiente 20 C ; densidad de la pesa 8 000 kg/m³ y densidad de aire de 1,2 kg/m³. 55
La incertidumbre expandida, de la masa convencional, debe cumplir con lo siguiente: 1 U m 3 La masa convencional debe cumplir con la siguiente condición: m0 ( m U) mc m0 ( m U) Error máximo permisible Masa convencional Valor nominal de la masa 56
Errores máximo permisibles para pesas ( m en ) mg 57
IV. Conclusión Controles Metrológicos: Revisión de documentos e inspección visual. Ensayo Susceptibilidad Magnética Magnetización Permanente Rugosidad Superficial Densidad Masa convencional Clase E F M E F M E F M E F M E F M 58
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