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Fundamentos de Fundamentos de Fundamentos de Fundamentos de Metrología FísicaMetrología FísicaMetrología FísicaMetrología FísicaFundamentos de Fundamentos de Fundamentos de Fundamentos de Metrología FísicaMetrología FísicaMetrología FísicaMetrología Física

M. En C. Arquímedes Ruiz OrozcoCorreo electrónico: [email protected]; Tel: (442) 2 11 05 57Coordinador Científico de la Dirección de Metrología FísicaCentro Nacional de Metrología- CENAM, México


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UNIDAD Fundamentos de Metrología Física

Temas 1.1 Introducción1.2 Importancia de las mediciones1.3 Términos básicos de metrología1.4 Sistema Internacional de Unidades1.5 Características de los instrumentos de medición1.6 Trazabilidad, patrones de medición 1.7 Estructura metrológica nacional e internacional1.8 Introducción a la estimación de incertidumbre de la medición con aplicaciones prácticas en algunas mediciones físicas.


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Tema 1.1 IntroducciónTema 1.1 Introducción


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Objetivo

Identificar los conceptos básicos de lametrología y la estimación de la incertidumbrenecesarios para comprender los procesos demedición e interpretar sus resultados.

Unidad: Fundamentos de Metrología Física1.1 Introducción


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Objetivos específicos�Comprenderá utilidad de la metrología y su impacto en las actividades sociales, comerciales, etc.�Interpretará los conceptos básicos de las mediciones, incluyendo la terminología aceptada en los ámbitos nacional e internacional. �Identificará la estructura de los sistemas metrológicos nacional e internacional.�Utilizará adecuadamente el Sistema Internacional de Unidades (S.I.)�Interpretará la información contenida en un Certificado de Calibración

Unidad: Fundamentos de Metrología Física1.1 Introducción


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Tema 1.2 Importancia de las mediciones



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IntroducciónDesde el uso del juicio y razonamiento las mediciones han sidoun aspecto fundamental en las decisiones del ser humano. Estecapítulo contiene elementos que permiten hacer una reflexiónsobre las mediciones en la vida diaria, el impacto en el comercio yen la industria.

Objetivo

Al concluir el capítulo el participante conocerá la importancia delas mediciones en diferentes campos científicos, tecnológicos,ambientales, industriales, económicos y de calidad.


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1.2.1 Las mediciones en la vida diaria


1.2.1 Las mediciones en la vida diaria


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El contacto con las mediciones es cotidiano...

Incluso desde antes de nacer.

1.2 Importancia de las mediciones1.2.1 Las mediciones en la vida diaria


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Se mide al comprar o vender.

Al comprar gasolina y combustibles.

En los medidores de consumo eléctrico, de agua, de gas.



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Se empieza a conocer un concepto cuando se cuantifica.

La naturaleza nos impide conocer con certeza

absoluta el valor verdadero de una

magnitud; siempre nos quedamos con incertidumbre.



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1.2.2 Las mediciones en la empresa


1.2.2 Las mediciones en la empresa


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1.2 Importancia de las mediciones1.2.2 La metrología en la empresa

Ejercicio en equipo


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Respecto a la medición de hidrocarburos, algunos ejemplos son:

•Flujo de gas•Flujo de aceite•Presión•Temperatura•Densidad•Viscosidad•Volumen

En el laboratorio en calidad de Medio Ambiente, algunos ejemplos son:

•Agua y Sedimentos•Sólidos•Azufre•Espectrofotometría•Cromatografía.


CANTIDAD

CALIDAD


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CalidadGrado en el que

un conjunto de características inherentes cumple con los requisitos.

PLANEAR HACER

VERIFICARAJUSTAR

MEJORACONTINUAMEJORA

CONTINUA

La ruta a la calidad ISO 9001:2008



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Requisitos internacionales para las mediciones


•SISTEMAS DE GESTIÓN DE LA CALIDAD•Punto 7.6 Control de los equipos de seguimiento y de medición

ISO 9001:2008 (NMX-CC-9001-IMNC-2008)

•REQUISITOS GENERALES PARA LA COMPETENCIA DE LOS LABORATORIOS DE ENSAYO Y CALIBRACIÓN

ISO/IEC 17025:2005 (NMX-EC-17025-IMNC-2006)

•SISTEMAS DE GESTIÓN DE LAS MEDICIONES −−−− Requisitos para los procesos de medición y los equipos de medición

ISO 10012:2003 (NMX-CC-10012-IMNC-2004)


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ISO 9001:2008 NMX-CC-9001-IMNC-2008

7.6 Control de los equipos de seguimiento y de medición.La organización debe determinar las actividades de medición y

seguimiento. . . para proporcionar la evidencia de la conformidad del producto con los requisitos especificados.

Los equipos de medición deben:

Calibrarse o verificarse a intervalos específicos o antes de su uso, contra patrones de medición trazables a patrones nacionales o internacionales.

Protegerse contra ajustes que puedan invalidar el resultado de la medida.



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ISO/IEC 17025:2005

NMX-EC-17025-IMNC-2006

5.5 Equipo.Que sea capaz de lograr la exactitud requerida.Programas de calibración o verificación para el equipo

(incluye ensayos, calibración y muestreo) antes de ser utilizado.

5.6 Trazabilidad.Asegurar la trazabilidad a las unidades del Sistema

Internacional de unidades.

Requisitos generales para la competencia de loslaboratorios de ensayo y calibración:



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ISO 10012:2003

NMX-CC-10012-IMNC-2004

Sistemas de gestión de las mediciones −−−− Requisitos para losprocesos de medición y los equipos de medición:

Asegurar que el equipo y losprocesos de medición sonadecuados para su uso previstopara alcanzar objetivos decalidad y gestionar el riesgo deobtener resultados de mediciónincorrectos.



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Medir bien

� Aumenta la confianza de los clientes.

� Permite asegurar la calidad del productodisminuyendo los costos de no-calidad.

� Apoya objetivamente las decisiones de mejora.

� Aumenta la eficiencia en el uso de recursos.

� Facilita la comparación en caso de controversia.



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1.2.3 La metrología en el Comercio Nacional


1.2.3 La metrología en el Comercio Nacional


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Metrología y el comercio

• Sistema general de unidades de medida.

• Requisitos para fabricación, importación,reparación, venta, verificación y uso de losinstrumentos para medir.

• Obligatoriedad de la medición entransacciones, indicar contenido neto.

Ley Federal sobre Metrología y Normalización

1.2 Importancia de las mediciones1.2.3 La metrología en el Comercio Nacional


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Artículo 15 (LFMN)En toda transacción comercial, industrial o de servicios que se efectúe a base de cantidad, ésta deberá medirse utilizando los instrumentos de medir adecuados...

Metrología y el comercio



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Transferencia de Custodia


La medición de transferencia de custodia proporciona información sobre la cantidad y la calidad utilizada en la documentación física y fiscal de un cambio en la propiedad y / o un cambio en la responsabilidad de los productos básicos.

La medición de los hidrocarburos en

aplicaciones de transferencia de

custodia se expresa en

unidades de volumen bajo

ciertas condiciones de

referencia de presión y de temperatura.


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Para cumplir cada uno de los objetivos, se han identificado los sectores industriales o sociales a los que debe ir dirigida la acción del INM:

B. Tecnología de mediciones para la calidad, productividad y competitividad industrial

A. Metrología para protecciónde la salud, seguridad y medio ambiente, para incrementar la calidad de vida

C. Metrología para equidad en las transaccionescomerciales

1. Sector Salud 2. Sector Alimentario3. Sector Trabajo

4. Sector Medio Ambiente

5. Sector MM-Automotriz-Aeronáutico6. Sector Eléctrico-Electrónico-TICs7. Sector Petrolero y Derivados

8. Sector Agro-Pecuario-Industrial

9. Sector Comercial: Cantidad - Calidad

10. Sector Servicios: Cantidad - Calidad


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Jerarquía de documentos


Jerarquía mayor al usar documento para alguna aplicación

Menor jerarquía


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Tema 1.3 Términos básicos de metrología



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En todos los campos del conocimiento existen términos con losque es necesario familiarizarse para el adecuado entendimiento yaplicación. La metrología no es la excepción. En este capítulo sepresentan los conceptos básicos relacionados con la medición deacuerdo con la NMX-Z-055-IMNC-2009.

Introducción

Objetivo

Al concluir el capítulo el participante contará con losconceptos básicos relacionado con la medición y que serárelevante para una mejor comprensión del curso así comoun mejor entendimiento con aquellos que se desarrollan enel campo.


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1.3.1 ¿Qué y cómo medimos?

1.3.2 Resultado de una medición.

1.3.3 Características e incertidumbre de las mediciones.

Contenido


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¿Qué es metrología?Metrología“Ciencia de la Medición y sus aplicaciones”

MediciónProceso que consiste en obtenerexperimentalmente uno o varios valores quepuedan atribuirse razonablemente a unamagnitud.

Aspectos teóricos.Aspectos técnicos.Aspectos legales.

1.3 Términos básicos de metrología1.3.1 ¿Qué y cómo medimos?


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Magnitud

Propiedad de un fenómeno, de un cuerpo o de una sustancia quese puede expresar mediante un número y una referencia.

¿Qué es lo que medimos?

Volumen, flujo, presión, temperatura, densidad..



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¿Qué es lo que medimos?

MensurandoMagnitud que se desea medir.

Volumen de un tanque definido a una temperatura de 20 ºC.



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¿Cómo medimos?

Mensurando <se mide directamenteEj.: Medición del volumen de un

cilindro por desplazamiento de agua.

Mensurando se mide de forma indirecta

Cálculo del mensurando a partir de otras magnitudes medidas directamente.

Ej.: Volumen de un cilindro: V = (π/4)·d 2·h

d

h



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Magnitud de entrada en un modelo de mediciónMagnitud de entrada

Magnitud que debe ser medida, o magnitud, cuyo valor puede obtenerse de otra manera, para calcular un valor medido de un mensurando.

¿Cómo medimos?

Ej.: Volumen de un cilindro: V = (π/4)·d 2·h

Magnitudes de entrada, p. ej. obtenidas con un vernier.



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Magnitud de influenciaMagnitud que, en una medición directa, no afecta a lamagnitud que realmente se está midiendo, pero sí afectaa la relación entre la indicación y el resultado demedición.

¿Cómo medimos?

Temperatura en la medición de volumen de un tanque.



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¿Cómo medimos?

Principio de mediciónFenómeno que sirve como base de una medición.Generalmente descrito en libros.

Método de mediciónDescripción genérica de la secuencia lógica de operaciones utilizadas en una medición. Generalmente descrito en normas.

Procedimiento de mediciónDescripción detallada de una medición conforme auno o más principios de medicióny a un método de medición dado, basado en unmodelo de medición y que incluye loscálculos necesarios para obtener un resultado demedición.Generalmente escrito por el usuario y basado en unanorma.


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1.3.2 Resultado de una medición




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(12)(11)

(8)(6)(5)(2)

(9)

(10)

(13)

(15)

(7)(4)(3)

(14)

(1)

0

1020

30

4050

60

70

8090

100

200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900

Longitud de Onda (nm)

Tran

smita

ncia

(%)

ValorLecturas del instrumento bajo calibración Error (lectura instrumento – valor patrón)

medido por el patrón

serie 1Ascenso

serie 2Descenso

serie 3Ascenso

serie 1Ascenso

serie 2Descenso

serie 3Ascenso

kPa mbar mbar mbar mbar mbar mbar

0.00 0 0 0 0 0 0

20.00 202 199 201 2 -1 1

40.00 403 398 402 3 -2 2

60.00 604 597 603 4 -3 3

80.00 802 798 801 2 -2 1

100.00 1 001 999 1 000 1 -1 0

Conjunto de valores de una magnitud atribuidos a un mensurando, acompañados de cualquier otra información relevante disponible.


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Error aleatorio de mediciónComponente del error de medición que, en mediciones repetidas, varía de manera impredecible. Este error nunca puede ser identificado.

Error de medición(Error)Diferencia entre un valor medición de una magnitud y un valor de referencia.

Error sistemático de mediciónComponente del error de medición que, en mediciones repetidas, permanece constante o varía de manera predecible. Por complejo que sea, este error siempre puede ser identificado.



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CorrecciónCompensación de un efecto sistemático estimado.

1.3 Términos básicos de metrología1.3.2 Resultado de una medición


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1.3.3 Características e incertidumbre de las mediciones


1.3.3 Características e incertidumbre de las mediciones


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Características de las mediciones

Exactitud de medición(Exactitud)Proximidad entre un valor medido y un valor verdadero de unmensurando.

CUALITATIVOS

1.3 Términos básicos de metrología1.3.3 Características e incertidumbre de las mediciones

Veracidad de medida(Veracidad)Proximidad entre la media de un número infinito de valoresmedidos repetidos y un valor de referencia..


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Características de las mediciones

Incertidumbre de mediciónParámetro no-negativo que caracteriza la dispersión de los valores atribuidos a un mensurando, a partir de la información que se utiliza.

Precisión de mediciónProximidad entre las indicaciones o los valores medidos obtenidos en mediciones repetidas de un mismo objeto o de objetos similares, bajo condiciones especificadas.

CUANTITATIVOS



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Incertidumbre de medición


No es posible conocer con

certeza absoluta el valor

verdadero de una magnitud.

Siempre nos quedamos con incertidumbre.

La incertidumbre se estima, no es

una cuantificación exacta. Por lo

tanto es incorrecto decir que 'se calcula'

El nivel de incertidumbre

apropiado depende del uso

intencionado.


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Caracte-rísticasde las

medicio-nes

Resultado no corregido

Dispersión por errores aleatorios

“Valor verdadero”IncertidumbreResultado corregido

Corrección (sesgo)

Mensurando



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Tema 1.4 Sistema Internacional de unidades



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En este capítulo se dará a conocer el Sistema Internacional deunidades (SI) y las normas nacionales e internacionalesrelacionadas con las magnitudes, sus unidades y la forma correctade escribirlas,

ObjetivoEl participante identificará las unidades de base del SistemaInternacional de Unidades, las unidades derivadas, las reglas yrecomendaciones más comunes para su uso, con la finalidad deexpresar correctamente los resultados de mediciones.

Introducción


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Obligatoriedad del S.I.

Artículo 5 (LFMN)En los Estados Unidos Mexicanos el Sistema General de

Unidades de Medida es el único legal y de uso obligatorio.

El Sistema General de Unidades de Medida se integra, entre

otras, con las unidades básicas del Sistema Internacional de Unidades�, así como con las suplementarias, las derivadas de las unidades base y los múltiplos y submúltiplos de todas ellas, que apruebe la Conferencia General de Pesas y Medidas y se prevean en normas oficiales mexicanas.

1.4 Sistema Internacional de Unidades


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1.4.1 ¿Qué es la unidad y su símbolo?

1.4.2 Unidades de base.

1.4.3 Unidades derivadas.

1.4.4 Unidades que no son del SI.

1.4.5 La nomenclatura de la metrología.

Contenido


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Unidad de medición UnidadMagnitud escalar real, definida y adoptadapor convenio, con la que se puede compararcualquier otra magnitud de la mismanaturaleza para expresar la relación entreambas mediante un número.

Ejemplos:

metrokilogramonewtonlitropulgadalibrakilopondgalón

Definiciones

1.4 Sistema Internacional de Unidades1.4.1 ¿Qué es la unidad y su símbolo?


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Símbolo de la unidadSímbolo designado en forma convencional para una unidad de medición.

Ejemplos:

m para metrokg para kilogramoA para ampere

El resultado de un mensurando se expresa por:a) Su valor (numérico).b) Su unidad.

Ejemplos:

Masa de una pesa: 1.053 kgLongitud de un bloque: 7.153 mm

1.4 Sistema Internacional de Unidades1.4.1 ¿Qué es la unidad y su símbolo?


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1.4.2 Unidades del S.I. de base


1.4.2 Unidades del S.I. de base


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1.4 Sistema Internacional de Unidades1.4.2 Unidades del S.I. de base


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1.4.3 Unidades derivadas


1.4.3 Unidades derivadas


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Unidades derivadasEstas unidades se forman por combinaciones simples de las unidades del SI de base de acuerdo con las leyes de la física.

1.4 Sistema Internacional de Unidades1.4.3 Unidades derivadas


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. . . con nombre y símbolo especial.Para facilitar la expresión de unidades derivadas formadas de combinaciones de unidades de base, se le ha dado a un cierto número de ellas un nombre y un símbolo especial.

1.4 Sistema Internacional de Unidades1.4.3 Unidades derivadas


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1.4.4 Unidades que NO son del S.I.


1.4.4 Unidades que NO son del S.I.


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Unidades que NO son del SI. . . pero que se conservan para utilizarse con el mismo.

1.4 Sistema Internacional de Unidades1.4.4 Unidades que NO son del S.I.


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. . . pero pueden utilizarse temporalmente.

Unidades que NO son del SI



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. . . y no deben utilizarse en conjunto con el SI.Unidades que NO son del SI



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1.4.5 La nomenclatura de la metrología


1.4.5 La nomenclatura de la metrología


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1.4.5 La nomenclatura de la metrología Prefijos del SI

Estos son algunos de los prefijos y sussímbolos aprobados por la CGPM.

Nombre

tera

giga

mega

kilo

hecto

deca

Valor

1012

109

106

1 000

100

10

Símbolo

T

G

M

k

h

da

Símbolo

p

n

μ

m

c

d

Valor

10-12

10-9

10-6

0.001

0.01

0.1

Nombre

pico

nano

micro

mili

centi

deci


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Los símbolos de las unidades deben escribirse encaracteres romanos rectos, no en caracteres oblicuos nicon letras cursivas.

m, kg m , kg.

El símbolo de la unidades debe escribirse conminúscula a excepción hecha de las que sederivan de nombres propios.

No utilizar abreviaturas.m, s, A, Pa seg, Amp.

1.4 Sistema Internacional de Unidades1.4.5 La nomenclatura de la metrología


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En los símbolos de las unidades, no debe hacerse lasustitución de una mayúscula por una minúsculaya que puede cambiar el significado.

5 km 5 Km

Los símbolos de las unidades se escriben sin punto finaly no deben pluralizarse para no utilizar la letra s quepor otra parte representa al segundo.

50 mm 50 mms.



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Las unidades no se deben representar por sus símboloscuando se escribe con letras su valor numérico.

Cincuenta kilómetros cincuenta km

Celsius es el único nombre de unidad que se escribesiempre con mayúscula, los demás siempre debenescribirse con minúscula, exceptuando cuando seaprincipio de una frase.



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En la CGPM, octubre de 2003, se aceptó el uso del puntoo la coma, de acuerdo con el uso de cada país.

En México, oficialmente el signo decimal debe ser una coma sobre la línea (,) o un punto sobre la línea (.). Si la magnitud de un número es menor que la unidad, el signo decimal debe ser precedido por un cero.

Los números pueden ser separados por un pequeñoespacio (nunca comas o puntos) en grupos de tres, aizquierda y derecha del signo decimal.

1 970,022 5 ó 1 970.022 5 0,690 924 ó 0.690 924



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Los símbolos de las magnitudes son generalmente letrasdel alfabeto latino o griego, algunas veces consubíndices u otros signos. Estos símbolos deben estarescritos en caracteres itálicos (inclinados).

masa: M M

No utilizar los símbolos de las unidades, para describir los símbolos de las magnitudes.M, V, n g, m3, mol



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Expresiones comunes, pero no recomendables: A menudo se dice . . .

vatiovoltiovoltajeamperajewattajeKilometrajegrados centígrados

. . . pero se recomienda decirwattvolttensión eléctricacorriente eléctricapotenciadistancia (en kilómetros)grados Celsius



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Tema 1.5 Características de los instrumentos de

medición

Tema 1.5 Características de los instrumentos de

medición


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En este capítulo se revisarán los conceptos más importantesrelacionados con las características metrológicas de losinstrumentos de medida.

También aquí, serán discutidos algunos conceptos vinculados a laconfirmación metrológica.

ObjetivoEl participante identificará las principales cualidadesmetrológicas de los instrumentos de medición y conocerá laimportancia de confirmar que éstos tienen un desempeñoadecuado para las aplicaciones a las que sean destinados.

Introducción


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Contenido

1.5.1 Características de los instrumentos.

1.5.2 Confirmación metrológica.


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Tema 1.5 Características de los instrumentos de medición

1.5.1 Características de los instrumentos

Tema 1.5 Características de los instrumentos de medición

1.5.1 Características de los instrumentos

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