introducción a la metrología cenam.pdfequipo de medición: dirección de masa y densidad, mayo...

Dirección de Masa y Densidad, Mayo 2018

Introducción a la Metrología

1

Introducción a la

Metrología

M. en C. Luis Omar Becerra Santiago

Director de Masa y Densidad

CENAM

[email protected]



2

Contenido

• Importancia de las mediciones

• Metrología y calidad

• Términos básicos de metrología

• El Sistema Internacional de Unidades



Importancia de las

Mediciones



4

“A menudo digo que cuando puedes

medir de lo que estás hablando y

expresarlo en números, sabes algo al

respecto; pero cuando no puedes

medirlo, cuando no puedes expresarlo

en números, tu conocimiento es

escaso e insatisfactorio; puede ser el

comienzo del conocimiento, apenas has

avanzado en tus pensamientos hacia el

escenario de la ciencia, cualquiera que

sea el tema.”

William Thomson, Lord Kelvin.

William Thomson (26 de junio de

1824 – 17 de diciembre de 1907),

físico y matemático inglés.



El contacto con las

mediciones es cotidiano...

Las mediciones en la vida diaria

Incluso desde antes

de nacer.



Las mediciones en la vida diaria

Se mide al comprar o

vender.

Al comprar

gasolina y

combustibles.

En los medidores

de consumo

eléctrico, de

agua, de gas.



Para conocer

¿Por qué medimos?

Para decidir



Metrología y

Calidad



Mediciones y Calidad

Conjunto de

propiedades

inherentes a un

producto / servicio

que permite

caracterizarlo y

valorarlo con

respecto a las

restantes de su

especie.

PLANEAR HACER

VERIFICARAJUSTAR

MEJORA

CONTINUA

La ruta a la calidad



Las mediciones en la industria

fibra opticafibra optica



Las mediciones en la industria



Metrología en las normas

ISO 9001:2015

Sistemas de gestión de la calidad — Requisitos

ISO/IEC 17025:2017

Requisitos Generales para la competencia de laboratorios de calibración y

pruebas

ISO/IEC 17020:2012

Evaluación de la conformidad – Requisitos de operación de diferentes tipos de

organismos que realizan la verificaicón

ISO 10012 :2003

Sistema de gestión de las mediciones – Requisitos para los procesos de

medición y los equipos de medición

etc.



ISO 9001:2015

8.5.1 Control de la producción y de la provisión del servicio

La organización debe implementar la producción y provisión del

servicio bajo condiciones controladas.

c) la implementación de actividades de seguimiento y medición

en las etapas apropiadas para verificar que se cumplen los

criterios para el control de los procesos o sus salidas, y los

criterios de aceptación para los productos y servicios;



ISO 10012:2010

Asegurar que el equipo y los procesos de medición son

adecuados para su uso previsto para alcanzar

objetivos de calidad y gestionar el riesgo de obtener

resultados de medición incorrectos.

Requisitos de aseguramiento de calidad para

equipo de medición:



Metrología y el comercio

• Sistema general de unidades de medida.

• Requisitos para fabricación, importación, reparación,

venta, verificación y uso de los instrumentos para

medir.

• Obligatoriedad de la medición en transacciones,

indicar contenido neto.

Ley Federal sobre Metrología y Normalización



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



Comercio internacional

Vender productos y

servicios en otros países.

Traer productos y servicios

de otros países.

Objetivo.

Problemática.

Leyes y reglamentos del país

destino.



Importancia de la

uniformidad internacional de las mediciones

CIPM MRA

ILAC MRA

Libre comercio

PAÍS 2

INM

Laboratorios

secundarios y

de pruebas

Productos

Entidad de

acreditación

PAÍS 1

INM

Laboratorios

secundarios y

de pruebas

Productos

Entidad de

acreditación



Medir bien

• Aumenta la confianza de los clientes.

• Permite asegurar la calidad del producto

disminuyendo 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.



Términos

Básicos de

Metrología



Metrología

“Ciencia de la Medición y sus aplicaciones”

MediciónProceso que consiste en obtener

experimentalmente uno o varios valores que

puedan atribuirse razonablemente a una

magnitud.

Aspectos teóricos.

Aspectos técnicos.

Aspectos legales.



Magnitud

Propiedad de un fenómeno, de un cuerpo o de una

sustancia que se puede expresar mediante un número y

una referencia.



Mensurando

Magnitud que se desea medir.

P.ej. Volumen de un

tanque metálico X

definido a una

temperatura de 20 ºC.



Instrumento de mediciónDispositivo utilizado

para realizar

mediciones, solo o

asociado a uno o varios

dispositivos

suplementarios.

http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Matrazaforado.jpghttp://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Matrazaforado.jpg



Conjunto de uno o más instrumentos de medición y,

frecuentemente, otros dispositivos, incluyendo reactivos e

insumos varios, ensamblados y adaptados para proporcionar

valores medidos dentro de intervalos especificados, para

magnitudes de naturalezas dadas.

Sistema de medida



Serie de elementos de un sistema

de medición que constituye la

trayectoria de la señal, desde el

sensor hasta el elemento de salida.

Cadena de medida



Patrón de medida

Realización de la definición de una magnitud dada,

con un valor determinado y una incertidumbre de

medida asociada, tomada como referencia.



Material de referencia certificado

Material de referencia acompañado por la documentación emitida

por un organismo autorizado, que proporciona uno o varios

valores de propiedades especificadas, con incertidumbres y

trazabilidades asociadas, empleando procedimientos válidos.



Trazabilidad metrológica

Propiedad de un resultado de medición por la cual el

resultado puede relacionarse con una referencia mediante

una cadena ininterrumpida y documentada de calibraciones,

cada una de las cuales contribuye a la incertidumbre de

medida.

NOTA: ¡NO es el INSTRUMENTO el que tiene trazabilidad,

SINO el resultado de la MEDICIÓN que se realiza con él!



Conjunto de operaciones

realizadas sobre un sistema

de medición para que

proporcione indicaciones

prescritas, correspondientes

a valores dados de la

magnitud a medir.

Ajuste de un sistema de medición



Operación que bajo

condiciones especificadas

establece, en una primera

etapa, una relación entre los

valores y sus incertidumbres

de medición asociadas

obtenidas a partir de los

patrones de medición, y las

Calibración

correspondientes indicaciones con sus incertidumbres

asociadas y, en una segunda etapa, utiliza esta información

para establecer una relación que permita obtener un resultado

de medición a partir de una indicación.



Aportación de evidencia objetiva de que un elemento satisface

los requisitos especificados.

Verificación

Las verificaciones sirven para establecer si el instrumento

sometido corresponde y satisface las especificaciones

particulares.



Conjunto de operaciones para

asegurar que el equipo de

medición está conforme a los

requisitos del uso pretendido.

(ISO 10012:2002)

Confirmación metrológica



Calibración: Relaciono las lecturas del medidor con las

del patrón y uso los resultados apropiadamente.

Ajuste: Logro el funcionamiento adecuado.

Verificación: Aporto evidencia objetivamente del

cumplimiento de requisitos.

Confirmación: Aseguro objetivamente el cumplimiento de

requisitos particulares para un uso específico propuesto.

Actividades de la confirmación metrológica



El Sistema

Internacional de

Unidades, SI



36

17991875 1889

1948 1954 1967 1971 19832011 2014 2018

Se e

stab

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Mét

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Tra

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Fechas importantes del sistema internacional de unidades



Unidades del SI de base

Magnitud

masa

tiempo

longitud

corriente eléctrica

temperatura termodinámica

intensidad luminosa

cantidad de sustancia

Unidad

kilogramo

segundo

metro

ampere

kelvin

candela

mol

Símbolo

kg

s

m

A

K

cd

mol



El kilogramo

Es la masa igual a la del

prototipo internacional del

kilogramo.

Patrón nacional de masa k21 y los

patrones k90 y k96



El segundo

Es la duración de

9 192 631 770 períodos de

la radiación correspondiente

a la transición entre los dos

niveles hiperfinos del estado

fundamental del átomo de

cesio 133.

Reloj atómico para la realización del segundo



El metro

Es la longitud de la trayectoria recorrida por la luz en el

vacío en un lapso de (1/299 792 458) s.

Láser de

HeNe

estabilizado

en frecuencia

al yodo a

633 nm para

la realización

del metro



Efecto

Josephson para

la realización

del volt (unidad

de la tensión

eléctrica en

c. c.).

Patrón nacional de resistencia

eléctrica en c. c.

El ampere

Es la intensidad de una

corriente constante que

mantenida entre dos

conductores paralelos,

rectilíneos, de longitud

infinita, de sección circular

despreciable, colocados en el

vacío separados 1 m uno del otro,

producirá una fuerza de 2 X 10-7

N/m entre estos conductores.



El kelvin

Es la fracción 1/273.16

de la temperatura

termodinámica del

punto triple del agua.

Celdas del punto triple del agua



La candela

Es la intensidad luminosa

en una dirección dada, de

una fuente de radiación

monocromática de

frecuencia 540 X 1012 Hz

y cuya intensidad

energética en esa

dirección es de 1/683

W/sr.Lámparas y detectores fotométricos

utilizados para conservar la candela



Sistema nacional primario de titulación

coulombimétrica a corriente constante

El mol

Es la cantidad de

sustancia de un sistema

que contiene tantas

entidades elementales

como número de

átomos existen en

0.012 kg de 12C.



Unidades derivadas

Estas unidades se forman por combinaciones simples

de las unidades del SI de base de acuerdo con las

leyes de la física.

Ejemplos:

Magnitud Nombre Símbolo

superficie metro cuadrado m2

volumen metro cúbico m3

velocidad metro por segundo m/sconcentración kilogramo por metro cúbico kg/m3

en masa contenido de mol por kilogramo mol/kgcantidad de sustancia



. . . 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.

Ejemplos:

Magnitud Nombre Símbolo

energía joule J (m2 · kg · s-2)

frecuencia hertz Hz (s-1)

fuerza newton N (m · kg · s-2)

potencia watt W (m2 · kg · s-3)

presión pascal Pa (kg · m-1 · s-2)

Unidades derivadas



47



48



49

Actual SI Nuevo SIMagnitud de base Unidades de

base

Magnitud “de base” Constante

definitoria

Tiempo segundo Frecuencia Cs

Longitud metro Velocidad c

Masa kilogramo Acción h

Corriente eléctrica ampere Carga eléctrica e

Temperatura

termodinámicakelvin Capacidad calorífica k

Cantidad de sustancia mol Cantidad de sustancia NA

Intensidad luminosa candela Intensidad luminosa Kcd



50

Símbolo Valor numérico Unidad

Cs 9 192 631 770 Hz = s−1

c 299 792 458 m s-1

h 6.626 070 15 × 1034 J s = kg m2 s−1

e 1.602 176 634 × 1019 C = A s

k 1.380 649 × 1023 J K-1 = kg m2 s−1 K-1

NA 6.022 140 76 ×1023 mol−1

Kcd 683 lm W-1 = cd sr kg-1 m-2 s3

Constantes definitorias



51

Unidad Símbolo Definición

segundo s Se define al tomar el valor numérico fijo de la frecuenciade transición hiperfina del estado fundamental del

átomo de cesio 133, Cs como 9 192 631 770

expresada en la unidad Hz, la cual es igual a s-1

metro m Se define al tomar como un valor numérico fijo la velocidad de la luz en el vacío c como 299 792 458

expresada en la unidad m s-1, en donde el segundo esta

definido en términos de la frecuencia del cesio νCs.

kilogramo kg Se define al tomar como valor numérico fijo la constante de Planck h como 6.626 070 15 ×10–34 cuando es

expresada en la unidad J s, la cual es igual a kg m2 s–1,

donde el metro y el segundo están definidas en términos

de c y Cs.



52


ampere A Se define al tomar como valor numérico fijo el valor de lacarga elemental e como 1.602 176 634 ×10–19 cuando es

expresada en la unidad C, la cual es igual a A s, donde el

segundo está definido en términos de Cs.

kelvin K Se define al tomar como valor numérico fijo el valor de la constante de Boltzmann k como 1.380 649 ×10–23

cuando es expresada en la unidad J K–1, la cual es igual a

kg m2 s-2 K–1, donde el kilogramo, el metro y el segundo

están definidos en términos de h, c y Cs.

mol mol Un mol contiene exactamente 6.022 140 76 x 1023

entidades elementales. Este número es el valor numérico

fijo de la constante de Avogadro NA cuando es

expresada en la unidad mol-1 y es llamado el número de

Avogadro.



53


candela cd Se define al tomar el valor numérico fijo de la eficacialuminosa de radiación monocromática de frecuencia

540 ×1012 Hz, Kcd, como 683 expresada en la unidad lm

W–1, la cual es igual a cd sr W–1, o

kg-1 m-2 s3 cd sr, donde el kilogramo, el metro y el

segundo están definidos en términos de h, c y Cs.



54

tiempo 1 s 9192631770 cs-1

longitud 1 m 30.6633189884984 c cs-1

masa 1 kg 1.47552139973527E+40 h cs c-2

corriente eléctrica 1 A 6.78968681725055E+08 cs e

temperatura termodinámica 1 K 2.26666526460111 h cs k-1

cantidad de sustancia 1 mol 6.02214076E+23 NA-1

intensidad luminosa 1 cd 2.61483048228562E+10 cs2 h Kcd

Unidades de base expresadas en términos de

las constantes definitorias



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Densidad 1 kg m-3 kg m-3 5.11785561760682E+35 h cs4 c-5

Fuerza 1 N kg m s-2 5.35408110498270E+21 h cs2 c-1

Presión, tensión 1 Pa kg m-1 s-2 5.69438233980456E+18 h cs4 c-3

Energía, trabajo 1 J kg m2 s-2 1.64173896812376E+23 h csPotencia, Flujo Radiante 1 W kg m2 s-3 1.78592921940108E+13 h cs

2

Carga eléctrica 1 C A s 6.24150907446076E+18 e

Dif. de potencial eléctrico 1 V kg m2 s-3 A-1 2.63035581385516E+04 h cs e-1

Resistencia eléctrica 1 W kg m2 s-3 A-2 3.87404586493183E-05 h e-2

Tensión superficial 1 N m-1 kg s-2 1.74608662127899E+20 h cs3 c-2

Viscosidad dinámica 1 Pa s kg m-1 s-1 5.23463600074143E+28 h cs3 c-3

Acción 1 J s kg m2 s-1 1.50919017964215E+33 h

Algunas unidades derivadas definidas en función

de las constantes definitorias

¡ Todas las unidades podrán expresarse en términos de las una

o varias de las constantes definitorias !



56

“La única base para creer en

las ciencias naturales, es la

idea de que lo sepamos o no,

las leyes generales que rigen

los fenómenos del universo

son necesarias y constantes"

Marques de Condorcet, Secretario permanente de

la Academia de Ciencias, y miembro del Comité

de Pesas y Medidas de 1790 que creó el sistema

métrico originalNicolas de Condorcet

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