2-capitulo ii caracteristicas de los equipos

Introducción a la estimación de incertidumbre con aplicaciones en análisis químico y fisicoquímico

2014 Introducción a la estimación de incertidumbre con aplicaciones en análisis químico y fisicoquímico 2

Temario del curso

Introducción.• Conceptos generales de metrología.

Características de un instrumento de medición• Generalidades de la Confirmación Metrológica• Generalidades del CEIMA

Conceptos básicos de estadística.

Proceso de estimación de incertidumbre en mediciones analíticas.• Identificación del mensurando• Identificación de fuentes de incertidumbre• Estimación de incertidumbre estándar• Incertidumbre tipo A• Incertidumbre tipo B• Estimación de incertidumbre combinada• Estimación de incertidumbre expandida• Reporte del resultado de la medición y su incertidumbre

Ejemplos y ejercicios.

Características de un instrumento de medición.

(Patrones de medición)



Contenido

• Características de los instrumentos de medición

• Confirmación metrológica

• Calificación de equipo de instrumentos de medición analítica


Introducción

En este capítulo se revisarán los conceptos más importantes

relacionados con las características metrológicas de los instrumentos de

medición.

También aquí, serán discutidos algunos conceptos vinculados a la

confirmación metrológica y a la calificación de equipo.


Objetivos

El participante identificará las principales cualidades metrológicasde los instrumentos de medición, y conocerá la importancia deconfirmar que éstos tienen un desempeño adecuado para lasaplicaciones a las que sean destinados.


Dispositivo utilizado para realizar mediciones, solo o asociado a uno o varios dispositivos suplementarios.

Instrumento de medición


Sistema de medida

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.


Cadena 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.


Intervalo de indicaciones

Conjunto de valores comprendido entre dos indicaciones extremas.

5

6 7 8 9 1011

12

Amplitud de un intervalo nominal de indicaciones

Valor absoluto de la diferencia entre los valores extremos de un intervalo nominal de indicaciones.


Medida materializada

Valor nominal

Valor redondeado o aproximado de

una magnitud característica de un

instrumento o sistema de medición,

que sirve de guía para su utilización

apropiada.

Instrumento de medición que reproduce o proporciona de manera

permanente durante su utilización, magnitudes de una o varias

naturalezas, cada una de ellas con un valor asignado.


Sensibilidad de un sistema de medida

Cociente entre la variación de una indicación de un sistema de medición y la variación correspondiente del valor de la magnitud medida.

entrada

salida

X

YS

∆

∆=

S Sensibilidad.

Ysalida Señal de salida, indicación.

Xentrada Señal de entrada, estímulo.

∆ Cambio de …


Resolución

Mínima variación de la magnitud medida que da lugar a una variación perceptible de la indicación correspondiente.

4

6

32

7

5

10

8


Histéresis

Propiedad de un instrumento donde la respuesta a una señal de entrada depende de la secuencia de las señales de entrada (o los valores de las magnitudes de influencia) precedentes.

Entrada

Respuesta


Respuesta característica

Relación entre una señal de entrada y la respuesta correspondiente, dentro de condiciones definidas. (VIM 2ª Ed., 1993)

Entrada

Respuesta


Estabilidad

Deriva

EstabilidadDuración de una medición

Tiempo

Indicación del instrumento


Deriva instrumental

Variación continua o incremental de una indicación a lo largo del tiempo, debida a variaciones de las características metrológicas de un instrumento de medición.

20092009

20102010

Error del patrón


Exactitud de medida

Proximidad entre un valor medido y un valor

verdadero de un mensurando.

Clase de instrumentos o sistemas de medición

que satisfacen requisitos metrológicos

determinados destinados a mantener los errores

de medición o las incertidumbres instrumentales

dentro de límites especificados, bajo condiciones

de funcionamiento dadas.

Clase de exactitud


Repetibilidad

Condición de medición, dentro de un conjunto de condiciones que incluye el mismo procedimiento de medición, los mismos operadores, el mismo sistema de medición, las mismas condiciones de operación y el mismo lugar, así como mediciones repetidas del mismo objeto o de un objeto similar en un periodo corto de tiempo.

Condición de repetibilidad de una medición

Repetibilidad de medida

Precisión de medición bajo un conjunto de condiciones de repetibilidad.


Reproducibilidad

Precisión de medición bajo un conjunto de condiciones de reproducibilidad.

Reproducibilidad de medida

diferente

método

diferente

observadordiferente

instrumento

periodos

largos

diferentes

condiciones

diferente

lugar

REPRODUCIBILIDAD

Condición de reproducibilidad de una medición


Confirmación metrológica

Conjunto de operaciones para asegurar que el equipo de

medición está conforme a los requisitos del uso pretendido.

(ISO 10012:2002)


Calibración, verificación, ajuste…

Por ejemplo:

Instrumentos para pesar


Concepto de calibración

Operación que bajo condiciones especificadas establece, en una primera etapaestablece una relación entre los valores de la magnitud y sus incertidumbres demedida asociadas obtenidas a partir de los patrones de medida y lascorrespondientes indicaciones con sus incertidumbres asociadas, y, en una segundaetapa, utiliza esta información para establecer una relación que permita obtener unresultado de medida a partir de una indicación.

NOTAS:

� Una calibración puede expresarse por una declaración, una función de calibración, un diagrama decalibración, una curva de calibración o una tabla de calibración. En algunos casos puede consistirde una corrección aditiva o multiplicativa de la indicación con su incertidumbre correspondiente.

� Conviene no confundir la calibración con el ajuste de un sistema de medida, a menudo llamadaincorrectamente “autocalibración”, ni con la verificación de la calibración.

[VIM…]

La calibración de la balanza debe ser

obligatoria y ser realizada periódicamente

por un organismo acreditado.

La frecuencia de calibración se

determina de acuerdo a las

condiciones de uso

RECOMENDACIONES.

23


Ejemplo (calibración):

Se realizó la calibración de la balanza MC410S, entregándose un certificado de

calibración No.CNM-CC-730-001/2011, con los resultados siguientes:


En general, una calibración puede expresarse:

• mediante una declaración.

• una función de calibración

• un diagrama de calibración.

• una curva de calibración

• o una tabla de calibración.

En algunos casos puede consistir en una corrección aditiva o

multiplicativa de la indicación con su incertidumbre correspondiente.


Concepto de verificación

Aportación de evidencia objetiva de que un elemento satisface requisitos especificados.

EJEMPLO 1. …

EJEMPLO 2. La confirmación de que se han logrado las propiedades de funcionamiento

declaradas o los requisitos legales de un sistema de medida.

EJEMPLO 3. La confirmación de que es posible alcanzar una incertidumbre de medida objetivo

NOTAS:1. …

2. El elemento puede ser, …, un proceso, un procedimiento de medición, …o un sistema de

medición.

3. Uno de los requisitos especificados puede ser, por ejemplo, que se satisfagan las

especificaciones del fabricante.

4. En metrología legal, …la evaluación de la conformidad, esta relacionada con el

examen, marcado y/o emisión de un certificado de verificación de un sistema de medición.

5. La verificación no debiera confundirse con la calibración…

[VIM]


Ejemplo de verificación (balanza):

Se verificó que la balanza MC410S con certificado de calibración CNM-CC-730-001/2011

cumple con los requisitos de la prueba metrológica de error de indicación en el punto de

prueba de 10 g.


Concepto de ajuste.

Conjunto de operaciones realizadas sobre un sistema de medida para que

proporcione indicaciones prescritas, correspondientes a valores dados de la

magnitud a medir.

NOTAS:

1. …

2. No debe confundirse el ajuste de un sistema de medida con su propia calibración, que es un requisito para el

ajuste.

3. Después de su ajuste, …debe ser calibrado nuevamente. [VIM]


Ejemplo (ajuste):

� Se deja fuera de operación el equipo.

� Se reporta el problema al proveedor del equipo y se solicita se le

realice un mantenimiento preventivo y se ajuste el instrumento para

que cumpla con las especificaciones.

Se verificó la balanza MC410S con certificado de calibración No. CNM-CC-730-

001/2011 y NO cumple con los requisitos de la prueba metrológica de error de

indicación en el punto de prueba de 10 g, se realizó el proceso varias veces y el

error continua por lo que se concluyó que esta se encuentra fuera de

especificación.

Posteriormente se programó la calibración del instrumento…


Nota 1. Diversos tipos de ajuste de un sistema de medición son:

• ajuste de cero.

• ajuste del offset (desplazamiento).

• ajuste de la amplitud de escala (denominado también ajuste de la

ganancia).

Después de su ajuste, generalmente un sistema de medición debe ser

calibrado nuevamente.


Proceso de confirmación metrológica

Calibro: Relaciono las lecturas del medidor con las del patrón y uso los resultados apropiadamente.

Ajusto: Logro el funcionamiento adecuado.

Verifico: Aporto evidencia objetivamente del cumplimiento de requisitos.

Confirmo: Aseguro objetivamente el cumplimiento de requisitos particulares para un uso específico propuesto.


Instrumento para pesar

Calibración

Verificación

Ajuste

Confirmación

Decisiones.

Requisitos

metrológicos para

el uso previsto del

equipo

Requisitos metrológicos

Evidencia objetiva de

que se satisface

requisitos

metrológicos

Mantenimiento

del instrumento

Error de

indicación

…confirmación

metrológicaISO 10012:2003(E)


En mediciones químicas se realiza el proceso de“Calificación de equipo de instrumentos de mediciónanalítica (CEIMA)”.

Antes validar el método, se debe calificar

el instrumento analítico, ya que es

importante verificar que con ese

instrumento se puede determinar el

compuesto de interés en la matriz y

concentración deseadas.


Es el proceso total de aseguramiento de que un instrumento es apropiado para el uso propuesto y que su desempeño esta de acuerdo a las especificaciones establecidas por el usuario y el proveedor.

CALIFICACIÓN DE EQUIPO DE INSTRUMENTOS ANALITICOS.

[Bedson and M. Sargent, LGC of UK, 1996]

[Guía OIML G 10, Verification equipment for national metrology services]

El proceso de calificación de equipo, se refiere a la verificación de

desempeño de los instrumentos de medición analítica. La OIML, refiere

algunas guías.


Proceso de calificación de equipo deinstrumentos analíticos

Calificación del Diseño

Define las especificaciones funcionales y operacionales delinstrumento, y detalla las decisiones conscientes en laselección del proveedor. (Proveedor, Usuario)

Calificación de Instalación

Establece que el instrumento es recibido de acuerdo acomo se diseñó y especificó, que está adecuadamenteinstalado en el ambiente que se seleccionó, y que esapropiado para la operación del instrumento. (Proveedor)

Calificación Operacional

El proceso en donde se demuestra que un instrumento sedesempeñará de acuerdo a la especificación operacional enel ambiente seleccionado. (Usuario ó Proveedor, bajocontrol de usuario)

Calificación del Desempeño

El proceso en donde se demuestra que un instrumento sedesempeña de acuerdo a la especificación adecuada parasu uso rutinario. (Usuario, algunos parámetros elProveedor)

[Bedson and M. Sargent, LGC of UK, 1996]


Patrón de medición

� “medida materializada, instrumento de medición, material de

referencia o sistema de medición, destinados a definir, realizar,

conservar o reproducir una unidad o uno o más valores de una

magnitud para utilizarse como referencia”

CENAM / CNM-MMM-PT-001 (2002)

� medir significa compararse a un patrón de medición


Unidades del SI de base(o fundamentales)

Magnitud Unidad Símbolo

Masa Kilogramo kg

Tiempo Segundo s

Longitud Metro m

Corriente eléctrica Ampere A

Temperatura Termodinámica Kelvin K

Intensidad Luminosa Candela cd

Cantidad de Substancia mol mol


“propiedad del resultado de una medición o del valor de un patrón por

la cual pueda ser relacionado a referencias determinadas, generalmente

patrones nacionales o internacionales, por medio de una cadena

ininterrumpida de comparaciones teniendo todas incertidumbres

determinadas”

Trazabilidad

BIPM/VIM: 1993, 6.10JCGM 100:2008.GUM

NOTA: NO es el INSTRUMENTO el que tiene trazabilidad,

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


Incertidumbre de medida

Parámetro no-negativo que caracteriza la dispersión de los valores

atribuidos a un mensurando, a partir de la información que se utiliza.

La palabra incertidumbre significa duda, y por lo tanto en su sentido mas

amplio “incertidumbre de la medida” significa duda acerca de la validez

del resultado de una medición.

JCGM 100:2008.GUM

Incertidumbre de medición


Cadena de trazabilidad

PATRÓN NACIONAL

PATRÓN DE REFERENCIA

PATRÓN DE TRABAJO


PATRÓN DE TRABAJO


PATRÓN DE TRABAJO

INSTRUMENTO DE MEDICIÓN

LABORATORIOSECUNDARIO

ORGANIZACIÓN

incertidumbreCENAM

PATRONESNACIONALESDE OTROSPAÍSES

BIPM


?

PATRÓNPRIMARIO

PATRÓNSECUNDARIO

INSTRUMENTODE MEDICIÓN

Trazabilidad ... ... e Incertidumbre

Cadena de Trazabilidad


Cadena de trazabilidad metrológica


Materiales de Referenciamedición química es una comparación contra un material de referencia

•Material de Referencia (MR)

“ Material o substancia para el cual el valor de una (o de varias) de sus propiedades es lo

suficientemente homogéneo y bien establecido como para ser utilizado como referencia en la

calibración de un instrumento, en la evaluación de un método de medición o para asignar

valores a las propiedades de otros materiales ”.

• Material de Referencia Certificado (MRC)

“ Material de referencia, acompañado de un certificado, para el cual el valor de una (o de varias)

de sus propiedades se ha certificado por medio de un procedimiento que establece su

trazabilidad a una realización exacta de la unidad en que se expresan los valores de la propiedad

y en el que cada valor certificado se acompaña de una incertidumbre con un nivel de confianza

declarado “.

VIM


�Son un eslabón (de la cadena de trazabilidad) que entrelaza los resultadosde una medición sobre una muestra real con las mediciones realizadas en unlaboratorio de mayor jerarquía metrológica (de menor incertidumbre ytrazable al SI)

�A través de los MRC se establece una comparabilidad o equivalencia de lasmediciones hechas en un laboratorio con la mediciones realizadas encualquier otro laboratorio del mundo

�Por medio de los MRC las mediciones de campo (laboratorio no metrológico)se convierten en altamente confiables y mucho menos costosas

Los Materiales de Referencia Certificados...


Los MRC proporcionan la clave para:

Reducción de Costos

Reducción de Riesgos

Aumentar laSatisfacción delCliente

Pocos Reclamos

Incrementa las Oportunidadesen el Mercado

Acreditación

Incrementa laCompetitividad

Incrementa la Reputacióncon organismos Reguladores

Incrementa la Reputacióncon los Clientes

Reproducibilidad enrepetición de análisis

UNA PEQUEÑA INVERSIÓN EN MRC’sPAGARÍA MUCHAS SOBREESTIMACIONES

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