libro metrologia 1

Analizar y aplicar los conceptos de metrología e instrumentación que permitan determinar las actividades a

seguir en el manejo de equipos e instrumentos, para asegurar sus condiciones adecuadas de uso.

Conocer las actividades de control y de confirmación metrológica a nivel de equipos e instrumentos

actuadores en las mediciones y aplicaciones electrónicas. Breve Descripción

El estudio de los fenómenos físicos se realiza mediante una secuencia de pasos que parten de la simple

observación, pasan por la descripción, lo más detallada posible, y llegan finalmente a establecer un modelo

que genera, basada en un análisis mediante herramientas (generalmente la física y la matemática) los

resultados que lo convalidan y permiten ser avalados por el comportamiento final del fenómeno en sí.

Una de las primeras preocupaciones de un investigador es ¿que se le debe pedir al modelo?, por que si se

debe estudiar el modelo en lo primero que se piensa es en medirlo, pero ¿y que es medir? Precisamente este

es el tema principal del curso. Cualquier curso que pretenda adelantar el análisis de un fenómeno físico debe,

como mínimo establecer que va a medir y como va a hacerlo.

Es necesario que exista una recopilación de la información sobre medidas, medición e instrumentación, como

bases metodológicas para la realización de trabajos científicos, es decir, aprender a investigar aplicando los

conocimientos, técnicas y equipos con atención especial de las nuevas tecnologías.

La Ingenierías Eléctrica y Electrónica se preocupan por todos los fenómenos físicos asociados con la carga y

su movimiento, y para ello emplea dos modelos, la teoría electromagnética y la teoría de circuitos, estudios

que se convierten en la base de todo lo que involucre la transformación de cualquier tipo de energía eléctrica y

viceversa.

DEDICATORIA

A Dios Padre Todo Poderoso y a la Santísima Virgen María por concederme los dones y gracias

necesarias para continuar en el camino de la fe, la esperanza y la caridad, y al inspirarme con los dones del

Espíritu Santo para mantenerme en el temor de DIOS como principio básico de la Sabiduría.

Alcanzar grandes cosas requiere grandes sacrificios como el de nuestro Señor Jesucristo, así mismo para

alcanzar mi título en AIU he tenido grandes sacrificios que han valido la pena y a través de su formación han

transformado mi vida.

http://www.grin.com/object/document.163112/cc742d3602c3a60b8af5b6774a17fa79_LARGE.png

A mi esposa mi Bella Princesa Kathy Faridy Hurtado Márquez por su paciencia, comprensión y amor y a

mi Bebe Sara Gabriela “son el Tesoro más valioso que tengo en el cofrecito de mi corazón”.

A mi mamá Ofelia Espinosa, mis tios José Hernán, Lilia, Lucila y su esposo David y mis primas Luz

Angélica y Gloria Patricia con su hija Diana Melissa quienes me enseñaron el valor de la perseverancia, la

dedicación y autodisciplina, así como el valor de luchar por mis ideales. A la memoria de mi tío José Hernán

Espinosa Martinez quien fue un padre para mí (mi mentor) y le debo lo que soy hoy día “que la luz de su

alma nos siga guiando por el camino de la vida”. A mis suegros Carlos y Gabriela quienes se han

convertido en mis segundos padres.. A mis hijos Santiago, Natalia y Juanita a pesar de la distancia son un

aliciente para hacer de mis acciones un ejemplo de vida y Brahian Stiven con su amor y ternura me han

transformado mi vida.

A UNITECNICA por brindarme la acogida y valoración que la hacen más que mi lugar de trabajo un Hogar

donde aprender es evolucionar y enseñar es una vocación. RUBEN DARIO

METROLOGIA E INSTRUMENTACIÓN

4

TABLA DE CONTENIDO

Objetivos 2

Breve Descripción 2

TABLA DE CONTENIDO 4

TABLA DE FIGURAS 6

Introducción 12

1. ANTECEDENTES DE METROLOGIA 13

Introducción Nacimiento de la Metrología 13

Institutos de metrología 14

Especificaciones técnicas relacionadas con las medidas 14

Normas británicas 14

International electrotechnical commision 15

Institute of electrical and electronics engineers 15

Deutsches Institut fûr Normung 15

En Colombia 15

Sistema internacional de unidades: 16

Límites de especificaciones en metrología 16

Requerimientos del sistema de calidad: 16

POR QUÉ CALIBRAR? 17

Quién debe realizar la calibración de mis instrumentos? 18

2. CONCEPTOS FUNDAMENTALES DE MEDIDA 21

Tipos de Metrología: 22

Aspectos de la Metrología: 22

Error de medición: 23

Error de cero 23

Error de angularidad, spam, alcance o multiplicación 24

Patrones de medición: 25

Estándar - norma: 26

Características de una norma 26

Tipos de normas 27

Incertidumbre 28

3. SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES 28

Unidades básicas: 29

Magnitud: longitud 29

Magnitud: Masa 29

Magnitud: tiempo 30

Magnitud: Corriente eléctrica. 30

Magnitud: Temperatura termodinámica 31

Magnitud: Cantidad de sustancia 32

Magnitud: Intensidad luminosa. 32

Unidades suplementarias 33

Angulo Plano 33

Angulo sólido: 34

Unidades derivadas 34

Características de los sistemas de medida 35

Las características estáticas 35


5

Características dinámicas 45

Régimen transitorio y permanente 50

Impedancia de salida del sensor- impedancia y magnitud de la etapa preamplificadora 53

Acople de impedancias: 55

Servotransductores: 57

4. MEDIDORES ANALÓGICOS: 59

Medidor de bobina móvil: 59

Mecanismo de D'Arsonval. 59

Medidor de hierro móvil: 68

Medidor electrodinámico: 69

El osciloscopio: 71

Cómo funciona un osciloscopio? 72

Osciloscopios analógicos 73

Osciloscopios digitales 74

Métodos de muestreo 76

Términos utilizados al medir con el Osciloscopio 77

Tipos de ondas: 78

Se pueden clasificar las ondas en los cuatro tipos siguientes: 78

Medidas en las formas de onda 80

Qué parámetros influyen en la calidad de un osciloscopio? 82

Sistemas de instrumentación: 83

5. SENSORES: 84

Sensor primario: 85

Sensores de flujo y caudal: 87

Materiales empleados en sensores: 88

Clasificación de los sensores: 88

Selección de un sensor: 90

Sensores generadores de señal: 91

Sensores piezoeléctricos: 91

Sensores piroeléctricos: 105

Sensores termoeléctricos - termopares: 108

Efecto Seebeck: 108

Efecto Peltier: 111

Efecto Thompson: 111

Leyes aplicables a los termopares: 112

6. ACONDICIONAMIENTO DE LAS SEÑALES: 116

1. Acondicionamiento de señales de sensores resistivos 116

Termistores NTC para aplicaciones en termometría: 127

Acondicionamiento de los termistores tipo PTC. 131

Puentes de WHEATSTONE 136

Acondicionamiento de Galgas Extensiométricas. 140

Amplificador Operacional: 141

Algunos fabricantes relevantes de Amplificadores Operacionales: 157

Algunos tipos de AO clasificados por prestaciones: 157

FILTROS ACTIVOS 158

El Diagrama de Bode: 158


6

Clasificación de los filtros: 159

Convertidores de frecuencia a voltaje 165

Clases de fuentes 167

Conexión de señales y fuentes de señal para interfaces y adquisición de datos 169

CONCLUSIONES 174

BIBLIOGRAFIA 178

LABORATORIO NO 1 MANEJO DE OSCILOSCOPIO ANÁLOGO 179

LABORATORIO No 2 CARACTERISTICAS METROLOGICAS 0SCILOSCOPIO ANALOGO. 181

FORMATO HOJA DE VIDA EQUIPO 185

INFORMACION GENERAL QUE DEBEN LLEVAR LOS FORMATOS HOJA DE VIDA DE

EQUIPOS 186

GUIA PARA LA ELABORACIÓN DE FLUJOGRAMAS DE CUALQUIER PROCESO 188

El flujograma es una representación gráfica de la secuencia de actividades de un proceso. Además

de la secuencia de actividades, el flujograma muestra lo que se realiza en cada etapa, los

materiales o servicios que entran y salen del proceso, las decisiones que deben ser tomadas y las

personas involucradas ya sea una cadena, cliente o proveedor este hace más fácil el análisis de un

proceso para la identificación de: 188

Mapa Conceptual NTC ISO/IEC 17025. 194

TABLA DE FIGURAS

Figura 1 Curva Ideal de un Instrumento Fuente http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ 23

Figura 2 Error de Cero (Zero) Fuente http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ 24

Figura 3 Error de angularidad, spam, alcance o multiplicación Fuente

http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ 24

Figura 4 Error de linealidad, ajuste cero o spam Fuente http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/

25

Figura 5 Diferencia entre Precisión y Exactitud Fuente http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ 27

Figura 6 Sistema para medir la unidad básica metro. Fuente http://www.sic.gov.co/en/ 29

Figura 7 Prototipo del kilogramo Fuente http://www.sic.gov.co/en/ 30

Figura 8 Representación simbólica de la medida del segundo Fuente http://www.sic.gov.co/en/

30

Figura 9 Representación esquemática para la medida estándar de amperio Fuente

http://www.sic.gov.co/en/ 31

Figura 10 Sistema para la medición de la temperatura termodinámica. Fuente


Figura 11 Representación simbólica del mol Fuente http://www.sic.gov.co/en/ 32

Figura 12 Representación simbólica de la medida de intensidad luminosa Fuente


Figura 13 Representación gráfica de un radian Fuente http://www.sic.gov.co/en/ 33

Figura 14 Representación gráfica de un estereorradián Fuente http://www.sic.gov.co/en/ 34

Figura 15 Características Estáticas Fuente http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ 36

Figura 16 Definición de dos tipos de medida para diferenciar exactitud y fidelidad Fuente


Figura 17 Histéresis Fuente http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ 42

Figura 18 Distribución normal Fuente http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ 43

Figura 19 Probabilidad de certeza de 68,3 Fuente http://www virtual unal edu co/cursos/ 44


7

Figura 20 Características Dinámicas Fuente http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ 45

Figura 21 Respuesta a un escalón del ejercicio propuesto Fuente Simulación Gráfica en

MATLAB 47

Figura 22 G(t) para K 1,25 y diferentes retardos. Fuente Simulación Gráfica en MATLAB 48

Figura 23 Respuesta de un sensor de segundo orden a una entrada escalón. Fuente

Simulación Gráfica en MATLAB 49

Figura 24 Excitaciones continuas y alternas Fuente http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ 50

Figura 25Respuesta de un sensor de segundo orden Fuente


Figura 26 Esquema general de un sensor Fuente http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ 53

Figura 27 Transductor con su respectiva etapa de acondicionamiento, y el acople de una señal

de interferencia Fuente http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ 54

Figura 28 La impedancia RL es denominada comúnmente Impedancia " Matching " Fuente


Figura 29 Esquema de bloques de un servotransductor 57

Figura 30 Servo transductor Fuente http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ 58

Figura 31 Medidor de bobina móvil Fuente http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ 60

Figura 32 Mecanismo D´Arsonval Fuente http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ 62

Figura 33 Circuito para compensar temperatura. 63

Figura 34 Medidor de corriente a partir del medidor básico. Fuente


Figura 35 Medidor básico como voltímetro Fuente http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ 64

Figura 36 Óhmetro tipo serie Fuente http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ 66

Figura 37 Gráfico de I vs R para un medidor de resistencias. 67

Figura 38 Óhmetro tipo shunt. Fuente http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ 67

Figura 39 Medidor de hierro móvil Fuente http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ 69

Figura 40 Medidor electrodinámico Fuente http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ 70

Figura 41 Controles del Osciloscopio Fuente

http://www.mty.itesm.mx/dcic/deptos/ie/profesores/jrodrigu/home.htm 72

Figura 42 Osciloscopio Análogo Fuente

http://www.profesormolina.com.ar/tutoriales/osciloscopio.htm 73

Figura 43 Señal vista desde el Osciloscopio análogo en tres ajustes de disparo diferentes

Fuente http://www.profesormolina.com.ar/tutoriales/osciloscopio.htm 74

Figura 44 Osciloscopio Digital Fuente http://www.profesormolina.com.ar/tutoriales/osciloscopio.htm

75

Figura 45 Señal Reconstruida con puntos de muestreo en el Osciloscopio Digital Fuente


Figura 46 Muestreo en tiempo real con Interpolación Fuente


Figura 47 Muestreo en tiempo equivalente Fuente


Figura 48 Ondas senoidales Fuente http://www.profesormolina.com.ar/tutoriales/osciloscopio.htm

78

Figura 49 Ondas cuadradas Fuente http://www.profesormolina.com.ar/tutoriales/osciloscopio.htm

79

Figura 50 Ondas triangulares y en diente de sierra Fuente


8


Figura 51 Pulsos y flancos ó escalones Fuente


Figura 52 Periodo y Frecuencia Fuente


Figura 53 Fase de una onda Senoidal Fuente


Figura 54 Retraso entre una señal y otra Fuente


Figura 55 Sistema de instrumentación digital Fuente http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ 84

Figura 56 Diagramas de bloques de un sensor con varias etapas de transducción Fuente


Figura 57 Sensores de fuerza y torque Fuente http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ 87

Figura 58 Sensor pasivo del tipo resistivo Fuente http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ 90

Figura 59 Sensor termoeléctrico Fuente http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ 90

Figura 60 Estructura molecular de un material piezoeléctrico. Fuente


Figura 61 Ciclo de histéresis ferro magnético. Fuente http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ 92

Figura 62 Estructuras químicas de polímeros piezoeléctricos (a) PVDF, 93

Figura 63 Convenio para los índices en un material piezoeléctrico. Fuente


Figura 64 Material piezoeléctrico en forma de lámina con electrodos metálicos 95

Figura 65 Modo de operación uno (1) de los materiales piezoeléctricos Fuente


Figura 66 Nanoposicionador cortesía PI corporation Fuente


Figura 67 Modo de operación dos (2) de los materiales piezoeléctricos Fuente


Figura 68 Representación esquemática para medidores piezoeléctricos Modo 2. Fuente


Figura 69 Modo 3 de configuración. Fuente http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ 101

Figura 70 Modo 4 de configuración. Fuente http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ 102

Figura 71 Modelo circuital de los sensores piezoeléctricos Fuente


Figura 72 Respuesta frecuencial de acelerómetros basados en cerámica piezoeléctrica Fuente


Figura 73 Principio de funcionamiento de un sensor piroelectrico Fuente


Figura 74 Conexión básica de un termopar. Fuente http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ 108

Figura 75 Efecto Seebeck. Fuente http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ 109

Figura 76 Efecto Seebeck en un termopar - Aparición de una corriente. Fuente


Figura 77 Efecto Seebeck en un termopar - Aparición de una diferencia de potencial Fuente


Figura 78 Efecto Peltier. Fuente http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ 111

Figura 79 Efecto Thompson Fuente http://www virtual unal edu co/cursos/ 112


9

Figura 80 Ley de los circuitos homogéneos Fuente http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ 113

Figura 81 Ley de los metales intermedios Fuente http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ 113

Figura 82 Ley de las temepraturas sucesivas o intermedias Fuente


Figura 83 Ley de las temperaturas sucesivas o intermedias. Fuente


Figura 84Ley de las temperaturas sucesivas o intermedias Fuente


Figura 85 Método de medición por deflexión simple. Fuente


Figura 86 Elemento de medida resistivo. Fuente http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ 118

Figura 87 Aislamiento de señal mediante un AD202JN. Fuente


Figura 88 Método de deflexión por lectura doble. Fuente http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/

119

Figura 89 (Azul) Medición por divisor de tensión, (Verde) Sensor potenciométrico, 121

Figura 90 Variación del error relativo en un potenciómetro en función del factor k y del

desplazamiento Fuente MATLAB 122

Figura 91 Acondicionamiento de señal para un termistor tipo NTC Fuente


Figura 92 Curva característica voltaje corriente de un termistor NTC. Fuente


Figura 93Curva característica V contra I para un termistor NTC Fuente


Figura 94Circuito de acondicionamiento del NTC. Fuente


Figura 95 Recta de carga sobre el diagrama V-I Fuente http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/

126

Figura 96Variación del punto de operación del diagrama V-I, Fuente


Figura 97 Acondicionamiento del sensor NTC por división de tensión Fuente


Figura 98 Curva voltaje en el termistor contra la temperatura Fuente


Figura 99 Acondicionamiento de un NTC utilizando el puente de medida Fuente


Figura 100 Curva característica de un NTC modificada mediante una resistencia en paralelo

Fuente http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ 131

Figura 101 Curva característica de un sensor PTC Fuente


Figura 102 Curva característica V vs I de un sensor PTC Fuente


Figura 103 Curva V vs I para un PTC para cambios de la temperatura ambiente Fuente


Figura 104 Circuito de acondicionamiento de una PTC Fuente

http://www virtual unal edu co/cursos/ 135


10

Figura 105 Curva V vs I para una PTC donde se puede observar el punto de Carga Fuente


Figura 106 Puente de Wheatstone para medidas por comparación Fuente


Figura 107 Conexión siemens o de los tres hilos. Fuente http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/

137

Figura 108 Puente configurado en una medición por deflexión Fuente


Figura 109 Variación de la sensibilidad en función de k Fuente


Figura 110 Galgas en una viga en voladizo Fuente http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ 140

Figura 111 Esquema de un puente de medida Fuente http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/141

Figura 112 Representación y características del amplificador operacional. Fuente


Figura 113 Amplificador en modo inversor Fuente http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ 142

Figura 114 Amplificador en modo no inversor Fuente http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ 143

Figura 115 Configuración de un amplificador operacional como seguidor de tensión. Fuente


Figura 116 Amplificador operacional en modo sumador Fuente


Figura 117 Amplificador operacional en modo integrador Fuente


Figura 118 Configuración de estabilización señal de entrada del Amplificador operacional en

modo integrador Fuente http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ 147

Figura 119 Amplificador operacional en modo diferenciador. Fuente


Figura 120 Amplificador diferencial Fuente http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ 149

Figura 121 Amplificador de instrumentación basado en tres amplificadores. Fuente


Figura 122 Diagrama del amplificador de instrumentación INA326. Fuente


Figura 123 Diagrama de un amplificador de carga. Fuente


Figura 124 Amplificador de aislamiento Fuente http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ 156

Figura 125 Representación del amplificador de aislamiento. Fuente


Figura 126 Ejemplo Diagrama de Bode Fuente Universidad de Oviedo 158

Figura 127 Gráficas de la ganancia en función de la frecuencia para un filtro pasa bajo Fuente


Figura 128 Gráfica de la ganancia en función de la frecuencia para un filtro pasa alto. Fuente


Figura 129 Gráfica de la ganancia en función de la frecuencia para un filtro pasa banda Fuente


Figura 130 Gráfica de la ganancia en función de la frecuencia para un filtro eliminador de

banda. Fuente http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ 161

Figura 131 Bandas para un filtro pasa bajo y un filtro pasa banda Donde fs es el punto en el


11

cual la amplitud se reduce al 10 del valor máximo. Fuente


Figura 132 Respuesta del filtro Butterworth según su orden Fuente


Figura 133 Filtro Chebyshev 164

Figura 134 Aplicación típica de un convertidor de V-F Fuente


Figura 135 Visión de Frecuencias y Usos. Fuente Universidad de Oviedo 166

Figura 136 Ejemplo de Filtro Paso Banda Especial para la Marina 167

Figura 137 Fuente de señal referenciada Fuente http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ 168

Figura 138 Fuentes de señales flotantes Fuente http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ 169

Figura 139 Conexión de señales flotantes en modo referenciado con conexión sencilla Fuente


Figura 140 Conexión de señales referenciadas a tierra en modo no referenciado (NRSE)

Fuente http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ 170

Figura 141 Conexión de señales referenciadas a tierra en modo diferencial Fuente


Figura 142 Conexión de una señal flotante a un sistema de adquisición de datos Fuente

http://www virtual unal edu co/cursos/ 173

Introducción

En este libro encontrarán la compilación y unificación de elementos que permitirán a estudiantes

universitarios, profesionales y comunidad en general contar con los conceptos e información referente

a Metrología e Instrumentación, la cual pueden complementar a través de la wiki que realicé

http://www.grin.com/object/document.163112/eea9781e68366c1bbd9a7d5655a24572_LARGE.png

http://instrumentacionuan.wikispaces.com/Bienvenida para mis estudiantes y complemntar con

mis edublogs http://edublogcircuitosac.blogspot.com/ http://edublogmicros.blogspot.com/

http://edublogproyectodegrado.blogspot.com/, utilizando herramientas web 2.0.

Considero importante descatacar el papel que la Universidad Nacional de Colombia y la

Superintendencia de Industria y Comercio en la realización de esta obra gracias algunos referentes

teóricos, y gráficos que complementé a partir de mi experiencia, formación complementaria en el

SENA e Investigación durante mi proceso de Doctorado en Atlantic International University.

En la primera parte del texto encontrarán antecedentes y referentes de la Metrología en el Mundo y

Colombia, después la unificación de conceptos existentes sobre Metrología a partir de la Norma

Técnica Colombiana ISO/IEC 17025 la cual constituye la Biblia de la Instrumentación y la Metrología,

seguiremos con los sensores y medidores y por último los circuitos de acondicionamiento de señales

como lo son los amplificadores operacionales.

http://www.grin.com/object/document.163112/bf6c9073e09d093ed64d5efcdab6ded3_LARGE.png

http://www.grin.com/object/document.163112/1e497ad5f5c9bc1d20d17358c6cd847f_LARGE.png

http://www.grin.com/object/document.163112/2730ad5a422167056eb1518f191d8610_LARGE.png

1. ANTECEDENTES DE METROLOGIA

Introducción Nacimiento de la Metrología 1

El estudio de los fenómenos físicos se realiza mediante una secuencia de pasos que parten de la

simple observación, pasan por la descripción, lo más detallada posible, y llegan finalmente a

establecer un modelo que genera, basada en un análisis mediante herramientas (generalmente la

física y la matemática) los resultados que lo convalidan y permiten ser avalados por el

comportamiento final del fenómeno en sí.

Antes de aparecer la escritura cuneiforme en la antigua Mesopotamia, se había concebido el sistema

de medidas, fundamento de la metrología practicada hasta la edad media y ancestro del actual

sistema métrico. Con el progreso de la agricultura y el comercio entre los pueblos, fue preciso definir

magnitudes con la mayor exactitud y universalidad posible, y establecer procedimientos que permitieran

medirlas de modo fiable.

Nuestros antepasados desarrollaron mecanismos para registrar longitudes, áreas, volúmenes y

masas. Muchas medidas de la antigüedad se derivaron de la anatomía humana. Todavía usamos las

palmas para medir distancias. En el mundo anglosajón, la yarda, la pulgada y el pie aún son medidas

cotidianas.

La pulgada describe la longitud del último segmento del pulgar, la yarda (corresponde a tres pies) la distancia

entre la punta de la nariz y la yema de los dedos con el brazo estirado. En cuanto al pie

(equivale a doce pulgadas o casi treinta centímetros y medio), sorprende que su promedio actual sea

de solo 24 cm. Sin duda, desde antaño, esta unidad se refiere a la longitud de un pie calzado, lo cual

era ventajoso para medir espacios en el exterior.

Para medir grandes distancias o superficies, nuestros antepasados se valían del tiempo. Una jornada y una

luna representaban las distancias que podían recorrer en un día de viaje o en un mes lunar. Un acre denotaba

la superficie de la tierra que una yunta de bueyes podía arar en un día. Con el paso del tiempo se introdujeron

definiciones más exactas para evitar la impresión asociada a estas medidas.

El primer patrón de medida del que se tiene constancia es el pie del príncipe de Judea de Lagash, antigua

ciudad de Sumeria y posteriormente Babilonia. Judea gobernó esta ciudad desde 2.144 hasta

2.124 antes de Cristo. La medida consiste en una regla sobre el regazo de una estatua de diorita que

representa al príncipe y data del año 2.050 antes de Cristo. La regla mide 26,5 cm. y está dividida en 16 partes

o dedos. El pie de Judea se utilizó extensamente en la antigua Persia.

Siglos después, Eratóstenes midió la circunferencia terráquea mediante los estadios que está basados en esta

unidad (un estadio equivale a 600pies. En Roma, las baldosas del mausoleo de Augusto, fueron

dimensionadas según el pie de Judea. También las piedras de la catedral gótica de Ovieto, intercaladas en

blanco y negro, tienen una altura que corresponde exactamente con dicha unidad.

1 Puente León, Fernando. El pie de Gudea, nacimiento de la metrología. Revista Ciencias #1 Enero - Marzo 2006.

14

En 1875 con la ratificación de la comisión del Metro y la fundación de la Conferencia General de Pesos y

Medidas, se establecieron definitivamente estándares internacionales basados en el sistema decimal, los

cuales originaron el Sistema Internacional de Unidades.

De aquella época data nuestra actual medida de longitud, una barra de platino e iridio que a una temperatura

de 0ºC, representa exactamente un metro.

La tradición milenaria de definir distancias con base en la longitud de un objeto se abandonó definitivamente a

mediados del siglo pasado. En 1960 el patrón de medida fue sustituido por el múltiplo de longitud de onda de

radiación electromagnética; se abrían así las puertas a la metrología óptica, que ha experimentado una

http://www.grin.com/object/document.163112/22eb500693f9ce4d9b3408bf97bb1543_LARGE.png

http://www.grin.com/object/document.163112/22eb500693f9ce4d9b3408bf97bb1543_LARGE.png

revolución desde la invención del Láser en 1958. Al proyectar la luz del Láser por dos trayectorias distintas y

después superponer ambos rayos, pueden observarse

interferencias, cuyo análisis permite medir distancias con precisión casi absoluta. Actualmente, en el llamado

siglo del fotón, el interfenómetro láser se convirtió en el caballo de batalla de la metrología dimensional.

Pero volvamos al Tiempo y la Luna. Por la incertidumbre asociada al patrón del metro al medir distancias

astronómicas, la última redefinición de esta unidad fue en 1983. Según ésta, un metro es la distancia que

recorre la luz en el vacío durante un espacio de uno entre 299.792.458 segundos. Así, si enviamos un pulso

de luz hacia la Luna con un Láser suficientemente potente y observamos su reflexión en un espejo ubicado

allá, que de hecho existe, veríamos que tarda algo más de dos y medio segundos en regresar. Con este

tiempo podríamos determinar el doble de distancia entre la tierra y la Luna. El mismo principio utiliza el Radar

óptico o lidar para medir distancias más cortas, aunque en este caso el tiempo se tiene que medir con una

exactitud del orden de una milésima de segundo.

No es difícil encontrar un aparato de medición basado en esta tecnología; hoy numerosos vehículos son

equipados con radares ópticos para adaptar su velocidad de crucero al tráfico. No obstante, aquellos que

prefieran remitirse al principio de la metrología, pueden visitar la estatua de Judea en el museo de Louvre.

Institutos de metrología

• Conferencia General de Pesas y Medidas (CGPM): Entidad diplomática (Países miembros)

• Comité Internacional de Pesas y Medidas (CIPM): Científico y técnico, compuesto por 18 miembros

• Oficina Internacional de Pesas y Medidas (BIPM por sus siglas en francés) coordina a las

instituciones nacionales de metrología. http://www.bipm.org/

• Colombia cuenta con la Superintendencia de Industria y Comercio www.sic.org

Especificaciones técnicas relacionadas con las medidas

Normas británicas

15

International electrotechnical commision

b. IEC 50 parte 302: para los instrumentos eléctricos de medidas.

c. IEC 50 parte 303: para los instrumentos electrónicos de medidas.

Institute of electrical and electronics engineers

Deutsches Institut fûr Normung

a. DIN 2080 para medidas eléctricas.

En Colombia

El ICONTEC es el instituto encargado de regular normas técnicas aplicables a diferentes sectores de la

economía. www.icontec.org.co

La superintendencia de industria y comercio es el ente público encargado de regular todas las

actividades relacionadas con la metrología en Colombia. www.syc.gov.co

El ORGANISMO NACIONAL DE ACREDITACIÓN DE COLOMBIA - ONAC http://www.onac.org.co es

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una corporación sin ánimo de lucro, de naturaleza y participación mixta, regida por el derecho privado,

constituida en 2007 de acuerdo con las normas del Código Civil y las normas de ciencia y tecnología, bajo la

modalidad de asociación entre el Estado colombiano y los particulares. El ONAC tiene como objeto principal

acreditar la competencia técnica de Organismos de Evaluación

de la Conformidad con las normas y criterios señalados en estos Estatutos y desempeñar las funciones de

Organismo Nacional de Acreditación de Colombia conforme con la designación contenida en el artículo 3 del

Decreto 4738 de 2008 y las demás normas que la modifiquen, sustituyan o complementen.

Las funciones principales del ONAC como organismo nacional de acreditación, son: x Realizar actividades de

acreditación de los organismos de evaluación de la conformidad de acuerdo con la normatividad internacional

y nacional aplicable.

x Representar los intereses del país ante organismos regionales e internacionales relacionados con

actividades de acreditación y participar en foros nacionales, regionales e internacionales de interés.

x Mantener un registro público actualizado de los organismos acreditados, cuyo contenido y condiciones serán

definidos de acuerdo con el reglamento que para el efecto se expida.

16

Sistema internacional de unidades:

El sistema internacional de unidades (SI) es la base de la metrología moderna, algunas veces también es

conocido como "Sistema Métrico Moderno".

Los nombres de algunas de las siguientes unidades fueron cuidadosamente tomadas del Sistema

Internacional de Unidades francés establecido en 1960 por la 11a General Conference of Weigths and

Measures.

Los Estados Unidos de América y la mayoría de otras naciones se suscribieron a esta conferencia y al uso del

SI para propósitos legales, científicos y técnicos.

El sistema internacional de medidas se usa a nivel mundial y es la base de todas las medidas modernas.

El ente máximo encargado de la comprobación física de todas las unidades base es la National Physical

Laboratory for Physical Measurements (NPL), su sede se encuentra en el Reino Unido y sus

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laboratorios trabajan con normas primarias. www.npl.co.uk

Límites de especificaciones en metrología

• El margen del producto es la diferencia entre la característica promedio del producto, y los límites de

control de pruebas, que usualmente son los límites pasa / no pasa utilizados en la línea de producción en

las pruebas finales bajo condiciones ambientales normalizadas.

• Ambiente y deriva representan los posibles cambios en las características del producto bajo

cambios extremos de las condiciones ambientales y el cambio en características dentro del período de

calibración.

• La incertidumbre de medición considera la posible dispersión de la medición en el equipo utilizado para

caracterizar el producto.

• La banda de seguridad para el cliente representa los márgenes considerados necesarios para asegurar

que en el peor caso, cualquier unidad de producto suministrada al cliente

tendrá

Requerimientos del sistema de calidad:

• Control del equipo de inspección, medición y prueba.

• Un equipo se debe utilizar conociendo la incertidumbre de la medición y la capacidad para realizar las

mediciones.

• Se debe determinar las mediciones que deben realizarse y la exactitud requerida

• Se debe identificar, calibrar y ajustar todo el equipo de inspección, medición y prueba que puede afectar

la calidad del producto.

• Los equipos de medida deben estar certificados con trazabilidad a patrones nacionales reconocidos.

• Se debe asegurar que el equipo de inspección, medición y prueba tenga las capacidades de exactitud,

repetibilidad y reproducibilidad necesarias.

17

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Mediciones adecuadas: Se empieza a conocer un concepto cuando se cuantifica. La naturaleza no permite

conocer con certeza absoluta el valor verdadero de una magnitud. Es decir, siempre hay una

incertidumbre.

La incertidumbre se estima, no es una cuantificación exacta. El resultado de una medición contiene al menos

dos cantidades: el valor considerado como más cercano al verdadero, y la estimación de la incertidumbre

sobre ese valor.

Mientras más larga sea la cadena de comparaciones, la incertidumbre será más grande. El nivel de

incertidumbre adecuado depende de las necesidades del cliente. El resultado de una medición depende de

todo el sistema.

Las mediciones adecuadas tienen las siguientes ventajas:

• Aumenta la confianza de los clientes

• Permite asegurar la calidad del producto (disminuyendo los costos de no-calidad)

• Apoya las decisiones de mejora

• Aumenta la eficiencia en el uso de recursos

• Facilita la comparación en caso de controversia

• Ayuda a mantener el negocio ¿Por qué? Como elemento del sistema de calidad. ¿Para qué? Para

asegurar las mediciones.

¿Quién? El responsable del sistema de medición es la organización y los involucrados en el mismo: operarios,

usuarios, clientes internos, calidad, etc. Con los elementos sugeridos por la norma NTC-ISO-IEC 17025

¿Cómo? Escuela de Ingenierías Eléctrica, Electrónica y de Telecomunicaciones Para la adquisición de unos

buenos niveles de calidad en las empresas es necesaria la realización de medidas sobre los materiales,

procesos, productos e impacto ambiental. La calidad de estas medidas depende en gran parte de la calidad

global de un laboratorio, ya sea exterior o interior a la empresa y la competencia técnica de estos y de sus

actividades están determinados por la Norma ISO 17025 (Requisitos generales de competencia de

laboratorios de ensayo y calibración), que representan para los organismos de evaluación de la conformidad,

de acreditación, de calibración o ensayos y entidades de inspección, lo que la Norma ISO 9001:2000,

representa para las empresas

¿POR QUÉ CALIBRAR?

Su manómetro está leyendo un pascal (Pa) [o un bar o un Torr o un psi], o bien, su termómetro está leyendo

un grado Celsius (ºC) [o un grado Fahrenheit o un kelvin]. ¿Cómo sabe usted que la presión es realmente un

pascal o que la temperatura es realmente un grado Celsius?, ¿Es necesario atender esto? La única forma

para saber si su lectura es correcta, es si el instrumento esta calibrado, con un patrón de referencia

reconocido, y que este patrón sea trazable a los patrones nacionales mantenidos por el Centro Nacional de

Metrología.

El costo de no atender esto puede llegar a ser desastroso. La calibración y trazabilidad son cruciales para su

empresa, principalmente en las actividades de producción, desarrollo e investigación, analicemos algunas

razones del por qué, como son:

Repetibilidad del proceso, Transferencia de procesos, Intercambio de instrumentos, Incremento del tiempo

efectivo de producción, Cumplimiento del sistema de calidad.

18

Repetibilidad del Proceso: La calibración de los instrumentos se puede ver alterada por muchas cosas,

incluyendo inicialización inadecuada por configuración o instalación inapropiada, contaminación, daños físicos,

o deriva en el tiempo. Algunas veces este cambio en la calibración provoca cambios en la calidad del producto

o servicio. Estos cambios en la calidad pueden ser advertidos mediante rutinas de calibración de los

instrumentos, protegiendo así la Repetibilidad de su proceso.

Transferencia de Procesos: Transferir un proceso desde el departamento de desarrollo o de

ingeniería al piso de producción; entre máquinas de producción o de un laboratorio de investigación a

otro, puede ser una tarea difícil. Debido a esto es crítico calibrar. Variaciones en las mediciones debido a la

diferencia en la calibración de instrumentos pueden afectar seriamente la calidad la integridad de su proceso.

Por ejemplo, una medición de presión en una máquina en desarrollo, la cual es repetible día con día

produciendo el resultado deseado, puede tener errores, debido a una calibración incorrecta. Repetir el proceso

en producción llega a ser un problema dado que la presión que se desea reproducir es desconocida. La

capacidad de transferencia es también importante

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cuando se va de un sistema de producción al siguiente Un proceso puede trabajar muy bien en una máquina

de producción, pero reproducir esto en otra máquina puede ser difícil. Si usted está realizando investigación,

sus resultados podrán ser fácilmente duplicados o verificados si el proceso de medición a sido calibrado y

trazable a patrones nacionales.

Intercambio de Instrumentos: La habilidad para actualizar o remplazar un instrumento dentro de la ruta de

producción sin afectar el proceso es esencial.

Algunas veces los instrumentos llegan a dañarse y deben ser remplazados. Igualmente es importante

actualizar la instrumentación a medida que nuevas tecnologías son desarrolladas, para mantenerse

competitivo. Mantener la calibración de sus instrumentos asegura la posibilidad de remplazar los instrumentos,

por falla o actualización tecnológica, sin afectar el tiempo de operación de su proceso. Incremento del

Tiempo Efectivo de Producción: Un proceso puede ser interrumpido por cualquier cantidad de razones,

algunas de las cuales están fuera de control. Asegurando la calibración de sus instrumentos, se puede

minimizar el error de los instrumentos como causa de paro. Un programa de calibración no solo incrementará

sus tiempos efectivos de producción mediante la predicción y la prevención, además permitirá descubrir

problemas de instrumentación antes de que causen una falla

completa. Descubrir problemas potenciales con anterioridad en el proceso permitirá evitar una

situación crítica cuando un instrumento repentinamente falle parando la producción. .

Cumplimiento del Sistema de Calidad: Muchas compañías buscan la certificación ISO 9000:200, la cual

demanda la documentación del proceso, y dado que los parámetros instrumentales del proceso son aspectos

críticos de la documentación, es crucial asegurar que estos parámetros son correctos y trazables. ISO

9000:2000 Requerimientos del Sistema de Calidad

Control de Equipos de Monitoreo y Medición: Los instrumentos de monitoreo y medición deberán "ser

calibrados o verificados a intervalos especificados o antes de su uso; contra equipo trazables a

patrones de medición nacionales o internacionales... "

Los servicios de calibración, trazables a patrones nacionales, son la única manera para asegurar que las

mediciones requeridas en el proceso son correctas, documentadas y en cumplimiento con las normas y

recomendaciones nacionales e internacionales del sistema de calidad.

¿Quién debe realizar la calibración de mis instrumentos?

19

La selección de su proveedor de servicios de calibración es tan importante como la calibración misma, un

laboratorio de metrología confiable, debe de contar con los siguientes requisitos:

• Sistema de calidad basado en la norma ISO/IEC 17025 (requisitos para laboratorios de calibración y

prueba).

• Patrones de referencia de alta exactitud, trazables a patrones nacionales e internacionales.

• Procedimientos de calibración basados en normas y recomendaciones nacionales e internacionales.

• Instalaciones con condiciones ambientales controladas que aseguren la reproducibilidad de los servicios.

• Personal altamente especializado en metrología e instrumentación, dispuesto a resolver sus problemas

referentes a calibración.

Considerando los puntos anteriores usted podrá decidir entre: enviar sus instrumentos a un laboratorio de

reconocido prestigio, que un laboratorio calibre en sus instalaciones o bien operar su propio laboratorio de

calibración.

Cuando seleccione su proveedor de servicios de calibración no olvide verificar que cumpla con los requisitos

indicados.

Que un laboratorio calibre en sus instalaciones: El mejor método para lograrlo es la calibración "in-situ",

mediante patrones viajeros, los cuales son disponibles para la mayoría de nuestros diferentes servicios de

calibración. Los servicios de calibración "in-situ" pueden ser una alternativa práctica en muchas situaciones.

Ajuste de un instrumento: Acción de mejora que consiste en modificar mediante componentes físicos o

mediante programas el resultado de salida de un instrumento, con el fin de compensar la curva de calibración.

Así se eliminan los errores sistemáticos.

Aparato medidor: Instrumento de medición que sirve para transformar la magnitud medida o una de las otras

magnitudes relacionadas con la misma en una indicación o información equivalente. Error

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absoluto: Diferencia algebraica entre el resultado de medición y el valor de comparación. Error de

precisión: Es el error total del instrumento en las condiciones determinadas de empleo incluyendo el error de

exactitud y el error de fidelidad.

Error relativo: Cociente del valor absoluto por el valor de comparación utilizado para el cálculo de dicho error

absoluto.

Estabilidad: Capacidad de un instrumento de medida de conservar sus características metrológicas en el

tiempo.

Exactitud: es la propiedad que caracteriza la capacidad del instrumento de medición para dar

indicaciones iguales al valor verdadero de la magnitud medida, sin tomar en cuenta los errores de fidelidad.

Fidelidad: Cualidad que caracteriza a un instrumento de medición para dar con un mismo valor de una

magnitud medida, indicaciones concordantes entre ellas, sin tomar en consideración los errores sistemáticos

asociados con variaciones de las indicaciones.

20

Mantenibilidad: Expresa la probabilidad de que, bajo las condiciones establecidas de uso y mantenimiento, el

equipo conserve su capacidad para realizar las funciones requeridas.Medición: Conjunto de operaciones

experimentales que tienen como fin determinar el valor de una magnitud.

Observación: Operación consistente en captar la indicación del instrumento de medición. La lectura de la

indicación es solo una forma de observación entre todos los tipos de observaciones. Patrón de

trabajo: Patrón que contrastado por comparación con un patrón de referencia, se destina a verificar los

instrumentos de medición comunes de menor precisión.

Patrón: Instrumento de medición destinado a definir o materializar, conservar o reproducir la unidad de

medida de una magnitud (o un múltiplo o submúltiplo de esta unidad) para transmitirla

por comparación a otros instrumentos de medición.

Precisión: Cualidad que caracteriza la aptitud de un instrumento de medición para dar indicaciones próximas

el valor verdadero de la magnitud.

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Repetibilidad de mediciones: Proximidad del acuerdo entre los resultados de mediciones sucesivas de una

misma magnitud efectuada con el mismo método, por el mismo observador, con los mismos instrumentos de

medición, en el mismo laboratorio y a intervalos de tiempo cortos. La repetibilidad de mediciones se estima a

menudo sobre la base de la incertidumbre de medición, cuando más pequeña es la incertidumbre, mejor la

repetibilidad.

Resultado de la calibración: Representación gráfica de la relación matemática existente entre los valores

indicados por el instrumento o el sistema sometido a la calibración y el valor certificado del patrón de

referencia, implicado como mesurando.

Resultado de una medición: Valor de la magnitud media obtenida por una medición. Cuando no haya

posibilidad de confusión se puede llamar "medida" al resultado de una medición.

2. CONCEPTOS FUNDAMENTALES DE MEDIDA

magnitud.

Figura 1. Instrumentos y controles destinados a configurar un sistema de medida Fuente

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http://www.sic.gov.co/en/

cumple con normas específicas de seguridad y calidad, la verificación puede darse en el momento de su

fabricación para garantizar su calidad, al producto final para verificar especificaciones de diseño y en su vida

operacional para diagnosticar fallos. También puede ser definida como el procedimiento o acción tendiente a

determinar la

capacidad, limitaciones, características, eficiencia e idoneidad de un instrumento o equipo.

medidas.

Tipos de Metrología: Existen tres tipos así:

Variable de Medición, Instrumento de Medición (Control y Técnica) y Método de Medición.

valor verdadero de la magnitud por medir.

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Repetibilidad de los resultados de las mediciones: Cercanía entre los resultados de mediciones sucesivas

de la misma magnitud por medir, efectuadas en las mismas condiciones de medición.

Valor Medido Valor de Error

Referencia 0 0 0 20,2mm 20mm 0,2mm 20mm 20,2mm - 0,2mm

En un instrumento ideal (sin error), la relación entre los valores reales de la variable comprendidos dentro

del campo de medida, y los valores de lectura del aparato, es lineal. En condiciones de funcionamiento

estático, las desviaciones respecto a la relación lineal indicada, dan lugar a los errores de calibración de los

instrumentos, suponiendo que estas

desviaciones no superan la exactitud dada por el fabricante del instrumento ya que en este caso

consideraríamos el instrumento calibrado aunque no coincidiera exactamente la curva variable-lectura con la

recta ideal.

Figura 1 Curva Ideal de un Instrumento Fuente http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/

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Las desviaciones de la curva variable real-lectura de un instrumento típico, con relación a la recta ideal

representan los errores de medida del aparato. Esta curva puede

descomponerse en tres que representan individualmente los tres tipos de errores que pueden hallarse en

forma aislada o combinada en los instrumentos:

Figura 2 Error de Cero (Zero) Fuente http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/

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Error de angularidad, spam, alcance o multiplicación:

Figura 3 Error de angularidad, spam, alcance o multiplicación Fuente

http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/

Sensibilidad:

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Figura 4 Error de linealidad, ajuste cero o spam Fuente


número infinito de mediciones de la misma magnitud por medir. Efectuadas en condiciones de

Repetibilidad. Patrones de medición:

como una norma técnica escrita adoptada ampliamente, una especificación, una recomendación técnica o un

documento similar, y también como un patrón de medición. Este vocabulario se refiere únicamente al segundo

significado; por brevedad, generalmente se omite el calificador “medición”.

Patrón de medición: Medida materializada, instrumento de medición, material de

Patrón primario: Patrón que es designado o ampliamente reconocido como poseedor de las altas cualidades

metrológicas, y cuyo valor se acepta sin referencia a otros patrones de la misma magnitud.

Calibración: Procedimiento mediante el cual se puede determinar errores y

Características de una norma: 1. No se escapan a disciplina alguna 2. Deben ser coherentes y consistentes

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Desde el punto de vista económico una norma es: 1. Un factor de racionalización de producción 2. Un factor

de innovación y desarrollo de productos 3. Un factor para transferir nuevas tecnologías Tipos de normas:

Figura 5 Diferencia entre Precisión y Exactitud Fuente


http://www.grin.com/object/document.163112/a96f07aa78a98d04160067a8f8f7ae91_LARGE.png

corresponde a la cadena ininterrumpida de comparaciones (mediciones) realizadas con patrones de medición

nacionales o internacionales reconocidos.

Duda o grado de certeza. En los instrumentos de medición las fuentes que generan Incertidumbre son:

1. Instrumento de Medición.

6 ( X - X ) 2 S= n-1

3. SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES

El sistema internacional de unidades (SI) es la base de la metrología moderna, algunas veces también es

conocido como "Sistema Métrico Moderno".

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Los nombres de algunas de las siguientes unidades fueron cuidadosamente tomadas del Sistema

Internacional de Unidades francés establecido en 1960 por la 11a General Conference of Weigths and

Measures.

Los Estados Unidos de América y la mayoría de otras naciones se suscribieron a esta conferencia y al uso del

SI para propósitos legales, científicos y técnicos. El sistema internacional de medidas se usa a nivel mundial y

es la base de todas las medidas modernas.

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El ente máximo encargado de la comprobación física de todas las unidades base es la National Physical

Laboratory for Physical Measurements (NPL), su sede se encuentra en el Reino Unido y sus laboratorios

trabajan con normas primarias. www.npl.co.uk

El SI consiste en 28 unidades (7 básicas, 2 suplementarias y 19 unidades derivadas)

Unidades básicas:

Son aquellas en que el SI (Sistema Internacional) se fundamenta y son 7. Magnitud: longitud

Unidad básica: metro: longitud del trayecto recorrido por la luz en el vació, durante un intervalo de tiempo

1/299 792 458 se un segundo. (7 CGPM (1983), resolución 1).

Símbolo m

Figura 6 Sistema para medir la unidad básica metro. Fuente http://www.sic.gov.co/en/Magnitud: Masa

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Unidad básica: Kilogramo: es la unidad de masa; es igual a la masa del prototipo internacional del kilogramo

(3 CGPM (1901)). El prototipo esta hecho de platino (90%) e iridio (10%) y está localizado en Sevres, Francia.

Símbolo Kg

Figura 7 Prototipo del kilogramo Fuente http://www.sic.gov.co/en/

Magnitud: tiempo

Unidad básica: segundo: es la duración de 9 192 631 770 periodos de la radiación correspondiente a la

transición entre los dos niveles hiperfinos del estado fundamental del átomo de Cesio-133 (13 CGPM (1967),

resolución 1).

Símbolo s

Figura 8 Representación simbólica de la medida del segundo Fuente


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Magnitud: Corriente eléctrica

Unidad básica: Amperio: es la intensidad de corriente eléctrica constante que, si se mantiene en 2

conductores rectos paralelos de longitud infinita, de sección transversal circular despreciable, y distanciados

un metro en el vació, produciría entre estos dos conductores una fuerza igual a 2 x 10e-7 Newton por metro de

longitud. (CIPM (1946), resolución 2 aprobada por la 9a .CGPM (1948)) Símbolo A

Figura 9 Representación esquemática para la medida estándar de amperio Fuente


Magnitud: Temperatura termodinámica

Unidad básica: Kelvin: unidad de temperatura, es 1/273,16 de la temperatura termodinámica del punto triple

de agua. (13 CGPM (1967), resolución 4).

Nota: Adicionalmente a la temperatura termodinámica (símbolo T), expresada en Kelvin, se utiliza la

temperatura Celsius (símbolo t) definida por la ecuación t = T - T0 donde T0 = 273.16 K. La unidad "grado

Celsius" es igual a la unidad "Kelvin", pero el término "grado Celsius" es un nombre especial (en lugar de

"Kelvin") para expresar la temperatura Celsius. Un intervalo de temperatura o una diferencia de temperatura

Celsius puede expresarse tanto en grados Celsius como Kelvin. La temperatura triple del agua es la

temperatura y presión a la que las tres fases del agua (sólido. Líquido y gaseoso) coexisten en equilibrio.

Símbolo K

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Figura 10 Sistema para la medición de la temperatura termodinámica. Fuentehttp://www.sic.gov.co/en/

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Magnitud: Cantidad de sustancia

Unidad básica: Mol: es la cantidad de sustancia de un sistema que contiene tantas unidades

elementales como átomos existen en 0.012 kilogramos de carbono 14. Cuando se utiliza el

mol, las unidades elementales se deben identificar y pueden ser átomos, moléculas, iones electrones, otras

partículas, o grupos de tales partículas. (14 CGPM (1971), resolución 3)

Símbolo mol

Figura 11 Representación simbólica del mol Fuente http://www.sic.gov.co/en/

Magnitud: Intensidad luminosa

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Unidad básica: Candela: es la intensidad luminosa en una dirección determinada, de una fuente que emite

una radiación monocromática con una frecuencia de 540 x 10 12 Hz y cuya intensidad radiante, en la dirección

determinada es de 1/683 vatios por estereorradián. (16

CGPM (1979), resolución 3) Símbolo cd

Figura 12 Representación simbólica de la medida de intensidad luminosa

Fuentehttp://www.sic.gov.co/en/

Unidades suplementarias

Existen dos unidades suplementarias dentro del SI, el ángulo plano y el ángulo sólido, ambas son

adimensionales.

Angulo Plano

La unidad de medida de un ángulo plano es el radian (rad), este es definido como el ángulo plano con vértice

en el centro de un circulo que es soportado por un arco igual en longitud al radio.

1 rad = 1m (arco) / 1m (radio) = 1

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Figura 13 Representación gráfica de un radian Fuente http://www.sic.gov.co/en/

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Angulo sólido:

La unidad de medida de un ángulo sólido es el estereorradián (sr). Este es definido como el ángulo sólido con

vértice en el centro de una esfera que comprende el área igual a r2. 1 sr = 1m2 (área) / 1m2 (esfera)=1

Figura 14 Representación gráfica de un estereorradián Fuentehttp://www.sic.gov.co/en/

Unidades derivadas

Las 19 unidades restantes son una combinación de las 7 del sistema base con las unidades

suplementarias y/o derivadas (ver Tabla 1)

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Tabla 1. Unidades restantes del sistema internacional. Fuente UNAL

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Los factores anteriores pueden ser extendidos utilizando los siguientes prefijos.(Ver Tabla 2)

Todo sensor eléctrico, mecánico, químico, cuenta con características intrínsecas propias de los materiales con

que fueron construidos. Estas características dependen de la respuesta del sensor a un estímulo externo. Y

pueden ser: características estáticas y dinámicas.

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Las características estáticas

Las características estáticas de los instrumentos, sensores o sistemas de medida son las que aparecen en

estos después de que ha pasado mucho tiempo, régimen permanente. Se cuantifica en términos de error. (Ver

Figura 15)

Figura 15 Características Estáticas Fuente http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/

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Exactitud: Grado

de proximidad entre una medida y su valor verdadero (1) o nominal. Además el valor verdadero es el que se

obtendría si la magnitud se midiera con un método idóneo. La exactitud de un sensor se determina mediante

la curva de calibración. La British Estándar www.bsieducation.org BS 89: parte 1 1980, define exactitud como

la cualidad que caracteriza la capacidad de un instrumento de medida para dar indicaciones equivalentes al

verdadero valor de la cantidad medida. La expresión cuantitativa de este concepto debe darse en términos de

incertidumbre.

La medida de un valor X está dada por:

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100.5 V

Para poder comparar sensores o instrumentos en cuanto a su exactitud se introduce el término:clase o

precisión. Todos los instrumentos o sensores de una misma clase tienen un error en la medida dentro de su

alcance nominal y para unas condiciones establecidas.

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Para la lectura de tensión a C.A. los datos de exactitud del instrumento son:

Tabla 2.2. Datos de tensión a C.A de un Fluke 19

Con los datos anteriores, calcular el error en la lectura de 37.1 V cuando el medidor se

encuentra en la escala de 40.0 V.

Desarrollo del ejercicio: De acuerdo a la tabla anterior la exactitud del instrumento para el rango de 40.0 V

es +/- (1.5% + 3 cuentas). De donde el error en la medida esta dado por:

Para la escala de 400.0 V:

Algunos fabricantes determinan la exactitud de sus equipos electrónicos refiriéndose al número de bits menos

significativos.

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Los LSB (least significant Bit), cuentas o dígitos menos significativos, corresponden a un

número de veces la resolución del sistema de medida. Propagación de la incertidumbre

Si varias cantidades X1…W, son medidas con incertidumbre dX1…dW, y las medidas sonusadas para

calcular una cantidad q, entonces las incertidumbres dX1…dW , causan unaincertidumbre en q, de la siguiente

forma: Si q es la suma o diferencia de cantidades

Entonces:

Para errores que sean independientes

Si q está relacionado a través de productos y cocientes

Entonces

Si q = Bx, donde B es una constante conocida

Si q es igual a una función de una variable, q(x), entonces

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libro metrologia 1

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