metrologia tem3

METROLOGA

Tecnologa Mecnica IIE.U.I.T.I.Z.

Curso 2002-2003

TEMA 3: INTRODUCCIN A LOSPROCESOS METROLGICOS EINSTRUMENTOS DE MEDIDA

Tecnologa MecnicaCurso 2001-2002

Cuando se puede medir aquello de que sehabla y expresarlo en nmeros se sabe algoacerca de ello; pero nuestro saber es deficitarioe insatisfactorio mientras no somos capaces deexpresarlo en nmeros: lo dems puedesignificar el comienzo del conocimiento, peronuestros conceptos apenas habrn avanzado enel camino de la Ciencia, cualquiera que sea lamateria de que se trate

Lord Kelvin (1824-1904)

1. La medida1.1. Definiciones

La METROLOGA es la Ciencia que seocupa de las mediciones, as como de lasmagnitudes, unidades y constantes bsicas enque estas se apoyan.

Su objeto es cuantificar una MAGNITUDpropia de un MENSURANDO (objetoportador o fenmeno fsico-qumico)convirtindola en un RESULTADO, medianteun SISTEMA que ejecuta el PROCESO demedicin

1.1. Definiciones

Valor indicado: Marcado por el instrumento Valor verdadero: Tericamente correcto Repetibilidad: Grado de concordancia de

diferentes mediciones de un mensurando enlas mismas condiciones de medida.

Reproducibilidad: Grado de concordancia dediferentes mediciones de un mensurando endistintas condiciones de medida

1.1. Definiciones

Campo de medida: Rango de valores delmensurando para el que el instrumento es hbil

Resolucin: Diferencia entre dos indicacionessucesivas del instrumento de medida

Estabilidad: Aptitud de un instrumento paraconservar sus cualidades metrolgicas con eltiempo

1.1. Definiciones Trazabilidad: Propiedad de un resultado de

medicin o un patrn que lo referencia apatrones superiores a travs de una cadenaininterrumpida de comparaciones con todas lasincertidumbres determinadas

Calibracin: Conjunto de operaciones queestablecen la relacin entre los valoresindicados por el instrumento o sistema demedida o los representados por un patrn y losrealizados con patrones ms precisos

1.2. Unidades de medida1.2.1. Expresin de la medida

Identificacin de lasmagnitudes

Condiciones de referencia N de medidas Relaciones lgicas y

operaciones matemticas Signo

Valor numrico Incertidumbre Prefijos Unidad Distribucin estadstica Factor de

incertidumbre

Resultado de medicin

1.2.2. Evolucin de los Sistemas deUnidades

El desarrollo comercial en el siglo XVI hacenecesario el establecimiento de unidadesconcretas y bien definidas

En Francia aparece en 1668 la Toesa, longitud deuna barra de hierro empotrada en la fachada delGran Chatelet de Pars

Como unidad de masa se establece la Pila deCarlomagno, formada por 13 pesas de cobreempotradas una en otra

El Sistema mtrico decimal se implanta enFrancia en 1491. Se define el metro como ladiezmillonsima parte del cuadrante del

meridiano terrestre.Se materializa enplatino, junto conla unidad de masa(Kg) en 1499.

1.2.2. Evolucin de los sistemas deunidades

1.2.2. Evolucin de los sistemas deunidades

En 1869 se celebra la Convencin del Metro, conla creacin del BIMP

Este organismo sustituye el antiguo metro. Seconstruyen 30 barras de platino e iridio, una de lascuales se toma como metro prototipointernacional. El resto se distribuye a los distintospases.

Este patrn de longitud se sustituye en 1960 por lalongitud de onda de una luz monocromtica

1.2.3. Sistema internacional: Definicin del metro

Kr 86Radiacinemitida

Orbital2p10

Orbital5d5

El metro es la longitudigual a 1650463,43veces la longitud deonda en el vaco de laradiacincorrespondiente a latransicin entre losniveles 2p10 y 5d5 deltomo de Kripton 86.

1.2.3. Sistema internacional:Unidades fundamentales.

1.2.3. Sistema internacional:Unidades suplementarias.

Estereoradin Radin

1.2.3. Sistema internacional:Unidades derivadas

Mltiplos y submltiplos en el Sistema internacional

MLTIPLOS SUBMLTIPLOS

Prefijo Smbolo Factor Prefijo Smbolo Factor

deca da 10 Deci D 10-1

hecto h 102 Centi C 10-2

kilo k 103 Mili M 10-3

mega M 106 Micro m 10-6

giga G 109 Nano N 10-9

tera T 1012 Pico P 10-12

peta P 1015 Femto F 10-15

exa E 1018 Atto A 10-18

zetta Z 1021 Zepto Z 10-21

yotta Y 1024 Yocto Y 10-24

1.2.3. Sistema internacional:Mltiplos y submltiplos

1.3. Normas UNE relativas aunidades de medida

UNE 5-002-84 Unidades SI y recomendaciones para el empleode sus mltiplos y submltiplos y algunas otras unidades

UNE 5-100-87/0 Principios generales relativos a las magnitudes,las unidades y los smbolos

UNE 5-100-87/1 Magnitudes y unidades de espacio y de tiempo UNE 5-100-87/2 Magnitudes y unidades de fenmenos peridicos

y conexos

UNE 5-100-87/3 Magnitudes y unidades de mecnica UNE 5-100-87/4 Magnitudes y unidades de calor UNE 5-100-87/5 Magnitudes y unidades de electricidad y

magnetismo

UNE 5-100-87/6 Magnitudes y unidades relativas a la luz y a lasradiaciones electromagnticas conexas

1.3. Normas UNE relativas aunidades de medida

UNE 5-100-87/7 Magnitudes y unidades de acstica UNE 5-100-87/8 Magnitudes y unidades de qumica, fsica y de

fsica molecular

UNE 5-100-87/9 Magnitudes y unidades de fsica atmica y nuclear UNE 5-100-87/10 Magnitudes y unidades de reacciones nucleares y

radiaciones ionizantes

UNE 5-100-87/11 Signos y smboles matemticos utilizados en lasciencias fsicas y en tecnologa

UNE 5-100-87/12 Parmetros adimensionales UNE 5-100-87/13 Magnitudes y unidades de la fisica del estado

slido

2. Elementos del sistema de medicin

Mensurando

OperarioInformacin

Instrumento

ENTORNO

SISTEMA DEMEDICIN

RESULTADO DE LA MEDICIN

3. Clasificacin de procesos metrolgicos3.1. Segn aplicacin

3.1.1. Medicin resultado cuantitativo acerca deuna propiedad continua

3.1. Segn aplicacin

3.1.2. Comprobacin o verificacin Respuestalgica o clase

3.1. Segn aplicacin

3.1.3. Verificacin de MH Mide errorescaractersticos de la mquina herramienta

3.1. Segn aplicacin

3.1.4. Ensayo Determina elresultado deaccionesexterioresexperimentalesEj. Ensayo dedureza Rockwell

3.1. Segn aplicacin

3.1.5. Recuento Su resultado es un n entero desucesos u objetos. Ej. n de veces que se repiteuna medida de una cota en un lote de piezas

3.2. Segn la naturaleza de la medida

3.2.1. Medida directa. ==> Se compara una magnitudcon otra de la misma clase tomada como patrn

3.2.2. Medidaindirecta ==> Sedetermina el valorde una magnitudpor medio de lamedida de otrasmagnitudesdiferentes,considerando la leyque las relaciona

Vobjeto = Vdesplazado = RH

3.2. Segn la naturaleza de la medida

3.3. Segn el mtodo de medida3.3.1. Por desviacin ==> El valor de la magnitud a

medir queda determinado por la lectura en undispositivo indicador

3.3. Segn el mtodo de medida

3.3.2. Por cero u oposicin ==> Los efectoscausados sobre el indicador por elmensurando y por una magnitud patrn seequilibran, lo que permite calcular el valordel patrn

Ejemplo: Medicin mediante balanza de dosplatillos, en la que se busca el equilibrio delfiel y se identifica el peso del mensurando(platillo 1) y el del patrn (pesas en elplatillo 2)

Ejemplo: Medida de resistencia elctricamediante puente Wheatstone

Ejemplo: Medida de resistencia elctricamediante puente Wheatstone

R1 (magnitud a medir) queda determinadapor la relacin entre las resistencias R2 , R3y R4 ; siempre que por el detector de ceroDC no pase corriente (VAB =0).

La resistencia R4 es variable, de modo quese puede ir modificando hasta obtener

VAB = 0. As R1 = R4 * R2 / R3

3.3. Segn el mtodo de medida3.3.3. Por comparacin ==> Se obtiene el resultado

como diferencia, en general muy pequea, entreel valor del mensurado y del patrn.

4. Instrumentos de medicin.4.1. Fundamentos

El conjunto de dispositivos situados entre la pieza a medir y el resultado final de la medicin, constituyen la cadena de medicin.

Captador

Amplificador

Indicador

Regitrador

En general,dicha cadena contieneestos elementos as ordenados

4.2. La cadena de medicin

Captador: Toma la seal de entrada y latransforma en una seal capaz de entrar alsiguiente elemento.

Amplificador: Amplifica la seal

Indicador: Presenta una seal perceptible por eloperador

Registrador: Permite conservar los resultados dela medicin

4.2. La cadena de medicin

Registrador

Indicador

Amplificadorelectrnico

Captador

4.3. Clasificacin de instrumentos demedida

4.3.1. Clasificacin por categorametrolgica Patrones de

calibracin:ejemplo =>Bloques patrnlongitudinales,utilizados paramaterializarlongitudes conprecisin

4.3.1. Clasificacin por categorametrolgica

Mquinas demedicin:ejemplo =>mquina demedir porcoordenadas(MMC)


Instrumentos porttiles: ejemplo => pie de reypara la medida directa de longitudes


Calibres de medida por atributos:ejemplo => calibre de lmites lisosutilizado para comprobar eldimetro de un orificio cilindrico


Accesorios de medida: ejemplo=> prismasen V; usados como soporte en el control depiezas cilndricas

4.3.2. Clasificacin por sistema deamplificacin

Mecnico Palanca - Tornillo Engranaje - Cua Deformacin elstica

Neumtico Variacin de caudal - Variacin de presin

Elctrico ptico

Por proyeccin - Por reflexin

4.3.2.1.Amplificacin

mecnica: Palanca Ejemplo: Minmetro El movimiento se transmite

desde el palpador hasta lapalanca de amplificacin,solidaria de la agujaindicadora. Un resortemantiene la palanca encontacto con el apoyomvil

Minmetro

4.3.2.1. Amplificacin mecnica:Palanca

4.3.2.1.Amplificacin mecnica:Tornillo

Un giro de untornillo en elinterior de unatuerca provoca suavancelongitudinal. Porcada vuelta, eltornillo avanzauna longitud igualal paso de rosca

4.3.2.1. Amplificacin mecnica:Tornillo

Ejemplo:Micrmetro de exteriores

4.3.2.1. Amplificacin mecnica:Engranaje

Una cremalleraprovoca con sudesplazamientolongitudinal elgiro de un tren deengranajes, quearrastra por fin ala agujaindicadora

Ejemplo:Comparador mecnico

4.3.2.1. Amplificacin mecnica:Engranaje

Ejemplo: Comparador mecnico

4.3.2.1. Amplificacin mecnica: Cua Un avance

longitudinal,en funcin delngulo, darlugar a unavancetransversaldiferente, o ala inversa

4.3.2.1. Amplificacin mecnica: Cua Ejemplo: Micrmetro de

interiores de tres contactos Se produce una

amplificacinmixta tornillo-cua. El avancedel cilindromicromtrico,solidario de lacua provoca elmovimiento radialy simultneo delos topes

4.3.2.1. Amplificacin mecnica: Cua Ejemplo: Micrmetro de interiores de tres

contactos.

4.3.2.1. Amplificacin mecnica:Deformacin elstica

Ejemplo: Microkator(amplificacin mixta pordeformacin elstica / palanca)

Al accionarel palpador elgiro de lapalancaobliga a rotara la bandaelstica deacero, y conella a laagujaindicadora


mecnica:Deformacin

elstica Ejemplo:

Microkator(amplificacinmixta porpalanca /deformacinelstica)

4.3.2.2. Amplificacin neumtica Si el aire pasa bajo presin por un orificio el

caudal resultante depende de:a) Caractersticas del gas en la zona anterior (1)b) Caractersticas del gas en la zona posterior (2)c) Seccin transversal del orificio (0)

a) y b) se pueden mantener constantes

4.3.2.2. Amplificacin neumtica Si el orificio es cilndrico y se acerca a una

distancia e de una superficie plana de modo quela superficie cilndrica lateral entre boquilla yplano sea mayor que la seccin

transversal delorificio, elcaudal esfuncindirecta de e, yse puede usarpara medirla.

4.3.2.2. Amplificacin neumtica:Variacin de caudal

El caudal deaire que pasasegn ladistanciaboquilla-piezahace que elflotador seestabilice enuna posicin

4.3.2.2. Amplificacin neumtica:Variacin de presin

La separacin entre el orificio de salida del aire yla pieza influye en la resistencia ofrecida a la salidadel aire, lo que provoca variacin de la presinmedida en el manmetro


neumtica:Variacin de

presin.

Aplicacin

4.3.2.3. Amplificacin electrnica Captadores potenciomtricos: Palpador unido a una

resistencia variable con la posicin de ste Captadores capacitivos: Palpador unido a las

lminas de un condensador, de modo que aldesplazarse modifica su capacidad

Captadores inductivos: Palpador solidario del ncleode un circuito magntico, que desliza por el interiorde la bobina, induciendo corriente

Captadores ptico-electrnicos: Utilizan unelemento fotoeltrico que genera seal elctrica alrecibir luz

4.3.2.4. Amplificacin ptica:Reflexin

Si un rayo incide enun espejo salereflejado de modo queel ngulo deincidencia es igual alde reflexin. Si se girael espejo do el rayoreflejado girar 2d,con lo que seamplifica el giro

4.3.2.4. Amplificacin ptica:Reflexin

Esto seemplea enlectoresluminososen los que elrayo realizala funcinde ndicesobre unaescala

4.3.2.4. Amplificacin ptica:Proyeccin

Se basa en el uso de lentes que concentran losrayos de luz paralelos que las atraviesan en un solopunto, pudiendo amplificar imgenes proyectadassobre una pantalla


Ejemplo:Proyector deperfiles


ptica:Proyeccin

Ejemplo:Proyector deperfiles


Ejemplo:Microscopioptico

4.3.3. Clasificacin por magnitudes medidas

DIMENSIONES FORMAS

MACROGEOMTRICAS MICROGEOMTRICAS

MAGNITUDESTECNOLGICAS

4.3.3. Clasificacin por magnitudesmedidas

Las piezas no tienen ni las dimensiones, ni lasformas ni el acabado superficial tericomarcado por los planos, siendo necesario elcontrol de todos estos tipos de errores

BibliografaCatlogos de MITUTOYO, STARRET, BROWN & SHARPE y TESA

TITULO: Curso de Metrologa Dimensional.AUTOR: Carro de Vicente Portela.EDITORIAL: E.T.S.I.I. de Madrid 1978. pp 169.

TITULOS: Consejos de metrologa de la A.E.C.C. (varios)AUTOR: Comit de Metrologa de la A.E.C.C. Madrid.EDITORIAL: Asociacin Espaola de Control de Calidad.

TITULO: Clasificacin de instrumentos de metrologa dimensional.AUTOR: Ministerio de Industria, Comercio y Turismo.

Direccin General de Poltica Tecnolgica.EDITORIAL: Seccin Publicaciones Ingenieros Industriales. Madrid, 1992.

TTULO: Metrologia bsicaAUTOR: Manrique, E., Casanova, A.EDITORIAL: Edeb

METROLOGATEMA 3: INTRODUCCIN A LOS PROCESOS METROLGICOS E INSTRUMENTOS DE MEDIDA1. La medida1.1. Definiciones1.1. Definiciones1.1. Definiciones1.1. Definiciones1.2. Unidades de medida 1.2.1. Expresin de la medida1.2.2. Evolucin de los Sistemas de Unidades1.2.2. Evolucin de los sistemas de unidades1.2.2. Evolucin de los sistemas de unidades1.2.3. Sistema internacional: Definicin del metro1.2.3. Sistema internacional: Unidades fundamentales.1.2.3. Sistema internacional: Unidades suplementarias.1.2.3. Sistema internacional: Unidades derivadas1.3. Normas UNE relativas a unidades de medida1.3. Normas UNE relativas a unidades de medida2. Elementos del sistema de medicin3. Clasificacin de procesos metrolgicos3.1. Segn aplicacin3.1. Segn aplicacin3.1. Segn aplicacin3.1. Segn aplicacin3.1. Segn aplicacin3.2. Segn la naturaleza de la medida3.2. Segn la naturaleza de la medida3.3. Segn el mtodo de medida3.3. Segn el mtodo de medidaEjemplo: Medida de resistencia elctrica mediante puente WheatstoneEjemplo: Medida de resistencia elctrica mediante puente Wheatstone3.3. Segn el mtodo de medida4. Instrumentos de medicin.4.1. Fundamentos4.2. La cadena de medicin4.2. La cadena de medicin4.3. Clasificacin de instrumentos de medida 4.3.1. Clasificacin por categora metrolgica4.3.1. Clasificacin por categora metrolgica4.3.1. Clasificacin por categora metrolgica4.3.1. Clasificacin por categora metrolgica4.3.1. Clasificacin por categora metrolgica4.3.2. Clasificacin por sistema de amplificacin4.3.2.1. Amplificacin mecnica: Palanca4.3.2.1. Amplificacin mecnica: Palanca4.3.2.1.Amplificacin mecnica: Tornillo4.3.2.1. Amplificacin mecnica: Tornillo4.3.2.1. Amplificacin mecnica: Engranaje4.3.2.1. Amplificacin mecnica: Engranaje4.3.2.1. Amplificacin mecnica: Cua4.3.2.1. Amplificacin mecnica: Cua4.3.2.1. Amplificacin mecnica: Cua4.3.2.1. Amplificacin mecnica: Deformacin elstica4.3.2.1. Amplificacin mecnica: Deformacin elstica4.3.2.2. Amplificacin neumtica4.3.2.2. Amplificacin neumtica4.3.2.2. Amplificacin neumtica: Variacin de caudal4.3.2.2. Amplificacin neumtica: Variacin de presin4.3.2.2. Amplificacin neumtica: Variacin de presin. Aplicacin4.3.2.3. Amplificacin electrnica4.3.2.4. Amplificacin ptica: Reflexin4.3.2.4. Amplificacin ptica: Reflexin4.3.2.4. Amplificacin ptica: Proyeccin4.3.2.4. Amplificacin ptica: Proyeccin4.3.2.4. Amplificacin ptica: Proyeccin4.3.2.4. Amplificacin ptica: Proyeccin4.3.3. Clasificacin por magnitudes medidas4.3.3. Clasificacin por magnitudes medidas

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