INTRODUCCIÓN A LA METROLOGÍA Y CALIDAD
M.C. e Ing. José Luciano Saucedo Silva DIC-2012
OBJETIVO CONOCER:
LOS CONCEPTOS BÁSICOS DE METROLOGÍA Y CALIDAD
INTRODUCCIÓN
“ CUANDO PUEDES MEDIR AQUELLO DE QUE ESTAS HABLANDO Y EXPRESARLO EN NÚMEROS ENTONCES CONOCES ALGO DE ELLO, PERO SI NO PUEDES EXPRESARLO EN NÚMEROS, TU CONOCIMIENTO ES SUPERFICIAL E INSATISFACTORIO”
LORD KELVIN
HISTORIA DE LA METROLOGÍA En la mayoría de las primeras civilizaciones las necesidades económicas para realizar mediciones cuantitativas tales como: • Áreas de tierra • Cantidades de comida, agua y materiales así como para establecer escalas de tiempo y calendarios confiables, condujeron en una primera fase a la introducción de sistemas de conteo , expresión de números y sistemas de medición para una gran variedad de propósitos. EGIPCIOS Los primeros sistemas de medición egipcios, principalmente de área, longitud y volúmen, ya usaban un sistema decimal de conteo, con múltiplos de 10. Su unidad de longitud básica fue el “meh” o cubit; el “khet” es igual a 100 cubit. 29/12/2012
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HISTORIA DE LA METROLOGÍA
SUMERIOS Y BABILONIOS Los sumerios y babilonios usaron un sistema sexagesimal, que en realidad tenía muchas ventajas debido a la facilidad para dividir los números 60 entre 2, 3, 4, 5, 10, 12, etc
El alto nivel de astronomía y el avanzado estado de medición de tiempo en estas primeras culturas mesopotámicas tuvieron influencia en desarrollos posteriores de la ciencia. Características de este sistema sexagesimal se establecieron en las civilizaciones de occidente, aún dividimos 1 hora en 60 minutos y 1 minuto en 60 segundos. Estas unidades son tan universalmente usadas que han tenido que mantenerse con el uso del presente Sistema Internacional de Unidades.
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HISTORIA DE LA METROLOGÍA
SÍMBOLOS ARÁBIGOS En el primer siglo D.C. se introdujeron en la India unos símbolos que dieron origen a lo que hoy se conoce como números arábigos. Los escritos más antiguos que usaban una real notación decimal y posicional con las figuras Hindús datan alrededor del año 600 D.C. El cero al parecer se usó unos cientos de años después. NÚMEROS ROMANOS La introducción de estas figuras en Europa Occidental dio lugar a dificultades considerables. En realidad Europa heredó de Roma las figuras “romanas” con su notación juxtaposicional compleja y el uso del ábaco para los cálculos numéricos. Las figuras Hindú-arábigas con la notación posicional para los números 1 al 9 y el signo del cero, se hicieron conocidas a través de los libros del autor árabe
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HISTORIA DE LA METROLOGÍA Al-Khawariz-mi, que se tradujeron al latín en el siglo XII. La práctica inicial en Europa para establecer los estatutos cuantitativos en el campo de las pesas y medidas fue heredado de los Romanos. Basadas en las unidades básicas de longitud y peso. SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES. En 1742 un grupo de científicos hicieron una cuidadosa comparación entre las llamadas “Paris measures” y aquellas usadas en Inglaterra en ese tiempo, con el resultado de que el “pied” francés y la “livre” se encontraron más grandes que los “foot” y la “pound” inglesas por 6 a 8 por ciento, respectivamente. Los científicos empezaron a buscar una unidad universal apropiada -sin obligación para ninguna nacionalidad- en la cual un sistema de mediciones, idénticas en todos los paises, podrían estarRev basadas. 3 29/12/2012
HISTORIA DE LA METROLOGÍA La Asamblea General adoptó en 1791 el principio de un sistema de pesas y medidas fundado completamente en la unidad básica de longitud, el “metre”, igual a un diezmillonésimo de la longitud del cuadrante del meridiano de la tierra. Las unidades de área y de capacidad serían múltiplos y submúltiplos del metro cuadrado y del metro cúbico respectivamente. El sistema tendría que ser completamente decimal, usando prefijos tales como mili(1/1000), centi (1/100), deci (1/10) y deca (10), hecto (100) y kilo (1000) a ser agregados a los nombres de las unidades para indicar múltiplos y submúltiplos. Debido a que su fundación completamente en el metro, este sistema tomó el nombre de “Sisteme Métrique”, el nombre a través del cual el sistema gradualmente se expandiría a todo el mundo.
Desafortunadamente, los gobiernos Inglés y Americano consideraron la propuesta francesa impráctica y decidieron derivar sus unidades básicas de longitud en segundos de péndulo , de tal forma que los franceses tuvieron que perseguir su meta solos. 29/12/2012
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HISTORIA DE LA METROLOGÍA Poco después de esta decisión Delambre y Méchanin midieron el arco del meridiano entre Dunkerque y Barcelona mientras que Lavoisier y otros hicieron mediciones cuidadosas del peso ( o masa) de un volumen conocido de agua. Con base en estas mediciones un patrón final de platino representando el metro y un kilogramo patrón de platino fueron construidos y después depositados en junio 22 de 1799 en los “Archives de la Republique” en París. Estos dos patrones en realidad serían el punto inicial para el completo desarrollo del presente Sistema Internacional de Unidades universalmente aceptado. Ya en 1793 Lavoisier dijo: “Nunca nada más grande y simple y más coherente en todas sus partes se ha obtenido en la mano del hombre”
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METROLOGÍA Y CALIDAD CALIDAD:
La totalidad de rasgos y características de un producto o servicio
Dirigidos a satisfacer las necesidades establecidas o implícitas NMX-CC-1 / ISO 8402
METROLOGÍA Y CALIDAD LA RUTA HACIA LA CALIDAD. planear
hacer ejecutar
ajustar
verificar
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MEDIR Rev 3
METROLOGÍA Y CALIDAD 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. - ayuda a mantener el negocio. 29/12/2012
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METROLOGÍA Y CALIDAD REFLEXIONES SOBRE MEDICIÓN
Se empieza a conocer un concepto cuando se cuantifica. La naturaleza nos impide conocer con certeza absoluta el valor verdadero de una magnitud. Esto es, siempre nos quedamos con incertidumbre. La incertidumbre se estima, no es una cuantificación determinista. El resultado de una medición contiene al menos dos números: el valor considerado como más cercano al verdadero, y la estimación de la incertidumbre sobre ese valor. La incertidumbre aumenta con cada comparación. El nivel de incertidumbre adecuado depende de las necesidades del cliente. El resultado de una medición depende de todo el sistema.
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METROLOGÍA Y CALIDAD CALIDAD
MEDICIÓN
INCERTIDUMBRE
INCERTIDUMBRE
INCERTIDUMBRE REQUERIDA variabilidad riesgo
INCERTIDUMBRE ACTUAL instrumento ambiente procedimiento personal
EVALUACIÓN Y MEJORA DEL SISTEMA DE Rev 3MEDICIÓN
T R A Z A B I L I D A D
MAGNITUDES Y UNIDADES SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES. MAGNITUD
UNIDAD
SÍMBOLO
masa
kilogramo
kg
tiempo
segundo
s
corriente eléctrica
ampere
A
temperatura termodinámica
kelvin
K
cantidad de substancia
mol
mol
intensidad luminosa
candela
cd
longitud
metro
m
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MAGNITUDES Y UNIDADES UNIDADES SI . Definiciones kg
Masa del prototipo internacional del kilogramo
s
Duración de 9 192 631 770 periodos de la radiación correspondiente a la transición entre los dos niveles hiperfinos del átomo de cesio 133.
A
Intensidad de una corriente constante que mantenida entre dos conductores paralelos, rectilíneos, de longitud infinita, de sección circular despreciable y colocados en el vacío separados 1 m uno del otro, producirá una fuerza de 2 x 10-7N/m2 entre estos conductores.
K
La fracción 1/273.16 de la temperatura termodinámica del punto triple del agua. Rev 3
MAGNITUDES Y UNIDADES UNIDADES SI . Definiciones
cd
intensidad luminosa en una dirección dada de una fuente de radiación monocromática de frecuencia 540x1012 Hz y cuya intensidad energética en esa dirección es de 1/683 W/sr.
mol
cantidad de substancia que contiene tantas entidades elementales como existen en 0.012 kg de C12
m
longitud recorrida por la luz en el vacío en un lapso de 1/299 792 458 s.
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MEDICIONES Y RESULTADOS PRINCIPIO MÉTODO
Base científica de una medición. Secuencia lógica de operaciones, descritas de manera genérica, utilizada en la ejecución de mediciones
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PROCEDIMIENTO Conjunto de operaciones, descrito específicamente, para realizar mediciones particulares de acuerdo a un método dado.
MEDICIONES Y RESULTADOS
mensurando instrumento de medici贸n
sensor
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procesador de se帽ales
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exhibidor
MEDICIONES Y RESULTADOS ¿ Y CUÁNTAS LECTURAS TOMO?
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MEDICIONES Y RESULTADOS m
DISTRIBUCIÓN NORMAL
s
límites
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área comprendida en %
-
100
-3s
+3s
99.74
-2s
+2s
95.44
-s
+s
68.26
MEDICIONES Y RESULTADOS reproducibilidad
repetibilidad
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MEDICIONES Y RESULTADOS CARACTERÍSTICAS DE LAS MEDICIONES REPETIBILIDAD: Proximidad de concordancia entre los resultados de mediciones sucesivas del mismo mensurando, con las mediciones realizadas con la aplicación de la totalidad de las siguientes condiciones -mismo procedimiento de medición, -mismo observador, -mismo instrumento, -mismo lugar, -mismas condiciones de uso, -repetición en un periodo corto de tiempo.
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REPRODUCIBILIDAD: Proximidad de concordancia entre los resultados de mediciones del mismo mensurando, con las mediciones realizadas haciendo variar las condiciones de medición tales como: -principio de medición, -método de medición, -observador, -instrumento, -patrón de referencia, -lugar, -condiciones de uso, -tiempo.
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MEDICIONES Y RESULTADOS instrumento de medici贸n
entorno MAGNITUD DE INFLUENCIA: Magnitud que no es el mensurando pero que afecta al resultado de la medici贸n. CONDICIONES DE REFERENCIA: Condiciones de uso prescritas para las pruebas de funcionamiento de un instrumento de medici贸n o para la intercomparaci贸n de resultados de mediciones. 29/12/2012
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CARACTERÍSTICAS DE LOS INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN ALCANCE: Intervalo de la escala obtenida por una posición dada de los controles de un instrumento de medición.
5
6
7
8
9
10 11
12
INTERVALO: Módulo de la diferencia entre los dos límites del alcance.
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CARACTERÍSTICAS DE LOS INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN RESOLUCIÓN: La mínima diferencia de indicación de un dispositivo indicador, que puede ser percibida de manera significativa.
5
6
7
8
9
10 11
12
VALOR DE UNA DIVISIÓN DE LA ESCALA: Diferencia entre los valores correspondientes a dos marcas sucesivas de la escala.
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CARACTERÍSTICAS DE LOS INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN LINEALIDAD. ESTABILIDAD: Aptitud de un instrumento para conservar constantes sus características metrológicas durante el transcurso del tiempo.
DERIVA: Variación lenta de una característica metrológica de un instrumento de medición. 29/12/2012
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CARACTERÍSTICAS DE LOS INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN 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.
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CONCEPTOS DE TRAZABILIDAD Y MEDICIÓN ACLARACIONES CONCEPTUALES INCERTIDUMBRE:(NMX-Z-055-1995) Parámetro asociado al resultado de una medición que caracteriza la dispersión de los valores que podrían razonablemente ser atribuidos al mensurando.
INCERTIDUMBRE DE LA MEDICIÓN: (NMX-CC-0171:1995 IMNC) Resultado de la evaluación orientada a la caracterización del intervalo dentro del cual se estima que cae el valor verdadero, generalmente con una determinada probabilidad.
EXACTITUD: Proximidad de concordancia entre el resultado de una medición y un valor verdadero del mensurando. ¡¡ La exactitud es un concepto CUALITATIVO !!
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CONCEPTOS DE TRAZABILIDAD Y MEDICIÓN ACLARACIONES CONCEPTUALES ERROR DE MEDICIÓN: El resultado numérico de una medición menos un valor verdadero del mensurando.
CORRECCIÓN: Valor agregado algebráicamente al resultado no corregido de una medición para compensar un error sistemático.
ERROR MÁXIMO TOLERADO: Es el límite que tolera una especificación, norma, regulación o el usuario del instrumento, en función de la utilización última de los resultados de las mediciones.
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RELACIONES CONCEPTUALES
RELACIONES CONCEPTUALES
Y-Y nominal
resultado sin corregir
correcci贸n
m谩ximo error tolerado
valor verdadero resultado corregido
incertidumbre
(error) Y
valor nominal
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CONCEPTOS DE TRAZABILIDAD Y MEDICIÓN Patrón: Medida materializada, aparato de medición o sistema de medición destinado a definir, realizar, conservar o reproducir una unidad, o uno o varios valores conocidos de una magnitud, para servir de referencia.
Calibración: Conjunto de operaciones que establecen bajo condiciones especificadas, la relación entre los valores indicados por un aparato o sistema de medición o los valores representados por una medida materializada y los valores correspondientes de la magnitud realizada por los patrones. 29/12/2012
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CONCEPTOS DE TRAZABILIDAD Y MEDICIÓN CADENA DE TRAZABILIDAD
BIPM
incertidumbre PATRÓN NACIONAL
CENAM PATRÓN DE REFERENCIA
PATRONES NACIONALES DE OTROS PAÍSES
PATRÓN DE TRABAJO
PATRÓN DE REFERENCIA
LABORATORIO SECUNDARIO
PATRÓN DE TRA BAJO
PATRÓN DE REFERENCIA PATRÓN DE TRABAJO
ORGANIZACIÓN INSTRUMENTO DE MEDICIÓN
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CONCEPTOS DE TRAZABILIDAD Y MEDICIÓN
Trazabilidad: Propiedad del resultado de una medición o de un patrón, tal que ésta pueda ser relacionada a referencias determinadas, generalmente patrones nacionales o internacionales, por medio de una cadena ininterrumpida de comparaciones teniendo todas incertidumbres determinadas. NOTAS 1
El concepto es a menudo expresado por el adjetivo trazable.
2
A la cadena ininterrumpida de comparaciones se le llama cadena de trazabilidad. 29/12/2012
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CONCEPTOS DE TRAZABILIDAD Y MEDICIÓN
CARTA DE TRAZABILIDAD
Masa de 1 kg PATRÓN INTERNACIONAL ( 0 mg ) PATRÓN NACIONAL Prototipo No. 21 (± 2 mg ) PATRÓN IDE REFERENCIA LPN-00-06 (± 31 mg )
PATRÓN DE TRABAJO
PATRÓN DE TRABAJO
PATRÓN DE TRABAJO
LPR-00-05
LPR-00-06
LPR-00-09
(± 125 mg )
(± 125 mg )
(± 125 mg )
PATRONES DE REFERENCIA Laboratorios secundarios
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CONCEPTOS DE TRAZABILIDAD Y MEDICIÓN Calibro ?
Relación de lecturas medidor-patrón Ajusto ? Logro funcionamiento adecuado Verifico ? Confirmo objetivamente el cumplimiento de requisitos Valido ? Confirmo objetivamente el cumplimiento de requisitos particulares para un uso específico propuesto.
CONCEPTOS DE TRAZABILIDAD Y MEDICIÓN Informa:
INFORME
-método de cálculo; -lista de todas las fuentes y método de estimación; - secuencia de cálculo fácil de seguir; - lista de ecuaciones, correcciones y constantes usadas y fuente de origen, - significado de los números declarados Verifica: ¿He dado información clara y suficiente para que mi resultado pueda ser actualizado cuando hayan nuevos datos?
CONCEPTOS DE TRAZABILIDAD Y MEDICIÓN1 ASEGURAMIENTO DE LA CALIDAD DE LA CALIBRACIÓN equipo y materiales de referencia personal trazabilidad
Instalaciones y ambiente
EQUIPO
PERSONAL
almacenamiento y manejo Productos y servicios externos
organización y administración ADMINISTRACIÓN sistema de calidad, Auditoría y revisión
métodos de calibración
inconformidades
certificados e infomes registros
CONCEPTOS DE TRAZABILIDAD Y MEDICIÓN TRAZABILIDAD DE LA MEDICIÓN Y CALIBRACIÓN. todo equipo debe ser calibrado antes de ser puesto en servicio, y recalibrado bajo programa, - los programas deben contemplar la trazabilidad a los patrones nacionales, - si no es posible, mostrar los resultados de intercomparaciones, - los certificados deben mostrar los resultados de la medición con sus incertidumbres, - los patrones de referencia sólo deben ser usados como patrones de referencia, - donde sea aplicable, los patrones y equipos deben verificarse entre calibraciones.