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Calibración y Certificación de Instrumentos



SISTEMA Y UNIDADES LEGALES DE MEDIDA

La Oficina Internacional de Pesas y Medidas, el BIPM, fue establecida en el Artículo 1 de la Convención de Metro, de 20 de Mayo de 1875, y está encargada de proporcionar las bases para que un único sistema coherente de medidas se utilice en todo el mundo. El sistema métrico decimal, que data de la época de la Revolución Francesa, se basaba en el metro y el kilogramo. Bajo los términos de la Convención de 1875, se fabricaron nuevos prototipos del metro y del kilogramo y se adoptaron formalmente por la primera Conferencia General de Pesas y Medidas (CGPM) en 1889. Este sistema fue desarrollándose a lo largo del tiempo, de modo que ahora incluye siete unidades básicas. En 1960, en la 11a CGPM, se decidió que se debería llamar Sistema Internacional de Unidades, SI. El SI no es estático, sino que evoluciona para responder a las crecientes demandas de medida, en todos los niveles de precisión y en todas las áreas de la ciencia, la tecnología y el empeño humano.

El Sistema Legal de Unidades de Medida es el Sistema Internacional de Unidades (SI) adoptado por la Conferencia General de Pesas y Medidas vigente en la Unión Europea. Comprende la definición de las unidades del Sistema Internacional y las de utilización autorizada, sus nombres y símbolos, sus reglas de escritura, las escalas de tiempo y temperatura y las reglas de expresión de sus valores y para la formación de múltiplos y submúltiplos. El Sistema Legal de Unidades de Medida es de uso obligatorio en España.

Son unidades legales de medida las unidades básicas y derivadas del Sistema Internacional de Unidades.

Las unidades básicas son:


MAGNITUD

UNIDAD

DEFINICIÓN

NOMBRE

SÍMBOLO

Masa

kilogramo

kg

Es igual a la masa del prototipo internacional del Kilogramo.

De aquí resulta que la masa del prototipo internacional del kilogramo m(K), es siempre exactamente 1 kg.

Longitud

metro

m

Es la longitud del trayecto recorrido por la luz en el vacio en un intervalo de tiempo 1/299 792 458 s.

De aquí resulta que la velocidad de la luz en el vacío, c0, es exactamente 299 792 458 m/s.

Tiempo

segundo

s

Es la duración de 9192631770 periodos de la radiación correspondiente a la transición entre los dos nivekes hiperfinos del estado fundamental del átomo de cesio 133.

De aquí resulta que la frecuencia de la transicion hiperfina del estado fundamental del átomo de cesio 133, v(hfs Cs) es exactamente 9 192 631 770 Hz.

Intensidad de correiente

eléctrica

Amperio

A

Es la intensidad de una corriente constante que, mantenida en dos conductores paralelos rectilíneos  de longitud indefinida, de sección circular despreciable y situados a una distancia de 1 metro uno del otro, en el vacío, produciría entre estos conductores una fuerza igual a

2x10-7 newton por metro de longitud.

De aquí resulta qie la constante magnética,  μ0, tambien conocida con el nombre de permeabilidad del vacío es exacttamente 4π x10-7 H/m.

Intensidad luminosa

candela

cd

Es una dirección dada, de una fuente que emite una radiación monocromática de frecuencia 540x1012 hercios y cuya intensidad energética es esa dirección es 1/163 vatios por esterorradián.

De aquí resulta que la eficacia espectral lumiunosa, K, de una radiación monocromatica de frecuencia 540x1012 Hz es exaxtamente 683lm/W.

Temperatura termodinámica

Kelvin

K

Es la fracción 1/273,16 de la temperatura termodinámica del punto triple del agua.

De aquí resulta que la temperatura termodinamica del punto triple del agua, Ttpw, es exactamente 273,16 K

Cantidad de sustancia

mol

mol

1) Es la cantidad de sustancia de un sistema que contiene tantas entidades elementales como átomos hay en 0,012 kilogramos de carbono 12; su símbolo es “mol”.

2) Cuando se emplea el mol, las entidades elementales deben especificarse y pueden ser átomos, moléculas, iones, electrones, otras partículas o agrupaciones específicas de tales partículas.

De aquí resulta que las masa molar del carbono 12, M(12C), es exactamente 12 g/mol.



El resto de magnitudes se denominan magnitudes derivadas y se expresan mediante unidades derivadas, definidas como productos de potencias de las unidades básicas.

Ejemplo de magnitudes y unidades derivadas



Magnitud derivada

Símbolo

Unidad derivada

Símbolo

 área

A

metro cuadrado

 m2

 volumen

V

metro cúbico

 m3

 velocidad

v

metro por segundo

m/s

aceleración

a

metro por segundo cuadrado

m/s2

número de ondas

σ

metro a la potencia menos uno

m-1

densidad de masa

ρ

kilogramo por metro cúbico

kg/m3

densidad superficial

ρ Α

kilogramo por metro cuadrado

Kg/m2

Volumen especifico

v

Metro cúbico por kilogramo

m3/kg

Densidad de corriente

j

Amperio por metro cuadrado

A/m2

Intensidad de campo magnetico

H

Amperio por metro

A/m

Concentracion de masa

ρ, γ

Kilogramo por metro cúbico

kg/m3

luminancia

Lv

Candela por metro cuadrado

Cd/m2

Indice de refracción

n

uno

1

Permeabilidad relativa

μT

uno

1



Múltiplos y submúltiplos decimales de las unidades SI

Se ha adoptado un conjunto de prefijos para su uso junto con las unidades SI, con el fin de expresar los valores de las magnitudes que son mucho más grandes o mucho más pequeñas que la unidad SI sin prefijo. Pueden utilizarse con cualquiera de las unidades básicas y con cualquiera de las unidades derivadas.



Factor

Nombre

Símbolo

Factor

Nombre

Símbolo

101

deca

da

10-1

Deci

d

102

hecto

h

10-2

Centi

c

103

kilo

k

10-3

Mili

m

106

mega

M

10-6

Micro

μ

109

giga

G

10-9

Nano

n

1012

tera

T

10-12

Pico

p

1015

peta

P

10-15

Femto

f

1018

exa

E

10-18

Atto

a

1021

zetta

Z

10-21

Zepto

z

1024

yotta

Y

10-24

yocto

y




No obstante, algunas unidades no pertenecientes al SI son todavía ampliamente utilizadas. Unas pocas, como el minuto, la hora y el día, unidades de tiempo, serán siempre utilizadas porque están fuertemente enraizadas en nuestra cultura. Otras se utilizan por razones históricas, para resolver necesidades de grupos con intereses especiales, o porque no hay alternativas SI adecuadas. Siempre permanecerá la prerrogativa del científico, de utilizar las unidades que considere se ajustan mejor a su propósito. Sin embargo cuando se usen unidades ajenas al SI, debe figurar el factor de conversión al SI


Magnitud

Unidad

Símbolo

Valor en unidades SI

tiempo

minuto

min

1 min = 60 s

hora

h

1 h = 3600 s

dia

d

1 dia = 86400 s

volumen

litro

L o l

1 L = 1 dm3

masa

tonelada

t

1 t = 1000 kg

energía

electronvoltio

eV

1 eV ≈ 1,602 x 10 -19 J

presión

bar

bar

1 bar = 100 kPa

milimetro de mercurio

mmHg

1 mmHg ≈ 133,3 Pa

longitud

ångström

Å

1 Å = 10 -10 m

milla náutica

M

1 M = 1852 m

fuerza

dina

dyn

1 dyn = 10 -5 N

energía

ergio

erg

1 erg = 10 -7 J



TERMINOLOGÍA

Calibración

Conjunto de operaciones que establecen, en condiciones especificadas, la relación entre los valores de una magnitud indicados por un instrumento de medida o un sistema de medida, o los valores representados por una medida materializada o por un material de referencia, y los valores correspondientes de esa magnitud realizados por patrones.

 

Clase de exactitud

Grupo de instrumentos de medida que satisfacen determinadas exigencias metrológicas destinadas a conservar los errores dentro de límites especificados.

 

Conservación de un patrón

Conjunto de operaciones necesarias para mantener las características metrológicas de un patrón dentro de unos límites apropiados.

 

Corrección

Valor sumado algebraicamente al resultado sin corregir de una medición para compensar un error sistemático.

 

Desviación estándar experimental

Para una serie de n mediciones de un mismo mensurando, la magnitud s que caracteriza la dispersión de los resultados, dada por la fórmula:

siendo xi el resultado de la i-ésima medición y x_ la media aritmética de los n resultados considerados.

 

Dimensión de una magnitud

Expresión que representa una magnitud de un sistema de magnitudes como el producto de potencias de factores que representan las magnitudes básicas de este sistema.

 

Error (de indicación) de un instrumento de medida

Indicación de un instrumento de medida menos un valor verdadero de la magnitud de entrada correspondiente.

 

Error (de medida)

Resultado de una medición menos un valor verdadero del mensurando.

 

Escala (de un instrumento de medida)

Conjunto ordenado de trazos con cualquier numeración asociada, que forma parte de un dispositivo indicador de un instrumento de medida.

 

Exactitud de medida

Grado de concordancia entre el resultado de una medición y un valor verdadero del mensurando.

 

Exactitud de un instrumento de medida

Aptitud de un instrumento de medida para dar respuestas próximas a un valor verdadero.

 

Factor de corrección

Factor numérico por el que se multiplica el resultado sin corregir de una medición para compensar un error sistemático.

 

Fuentes de incertidumbre

En la práctica existen numerosas fuentes posibles de incertidumbre en una medición, entre ellas:

a) Definición incompleta del mensurando

b) Realización imperfecta de la definición del mensurando

c) Muestra no representativa del mensurando - la muestra analizada puede no representar al mensurando definido

d) Conocimiento incompleto de los efectos de las condiciones ambientales sobre la medición, o medición imperfecta de dichas condiciones ambientales

e) Lectura sesgada de instrumentos analógicos, por parte del personal técnico

f) Resolución finita del instrumento de medida o umbral de discriminación

g) Valores inexactos de los patrones de medida o de los materiales de referencia

h)Valores inexactos de constantes y otros parámetros tomados de fuentes externas y utilizados en el algoritmo de tratamiento de los datos

i) Aproximaciones e hipótesis establecidas en el método y en el procedimiento de medida

j) Variaciones en las observaciones repetidas del mensurando, en condiciones aparentemente idénticas

Estas fuentes no son necesariamente independientes, y algunas de ellas, a) a i), pueden contribuir a la j). Por supuesto, un efecto sistemático no identificado no puede ser tenido en cuenta en la evaluación de la incertidumbre del resultado de una medición, aunque contribuirá a su error.

 

Grados de libertad

En general, número de términos de una suma, menos número de restricciones sobre los términos de dicha suma.

 

Incertidumbre de medida

Parámetro, asociado al resultado de una medición, que caracteriza la dispersión de los valores que podrían razonablemente ser atribuídos al mensurando.

 

Incertidumbre expandida

Cantidad que define un intervalo en torno al resultado de una medición, en el que puede esperarse encontrar una fracción amplia de la distribución de valores que pueden ser razonablemente atribuídos al mensurando.

 

Incertidumbre típica

Incertidumbre del resultado de una medición, expresada como una desviación típica

Indicación (de un instrumento de medida)

Valor de una magnitud proporcionado por un instrumento de medida.

 

Índice

Parte fija o móvil de un dispositivo indicador cuya posición, con referencia a los trazos de una escala, permite determinar un valor indicado.

 

Instrumento (de medida) integrador

Instrumento de medida que determina el valor de un mensurando integrando una magnitud en función de otra magnitud.

 

Instrumento (de medida) registrador

Instrumento de medida que proporciona un registro de la indicación.

 

Instrumento (de medida) totalizador

Instrumento de medida que determina el valor de un mensurando por adición de los valores parciales de este mensurando obtenidos simultánea o consecutivamente de una o varias fuentes.

 

Instrumento (de medida) visualizador

Instrumento de medida que muestra una indicación.

 

Instrumento de medida (con indicación) analógico

Instrumento de medida en el cual la señal de salida o la visualización es una función continua del mensurando o de la señal de entrada.

 

Instrumento de medida (con indicación) digital

Instrumento de medida que proporciona una señal de salida o una visualización en forma digital.

 

Instrumento de medida, aparato de medida

Dispositivo destinado a utilizarse para hacer mediciones, sólo o asociado a uno o varios dispositivos anexos.

 

Longitud de escala

Para una escala dada, longitud de la línea uniforme comprendida entre el primero y el último trazo y que pasa por los puntos medios de los trazos más pequeños.

 

Longitud de una división (de escala)

Distancia entre dos trazos sucesivos, medida a lo largo de la misma línea que para la longitud de la escala.

 

Magnitud (mensurable)

Atributo de un fenómeno, cuerpo o sustancia, que es susceptible de ser distinguido cualitativamente y determinado cuantitativamente.

 

Magnitud básica

Cualquiera de las magnitudes que, en un sistema de magnitudes, se aceptan por convenio como funcionalmente independientes las unas de las otras.

 

Magnitud de dimensión uno o Magnitud adimensional

Magnitud en cuya expresión dimensional todos los exponentes de las dimensiones de las magnitudes básicas se reducen a cero.

 

Magnitud de influencia

Magnitud que no es el mensurando pero que tiene un efecto sobre el resultado de la medición.

 

Magnitud derivada

Magnitud definida, en un sistema de magnitudes, como una función de las magnitudes básicas de este sistema.

 

Marcado de escala (de un instrumento de medida)

Posicionamiento material de cada marca (eventualmente de determinadas marcas principales solamente) de un instrumento de medida en función del valor correspondiente del mensurando.

 

Material de referencia (MR)

Material o sustancia en la cual uno o más valores de sus propiedades son suficientemente homogéneos y están bien definidos para permitir utilizarlos para la calibración de un instrumento, la evaluación de un método de medición, o la asignación de valores a los materiales.

 

Material de referencia certificado (MRC)

Material de referencia, acompañado de un certificado, en el cual uno o más valores de sus propiedades, están certificados por un procedimiento que establece su trazabilidad con una realización exacta de la unidad en la que se expresan los valores de la propiedad y para la cual cada valor certificado se acompaña de una incertidumbre con la indicación de un nivel de confianza.

 

Media aritmética; promedio

Suma de valores dividida entre el número de valores.

 

Medición

Conjunto de operaciones que tienen por finalidad determinar un valor de una magnitud.

 

Medida materializada

Dispositivo destinado a reproducir o a proporcionar, de una manera permanente durante su utilización, uno o varios valores conocidos de una magnitud dada.

 

Mensurando

Magnitud particular sometida a medición.

 

Método de medida

Sucesión lógica de las operaciones, descritas de una forma genérica, utilizadas en la ejecución de las mediciones.

 

Metrología

Ciencia de la medida.

 

Múltiplo de una unidad (de medida)

Unidad de medida mayor que una unidad dada y formada a partir de ella según un escalonamiento establecido por convenio.

 

Nivel de confianza

Valor (1 - ) de la probabilidad asociada a un intervalo de confianza o a un intervalo estadístico de dispersión.

 

Numeración de una escala

Conjunto ordenado de números asociados a los trazos de la escala.

 

Parámetro

Magnitud utilizada para describir la distribución de probabilidad de una variable aleatoria.

 

Patrón

Medida materializada, instrumento de medida, material de referencia o sistema de medida destinado a definir, realizar, conservar o reproducir una unidad o uno o varios valores de una magnitud para que sirvan de referencia.

 

Patrón de referencia

Patrón, en general de la más alta calidad metrológica, disponible en un lugar dado o en una organización determinada, del cual se derivan las mediciones realizadas en dicho lugar.

 

Patrón de trabajo

Patrón que se utiliza corrientemente para calibrar o controlar medidas materializadas, instrumentos de medida o materiales de referencia.

 

Patrón de transferencia

Patrón utilizado como intermediario para comparar patrones.

 

Patrón internacional

Patrón reconocido por un acuerdo internacional para servir como referencia internacional para la asignación de valores a otros patrones de la magnitud considerada.

 

Patrón nacional

Patrón reconocido por una decisión nacional, en un país, para servir como referencia para la asignación de valores a otros patrones de la magnitud considerada.

 

Patrón primario

Patrón que es designado o ampliamente reconocido como poseedor de las más altas cualidades metrológicas y cuyo valor se acepta sin referirse a otros patrones de la misma magnitud.

 

Patrón secundario

Patrón cuyo valor se establece por comparación con un patrón primario de la misma magnitud.

 

 

Presión

Es la fuerza por unidad de superficie que ejerce un líquido o un gas perpendicularmente a dicha superficie.

 

Presión Relativa

Es lapresión determinada por un elemento que mide la diferencia entre la presión absoluta y la atmosférica del lugar donde se efectúa la medición.

 

Presión Absoluta

Es la que se mide con relación al cero absoluto de presión.

 

Presión Diferencial

Es la diferencia de presión entre dos puntos.

 

Procedimiento de medida

Conjunto de operaciones, descritas de forma específica, utilizadas en la ejecución de mediciones particulares según un método dado.

 

Rango de indicación

Conjunto de valores limitado por las indicaciones extremas.

 

Rango de medida

Conjunto de valores del mensurando para los que el error de un instrumento de medida se supone comprendido entre los límites especificados.

 

Rango nominal

Rango de las indicaciones que pueden obtenerse mediante ajustes particulares de los controles de un instrumento de medida.

 

Repetibilidad (de los resultados de las mediciones)

Grado de concordancia entre resultados de sucesivas mediciones del mismo mensurando, mediciones efectuadas con aplicación de la totalidad de las mismas condiciones de medida.

 

Repetibilidad (de un instrumento de medida)

Aptitud de un instrumento de medida para dar indicaciones muy próximas durante la aplicación repetida del mismo mensurando en las mismas condiciones de medida.

 

Reproducibilidad (de los resultados de las mediciones)

Grado de concordancia entre los resultados de las mediciones del mismo mensurando, mediciones efectuadas bajo diferentes condiciones de medida.

 

Resolución (de un dispositivo visualizador)

La menor diferencia de indicación de un dispositivo visualizador que puede percibirse de forma significativa.

 

Respuesta característica

Relación entre una señal de entrada y la respuesta correspondiente, en condiciones definidas.

 

Resultado corregido

Resultado de una medición después de la corrección del error sistemático.

 

Resultado de una medición

Valor atribuído a un mensurando, obtenido por medición.

 

Resultado sin corregir

Resultado de una medición antes de la corrección del error sistemático.

 

Señal de medida

Magnitud que representa al mensurando y con el que está funcionalmente relacionado.

 

Sensibilidad

Cociente del incremento de la respuesta de un instrumento de medida por el incremento correspondiente de la señal de entrada.

 

Sensor

Elemento de un instrumento de medida o de una cadena de medida que está directamente sometido a la acción del mensurando.

 

Símbolo de una unidad (de medida)

Signo convencional que designa una unidad de medida.

 

Sistema coherente de unidades (de medida)

Sistema de unidades de medida en el que todas las unidades de medida son coherentes.

 

Sistema de magnitudes

Conjunto de magnitudes, en sentido general, entre las cuales existen relaciones definidas

 

Sistema de medida

Conjunto completo de instrumentos de medida y otros equipos ensamblados para ejecutar mediciones específicas.

 

Sistema de unidades (de medida)

Conjunto de las unidades básicas y de las unidades derivadas, definidas según reglas dadas, para un sistema de magnitudes determinado.

 

Sistema Internacional de unidades, SI

Sistema coherente de unidades adoptado y recomendado por la Conferencia General de Pesas y Medidas (CGPM).

 

Submúltiplo de una unidad (de medida)

Unidad de medida menor que una unidad dada y formada a partir de ella según un escalonamiento establecido por convenio.

 

 

 

Tiempo de respuesta

Intervalo de tiempo comprendido entre el instante en que una señal de entrada sufre un cambio brusco especificado y el instante en que la señal de salida alcanza y permanece dentro de límites especificados alrededor de su valor final en régimen estable.

 

Transductor de medida

Dispositivo que hace corresponder a una magnitud de entrada otra de salida según una ley determinada.

 

Transparencia

Aptitud de un instrumento de medida para no alterar el mensurando.

 

Trazabilidad

Propiedad del resultado de una medición o de un patrón tal que pueda relacionarse con referencias determinadas, generalmente a patrones nacionales o internacionales, por medio de una cadena ininterrumpida de comparaciones teniendo todas las incertidumbres determinadas.

 

Unidad (de medida)

Magnitud particular, definida y adoptada por convenio, con la que se comparan otras magnitudes de la misma naturaleza para expresarlas cuantitativamente con respecto a esta magnitud.

 

Unidad (de medida) (derivada) coherente

Unidad de medida derivada que puede expresarse como un producto de potencias de las unidades básicas con un factor de proporcionalidad igual a uno.

 

Unidad (de medida) fuera del sistema

Unidad de medida que no pertenece a un sistema de unidades dado.

 

Unidad básica (de medida)

Unidad de medida de una magnitud básica en un sistema de magnitudes dado.

 

Unidad derivada (de medida)

Unidad de medida de una magnitud derivada en un sistema de magnitudes dado.

 

Valor (de una magnitud)

Expresión cuantitativa de una magnitud particular, generalmente en forma de una unidad de medida multiplicada por un número.

 

Valor convencionalmente verdadero (de una magnitud)

Valor atribuido a una magnitud particular y aceptado, algunas veces por convenio, como teniendo una incertidumbre apropiada para un uso dado.

 

Valor nominal

Valor redondeado o aproximado de una característica de un instrumento de medida que sirve de guía para su utilización.

 

 

 

Valor numérico (de una magnitud)

Número que multiplica a la unidad de medida en la expresión del valor de una magnitud.

 

Valor transformado (de un mensurando)

Valor de una señal de medida que representa a un mensurando dado.

 

Valor verdadero (de una magnitud)

Valor en consistencia con la definición de una magnitud particular dada.

 

Variable aleatoria centrada

Variable aleatoria cuya esperanza es cero.

 

Variable aleatoria; variación

Variable que puede tomar cualquiera de los valores especificados de un conjunto dado, a los que está asociada una distribución de probabilidad.

 

Varianza

Medida de dispersión, igual a la suma de los cuadrados de las desviaciones de las observaciones con respecto a su promedio, dividido por el número de observaciones menos uno.

 

Varianza (de una variable aleatoria o de una distribución de probabilidad)

Esperanza del cuadrado de la variable aleatoria centrada.

s2 = V(X) = E {[X - E(X)]2}

 

Zona muerta

Máximo intervalo en cuyo interior puede hacerse variar la señal de entrada en los dos sentidos sin provocar una variación de la respuesta de un instrumento de medida.

INFRAESTRUCTURA METROLÓGICA ESPAÑOLA