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Dirección de Masa y Densidad, Mayo 2018
Introducción a la Metrología
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Introducción a la
Metrología
M. en C. Luis Omar Becerra Santiago
Director de Masa y Densidad
CENAM
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Dirección de Masa y Densidad, Mayo 2018
Introducción a la Metrología
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Contenido
• Importancia de las mediciones
• Metrología y calidad
• Términos básicos de metrología
• El Sistema Internacional de Unidades
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Introducción a la Metrología
Importancia de las
Mediciones
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Introducción a la Metrología
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“A menudo digo que cuando puedes
medir de lo que estás hablando y
expresarlo en números, sabes algo al
respecto; pero cuando no puedes
medirlo, cuando no puedes expresarlo
en números, tu conocimiento es
escaso e insatisfactorio; puede ser el
comienzo del conocimiento, apenas has
avanzado en tus pensamientos hacia el
escenario de la ciencia, cualquiera que
sea el tema.”
William Thomson, Lord Kelvin.
William Thomson (26 de junio de
1824 – 17 de diciembre de 1907),
físico y matemático inglés.
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Introducción a la Metrología
El contacto con las
mediciones es cotidiano...
Las mediciones en la vida diaria
Incluso desde antes
de nacer.
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Introducción a la Metrología
Las mediciones en la vida diaria
Se mide al comprar o
vender.
Al comprar
gasolina y
combustibles.
En los medidores
de consumo
eléctrico, de
agua, de gas.
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Introducción a la Metrología
Para conocer
¿Por qué medimos?
Para decidir
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Introducción a la Metrología
Metrología y
Calidad
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Introducción a la Metrología
Mediciones y Calidad
Conjunto de
propiedades
inherentes a un
producto / servicio
que permite
caracterizarlo y
valorarlo con
respecto a las
restantes de su
especie.
PLANEAR HACER
VERIFICARAJUSTAR
MEJORA
CONTINUA
La ruta a la calidad
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Introducción a la Metrología
Las mediciones en la industria
fibra opticafibra optica
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Introducción a la Metrología
Las mediciones en la industria
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Introducción a la Metrología
Metrología en las normas
ISO 9001:2015
Sistemas de gestión de la calidad — Requisitos
ISO/IEC 17025:2017
Requisitos Generales para la competencia de laboratorios de calibración y
pruebas
ISO/IEC 17020:2012
Evaluación de la conformidad – Requisitos de operación de diferentes tipos de
organismos que realizan la verificaicón
ISO 10012 :2003
Sistema de gestión de las mediciones – Requisitos para los procesos de
medición y los equipos de medición
etc.
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Introducción a la Metrología
ISO 9001:2015
8.5.1 Control de la producción y de la provisión del servicio
La organización debe implementar la producción y provisión del
servicio bajo condiciones controladas.
c) la implementación de actividades de seguimiento y medición
en las etapas apropiadas para verificar que se cumplen los
criterios para el control de los procesos o sus salidas, y los
criterios de aceptación para los productos y servicios;
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Introducción a la Metrología
ISO 10012:2010
Asegurar que el equipo y los procesos de medición son
adecuados para su uso previsto para alcanzar
objetivos de calidad y gestionar el riesgo de obtener
resultados de medición incorrectos.
Requisitos de aseguramiento de calidad para
equipo de medición:
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Introducción a la Metrología
Metrología y el comercio
• Sistema general de unidades de medida.
• Requisitos para fabricación, importación, reparación,
venta, verificación y uso de los instrumentos para
medir.
• Obligatoriedad de la medición en transacciones,
indicar contenido neto.
Ley Federal sobre Metrología y Normalización
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Introducción a la Metrología
Artículo 15 (LFMN)
En toda transacción comercial,
industrial o de servicios que se
efectúe a base de cantidad, ésta
deberá medirse utilizando los
instrumentos de medir adecuados...
Metrología y el comercio
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Introducción a la Metrología
Comercio internacional
Vender productos y
servicios en otros países.
Traer productos y servicios
de otros países.
Objetivo.
Problemática.
Leyes y reglamentos del país
destino.
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Introducción a la Metrología
Importancia de la
uniformidad internacional de las mediciones
CIPM MRA
ILAC MRA
Libre comercio
PAÍS 2
INM
Laboratorios
secundarios y
de pruebas
Productos
Entidad de
acreditación
PAÍS 1
INM
Laboratorios
secundarios y
de pruebas
Productos
Entidad de
acreditación
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Introducción a la Metrología
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.
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Introducción a la Metrología
Términos
Básicos de
Metrología
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Introducción a la Metrología
Metrología
“Ciencia de la Medición y sus aplicaciones”
MediciónProceso que consiste en obtener
experimentalmente uno o varios valores que
puedan atribuirse razonablemente a una
magnitud.
Aspectos teóricos.
Aspectos técnicos.
Aspectos legales.
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Introducción a la Metrología
Magnitud
Propiedad de un fenómeno, de un cuerpo o de una
sustancia que se puede expresar mediante un número y
una referencia.
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Introducción a la Metrología
Mensurando
Magnitud que se desea medir.
P.ej. Volumen de un
tanque metálico X
definido a una
temperatura de 20 ºC.
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Introducción a la Metrología
Instrumento de mediciónDispositivo utilizado
para realizar
mediciones, solo o
asociado a uno o varios
dispositivos
suplementarios.
http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Matrazaforado.jpghttp://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Matrazaforado.jpg
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Introducción a la Metrología
Conjunto de uno o más instrumentos de medición y,
frecuentemente, otros dispositivos, incluyendo reactivos e
insumos varios, ensamblados y adaptados para proporcionar
valores medidos dentro de intervalos especificados, para
magnitudes de naturalezas dadas.
Sistema de medida
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Introducción a la Metrología
Serie de elementos de un sistema
de medición que constituye la
trayectoria de la señal, desde el
sensor hasta el elemento de salida.
Cadena de medida
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Introducción a la Metrología
Patrón de medida
Realización de la definición de una magnitud dada,
con un valor determinado y una incertidumbre de
medida asociada, tomada como referencia.
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Introducción a la Metrología
Material de referencia certificado
Material de referencia acompañado por la documentación emitida
por un organismo autorizado, que proporciona uno o varios
valores de propiedades especificadas, con incertidumbres y
trazabilidades asociadas, empleando procedimientos válidos.
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Introducción a la Metrología
Trazabilidad metrológica
Propiedad de un resultado de medición por la cual el
resultado puede relacionarse con una referencia mediante
una cadena ininterrumpida y documentada de calibraciones,
cada una de las cuales contribuye a la incertidumbre de
medida.
NOTA: ¡NO es el INSTRUMENTO el que tiene trazabilidad,
SINO el resultado de la MEDICIÓN que se realiza con él!
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Introducción a la Metrología
Conjunto de operaciones
realizadas sobre un sistema
de medición para que
proporcione indicaciones
prescritas, correspondientes
a valores dados de la
magnitud a medir.
Ajuste de un sistema de medición
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Introducción a la Metrología
Operación que bajo
condiciones especificadas
establece, en una primera
etapa, una relación entre los
valores y sus incertidumbres
de medición asociadas
obtenidas a partir de los
patrones de medición, y las
Calibración
correspondientes indicaciones con sus incertidumbres
asociadas y, en una segunda etapa, utiliza esta información
para establecer una relación que permita obtener un resultado
de medición a partir de una indicación.
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Introducción a la Metrología
Aportación de evidencia objetiva de que un elemento satisface
los requisitos especificados.
Verificación
Las verificaciones sirven para establecer si el instrumento
sometido corresponde y satisface las especificaciones
particulares.
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Introducción a la Metrología
Conjunto de operaciones para
asegurar que el equipo de
medición está conforme a los
requisitos del uso pretendido.
(ISO 10012:2002)
Confirmación metrológica
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Introducción a la Metrología
Calibración: Relaciono las lecturas del medidor con las
del patrón y uso los resultados apropiadamente.
Ajuste: Logro el funcionamiento adecuado.
Verificación: Aporto evidencia objetivamente del
cumplimiento de requisitos.
Confirmación: Aseguro objetivamente el cumplimiento de
requisitos particulares para un uso específico propuesto.
Actividades de la confirmación metrológica
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Introducción a la Metrología
El Sistema
Internacional de
Unidades, SI
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17991875 1889
1948 1954 1967 1971 19832011 2014 2018
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Fechas importantes del sistema internacional de unidades
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Introducción a la Metrología
Unidades del SI de base
Magnitud
masa
tiempo
longitud
corriente eléctrica
temperatura termodinámica
intensidad luminosa
cantidad de sustancia
Unidad
kilogramo
segundo
metro
ampere
kelvin
candela
mol
Símbolo
kg
s
m
A
K
cd
mol
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El kilogramo
Es la masa igual a la del
prototipo internacional del
kilogramo.
Patrón nacional de masa k21 y los
patrones k90 y k96
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Introducción a la Metrología
El segundo
Es la duración de
9 192 631 770 períodos de
la radiación correspondiente
a la transición entre los dos
niveles hiperfinos del estado
fundamental del átomo de
cesio 133.
Reloj atómico para la realización del segundo
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El metro
Es la longitud de la trayectoria recorrida por la luz en el
vacío en un lapso de (1/299 792 458) s.
Láser de
HeNe
estabilizado
en frecuencia
al yodo a
633 nm para
la realización
del metro
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Efecto
Josephson para
la realización
del volt (unidad
de la tensión
eléctrica en
c. c.).
Patrón nacional de resistencia
eléctrica en c. c.
El ampere
Es la intensidad de una
corriente constante que
mantenida entre dos
conductores paralelos,
rectilíneos, de longitud
infinita, de sección circular
despreciable, colocados en el
vacío separados 1 m uno del otro,
producirá una fuerza de 2 X 10-7
N/m entre estos conductores.
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El kelvin
Es la fracción 1/273.16
de la temperatura
termodinámica del
punto triple del agua.
Celdas del punto triple del agua
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La candela
Es la intensidad luminosa
en una dirección dada, de
una fuente de radiación
monocromática de
frecuencia 540 X 1012 Hz
y cuya intensidad
energética en esa
dirección es de 1/683
W/sr.Lámparas y detectores fotométricos
utilizados para conservar la candela
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Introducción a la Metrología
Sistema nacional primario de titulación
coulombimétrica a corriente constante
El mol
Es la cantidad de
sustancia de un sistema
que contiene tantas
entidades elementales
como número de
átomos existen en
0.012 kg de 12C.
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Introducción a la Metrología
Unidades derivadas
Estas unidades se forman por combinaciones simples
de las unidades del SI de base de acuerdo con las
leyes de la física.
Ejemplos:
Magnitud Nombre Símbolo
superficie metro cuadrado m2
volumen metro cúbico m3
velocidad metro por segundo m/sconcentración kilogramo por metro cúbico kg/m3
en masa contenido de mol por kilogramo mol/kgcantidad de sustancia
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Introducción a la Metrología
. . . con nombre y símbolo especial.
Para facilitar la expresión de unidades derivadas
formadas de combinaciones de unidades de base, se
le ha dado a un cierto número de ellas un nombre y un
símbolo especial.
Ejemplos:
Magnitud Nombre Símbolo
energía joule J (m2 · kg · s-2)
frecuencia hertz Hz (s-1)
fuerza newton N (m · kg · s-2)
potencia watt W (m2 · kg · s-3)
presión pascal Pa (kg · m-1 · s-2)
Unidades derivadas
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Actual SI Nuevo SIMagnitud de base Unidades de
base
Magnitud “de base” Constante
definitoria
Tiempo segundo Frecuencia Cs
Longitud metro Velocidad c
Masa kilogramo Acción h
Corriente eléctrica ampere Carga eléctrica e
Temperatura
termodinámicakelvin Capacidad calorífica k
Cantidad de sustancia mol Cantidad de sustancia NA
Intensidad luminosa candela Intensidad luminosa Kcd
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Símbolo Valor numérico Unidad
Cs 9 192 631 770 Hz = s−1
c 299 792 458 m s-1
h 6.626 070 15 × 1034 J s = kg m2 s−1
e 1.602 176 634 × 1019 C = A s
k 1.380 649 × 1023 J K-1 = kg m2 s−1 K-1
NA 6.022 140 76 ×1023 mol−1
Kcd 683 lm W-1 = cd sr kg-1 m-2 s3
Constantes definitorias
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Unidad Símbolo Definición
segundo s Se define al tomar el valor numérico fijo de la frecuenciade transición hiperfina del estado fundamental del
átomo de cesio 133, Cs como 9 192 631 770
expresada en la unidad Hz, la cual es igual a s-1
metro m Se define al tomar como un valor numérico fijo la velocidad de la luz en el vacío c como 299 792 458
expresada en la unidad m s-1, en donde el segundo esta
definido en términos de la frecuencia del cesio νCs.
kilogramo kg Se define al tomar como valor numérico fijo la constante de Planck h como 6.626 070 15 ×10–34 cuando es
expresada en la unidad J s, la cual es igual a kg m2 s–1,
donde el metro y el segundo están definidas en términos
de c y Cs.
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Unidad Símbolo Definición
ampere A Se define al tomar como valor numérico fijo el valor de lacarga elemental e como 1.602 176 634 ×10–19 cuando es
expresada en la unidad C, la cual es igual a A s, donde el
segundo está definido en términos de Cs.
kelvin K Se define al tomar como valor numérico fijo el valor de la constante de Boltzmann k como 1.380 649 ×10–23
cuando es expresada en la unidad J K–1, la cual es igual a
kg m2 s-2 K–1, donde el kilogramo, el metro y el segundo
están definidos en términos de h, c y Cs.
mol mol Un mol contiene exactamente 6.022 140 76 x 1023
entidades elementales. Este número es el valor numérico
fijo de la constante de Avogadro NA cuando es
expresada en la unidad mol-1 y es llamado el número de
Avogadro.
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Unidad Símbolo Definición
candela cd Se define al tomar el valor numérico fijo de la eficacialuminosa de radiación monocromática de frecuencia
540 ×1012 Hz, Kcd, como 683 expresada en la unidad lm
W–1, la cual es igual a cd sr W–1, o
kg-1 m-2 s3 cd sr, donde el kilogramo, el metro y el
segundo están definidos en términos de h, c y Cs.
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tiempo 1 s 9192631770 cs-1
longitud 1 m 30.6633189884984 c cs-1
masa 1 kg 1.47552139973527E+40 h cs c-2
corriente eléctrica 1 A 6.78968681725055E+08 cs e
temperatura termodinámica 1 K 2.26666526460111 h cs k-1
cantidad de sustancia 1 mol 6.02214076E+23 NA-1
intensidad luminosa 1 cd 2.61483048228562E+10 cs2 h Kcd
Unidades de base expresadas en términos de
las constantes definitorias
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Densidad 1 kg m-3 kg m-3 5.11785561760682E+35 h cs4 c-5
Fuerza 1 N kg m s-2 5.35408110498270E+21 h cs2 c-1
Presión, tensión 1 Pa kg m-1 s-2 5.69438233980456E+18 h cs4 c-3
Energía, trabajo 1 J kg m2 s-2 1.64173896812376E+23 h csPotencia, Flujo Radiante 1 W kg m2 s-3 1.78592921940108E+13 h cs
2
Carga eléctrica 1 C A s 6.24150907446076E+18 e
Dif. de potencial eléctrico 1 V kg m2 s-3 A-1 2.63035581385516E+04 h cs e-1
Resistencia eléctrica 1 W kg m2 s-3 A-2 3.87404586493183E-05 h e-2
Tensión superficial 1 N m-1 kg s-2 1.74608662127899E+20 h cs3 c-2
Viscosidad dinámica 1 Pa s kg m-1 s-1 5.23463600074143E+28 h cs3 c-3
Acción 1 J s kg m2 s-1 1.50919017964215E+33 h
Algunas unidades derivadas definidas en función
de las constantes definitorias
¡ Todas las unidades podrán expresarse en términos de las una
o varias de las constantes definitorias !
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“La única base para creer en
las ciencias naturales, es la
idea de que lo sepamos o no,
las leyes generales que rigen
los fenómenos del universo
son necesarias y constantes"
Marques de Condorcet, Secretario permanente de
la Academia de Ciencias, y miembro del Comité
de Pesas y Medidas de 1790 que creó el sistema
métrico originalNicolas de Condorcet