Metrología, Certificados e Intervalos

Metrología
Ciencia de las Mediciones
Sandra Marcela Rodríguez Zúñiga
Laboratorio Costarricense de Metrologia
Historia de la Mediciones
The Royal Cubit (= 16/15 of the cubit) and its subdivions
Sistema
Métrico
(SI)
SIETE UNIDADES BASE
Masa
Kilogramo (kg)
Longitud
Metro (m)
Tiempo
Segundo (s)
Temperatura
Kelvin (K)
Corriente Eléctrica
Ampere (A)
Cantidad de Substancia
Mol (mol)
Intensidad Luminosa
Candela (cd)
Sistema Internacional
de Unidades
Historia del Sistema Internacional
• Nacimiento del Sistema Métrico Decimal 1790: “REVOLUCIÓN
FRANCESA”
– La academia de Ciencias de París propone un sistema de medidas para dar
orden a las mediciones en Francia
– Sistema basado
• Masa y longitud
– A partir de ellas era posible desarrollar unidades derivadas como volumen
y área
Historia del Sistema
Internacional
Universalización del Sistema Métrico Decimal:
1875
•
17 países firman un tratado internacional denominado
la Convención del Metro
•
Se forma la Conferencia General de Pesas y Medidas
(CGPM) como máxima autoridad en materia de
Metrología
¿Qué es la metrología?
Ciencia de las mediciones y sus aplicaciones
La metrología incluye todos los aspectos teóricos y
prácticos de las mediciones, cualesquiera que sean
su incertidumbre de
medida y su campo de
aplicación.
7
¿Qué es la metrología?
Ciencia que se ocupa de:
Mediciones
Unidades
de medida
“Se enfoca en la calidad, uniformidad y
confianza de las mediciones”
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Calibración
Equipos
Confirmación
¿Qué es la metrología?
Prácticamente todas las
empresas, sean grandes,
medianas o pequeñas
tienen
“necesidades
metrológicas”, aunque
no
siempre
las
reconocen como tales.
¿Qué es la metrología?
Las empresas deben contar
con buenos instrumentos
para obtener medidas
confiables y garantizar
buenos resultados.
CALIDAD
Competitividad Internacional
¿Para qué sirve?
• Reducir rechazos y reprocesos.
• Aprovechar mejor las materias primas.
• Asegurar el cumplimiento de especificaciones.
Importancia de la Metrología
• Es la base de los conocimientos científicos, del desarrollo de la
tecnología, la automatización de la industria y la
normalización
• Respalda la calidad de la producción
• Asegura la intercambiabilidad de las piezas y partes
• Protege la salud y la seguridad del ciudadano
• Protege los intereses del consumidor y del país
Importancia de la Metrología
• Aumenta la confianza de los clientes.
• Permite asegurar la calidad del producto disminuyendo los
costos por rechazos.
• Apoya objetivamente las decisiones de mejora.
• Aumenta la eficiencia en el uso de los recursos.
• Facilita la comparación en caso de controversia.
Areas
de la
Áreas
deMetrología
la metrología
METROLOGÍA
Metrología Legal
Metrología Industrial
Metrología Científica
Metrología Legal
Comercio
Seguridad
Metrología Legal
Salud
Ambiente
METROLOGIA LEGAL
COMERCIO
SALUD
ACTIVIDAD
Protección del consumidor, conflicto de
intereses entre vendedores y
compradores, comercio internacional.
Instrumentos y métodos usados en
diagnóstico médico: temperatura,
presión, electroencefalogramas,
cardiogramas, análisis de sangre, etc.
SEGURIDAD
Medidores de velocidad, influencia de
alcohol en conductores y trabajadores,
luz, ruido, etc .
AMBIENTE
Resolución de conflictos en procesos
que generan polución como: Industria,
producción de energía, transporte, etc.
Fuente : Bernard Athané , Director OIML, Metrología 2000
Metrología Científica
• Definición de los patrones
• Nuevos métodos de medición
• Nuevos equipos
• Mantenimiento de patrones
• Da soporte a la metrología Legal e Industrial
30
Metrología Científica
Científica
Metrología
• Organización y desarrollo de los Patrones y su conservación (el
más alto nivel)
Reloj Atómico
Exactitud de 1 s en 20
millónes de años
Metrología Industrial
Es aplicada por laboratorios de calibración acreditados que
brindan servicios a la industria o por personal calificado de la
industria que se encarga de llevar el control metrológico de
los equipos de medición.
Se encarga del adecuado funcionamiento de los instrumentos
de medición usados en la industria, los procesos de
producción y los laboratorios de pruebas.
Algunas definiciones (VIM)…
Conceptos
Metrología
“la ciencia de las mediciones”
Medir
“determinar la dimensión, cantidad o
capacidad de algo”
Conceptos de metrología
Medición
Conjunto de operaciones que
tiene por objeto determinar el
valor de una magnitud.
Conceptos
AJUSTE
Operación de llevar un
instrumento de medición o
medida materializada, hacia
un estado de funcionamiento
apropiados para su uso.
Ejemplos
Ajuste del cero de una
balanza.
Ajuste de la posición de
una escala para llevarla a
un punto determinado.
Conceptos
¿Qué es la calibración?
Calibración
Operación que bajo condiciones especificadas establece, en una
primera etapa, una relación entre los valores y sus incertidumbres
de medida asociadas obtenidas a partir de los patrones de medida,
y las correspondientes indicaciones con sus incertidumbres
asociadas y, en una segunda etapa, utiliza esta información para
establecer una relación que permita obtener un resultado de
medida a partir de una indicación
Conceptos
¿Qué es la calibración?
Calibración
Acción de comparar lo que indica un instrumento y
lo que debería indicar de acuerdo a un patrón de
referencia con valor o dimensión conocida.
Conceptos
Certificado de Calibración
Tener un instrumento calibrado,
significa que conocemos la
diferencia entre “lo que el
instrumento indica” y “lo que
debiera indicar”, lo que queda
establecido en el certificado de
calibración.
Conceptos
Laboratorios
de Calibración
Cadena ininterrumpida de
comparaciones
Incertidumbre
Documentación
Personal Competente
Unidades del Sistema
Internacional
Recalibración
ACREDITACIÓN
Trazabilidad
Conceptos
Comprobación
Es una etapa posterior a la
calibración, consiste en confirmar
el
cumplimiento
de
requerimientos,
normalmente
expresados
en
tolerancias,
utilizando evidencia objetiva.
Conceptos
Verificación
Revisión o prueba con respecto a
una norma o documento legal
(reglamento
técnico
de
cumplimiento obligatorio) para
determinar si un instrumento o
medio de medición cumple con
las especificaciones establecidas
o recomendadas.
• Debe existir un documento base
para realizar la verificación.
• Ese documento puede ser :
 Un Reglamento Nacional
 Una Norma o
Recomendación
Internacional
 Una especificación del
fabricante
• Los resultados de una
verificación se expresan en un
documento denominado
“Certificado de Verificación”
Conceptos
Preciso pero no
veraz
Veraz e
inexacto
No veraz e
inexacto
Preciso y veraz =
exacto
Conceptos
Trazabilidad
Cadena ininterrumpida de comparaciones hasta la Unidad
Base del Sistema Internacional, estableciendo todas sus
incertidumbres.
NMI
Usted, el
Usuario
Fallas en la
Medición
BIPM
TRAZABILIDAD:
Desde Usted
hasta
el
BIPM
Procedimientos, ensayos, mediciones,
controles, calibraciones, reportes, etc…
Laboratorio Metrológico Primario
Laboratorio Secundario
Escalas, balanzas , etc....
Producto
TRAZABILIDAD:
Desde Usted hasta el BIPM
TRAZABILIDAD
?
?
Patrón de
trabajo
?
Patrón
Nacional
?
Patrón
Patrón
secundario primario
Conceptos
TRAZABILIDAD
Patrones
Nacionales
Patrones
de Referencia
Patrones de Trabajo
Patrones Industriales
Equipo de Medición
Bases para
la
calibración
o medición
Documentos
de
calibración
o medición
Responsable
Función
Laboratorio
Nacional de
Metrología
LNM
Mantener y
diseminar los
patrones
nacionales
Representante
ante el BIPM y
participante en
intercomparaciones
Certificado de
calibración
para patrones
de referencia.
Reportes de
K.C.
Laboratorios
Secundarios
acreditados
Salvaguardar
la estructura
metrológica
de un país
Certificados
del LNM o de
otro
laboratorio
acreditado
Certificado de
calibración
para patrones
de trabajo
Sección de
calibración
en industrias
Supervisión
de equipo de
medición para
calibraciones
internas
Certificados
del LNM o de
un laboratorio
acreditado
Todos los
sectores de
la industria
Mediciones y
ensayos
como parte
del sistema
de control de
calidad
Certificado de
calibración de
la empresa o
marca de
calibración
Certificado de
calibración de
la industria,
marca de
calibración
Marca de
ensayo
o similar
Estructura Nacional de la Metrología
Conceptos
LA TRAZABILIDAD
NO
GARANTIZA
“EXACTITUD”
Instrumentos de Medición
De acuerdo a su principio de medición se clasifican en:
• Mecánicos
• Electrónicos
• Ópticos
• Neumáticos
• Eléctricos
Instrumentos de Medición
Características generales de un instrumento de medición:
• Resolución
• División de escala
• Histéresis
• Clase de exactitud
• Sensibilidad
• Tiempo de respuesta
Errores de Medición
Error por instrumento
inadecuado
Error por el uso de
instrumentos no
calibrados
Errores de Medición
Errores de operador o
por el método de
medición
Error por condiciones ambientales
Humedad relativa
Presión
Gradientes de temperatura
Presencia de partículas
Vibraciones
Ruido
Campos Magnéticos
Error por desgaste
Falta de mantenimiento al equipo
Mal uso en la zona de producción
Equipo sobre utilizado
¿Dónde se requiere medir con
exactitud?
¿Quién necesita mediciones exactas?
TODOS !
Certificados de Calibración
Interpretación y Usos
Interpretación
Valor Nominal
(VN)
Lectura Patrón
(LP)
Lectura Calibrando
(LC)
Corrección
(C)
Incertidumbre
(I)
50
50.0
49
+1
±0.1
100
100.0
101
-1
±0.2
150
150.0
150
0
±0.4
200
200.0
202
-2
±0.5
250
250.0
247
+3
±0.7
Uso de los certificados de Calibración
-Fecha de
calibración
Evidencia
de la
calibración
-Resultados del
proceso
-Referencia a la
toma de datos
Uso de los certificados de Calibración
-Identificación del
Patrón utilizado
Evidencia
de la
trazabilidad
-Institución donde
se calibraron
-Alcance o nivel
de exactitud
Uso de los certificados de Calibración
Para
revisar
-Incertidumbre
o declaración
de
cumplimiento
-Corrección
Corrección < incertidumbre
Uso de los certificados de Calibración
Tabla de
resultados
Para
revisar
-Gráfico de
errores
-Relación
linear
-Tendencias
Gráfico de errores
0,3
correciones, nm
0,2
0,1
0,0
-0,1220
320
420
520
620
-0,2
-0,3
-0,4
-0,5
-0,6
longitud de onda, nm
lectura de la balanza, g
Relación linear
200
150
100
50
0
0
50
100
150
200
patrón de masa, g
ascendente
descendente
errores, unidades de
absorbancia
Tendencia
440
590
0,2
-0,3
635
546,1
465
-0,8
-1,3
longitudes de onda, nm
50 %t
30 %t
20 %t
10 %t
Usos
1. Determinar si los equipos de medición en el proceso están dentro de tolerancia
Aplica
Empresas con
procesos de
alta precisión
Empresas con
pocos
instrumentos
de medición
Empresas con
procesos de
alto riesgo
Usos
1. Determinar si los equipos de medición en el proceso están dentro de tolerancia
1
± 𝑇𝑜𝑙𝑒𝑟𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 > 𝐶𝑜𝑟𝑟𝑒𝑐𝑐𝑖ó𝑛
3
Usos
2. Caracterizar los patrones internos de la empresa
Aplica
Empresas con
muchos
instrumentos
de medición
Empresas con
sistemas de
calidad
implementado
Empresas con
personal
capacitado en
metrología
Usos
2. Caracterizar los patrones internos de la empresa
𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟1 = 𝐿𝐶 − (𝐿𝑃𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑛𝑜 + 𝐶 + 𝐼)
𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟2 = 𝐿𝐶 − (𝐿𝑃𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑛𝑜 + 𝐶 − 𝐼)
1
± 𝑇𝑜𝑙𝑒𝑟𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 > 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 1,2
3
Usos
2. Caracterizar los patrones internos de la empresa
Patrón interno
3 veces mejor
que los equipos
de medición en
el proceso
Mejor
resolución
Determinación de los
Intervalos de Confirmación
Metrológica
Factores de influencia en los
Intervalos de Confirmación
• Tipo de equipo.
• Recomendación del fabricante.
• Información estadística de otras
Calibraciones.
• Historial de mantenimiento y servicio.
• Tendencia a desgaste y desviación.
• Grado de severidad en el uso.
Factores de Influencia en los
Intervalos de Confirmación
• Condiciones ambientales.
• La exactitud buscada.
• Las consecuencias de que se acepte como
correcto un valor medida incorrecto,
debido a equipo defectuoso.
• La frecuencia de verificación cruzada
contra equipos o patrones internos.
• Costo.
•
Factores de Influencia en los
Intervalos de Confirmación
Los intervalos de calibración y confirmación
deben establecerse haciendo un balance entre:
• El costo generado por equipos de medición
fuera de tolerancia (producto no conforme).
• El costo de la confirmación y calibración.
Guía para Definir los
Intervalos de Calibración y
Confirmación de acuerdo
OIML D-10
Intervalos de Confirmación y
Calibración
Constan de dos etapas:
• Definir el intervalo inicial (para
equipo nuevo).
• Definir el intervalo subsecuente de
confirmación (equipo en uso).
Selección del intervalo
inicial de confirmación
•
Se aplica la “Intuición de Ingeniería”, es
decir una persona con experiencia en
equipos similares y con conocimiento de
las recomendaciones de los fabricantes y
los intervalos utilizados por otros
laboratorios hace una estimación en
cuanto al lapso de tiempo en que ese
instrumento se mantendrá dentro de la
tolerancia después de la confirmación.
Selección del intervalo
inicial de confirmación
•
Es recomendable que este intervalo
no sea muy amplio ya que aún no se ha
determinado el comportamiento del
equipo
Revisión de los Intervalos de
Confirmación
•
“Un sistema que mantenga intervalos
de confirmación sin revisar, determinados
solamente por la llamada intuición de
ingeniería
no
se
considera
lo
suficientemente fiable”
Métodos para revisar los
intervalos de confirmación
• Ajuste Automático o de Escalera
• Gráfico de Control
• Tiempo Calendario
• Tiempo de uso
• En servicio o Ensayo: “Caja Negra”
Métodos para revisar los intervalos
de confirmación
Ajuste Automático o de Escalera
• Se aplica individualmente por equipo
• Cada vez que se confirma un equipo se extiende
el período si se encuentra dentro de tolerancia y
se reduce el período si está fuera de ella.
• Desventaja: Se produce un desequilibrio en la
carga de confirmación y se requiere de gran
planificación para cubrir todos los equipos.
Métodos para revisar los intervalos
de confirmación
Gráfico de Control:
• Se gráfica los resultados de las confirmaciones y
se analizan las tendencias. Con base en ellas se
hace una proyección y se determina el tiempo
necesarios para la nueva confirmación.
• Desventaja:
Difícil de aplicar en equipo
complejo. Es necesario conocer la dispersión del
equipo.
Métodos para revisar los intervalos
de confirmación
Tiempo calendario:
• Se aplica por grupos de equipos.
•
Los equipos de medición se disponen
inicialmente en grupos a partir de su similitud
de construcción y de su fiabilidad esperada.
Al grupo se le asigna un intervalo inicial con
base en la intuición de ingeniería.
Métodos para revisar los intervalos
de confirmación
Tiempo calendario:
Para cada grupo de equipos se debe
determinar el período idóneo. Ese período
puede variarse con el tiempo. Se pueden
utilizar medios estadísticos para definir los
períodos de cada grupo de equipos.
Métodos para revisar los intervalos
de confirmación
Tiempo calendario:
Para cada grupo se lleva un control de cuantas
unidades regresan de la confirmación fuera de
tolerancia o requieren mantenimiento durante
el período de uso.
Con base en esa
información se varía el intervalo de
confirmación para todo el grupo de
instrumentos.
Métodos para revisar los intervalos
de confirmación
Tiempo de uso:
•
Se aplica en forma individual.
•
El tiempo para cada confirmación se expresa en
horas uso del equipo, en lugar de tiempo calendario.
Es especialmente útil en patrones que no sufren
desgaste en los períodos de almacenamiento y
cuyos costos de confirmación son excesivos.
•
Desventaja: Debe considerarse el desgaste
por almacenamiento.
Métodos para revisar los intervalos
de confirmación
En servicio o ensayo: “Caja Negra”
•
•
Se aplica en forma individual
Se verifican los parámetros críticos (en intervalos
cortos, por ejemplo una vez al día) utilizando un
aparto portátil de calibración o mediante una “Caja
Negra” hecha específicamente para verificar los
parámetros seleccionados. Si se encuentra que no
es conforme se la aplica una confirmación completa.
¿Cómo calcular el aumento o
disminución en los intervalos
de calibración?
Recomendación de la National Conference of Standards Laboratories (NCSL)
Métodos para revisar los intervalos de
confirmación
Método A1
Si el instrumento está dentro de tolerancia
(condición 1) se aumenta el intervalo en un
factor “a”.
Si el instrumento está fuera de tolerancia
(condición 2) se disminuye el intervalo a un
factor “b”.
Métodos para revisar los intervalos de
confirmación
Método A1
Cuando el instrumento está dentro de
tolerancia se define un a=10% (aumentar el
intervalo en 10 %).
Nuevo Intervalo = Intervalo Anterior * 1,1
Métodos para revisar los intervalos de confirmación
Método A1
Cuando el instrumento está fuera de
tolerancia se define un b=55% (disminuir el
intervalo a un 55 %).
Nuevo Intervalo = Intervalo Anterior * 0,55
Métodos para revisar los intervalos de confirmación
Método A1 :ejemplo
Intervalo Actual
(días)
35
70
105
140
175
210
245
280
315
350
Intervalo Sugerido por el
Método
Para
Para reducir
Aumentar
(días)
(días)
39
77
116
154
193
231
270
308
347
385
19
39
58
77
96
116
135
154
173
193
Métodos para revisar los intervalos de confirmación
Método A2
Está basado también en el cumplimiento de
la tolerancia.
Se definen tres códigos:
Cero: el instrumento está dentro de tolerancia
Uno: el instrumento está fuera de tolerancia. Su
desvío fuera de tolerancia es menor que dos veces la
tolerancia.
Dos: el instrumento está fuera de tolerancia. Su
desvío fuera de tolerancia es mayor que dos veces la
tolerancia.
Métodos para revisar los intervalos de confirmación
Método A2
Tolerancia
0
0,5
Código 0
1,0
1,5
Código 1
2,0
2,5
Código 2
Métodos para revisar los intervalos de confirmación
Método A2
Código
0
1
2
Descripción
Para intrumentos con desvíos dentro de
tolerancia.
Para intrumentos con desvíos fuera de
tolernacia, presentando valores menores
que dos veces sus especificaciones.
Para intrumentos con desvíos fuera de
tolernacia, presentando valores mayores
que dos veces sus especificaciones.
Factor
+ 1,18 %
- 12,94 %
- 20,63 %
Métodos para revisar los intervalos de confirmación
Método A2: Ejemplo
Intervalo Sugerido por el Método
Intervalo
Actual (días)
35
70
105
140
175
210
245
280
315
350
Código 0
(aumentar a)
Código 1
(disminuir a)
Código 2
(disminuir a )
36
71
107
143
178
214
249
285
321
356
30
61
91
122
152
183
213
244
274
305
28
56
83
111
139
167
194
222
250
278
Métodos para revisar los intervalos de confirmación
Método A3
Considera las tres últimas calibraciones y
sus resultados.
El intervalo puede variar a: Aumentar,
reducir y reducir drásticamente, o bien
puede ser mantenido en un mismo valor.
Métodos para revisar los intervalos de confirmación
Método A3
Acción
Acción
Continuar
Aumentar
Redicir
Reducción
drástica
Estado de las calibraciones
Actual
calibración
Última
calibración
Dentro
Dentro
Dentro
Dentro
Dentro
Fuera
Fuera
Fuera
Dentro
Dentro
Fuera
Fuera
Fuera
Fuera
Nuevo
Fuera
Fuera
Dentro
Fuera
Nuevo
Dentro
Dentro
Dentro
Dentro
Dentro
Fuera
Fuera
Fuera
Anterior
calibración
Nuevo
Dentro
Fuera
Fuera
Nuevo
Dentro
Nuevo
Dentro
Fuera
Nuevo
Dentro
Fuera
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