implementación del laboratorio de calibración, ensayo y ajuste de

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IMPLEMENTACIÓN DEL LABORATORIO DE
CALIBRACIÓN, ENSAYO Y AJUSTE DE
INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN DE ALTA
FRECUENCIA Y POTENCIA
ELECTROMAGNÉTICA
CARLOS JAVIER RINCÓN PINZÓN (20091273025)
Abstract—El siguiente artículo presenta la descripción del
proyecto IMPLEMENTACIÓN DEL LABORATORIO DE CALIBRACIÓN, ENSAYO Y AJUSTE DE INSTRUMENTOS DE
MEDICIÓN DE ALTA FRECUENCIA Y POTENCIA ELECTROMAGNÉTICA, al igual que los Objetivos y el marco de
referencia que permitirán el desarrollo del mismo. Además de
esto en los antecedentes se describen laboratorios de este tipo
que se encuentran actualmente implementados en el país con el
fin de resaltar la innovación que tiene este proyecto.
Index Terms—Metrología, Tiempo y Frecuencia, Instrumentación en Telecomunicaciones.
enlaces de microondas y alquiler de instrumentos de medición;
y ha tenido este problema desde hace varios años.
Lo que esta empresa pretende con este proyecto es implementar un laboratorio en el cual se puedan calibrar y realizar
pruebas a los instrumentos que realizan mediciones en alta
frecuencia y potencia electromagnética, que cumpla las normas
nacionales e internacionales, ya que la empresa cuenta con
todos los elementos necesarios para ejecutar este proyecto
como instrumentos patrón.
II. OBJETIVOS
I. INTRODUCCION
En la industria de las telecomunicaciones es necesario utilizar una gran gama de instrumentos de medición al momento
de realizar estudios, implementaciones de cualquier tipo de
tecnología o mantener una infraestructura de telecomunicaciones. Entre los intrumentos de medición más utilizados en
telecomunicaciones se encuentran los instrumentos de alta
frecuencia1 y potencia electromagnética, como analizadores
de espectro, generadores de radio frecuencia y medidores de
potencia.
Para garantizar que todos estos instrumentos realizan las
mediciones correctas, deben ser calibrados y de ser necesario
ajustados cada cierto periodo de tiempo. Actualmente en el
país no se cuenta con un laboratorio capaz de calibrar instrumentos que realicen mediciones en alta frecuencia y potencia
electromagnética, por esta razón al momento de calibrar estos
instrumentos hay que acudir ante un ente internacional para
que realice este tipo de procediemientos, lo que conlleva a
tiempos muy largos en los que los intrumentos no van a estar
disponibles y a altos costos derivados de factores ajenos a un
proceso de calibración como transportes, seguros e impuestos
que se deben pagar por enviar el instrumento fuera del país.
La empresa Ingenieria Integrada Summa S.A. es un empresa
que se encarga de prestar servicios de telecomunicaciones
como realización de estudios de frecuencia, mantenimiento
correctivo de equipos de telecomunicaciones, instalación de
1 Cuando se habla de alta frecuencia se hace referencia a frecuencias
compredidas entre 100 MHz y 20 GHz
Objetivo General:
Desarrollar las actividades metrológicas, procedimentales
y administrativas para la implementación del laboratorio de
calibración para instrumentos de medición en las magnitudes
de alta frecuencia y potencia electromagnética de acuerdo con
los lineamientos de la norma NTC ISO/IEC 17025, en las
instalaciones de la empresa Ingeniería Integrada Summa S.A
Objetivos Específicos:
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Hacer un análisis documental de los requisitos técnicos
y administrativos para la implementación del laboratorio
con el fin de obtener información que permita contextualizar y dar soporte a las actividades de calibración a
desarrollar.
Elaborar los procedimientos de calibración de los instrumentos a calibrar y los procedimientos de gestión
que permitan desarrollar las actividades del laboratorio
de acuerdo a los lineamientos dados por la norma NTC
ISO/IEC 17025.
Implementar los procedimientos que permitan la ejecución de las actividades de calibración a desarrollar por
parte del laboratorio.
Validar los procedimientos de calibración implementados
con el fin de asegurar la calidad y confiabilidad de las
actividades desarrolladas por el laboratorio.
III. MARCO TEÓRICO
La ciencia y la tecnología se caracterizan por la necesidad
de generar y medir variables físicas. Reciben el nombre de
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instrumentos los equipos tecnológicos que tienen como misión
determinar la magnitud de una variable, visualizarla, generarla,
o convertirla en otra diferente. [1]
•
•
Instrumento Electrónico
El instrumento electrónico, es aquel instrumento basado en
principios eléctricos o electrónicos para efectuar su medición;
Puede ser un aparato relativamente sencillo y de construcción
simple, sin embargo, el desarrollo de la tecnología, demanda
la elaboración de mejores instrumentos y más exactos. [2]
Los instrumentos electrónicos se pueden clasificar en tres
grandes grupos:
1) Instrumentos de Medida y Visualización.
2) Instrumentos Generadores de Señales.
3) Instrumentos Convertidores de Señales. [1]
Las siguientes son caraterísticas propias de los Instrumentos
de Medición:
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Rango Nominal: Rango de las indicaciones que pueden
obtenerse mediante ajustes particulares de los controles
de un instrumento de medida. El rango nominal se
expresa normalmente pos sus límites inferior y superior;
por ejemplo, ’100 ºC a 200 ºC’. Cuando el límite inferior
es cero, el rango nominal se expresa habitualmente solo
por el límite superior; por ejemplo, un rango nominal de
0 V a 100 V como ’100 V’.
Intervalo de Medida: Módulo de la diferencia entre
los dos límites de un rango nominal. En ciertas áreas
científicas, la diferencia entre los valores: mayor y menor,
se denomina rango.
Valor Nominal: Valor redondeado o aproximado de una
característica de un instrumento de medida que sirve de
guía para su utilización.
Rango de Medida: Conjunto de valores de la variable a
medir para los que el error de un instrumento de medida
se supone comprendido entre los límites especificados.
Condiciones Nominales de Funcionamiento: Condiciones de utilización para las que las características
metrológicas específicas de un instrumento de medida se
supone que están comprendidas entre límites dados.
Condiciones Límite: Condiciones extremas que un instrumento de medida debe poder soportar sin daño y
sin degradación de sus características metrológicas específicas cuando con posterioridad es utilizado en sus
condiciones nominales de funcionamiento.
Condiciones de Referencia: Condiciones de utilización
prescritas para los ensayos de funcionamiento de un
instrumento de medida o para la intercomparación de
los resultados de las medidas. Comprenden generalmente
valores de referencia o rangos de referencia para las
magnitudes de influencia que afecten al instrumento de
medida
Constante (de un Instrumento): Coeficiente por el cual
debe multiplicarse la indicación directa de un instrumento
de medida para obtener el valor indicado de la variable
a medir o de una magnitud a utilizar en el cálculo del
valor de la variable a medir.
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Respuesta Característica: Relación entre una señal de
entrada y la respuesta correspondiente, en condiciones
definidas. Puede expresarse en forma de una ecuación
matemática, de una tabla numérica o de un gráfico.
Sensibilidad: Cociente del incremento de la respuesta de
un instrumento de medida por el incremento correspondiente de la señal de entrada.
Umbral de Discriminación: Máxima variación de la
señal de entrada que no provoca variación detectable
de la respuesta de un instrumento de medida, siendo la
variación de la señal de entrada lenta y monótona. Puede
depender, por ejemplo, del ruido (interno o externo) o
del rozamiento. También puede depender del valor de la
señal de entrada.
Resolución (de un dispositivo Visualizador): La menor
diferencia de indicación de un dispositivo visualizador
que puede percibirse de forma significativa.
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. Puede depender de la rapidez de las variaciones.
Estabilidad: Aptitud de un instrumento de medida para
conservar constantes sus características metrológicas a lo
largo del tiempo.
Transparencia: Aptitud de un instrumento de medida
para no alterar la variable a medir.
Deriva: Variación lenta de una característica metrológica
de un instrumento de medida.
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.
Exactitud de un Instrumento de Medida: Aptitud de
un instrumento de medida para dar respuestas próximas
a un valor verdadero.
Clase de Exactitud: Grupo de instrumentos de medida
que satisfacen determinadas exigencias metrológicas destinadas a conservar los errores dentro de límites especificados.
Error (de Indicación) de un Instrumento de Medida:
Indicación de un instrumento de medida menos un valor
verdadero de la magnitud de entrada correspondiente.
Errores Máximos Permitidos (de un Instrumento
de Medida), Límites de Error Permitidos (de un
Instrumento de Medida): Valores extremos de un error
permitido por especificaciones, reglamentos, etc. para un
instrumento de medida dado.
Error en un Punto de Control (de un Instrumento de
Medida): Error de un instrumento de medida para una
indicación especificada o para un valor especificado de la
variable a medir, elegido para el control del instrumento.
Error de Cero (de un Instrumento de Medida): Error
para un valor nulo de la variable a medir, tomado como
punto de control.
Error Intrínseco (de un Instrumento de Medida):
Error de un instrumento de medida, determinado en las
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•
•
condiciones de referencia.
Justeza (de un Instrumento de Medida): Aptitud de un
instrumento de medida para dar indicaciones exentas de
error sistemático.
Error de Justeza (de un Instrumento de Medida):
Error sistemático de indicación de un instrumento de
medida.
Repetibilidad (de un Instrumento de Medida): Aptitud
de un instrumento de medida para dar indicaciones muy
próximas durante la aplicación repetida de la misma
variable en las mismas condiciones de medida.[3]
2)
3)
4)
Metrología
La metrología es la ciencia de las mediciones correctas y
confiables. Dependiendo del campo de acción la metrología se
divide de la siguiente manera:
• Metrología Científica: La metrología científica se encarga del desarrollo de patrones o métodos primarios.
• Metrología Industrial: La metrología industrial comprende el mantenimiento y control de los equipos industriales de medición, que incluye la calibración de
instrumentos y patrones de trabajo.
• Metrología Legal: La metrología legal se encarga de
la verificación de instrumentos usados en transacciones
comerciales según criterios definidos en reglamentos técnicos. [4]
Metrología de Tiempo y Frecuencia
Ésta área de la metrología estudia los componentes y las
características instrumentos como:
• Patrones de Frecuencia.
• Sintetizadores de Frecuencia.
• Osciladores. [5]
Laboratorios de Calibración
En todos los paises existe un Instituto Nacional de
Metrología el cual se encarga de desarrollar y diseminar los
patrones en el país, así como la calibración de instrumentos
de medición. En economías pequeñas, con baja demanda
de calibración, el propio Instituto puede cubrir casi toda
la demanda. Cuando no es posible por parte del Instituto
satisfacer esta demanda, solamente son calibrados ahí los
instrumentos de mayor exactitud, los otros niveles son manejados por laboratorios secundarios de calibración. Son necesarios
laboratorios secundarios de calibración a lo largo y ancho del
país para satisfacer esta demanda en forma orientada a los
consumidores. [4]
5)
con oscilador de cuarzo y pantalla LCD (electrónicos),
tacómetros ópticos y temporizadores.
Laboratorio de las Empresas Publicas de Medellín;
Es un laboratorio orientado a realizar calibraciones en
las magnitudes de Voltaje DC, Corriente DC, Resistencia Eléctrica, Voltaje AC, Corriente AC, Capacitancia,
Temperatura, Potencia DC y Frecuencia hasta el rango
de 100 MHz.
Laboratorio de la Empresa Metrocal LTDA; Este
laboratorio realiza calibraciones en las magnitudes de
Resistencia, Voltaje DC, Voltaje AC, Corriente DC y
Corriente AC.
Laboratorio de la Universidad Tecnológica de
Pereira; Este laboratorio efectúa calibraciones en las
magnitudes de Voltaje DC, Voltaje AC, Corriente DC,
Corriente AC, Resistencia, Capacitancia, Potencia AC
hasta 1 kHz y Frecuencia hasta 300 MHz.
Laboratorio de la Fuerza Aérea Colombia - Comando Aéreo de Mantenimiento; Este laboratorio
realiza calibraciones en las magnitudes de Voltaje DC,
Voltaje AC, Corriente DC, Corriente AC, Resistencia y
Frecuencia hasta 4.5 GHz.
V. METODOLOGÍA
Las actividades a desarrollar fueron planeadas de la siguiente forma:
1) Realizar una investigación preliminar con el fin de
obtener información que permita contextualizar y dar
soporte a las actividades de calibración a desarrollar.
2) Evaluar el proceso actual.
3) Definir alcance del laboratorio.
4) Definir procedimientos para la gestión del laboratorio
tales como: procedimientos de organización, control de
documentos, compras de servicios y suministros, control
de trabajos de ensayos de calibración no conformes,
políticas de mejora continua, acciones correctivas, acciones preventivas, control de registros, entre otros.
5) Determinar instalaciones y condiciones ambientales.
6) Determinar el método de calibración y su validación.
7) Determinar equipos de medición.
8) Definir la trazabilidad de las mediciones.
9) Elaborar procedimientos de calibración.
10) Implementar y validar los procedimientos de calibración
elaborados.
11) Asegurar la calidad de los resultados.
12) Realizar una evaluación final del proceso, es decir,
analizar los resultados para declarar la conformidad del
proceso.
IV. ANTECEDENTES
A continuación se exponen algunos laboratorios de calibración que se han implementado en el país y que se encuentran en funcionamiento actualmente:
1) Laboratorio de Calibración de la empresa COLMETRIX LTDA; Está orientado a realizar calibraciones
en las magnitudes de tiempo y frecuencia para instrumentos tales como: Cronómetros de indicación digital
BIBLIOGRAFÍA
[1] E.M. Pérez y E.M.P.P.M.E.A.L. Ferreiro, Instrumentación electrónica, Marcombo, 1995.
[2] A.D. Helfrick y W.D. Cooper, Instrumentación electrónica moderna y técnicas de medición, Prentice Hall, 1991.
[3] S.S. Division, International vocabulary of metrology,
SABS Standards Division, 2008.
4
[4] C. Sanetra y R.M. Marbán, Una Infraestructura Nacional
de la Calidad, Physikalisch-Technische Bundesanstalt, 2007.
[5] J. Levine, “Introduction to Time and Frequency Metrology,” vol. 70, Feb. 1999.