Lord Kelvin, renombrado científico se refería así a la metrología:
“Cuando se puede medir lo que se está hablando y expresarlo con números, se conoce algo de esto, pero cuando no se puede medir, cuando no se puede expresar con números, el conocimiento es escaso e insatisfactorio”.
Las mediciones han sido realizadas por los seres humanos desde que han existido las civilizaciones. Desde las primitivas poblaciones que vivían en cuevas hasta el hombre moderno, la necesidad que siempre ha prevalecido es medir y conocer. Por supuesto, todas estas medidas eran aproximadas.
Con el desarrollo de la civilización, creció la necesidad de una medicion más aceptable. Esto condujo a la evolución de los patrones de medición. Por ejemplo, el patrón de longitud evolucionó desde el pie del "Rey" y el codo egipcio, al metro metálico y finalmente a las fuentes de luz cuasi monocromáticas, altamente estabilizadas. Curiosamente, a pesar de que ahora podemos medir con mucha mayor exactitud y precisión, las medidas son aún "aproximadas" y tendrán siempre un elemento de "incertidumbre".
Actualmente, se requieren mediciones confiables sobre una amplia variedad de actividades. Conforme la industria sufre nuevos desarrollos, con nuevos materiales, técnicas y la miniaturización de los productos, las mediciones se vuelven más críticas.
La creciente tendencia a subcontratar el ensamblado o subsistemas en un proceso de fabricación o actividad, significa que cada ubicación debe contar el mismo sistema de medición; de lo contrario las distintas partes no se ajustan. Se han desarrollado rápidamente nuevas áreas en metrología como nanotecnología, técnicas ópticas, ciencias de materiales y metrología en química, salud, seguridad alimentaria y pruebas para verificación. Los requisitos de cumplimiento de la ley, fraude, análisis forense y ciencias ambientales de hoy, también necesitan mediciones precisas y trazables para poder operar correctamente.
La globalización del comercio cada vez más necesita mediciones trazables, comparables y mutuamente aceptables a través del mundo, no sólo en el comercio de productos manufacturados y materias primas, sino en todos los aspectos del comercio internacional.
La sociedad exige ahora que se pueda tener confianza en los resultados de las mediciones. Las decisiones basadas en los datos que provienen de las mediciones, cada vez más tienen una influencia directa en la economía, la seguridad humana y el bienestar.
La única forma para asegurar las mediciones en todos los ámbitos de la ciencia y tecnología, es contar con un sistema bien definido de unidades y procedimientos de medición verificados.
El SI (Sistema Internacional de Unidades “Systeme International d'Unites”) es un sistema acordado globalmente de unidades basadas en el sistema métrico. Existen siete unidades base para las mediciones de las que se derivan las otras unidades de medición: el metro (longitud), el segundo (tiempo), la mol (cantidad de sustancia), la candela (intensidad de la luz), el ampere (corriente eléctrica), el kelvin (temperatura termodinámica) y el kilogramo (masa).
La ciencia de la medición es de vital importancia para el comercio y es la base de la ciencia moderna y la tecnología - Sección de acreditación a la Organización Mundial del Comercio (OMC) y obstáculos técnicos al comercio (OTC).
Son requeridas mediciones confiables y trazables en cada país, para asegurar que sigue siendo un jugador en el mercado mundial, si está vendiendo o comprando bienes y servicios. Es responsabilidad de todos los países del mundo asegurarse de que tienen un sistema práctico, para proporcionar a sus mercados los niveles adecuados de metrología trazable para sostener sus actividades comerciales.
Esto no quiere decir que necesitan para poder realizar las unidades base del SI. Lo que necesitan es la capacidad de proporcionar una solución trazable práctica, que generalmente opera a un nivel superior el que opera la industria.
Varios países han caído en la trampa de planear un laboratorio nacional al más alto nivel, para luego encontrar que son incapaces de prever las necesidades de su propia industria y la academia. La forma correcta de establecer el nivel adecuado para un laboratorio nacional, es con una encuesta de la industria y atender a los requisitos generales.
Siempre habrá un cliente que necesita una calibración trazable por encima del promedio, y deben tratarse como especiales y remitirlo a otro laboratorio que puede proporcionar el servicio, incluso si es en otro país.
La forma correcta de establecer el nivel adecuado para el laboratorio nacional es a la encuesta de la industria y para atender a los requisitos generales. Siempre habrá un cliente que necesita una calibración trazable por encima del promedio, pero estos deben tratarse como especial y envió a otro laboratorio que puede proporcionar el servicio, incluso si es en otro país.
Para satisfacer las demandas de su país, el laboratorio nacional también tiene que evaluar la rentabilidad de mantener el nivel requerido en cada disciplina de metrología. En Europa, varios países han reconocido que, incluso en su entorno, no todos los laboratorios nacionales pueden ser todo para todo el mundo y han acordado tener diferentes áreas de especialidad manteniendo los requisitos generales para su industria.
En algunos países en vías de desarrollo, el laboratorio nacional no es más que una oficina postal, que coordina el flujo de trabajo con laboratorios adecuados acreditados en otros países o economías. El laboratorio nacional debe asegurar que el trabajo que está realizando, es lo requerido por sus clientes y reconocido por los distintos órganos reguladores de su país.
El mayor desafío que enfrentan los laboratorios de metrología, es la disponibilidad de personal cualificado. A menudo se dice que el jefe de un laboratorio nacional debe tener al menos un doctorado, pero esto no es correcto. El nivel de personal debe ser tal que pueden proporcionar resultados de mediciones consistentemente buenos y ser competentes para conocer lo que se requiere para lograr este objetivo.
Así que, si el país tiene sólo una "oficina postal", no necesita mucho más que una persona con una buena comprensión de cómo funcionan las instalaciones acreditadas y la trazabilidad internacional. Por otro lado, si la organización es de nivel de Instituto Nacional de Investigación, necesitará tener a gente con calificaciones adecuadas para gestionar las matemáticas complicadas y los requisitos del sistema.
Del mismo modo, si la carga de trabajo en el laboratorio nacional es tal que no requiere personal especializado para cada disciplina, es muy fácil de combinar varias de las disciplinas bajo uno o dos campos. Muchos laboratorios de alto nivel agrupan los campos electromagnéticos y mecánicos simplemente como dos secciones con personal capacitado, con entrenamiento cruzado apropiado en cada grupo.
Tres factores de gran importancia en laboratorios de metrologia son el control del medio ambiente, el espacio de trabajo y almacenamiento y el suministro de energía eléctrica. Debe darse un buen cuidado a estos factores, porque incluso el mejor equipo del mundo no funcionará correctamente en las incertidumbres requeridas si éstos no se mantienen correctamente.
El control ambiental no es difícil si está correctamente planificado e instalado, pero es una pesadilla de reparar si se trata de arreglar después de completar la instalación principal. La mayoría de los laboratorios requieren un control de temperatura de +23 C con tolerancia de más/menos 2 grados C para trabajos de alto nivel y más/menos 5 grados C para el trabajo de propósito general. Tradicionalmente, los laboratorios de metrología dimensional han trabajado a +20 C y a veces requieren una especificación más estricta de más/menos 1 grado C. Sin embargo, es mejor tener una buena temperatura estable que el punto ideal. Lo que es de igual importancia es el perfil de temperatura de todo el laboratorio. El uso correcto de los difusores extenderá el aire acondicionado uniformemente alrededor del laboratorio para que no no hay corrientes directas de aire sobre cualquier espacio de trabajo específico.
El control de humedad es de menor importancia, pero tiene que mantenerse en torno al 45 % más/menos 10 % humedad relativa (RH).
Normalmente, el control ambiental requiere de dos etapas con un sistema entrelazado para mantener estas condiciones bien. La primera etapa es que el edificio general aire acondicionado proporciona un ambiente de trabajo cómodo, y la segunda es que el laboratorio es controlado dentro de esa zona. Esto significa que el acondicionador de laboratorio sólo tiene que lidiar con las pequeñas variaciones del sistema ambiental del edificio y no las fluctuaciones completa de las condiciones climáticas externas. En este caso, generalmente no es necesario tener una cámara de aire entre la construcción general y el laboratorio. El laboratorio debe tener también una pequeña cantidad de presión positiva (a través de un sistema de filtro de polvo), para mantener el aire exterior y el polvo fuera del laboratorio.
Contar con el espacio de trabajo correcto facilita mucho el trabajo. Debe prestarse atención a tener superficies de trabajo estable, sin problemas de interferencias y superficie amplia, a un nivel conveniente por encima del suelo (esto varía dependiendo del país y la altura media del personal). Los metrólogos necesitan con frecuencia estar de pie y sentarse, así es requerido el mobiliario adecuado.
Es muy útil transportar el trabajo externo hacia el laboratorio, en un carrito que esté a la misma altura que la superficie de trabajo, para dejar el equipo en el carrito, mientras se está calibrando. Esto obviamente no es posible en todos los casos pero, puede ahorrar mucho tiempo y esfuerzo físico. El área de almacenamiento antes de la calibración, debe estar a la misma temperatura que el laboratorio para estabilización.
La calidad del suministro eléctrico y la iluminación se subestiman frecuentemente, al establecer un laboratorio para metrología. La iluminación en el laboratorio debe ser más de 500 lux sobre las superficies de trabajo y cerca de 300 lux en las áreas de almacenamiento. Algunos laboratorios deben contar con una combinación de lámparas incandescentes y fluorescentes para que, si se realiza una medición eléctrica sensitiva al ruido, se pueden desconctar las lámparas fluorescentes, que generan una gran cantidad de ruido eléctrico.
El suministro de potencia eléctrica debe controlarse para garantizar que todos los puntos de enchufe por estación de trabajo, se alimentan de la misma fase de la red eléctrica. Varias fases pueden causar lazos a tierra, que se traducirá en lecturas erráticas y son difíciles de encontrar.
La tensión eléctrica de corriente alterna debe estar en el nivel de suministro normal 230 V más/menos 10% y tener suficiente energía disponible para suministrar a todos los equipos sin causar cualquier caídas de tensión eléctrica.
También se debe tener cuidado de conectar equipos como acondicionadores de aire y otros equipos pesados en un circuito diferente de los equipos de laboratorio.
También es esencial verificar y confirmar la conexión de puesta a tierra de la fuente de laboratorio, y si no es suficiente, entonces instalar un sistema adicional de puesta a tierra. Esto es requerido en laboratorios de nivel primario de magnitudes eléctricas y de temperatura.
Así, es necesario establecer las necesidades reales de la industria en cada disciplina de la metrología, y luego las personas, equipos e instalaciones elegidos, pueden atender adecuadamente a la industria. A medida que la industria crece en competencia, el laboratorio nacional tendrá que actualizar sus instalaciones para atender a las nuevas exigencias, pero esto no suele ser un requisito de corto plazo.
La cuestión más importante es que el laboratorio nacional sea capaz de producir calibraciones trazables, con competencia y eficiencia en el nivel requerido por el mercado.
El establecimiento de un laboratorio nacional con el más alto nivel de exactitud y luego ser incapaz de calibrar los productos básicos, significa que la industria pierda la fe en el laboratorio nacional y buscar la calibración trazable de otra fuente.
Aproximadamente la mitad de todos los productos fabricados en el mundo se contabiliza por elementos individuales tales como aviones, automóviles y computadores, junto con sus partes componentes. La otra mitad en su mayoría se compone de bienes manufacturados en grandes cantidades. De esta, la mitad es en la industria del automóvil, otros importantes sectores aeroespacial y de instrumentación. En la mayoría de estos productos su desempeño y calidad percibida, y por lo tanto, su éxito comercial, está determinado por cómo se fabrican.
La tecnología eléctrica es cada vez más utilizada en los productos manufacturados. Por lo tanto, a menudo se evalúa el desempeño de estos productos mediante la medición de hasta qué punto las magnitudes eléctricas se desvían de las especificaciones.
El campo de la metrología eléctrica también es importante en la evaluación del desempeño de la red de transmisión y distribución de energía eléctrica de cada país. Varias magnitudes eléctricas necesitan medirse con trazabilidad para la generación y distribución de energía eléctrica segura, económica y cumpliendo con los requisitos de calidad.
Los sistemas de telecomunicaciones internacionales trabajan confiable y eficientemente, pero para altas razones de transmisión de datos, las escalas de tiempo en todo el mundo deben coordinarse estrechamente y no deben fluctuar de microsegundo a microsegundo, minuto a minuto o día a día.
Además, deben hacerse mediciones trazables de radiofrecuencia para asegurar la seguridad y la calidad de la red de comunicación.
Esto es lo que se denomina metrología eléctrica. Todas las mediciones deben ser confiables y trazables a un Instituto Nacional de Metrología (NMI) en cada país.
Esta trazabilidad está garantizada por la calibración periódica de los patrones de la industria en la red nacional de calibración de cada país. Además, los patrones de la red de calibración son enviados al NMI para calibrarse periódicamente. Con el fin de proporcionar confianza entre las cadenas de trazabilidad de cada país, se llevan a cabo comparaciones internacionales periodicamente en magnitudes eléctricas, entre los NMI de la organización de metrología regional respectiva, entre ellas el SIM Sistema Interamericano de Metrología.
El Sistema Interamericano de Metrología es el resultado de un amplio acuerdo entre organizaciones nacionales de metrología de todas las Naciones de 34 miembros de la organización de Estados Americanos (OEA). Creado para promover la cooperación internacional, especialmente interamericana y regional en metrología, SIM está comprometido con la implementación de un sistema de medición global en las américas, en la que todos los usuarios pueden tener confianza.
Los objetivos del SIM son: (a) cooperar en el desarrollo de los institutos nacionales de metrología en cada país de la región; (b) contribuir al desarrollo de la infraestructura de medición necesaria para promover la equidad en el comercio; (c) fomentar la competitividad y calidad de la industria manufacturera con el fin de promover empleos y el comercio; (d) identificar los sectores e instituciones que pueden llevar a cabo actividades multinacionales específicas en apoyo de metrología; (e) contribuir al desarrollo de la infraestructura metrológica necesaria para proteger el medio ambiente y promover el bienestar general de la población, incluyendo su salud y seguridad.
El grupo de trabajo en electricidad y magnetismo EM del SIM se interesa en (a) promover una colaboración más estrecha entre los laboratorios del SIM en proyectos relacionados con la metrología eléctrica y medición de servicios, (b) optimizando el uso de EM recursos y servicios de los laboratorios del SIM y fomentar el desarrollo de estos servicios de EM para que puedan satisfacer las demandas regionales, (c) documentar la trazabilidad de los sistemas de medición de EM en laboratorios de SIM y fomentar la aceptación regional de esta trazabilidad, conforme a las definiciones internacionales y tendencias, (d) evaluar el estado actual de las comparaciones internacionales en curso sobre magnitudes eléctricas entre los laboratorios del SIM y estudiar las necesidades futuras de la comparación de EM en laboratorios del SIM, (e) supervisar las comparaciones EM tomando las medidas necesarias para agilizarlos en caso de retrasos, (f) armonización de procedimientos propuestos por SIM para realizar comparaciones de EM de laboratorios y (g) evaluación de capacitación y necesidades de desarrollo de laboratorios.
Se estudian las normas, leyes y reglamentos aplicables a calibración, ensayos y verificaciones, aplicadas al control de calidad, específicamente cubriendo magnitudes que interesan al campo de la Ingeniería Eléctrica, vigentes y en desarrollo.
El estudio de la historia general muestra que el progreso de las naciones ha estado siempre relacionado al progreso de sus mediciones. La metrología es la ciencia de las mediciones y las mediciones son una parte integral de la vida diaria, un hecho que comúnmente se deja de lado.
La metrología mezcla tradición y cambio; los sistemas de medición reflejan las tradiciones de las personas, pero al mismo tiempo siempre se buscan nuevos patrones y formas de medición como parte del progreso y evolución.
Gracias a los instrumentos y aparatos de medición, se pueden realizar pruebas y ensayos para establecer si un producto o servicio conforma con normas de calidad existentes y esto a su vez, brinda la seguridad de la calidad de productos y servicios ofrecidos a los consumidores.
La metrología científica se dedica a la investigación para producir patrones, con una base científica, y promover su aceptación y equivalencia internacional. La metrología legal y la metrología industrial se relacionan con el uso nacional de las normas en comercio y la industria.
Un requerimiento primario para este orden es la adopción y reconocimiento de un sistema internacional de unidades de medición (SI).
En este curso se actualiza al participante en todo lo referente al SI.
Debido a la reconocida importancia de la metrología y a ser mejor entendimiento por grupos de especialistas, los contenidos permiten estudiar el desarrollo de la metrología, las normas, el manejo de herramientas de estimación de incertidumbres, el vocabulario de la metrología y los patrones para magnitudes eléctricas, tiempo/frecuencia y temperatura.
El objetivo principal del SIM en metrología eléctrica es la formación y capacitación de los representantes del país en el campo de la metrología eléctrica.
La concentración es magnitudes eléctricas en DC/baja frecuencia: tensión eléctrica DC, transferencia tensión y corriente eléctrica AC-DC, resistencia eléctrica en DC, potencia y energía eléctrica.
Otras magnitudes importantes son tiempo/frecuencia y temperatura.
Conceptos de calidad: evolución de las normas ISO 9000, ISO 9001:2008 (identificación de parámetros de medición, capacidad de medición, calibración de la medición y equipo de prueba, intervalo de recalibración, sellado del ajuste, almacenamiento y manejo de equipo de medición, documentación, estatus del equipo), auditorías y requerimientos de la industria.
Conceptos de metrología: vocabulario internacional de metrología, Sistema Internacional de Unidades (normas ISO 80000), leyes y reglamentos sobre SI en Costa Rica, procedimientos de calibración, trazabilidad, jerarquías de los patrones de calibración, materiales de referencia, parámetros de medición, equipo común de medición, especificaciones de equipo de medición, patrones de calibración por sustitución, intercomparaciones.
Estimación de incertidumbres en las mediciones: recomendación de la norma ISO (Guía para la estimación de incertidumbre), tipos de evaluación (A y B), identificación de incertidumbres, evaluación y clasificación, de incertidumbre (Tipo A y tipo B), distribuciones asociadas, presupuesto de incertidumbre, incertidumbre combinada, determinación de los grados efectivos de libertad, incertidumbre expandida, reporte de incertidumbres, factores a considerar en estimación de incertidumbres, consideración de coeficientes de sensitividad y coeficientes de correlación. Casos de cálculo.
Metrología básica en magnitudes eléctricas DC y baja frecuencia: unidades SI de medición: definición, realización, representación, reproducción, diseminación y extensión de unidades. Equipo de medición: patrones secundarios, detectores de nulo, calibradores y sondas de prueba. Principios de operación: mediciones eléctricas, mediciones electrónicas. Imperfecciones de equipo y configuraciones de prueba. Tipos de mediciones: directas, diferenciales, por transferencia, por razón, indirectas. Mediciones para calibración con ejemplos. Incertidumbre en la medición.
Patrones y trazabilidad de magnitudes eléctricas: Sistema nacional de medición. Calibración trazable. Patrones de magnitudes eléctricas y la cadena de trazabilidad. Tensión eléctrica directa y corriente eléctrica directa: definiciones de ampere y volt. Representación de tensión eléctrica DC. Patrón de efecto Josephson intrínseco. Arreglo Josephson. Patrones VDC de estado sólido. Celdas saturadas. Valores de tensión eléctrica extendidos: técnicas de razón, patrones de trabajo, corriente eléctrica directa. Consideraciones de conexión. Resistencia eléctrica DC: definición, representación, patrón efecto Hall, patrones de artefactos. Mantenimiento de patrones de resistencia eléctrica. Extensión de valores de resistencia eléctrica. Patrones de trabajo. Consideraciones de conexión. Razón DC. Principios de metrología AC-DC. Patrones de transferencia AC-DC. Inductancia y capacitancia.
Metrología práctica en magnitudes eléctricas: calibradores multifunción: requerimientos, configuraciones, circuitos del calibrador, aplicaciones, características, calibración, diseños. Calibración de artefactos: proceso de calibración. Calibración de multimedidores digitales: tipos DMM, anatomía DMM, calibración y técnicas simplificadas. Mediciones de potencia eléctrica: potencia en circuitos AC, mediciones de potencia eléctrica monofase y trifase. Alta frecuencia.
Instrumentación para eliminación o reducción de señales de interferencia: interferencia capacitiva (acoplada eléctricamente), interferencia inductiva y blindaje, interferencia electromagnética y blindaje, interferencia acoplada conductivamente, interferencia de lazo a tierra (modo común), puesta a tierra física (ideal contra real), guarda de entrada para reducción de interferencia de lazo a tierra, amplificadores electrónicos de instrumentación, ruido interno.
POR DEFINIR
