Conceptos fundamentales de metrología

EL SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES (SI)

El Sistema Internacional de Unidades, el SI - que es de cumplimiento obligatorio en Bolivia de acuerdo con la Ley Nacional de Metrología - es la base acordada internacionalmente para la expresión de las mediciones en todos los niveles de precisión y en todas las áreas de la ciencia, la tecnología y la actividad humana.

UNIDADES DE BASE DEL SI

Existen dos clases de unidades en el SI, las Unidades de Base y las Unidades Derivadas. Las siete unidades de base del SI, proveen la referencia para definir todas las unidades de medición del Sistema Internacional.

Unidades de Base del SI

Longitud
metro (m): El metro es la longitud de la trayectoria recorrida por la luz en el vacío en un lapso de 1/299 792 458 de segundo.

Masa
Kilogramo (kg): El kilogramo es la unidad de masa; es igual a la masa del prototipo internacional del kilogramo.

Tiempo
Segundo (s): 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.

Corriente eléctrica
Ampere (A): El ampere es la intensidad de una corriente constante, que mantenida en dos conductores paralelos, rectilíneos de longitud infinita, de sección circular despreciable, colocados a un metro de distancia entre sí, en el vacío, producirá entre ellos una fuerza igual a 2 x 10–7 newton por metro de longitud.

Temperatura termodinámica
Kelvin (K): El kelvin, es la fracción de 1/273,16 de la temperatura termodinámica del punto triple del agua.

Cantidad de sustancia
mol (mol): El mol es la cantidad de sustancia que contiene tantas entidades elementales como existen átomos en 0,012 kg de carbono 12.

Intensidad luminosa
Candela (cd): La candela es la intensidad luminosa en una dirección dada, de una fuente que emite una radiación monocromática de frecuencia 540 x 1012 Hertz y cuya intensidad energética en esa dirección es 1/683 watt por esterradián.

Unidades Derivadas

Las Unidades Derivadas están definidas como productos de potencias de las Unidades de Base.


Magnitud derivada Unidad Derivada y símbolo
área metro cuadrado, m2
volumen metro cúbico, m3
velocidad metro por segundo, m/s
aceleración metro por segundo al cuadrado, m/s2
densidad másica kilogramo por metro cúbico, kg/m3 
densidad de corriente ampere por metro cuadrado, A/m2 
concentración mol por metro cúbico, mol/m3
luminancia candela por metro cuadrado, cd/m2
campo magnético ampere por metro, A/m2

Algunas Unidades Derivadas tienen un nombre especial, como una forma simple y compacta para la expresión de Unidades de Base.

Unidades derivadas con nombres especiales en el SI

Unidad Nombre de la Unidad Derivada del SI Símbolo Expresión en otras unidades
Derivada
ángulo plano radián rad  
ángulo sólido esterradián sr  
frecuencia hertz Hz  
fuerza newton N  
presión pascal Pa N/m2
energía, trabajo  joule J N∙m
potencia, flujo energético watt W  
carga eléctrica coulomb C  
diferencia de potencial eléctrico, tensión eléctrica volt V W/A
capacitancia eléctrica farad F C/V
resistencia eléctrica ohm W V/A
conductancia eléctrica siemens S A/V
flujo de inducción magnética weber Wb V.s
inducción magnética tesla T Wb/m2
inductancia henry H Wb/A
flujo luminoso lumen lm cd∙sr
iluminancia lux lx lm/m2
actividad de un radionúclido becquerel Bq  
dosis absorbida, energía másica gray Gy J/kg
temperatura Celsius grado Celsius ºC  
dosis equivalente, equivalente de dosis ambiental sievert Sv J/kg
actividad catalítica katal kat  


La unidad de temperatura Celsius es el grado Celsius (°C), igual en magnitud al kelvin (K). La temperatura Celsius (t) está relacionada a la temperatura termodinámica (T), a través de la siguiente ecuación: t/°C = T/K –273,15

Múltiplos y sub-múltiplos de las Unidades del SI

Un conjunto de prefijos múltiplos y sub-múltiplos han sido adoptados para el uso con las unidades del SI. Estos pueden ser usados con cualquier Unidad de Base, así como también con las Unidades Derivadas y las unidades con nombres especiales.

Los símbolos de los prefijos son impresos en letras (romanas) verticales y rectas, sin espacio entre el símbolo del prefijo y el símbolo de la unidad.

Factor Nombre Símbolo Factor Nombre Símbolo
101 deca da 10-ene deci d
102 hecto h 10-feb centi c
103 kilo k 10-mar mili m
106 mega M 10-jun micro μ
109 giga G 10-sep nano n
1012 tera T 10-dic pico p
1015 peta P oct-15 femto f
1018 exa E oct-18 atto a
1021 zetta Z oct-21 zepto z
1024 yotta Y oct-24 yocto y

El kilogramo (kg), es la excepción, porque si bien es el nombre de una Unidad de Bbase, incluye el prefijo kilo por razones históricas. Los múltiplos y sub-múltiplos del kilogramo son escritos por la combinación de prefijos con el gramo, así miligramo se escribe mg, pero no microkilogramo, μkg.

UNIDADES QUE NO PERTENECEN AL SI

El SI es el único sistema de unidades que es universalmente reconocido, de modo que tiene una clara ventaja en el establecimiento de un diálogo en el mundo todo. Sin embargo, por razones históricas, algunas de las unidades ajenas al SI siguen siendo ampliamente utilizados para satisfacer necesidades especiales, o porque no hay alternativa conveniente del SI.

Existen unidades que no pertenecen al SI, se utilizan para responder a necesidades específicas en el campo comercial o jurídico o por interés particular científico. Las equivalencias de estas unidades con las unidades del SI deberán ser mencionadas en todos los documentos donde se utilicen, entretanto su empleo debe ser preferentemente evitado.

Algunas de las más importantes y unidades familiares ajenas al SI aprobadas para su uso con el SI son el minuto (min), la hora (h), el día (d); que son unidades del tiempo.

REGLAS DE ESCRITURA DE LOS SÍMBOLOS DE LAS UNIDADES DEL SI

El Sistema Internacional de Unidades tiene sus propias reglas de escritura, que permiten una comunicación unívoca. Algunas reglas para el empleo del SI se citan a continuación:

- Para la expresión de los símbolos de las unidades son utilizados caracteres romanos verticales. De forma general, los símbolos de las unidades son escritos con minúsculas, pero si el nombre de la unidad deriva del nombre propio de una persona, la primera letra del símbolo será mayúscula. Los nombres de las unidades de medida, aunque correspondan a nombres propios, cuando escritos en extenso, deberán ser escritos en minúsculas, excepto el grado Celsius.

Ejemplos de Unidades originadas en nombres propios:

Nombre

Símbolo

newton

N

ampere

A

pascal

Pa

-Los símbolos de las unidades son inalterables en el plural:


Correcto Incorrecto
5 m 5 mts
2 s 5 segs

- La sustitución de una mayúscula por una minúscula puede alterar el significado:
5 km escrito como 5 Km se leería: 5 Kelvin por metro.

- El símbolo de la unidad siempre debe colocarse a la derecha del valor numérico y separado por un espacio en blanco. Esta regla no se aplica para los símbolos del grado, minuto y segundo de ángulo plano.

- Cuando haya la posibilidad de confusión entre el símbolo l y la cifra 1, se permite emplear la letra L, como unidad del litro.

- Las razones por las que la coma se utiliza para separar en un número la parte entera de la parte decimal son varias, entre las que se puede destacar:

  • La coma es reconocida por la Organización Internacional de Normalización – ISO
  • La grafía de la coma, se identifica y distingue mucho más fácilmente que la del punto.
  • La coma es una grafía que por tener forma propia, demanda del escritor la intención de escribirla. El punto puede ser accidental.
  • El punto facilita el fraude, puede ser transformado en coma, pero no viceversa.
  • Conceptos de Metrología

    En el ámbito de la metrología, en el Vocabulario Internacional de Metrolgía (VIM), están definidos conceptos de metrología (Conceptos fundamentales y generales), que nos ayudan a interpretar los certificados de calibración y por tanto son necesarios tratar de comprenderlos con claridad, en ese sentido a continuación se listan los conceptos más importantes extraídos del VIM 2012, 3ra edición:

    Metrología, f

     
    ciencia de las mediciones y sus aplicaciones
    NOTA.-  La metrología incluye todos los aspectos teóricos y prácticos de las mediciones, cualesquiera que sean su incertidumbre de medida y su campo de aplicación.  
    medición, f
    medida, f
    proceso que consiste en obtener experimentalmente uno o varios valores que pueden atribuirse razonablemente a una magnitud
    NOTA 1  Las mediciones no son de aplicación a las propiedades cualitativas.

    NOTA 2 Una medición supone una comparación de magnitudes o el conteo de entidades. 
    NOTA 3  Una medición supone una descripción de la magnitud compatible con el uso previsto de un resultado de medida, un procedimiento de medida y un sistema de medida calibrado conforme a un procedimiento de medida especificado, incluyendo las condiciones de medida.

    Mensurando, m

     
    magnitud que se desea medir

    NOTA 1  La especificación de un mensurando requiere el conocimiento de la naturaleza de la magnitud y la descripción del estado del fenómeno, cuerpo o sustancia cuya magnitud es una propiedad, incluyendo las componentes pertinentes y las entidades químicas involucradas. 
    NOTA 2  En la segunda edición del VIM y en IEC 60050-300:2001, el mensurando está definido como “magnitud particular sujeta a medición”. 
    NOTA 3  La medición, incluyendo el sistema de medida y las condiciones bajo las cuales se realiza ésta, podría alterar el fenómeno, cuerpo o sustancia, de tal forma que la magnitud bajo medición difiriera del mensurando. En este caso sería necesario efectuar la corrección apropiada.
    NOTA 4  En química, la “sustancia a analizar”, el “analito”, o el nombre de la sustancia o compuesto, se emplean algunas veces en lugar de “mensurando”. Esta práctica es errónea debido a que estos términos no se refieren a magnitudes.

     

    Exactitud de medida, f

    exactitud, f
     proximidad entre un valor medido y un valor verdadero de un  mensurando
     
    NOTA 1  El concepto “exactitud de medida” no es una magnitud y no se expresa numéricamente. Se dice que una medición es más exacta cuanto más pequeño es el error de medida.

    NOTA 2  El término “exactitud de medida” no debe utilizarse en lugar de veracidad de medida, al igual que el término “precisión de medida” tampoco debe utilizarse en lugar de “exactitud de medida”, ya que esta última incluye ambos conceptos.

    NOTA 3   La exactitud de medida se interpreta a veces como la proximidad entre los valores medidos atribuidos al mensurando.

    Repetibilidad de medida, f

    repetibilidad, f 
    precisión de medida bajo un conjunto de condiciones de repetibilidad

    error de medida, m

    error, m
    diferencia entre un valor medido de una magnitud y un valor de referencia 
     
    NOTA 1  El concepto de error de medida puede emplearse

  1. cuando exista un único valor de referencia, como en el caso de realizar una calibración mediante un patrón cuyo valor medido tenga una incertidumbre de medida despreciable, o cuando se toma un valor convencional, en cuyo caso el error es conocido.
  2. cuando el mensurando se supone representado por un valor verdadero único o por un  conjunto de valores verdaderos, de amplitud despreciable, en cuyo caso el error es desconocido.

 
NOTA 2  Conviene no confundir el error de medida con un error en la producción o con un error humano.

Error sistemático de medida, m

error sistemático, m
 
componente del error de medida que, en mediciones repetidas, permanece constante o varía de manera predecible 

NOTA 1  El valor de referencia para un error sistemático es un valor verdadero, un valor medido de un patrón cuya incertidumbre de medida es despreciable, o un valor convencional de una magnitud.

NOTA 2  El error sistemático y sus causas pueden ser conocidas o no. Para compensar un error sistemático conocido puede aplicarse una corrección.  

NOTA 3 El error sistemático es igual a la diferencia entre el error de medida y el error aleatorio.

sesgo de medida, m
sesgo, m
 valor estimado de un error sistemático 

 

Error aleatorio de medida, m

error aleatorio, m
 
componente del error de medida que, en mediciones repetidas, varía de manera impredecible 

NOTA 1  El valor de referencia para un error aleatorio es la media que se obtendría de un número infinito de mediciones repetidas del mismo mensurando. 

NOTA 2  Los errores aleatorios de un conjunto de mediciones repetidas forman una distribución que puede representarse por su esperanza matemática, generalmente nula, y por su varianza.

NOTA 3  El error aleatorio es igual a la diferencia entre el error de medida y el error sistemático.

Incertidumbre de medida , f

incertidumbre, f
 
parámetro no negativo que caracteriza la dispersión de los valores atribuidos a un mensurando, a partir de la información que se utiliza

NOTA 1  La incertidumbre de medida incluye componentes procedentes de efectos sistemáticos, tales como componentes asociadas a correcciones y a valores asignados a patrones, así como la incertidumbre debida a la definición. Algunas veces no se corrigen los efectos sistemáticos estimados y en su lugar se tratan como componentes de incertidumbre.
NOTA 2  El parámetro puede ser, por ejemplo, una desviación típica, en cuyo caso se denomina incertidumbre típica de medida (o un múltiplo de ella), o la semiamplitud de un intervalo con una probabilidad de cobertura determinada. 
NOTA 3  En general, la incertidumbre de medida incluye numerosas componentes. Algunas pueden calcularse mediante una evaluación tipo A de la incertidumbre de medida, a partir de la distribución estadística de los valores que proceden de las series de mediciones y pueden caracterizarse por desviaciones típicas. Las otras componentes, que pueden calcularse mediante una evaluación tipo B de la incertidumbre de medida, pueden caracterizarse también por desviaciones típicas, evaluadas a partir de funciones de densidad de probabilidad basadas en la experiencia u otra información. 
NOTA 4  En general, para una información dada, se sobrentiende que la incertidumbre de medida está asociada a un valor determinado atribuido al mensurando. Por tanto, una modificación de este valor supone una modificación de la incertidumbre asociada.

 

Calibración, f

 
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

NOTA 1  Una calibración puede expresarse mediante una declaración, una función de calibración, un diagrama de calibración, una curva de calibración o una tabla de calibración. En algunos casos, puede consistir en una corrección aditiva o multiplicativa de la indicación con su incertidumbre correspondiente. 
NOTA 2  Conviene no confundir la calibración con el ajuste de un sistema de medida, a menudo llamado incorrectamente “autocalibración”, ni con una verificación de la calibración. 
NOTA 3  Frecuentemente se interpreta que únicamente la primera etapa de esta definición corresponde a la calibración.

Trazabilidad metrológica, f

propiedad de un resultado de medida 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 1  En esta definición, la referencia puede ser la definición de una unidad de medida, mediante una realización práctica, un procedimiento de medida que incluya la unidad de medida cuando se trate de una magnitud no ordinal, o un patrón.  
NOTA 2  La trazabilidad metrológica requiere una jerarquía de calibración establecida. 
NOTA 3  La especificación de la referencia debe incluir la fecha en la cual se utilizó dicha referencia, junto con cualquier otra información metrológica relevante sobre la referencia, tal como la fecha en que se haya realizado la primera calibración en la jerarquía.  
NOTA 4  Para  mediciones con más de una  magnitud de entrada en el modelo de medición, cada valor de entrada debiera ser metrológicamente trazable y la jerarquía de calibración puede tener forma de estructura ramificada o de red. El esfuerzo realizado para establecer la trazabilidad metrológica de cada valor de entrada debería ser en proporción a su contribución relativa al resultado de la medición.  
NOTA 5  La trazabilidad metrológica de un resultado de medida no garantiza por sí misma la adecuación de la incertidumbre de medida a un fin dado, o la ausencia de errores humanos.
NOTA 6  La comparación entre dos patrones de medida puede considerarse como una calibración si ésta se utiliza para comprobar, y si procede, corregir el valor y la incertidumbre atribuidos a uno de los patrones. 
NOTA 7  La ILAC considera que los elementos necesarios para confirmar la trazabilidad metrológica son: una cadena de trazabilidad metrológica ininterrumpida a un patrón internacional o a un patrón nacional, una incertidumbre de medida documentada, un procedimiento de medida documentado, una competencia técnica reconocida, la trazabilidad metrológica al SI y los intervalos entre calibraciones (véase ILAC P-10:2002). 
NOTA 8  Algunas veces el término abreviado “trazabilidad” se utiliza en lugar de “trazabilidad metrológica” así como para otros conceptos, como trazabilidad de una muestra, de un documento, de un instrumento, de un material, etc., cuando interviene el historial (“traza”) del elemento en cuestión. Por tanto, es preferible utilizar el término completo “trazabilidad metrológica” para evitar confusión.

Verificación, f

 
aportación de evidencia objetiva de que un elemento dado satisface los requisitos especificados  

EJEMPLO 1 La confirmación de que un material de referencia declarado es homogéneo para el valor y el procedimiento de medida correspondientes, para muestras de masa de valor hasta 10 mg. 
EJEMPLO 2 La confirmación de que se satisfacen las propiedades de funcionamiento declaradas o los requisitos legales de un sistema de medida.  
EJEMPLO 3 La confirmación de que puede alcanzarse una incertidumbre objetivo.
NOTA 1  Cuando sea necesario, es conveniente tener en cuenta la incertidumbre de medida.
NOTA 2  El elemento puede ser, por ejemplo, un proceso, un procedimiento de medida, un material, un compuesto o un sistema de medida.  

NOTA 3  Los requisitos especificados pueden ser, por ejemplo, las especificaciones del fabricante.
NOTA 4  En metrología legal, la verificación, tal como la define el VIML[53], y en general en la evaluación de la conformidad, puede conllevar el examen, marcado o emisión de un certificado de verificación de un sistema de medida.
NOTA 5  No debe confundirse la verificación con la calibración. No toda verificación es una validación.
NOTA 6  En química, la verificación de la identidad de una entidad, o de una actividad, requiere una descripción de la estructura o las propiedades de dicha entidad o actividad.

Ajuste de un sistema de medida, m 

ajuste, m
conjunto de operaciones realizadas sobre un sistema de medida para que proporcione indicaciones prescritas, correspondientes a valores dados de la magnitud a medir
NOTA 1  Diversos tipos de ajuste de un sistema de medida son: ajuste de cero, ajuste del offset (desplazamiento) y ajuste de la amplitud de escala (denominado también ajuste de la ganancia). 
NOTA 2  No debe confundirse el ajuste de un sistema de medida con su propia calibración, que es un requisito para el ajuste. 
NOTA 3  Después de su ajuste, generalmente un sistema de medida debe ser calibrado nuevamente.

Patrón de medida, m

patrón, m
 
realización de la definición de una magnitud dada, con un valor determinado y una incertidumbre de medida asociada, tomada como referencia

EJEMPLO 1  Patrón de masa de 1 kg, con una incertidumbre típica asociada de 3 µg. 
EJEMPLO 2  Resistencia patrón de 100 Ω, con una incertidumbre típica asociada de 1 µΩ.
EJEMPLO 3  Patrón de frecuencia de cesio, con una incertidumbre típica relativa asociada de 2 x 10-15.

Material de referencia certificado, m

MRC
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

EJEMPLO Suero humano, con valores asignados a la concentración de colesterol y a la incertidumbre de medida asociada, indicados en un certificado, empleado como calibrador o como material para el control de la veracidad de la medida  

NOTA 1 La “documentación” mencionada se proporciona en forma de “certificado” (véase la Guía ISO 31:2000).
NOTA 2 Procedimientos para la producción y certificación de materiales de referencia certificados pueden encontrarse, por ejemplo, en las Guías ISO 34 e ISO 35.
NOTA 3 En esta definición, el término “incertidumbre” se refiere tanto a la “incertidumbre de la medida” como a la incertidumbre asociada al valor de la propiedad cualitativa, tal como su identidad y secuencia. El término “trazabilidad” incluye tanto la trazabilidad metrológica del valor de la magnitud como la “trazabilidad del valor de la propiedad cualitativa”. 
NOTA 4  Los valores de las magnitudes especificadas de los materiales de referencia certificados requieren una trazabilidad metrológica con una incertidumbre de medida asociada (Accred. Qual. Assur.:2006)[45] . 
NOTA 5  La definición de ISO/REMCO es análoga (Accred. Qual. Assur.:2006)[45] pero utiliza el calificativo “metrológica” tanto para una magnitud como para una propiedad cualitativa.