metrologia TEM3
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METROLOGA
Tecnologa Mecnica IIE.U.I.T.I.Z.
Curso 2002-2003
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TEMA 3: INTRODUCCIN A LOSPROCESOS METROLGICOS EINSTRUMENTOS DE MEDIDA
Tecnologa MecnicaCurso 2001-2002
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Cuando se puede medir aquello de que sehabla y expresarlo en nmeros se sabe algoacerca de ello; pero nuestro saber es deficitarioe insatisfactorio mientras no somos capaces deexpresarlo en nmeros: lo dems puedesignificar el comienzo del conocimiento, peronuestros conceptos apenas habrn avanzado enel camino de la Ciencia, cualquiera que sea lamateria de que se trate
Lord Kelvin (1824-1904)
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1. La medida1.1. Definiciones
La METROLOGA es la Ciencia que seocupa de las mediciones, as como de lasmagnitudes, unidades y constantes bsicas enque estas se apoyan.
Su objeto es cuantificar una MAGNITUDpropia de un MENSURANDO (objetoportador o fenmeno fsico-qumico)convirtindola en un RESULTADO, medianteun SISTEMA que ejecuta el PROCESO demedicin
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1.1. Definiciones
Valor indicado: Marcado por el instrumento Valor verdadero: Tericamente correcto Repetibilidad: Grado de concordancia de
diferentes mediciones de un mensurando enlas mismas condiciones de medida.
Reproducibilidad: Grado de concordancia dediferentes mediciones de un mensurando endistintas condiciones de medida
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1.1. Definiciones
Campo de medida: Rango de valores delmensurando para el que el instrumento es hbil
Resolucin: Diferencia entre dos indicacionessucesivas del instrumento de medida
Estabilidad: Aptitud de un instrumento paraconservar sus cualidades metrolgicas con eltiempo
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1.1. Definiciones Trazabilidad: Propiedad de un resultado de
medicin o un patrn que lo referencia apatrones superiores a travs de una cadenaininterrumpida de comparaciones con todas lasincertidumbres determinadas
Calibracin: Conjunto de operaciones queestablecen la relacin entre los valoresindicados por el instrumento o sistema demedida o los representados por un patrn y losrealizados con patrones ms precisos
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1.2. Unidades de medida1.2.1. Expresin de la medida
Identificacin de lasmagnitudes
Condiciones de referencia N de medidas Relaciones lgicas y
operaciones matemticas Signo
Valor numrico Incertidumbre Prefijos Unidad Distribucin estadstica Factor de
incertidumbre
Resultado de medicin
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1.2.2. Evolucin de los Sistemas deUnidades
El desarrollo comercial en el siglo XVI hacenecesario el establecimiento de unidadesconcretas y bien definidas
En Francia aparece en 1668 la Toesa, longitud deuna barra de hierro empotrada en la fachada delGran Chatelet de Pars
Como unidad de masa se establece la Pila deCarlomagno, formada por 13 pesas de cobreempotradas una en otra
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El Sistema mtrico decimal se implanta enFrancia en 1491. Se define el metro como ladiezmillonsima parte del cuadrante del
meridiano terrestre.Se materializa enplatino, junto conla unidad de masa(Kg) en 1499.
1.2.2. Evolucin de los sistemas deunidades
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1.2.2. Evolucin de los sistemas deunidades
En 1869 se celebra la Convencin del Metro, conla creacin del BIMP
Este organismo sustituye el antiguo metro. Seconstruyen 30 barras de platino e iridio, una de lascuales se toma como metro prototipointernacional. El resto se distribuye a los distintospases.
Este patrn de longitud se sustituye en 1960 por lalongitud de onda de una luz monocromtica
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1.2.3. Sistema internacional: Definicin del metro
Kr 86Radiacinemitida
Orbital2p10
Orbital5d5
El metro es la longitudigual a 1650463,43veces la longitud deonda en el vaco de laradiacincorrespondiente a latransicin entre losniveles 2p10 y 5d5 deltomo de Kripton 86.
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1.2.3. Sistema internacional:Unidades fundamentales.
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1.2.3. Sistema internacional:Unidades suplementarias.
Estereoradin Radin
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1.2.3. Sistema internacional:Unidades derivadas
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Mltiplos y submltiplos en el Sistema internacional
MLTIPLOS SUBMLTIPLOS
Prefijo Smbolo Factor Prefijo Smbolo Factor
deca da 10 Deci D 10-1
hecto h 102 Centi C 10-2
kilo k 103 Mili M 10-3
mega M 106 Micro m 10-6
giga G 109 Nano N 10-9
tera T 1012 Pico P 10-12
peta P 1015 Femto F 10-15
exa E 1018 Atto A 10-18
zetta Z 1021 Zepto Z 10-21
yotta Y 1024 Yocto Y 10-24
1.2.3. Sistema internacional:Mltiplos y submltiplos
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1.3. Normas UNE relativas aunidades de medida
UNE 5-002-84 Unidades SI y recomendaciones para el empleode sus mltiplos y submltiplos y algunas otras unidades
UNE 5-100-87/0 Principios generales relativos a las magnitudes,las unidades y los smbolos
UNE 5-100-87/1 Magnitudes y unidades de espacio y de tiempo UNE 5-100-87/2 Magnitudes y unidades de fenmenos peridicos
y conexos
UNE 5-100-87/3 Magnitudes y unidades de mecnica UNE 5-100-87/4 Magnitudes y unidades de calor UNE 5-100-87/5 Magnitudes y unidades de electricidad y
magnetismo
UNE 5-100-87/6 Magnitudes y unidades relativas a la luz y a lasradiaciones electromagnticas conexas
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1.3. Normas UNE relativas aunidades de medida
UNE 5-100-87/7 Magnitudes y unidades de acstica UNE 5-100-87/8 Magnitudes y unidades de qumica, fsica y de
fsica molecular
UNE 5-100-87/9 Magnitudes y unidades de fsica atmica y nuclear UNE 5-100-87/10 Magnitudes y unidades de reacciones nucleares y
radiaciones ionizantes
UNE 5-100-87/11 Signos y smboles matemticos utilizados en lasciencias fsicas y en tecnologa
UNE 5-100-87/12 Parmetros adimensionales UNE 5-100-87/13 Magnitudes y unidades de la fisica del estado
slido
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2. Elementos del sistema de medicin
Mensurando
OperarioInformacin
Instrumento
ENTORNO
SISTEMA DEMEDICIN
RESULTADO DE LA MEDICIN
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3. Clasificacin de procesos metrolgicos3.1. Segn aplicacin
3.1.1. Medicin resultado cuantitativo acerca deuna propiedad continua
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3.1. Segn aplicacin
3.1.2. Comprobacin o verificacin Respuestalgica o clase
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3.1. Segn aplicacin
3.1.3. Verificacin de MH Mide errorescaractersticos de la mquina herramienta
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3.1. Segn aplicacin
3.1.4. Ensayo Determina elresultado deaccionesexterioresexperimentalesEj. Ensayo dedureza Rockwell
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3.1. Segn aplicacin
3.1.5. Recuento Su resultado es un n entero desucesos u objetos. Ej. n de veces que se repiteuna medida de una cota en un lote de piezas
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3.2. Segn la naturaleza de la medida
3.2.1. Medida directa. ==> Se compara una magnitudcon otra de la misma clase tomada como patrn
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3.2.2. Medidaindirecta ==> Sedetermina el valorde una magnitudpor medio de lamedida de otrasmagnitudesdiferentes,considerando la leyque las relaciona
Vobjeto = Vdesplazado = RH
3.2. Segn la naturaleza de la medida
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3.3. Segn el mtodo de medida3.3.1. Por desviacin ==> El valor de la magnitud a
medir queda determinado por la lectura en undispositivo indicador
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3.3. Segn el mtodo de medida
3.3.2. Por cero u oposicin ==> Los efectoscausados sobre el indicador por elmensurando y por una magnitud patrn seequilibran, lo que permite calcular el valordel patrn
Ejemplo: Medicin mediante balanza de dosplatillos, en la que se busca el equilibrio delfiel y se identifica el peso del mensurando(platillo 1) y el del patrn (pesas en elplatillo 2)
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Ejemplo: Medida de resistencia elctricamediante puente Wheatstone
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Ejemplo: Medida de resistencia elctricamediante puente Wheatstone
R1 (magnitud a medir) queda determinadapor la relacin entre las resistencias R2 , R3y R4 ; siempre que por el detector de ceroDC no pase corriente (VAB =0).
La resistencia R4 es variable, de modo quese puede ir modificando hasta obtener
VAB = 0. As R1 = R4 * R2 / R3
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3.3. Segn el mtodo de medida3.3.3. Por comparacin ==> Se obtiene el resultado
como diferencia, en general muy pequea, entreel valor del mensurado y del patrn.
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4. Instrumentos de medicin.4.1. Fundamentos
El conjunto de dispositivos situados entre la pieza a medir y el resultado final de la medicin, constituyen la cadena de medicin.
Captador
Amplificador
Indicador
Regitrador
En general,dicha cadena contieneestos elementos as ordenados
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4.2. La cadena de medicin
Captador: Toma la seal de entrada y latransforma en una seal capaz de entrar alsiguiente elemento.
Amplificador: Amplifica la seal
Indicador: Presenta una seal perceptible por eloperador
Registrador: Permite conservar los resultados dela medicin
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4.2. La cadena de medicin
Registrador
Indicador
Amplificadorelectrnico
Captador
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4.3. Clasificacin de instrumentos demedida
4.3.1. Clasificacin por categorametrolgica Patrones de
calibracin:ejemplo =>Bloques patrnlongitudinales,utilizados paramaterializarlongitudes conprecisin
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4.3.1. Clasificacin por categorametrolgica
Mquinas demedicin:ejemplo =>mquina demedir porcoordenadas(MMC)
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4.3.1. Clasificacin por categorametrolgica
Instrumentos porttiles: ejemplo => pie de reypara la medida directa de longitudes
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4.3.1. Clasificacin por categorametrolgica
Calibres de medida por atributos:ejemplo => calibre de lmites lisosutilizado para comprobar eldimetro de un orificio cilindrico
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4.3.1. Clasificacin por categorametrolgica
Accesorios de medida: ejemplo=> prismasen V; usados como soporte en el control depiezas cilndricas
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4.3.2. Clasificacin por sistema deamplificacin
Mecnico Palanca - Tornillo Engranaje - Cua Deformacin elstica
Neumtico Variacin de caudal - Variacin de presin
Elctrico ptico
Por proyeccin - Por reflexin
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4.3.2.1.Amplificacin
mecnica: Palanca Ejemplo: Minmetro El movimiento se transmite
desde el palpador hasta lapalanca de amplificacin,solidaria de la agujaindicadora. Un resortemantiene la palanca encontacto con el apoyomvil
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Minmetro
4.3.2.1. Amplificacin mecnica:Palanca
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4.3.2.1.Amplificacin mecnica:Tornillo
Un giro de untornillo en elinterior de unatuerca provoca suavancelongitudinal. Porcada vuelta, eltornillo avanzauna longitud igualal paso de rosca
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4.3.2.1. Amplificacin mecnica:Tornillo
Ejemplo:Micrmetro de exteriores
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4.3.2.1. Amplificacin mecnica:Engranaje
Una cremalleraprovoca con sudesplazamientolongitudinal elgiro de un tren deengranajes, quearrastra por fin ala agujaindicadora
Ejemplo:Comparador mecnico
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4.3.2.1. Amplificacin mecnica:Engranaje
Ejemplo: Comparador mecnico
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4.3.2.1. Amplificacin mecnica: Cua Un avance
longitudinal,en funcin delngulo, darlugar a unavancetransversaldiferente, o ala inversa
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4.3.2.1. Amplificacin mecnica: Cua Ejemplo: Micrmetro de
interiores de tres contactos Se produce una
amplificacinmixta tornillo-cua. El avancedel cilindromicromtrico,solidario de lacua provoca elmovimiento radialy simultneo delos topes
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4.3.2.1. Amplificacin mecnica: Cua Ejemplo: Micrmetro de interiores de tres
contactos.
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4.3.2.1. Amplificacin mecnica:Deformacin elstica
Ejemplo: Microkator(amplificacin mixta pordeformacin elstica / palanca)
Al accionarel palpador elgiro de lapalancaobliga a rotara la bandaelstica deacero, y conella a laagujaindicadora
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4.3.2.1.Amplificacin
mecnica:Deformacin
elstica Ejemplo:
Microkator(amplificacinmixta porpalanca /deformacinelstica)
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4.3.2.2. Amplificacin neumtica Si el aire pasa bajo presin por un orificio el
caudal resultante depende de:a) Caractersticas del gas en la zona anterior (1)b) Caractersticas del gas en la zona posterior (2)c) Seccin transversal del orificio (0)
a) y b) se pueden mantener constantes
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4.3.2.2. Amplificacin neumtica Si el orificio es cilndrico y se acerca a una
distancia e de una superficie plana de modo quela superficie cilndrica lateral entre boquilla yplano sea mayor que la seccin
transversal delorificio, elcaudal esfuncindirecta de e, yse puede usarpara medirla.
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4.3.2.2. Amplificacin neumtica:Variacin de caudal
El caudal deaire que pasasegn ladistanciaboquilla-piezahace que elflotador seestabilice enuna posicin
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4.3.2.2. Amplificacin neumtica:Variacin de presin
La separacin entre el orificio de salida del aire yla pieza influye en la resistencia ofrecida a la salidadel aire, lo que provoca variacin de la presinmedida en el manmetro
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4.3.2.2.Amplificacin
neumtica:Variacin de
presin.
Aplicacin
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4.3.2.3. Amplificacin electrnica Captadores potenciomtricos: Palpador unido a una
resistencia variable con la posicin de ste Captadores capacitivos: Palpador unido a las
lminas de un condensador, de modo que aldesplazarse modifica su capacidad
Captadores inductivos: Palpador solidario del ncleode un circuito magntico, que desliza por el interiorde la bobina, induciendo corriente
Captadores ptico-electrnicos: Utilizan unelemento fotoeltrico que genera seal elctrica alrecibir luz
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4.3.2.4. Amplificacin ptica:Reflexin
Si un rayo incide enun espejo salereflejado de modo queel ngulo deincidencia es igual alde reflexin. Si se girael espejo do el rayoreflejado girar 2d,con lo que seamplifica el giro
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4.3.2.4. Amplificacin ptica:Reflexin
Esto seemplea enlectoresluminososen los que elrayo realizala funcinde ndicesobre unaescala
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4.3.2.4. Amplificacin ptica:Proyeccin
Se basa en el uso de lentes que concentran losrayos de luz paralelos que las atraviesan en un solopunto, pudiendo amplificar imgenes proyectadassobre una pantalla
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4.3.2.4. Amplificacin ptica:Proyeccin
Ejemplo:Proyector deperfiles
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4.3.2.4.Amplificacin
ptica:Proyeccin
Ejemplo:Proyector deperfiles
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4.3.2.4. Amplificacin ptica:Proyeccin
Ejemplo:Microscopioptico
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4.3.3. Clasificacin por magnitudes medidas
DIMENSIONES FORMAS
MACROGEOMTRICAS MICROGEOMTRICAS
MAGNITUDESTECNOLGICAS
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4.3.3. Clasificacin por magnitudesmedidas
Las piezas no tienen ni las dimensiones, ni lasformas ni el acabado superficial tericomarcado por los planos, siendo necesario elcontrol de todos estos tipos de errores
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BibliografaCatlogos de MITUTOYO, STARRET, BROWN & SHARPE y TESA
TITULO: Curso de Metrologa Dimensional.AUTOR: Carro de Vicente Portela.EDITORIAL: E.T.S.I.I. de Madrid 1978. pp 169.
TITULOS: Consejos de metrologa de la A.E.C.C. (varios)AUTOR: Comit de Metrologa de la A.E.C.C. Madrid.EDITORIAL: Asociacin Espaola de Control de Calidad.
TITULO: Clasificacin de instrumentos de metrologa dimensional.AUTOR: Ministerio de Industria, Comercio y Turismo.
Direccin General de Poltica Tecnolgica.EDITORIAL: Seccin Publicaciones Ingenieros Industriales. Madrid, 1992.
TTULO: Metrologia bsicaAUTOR: Manrique, E., Casanova, A.EDITORIAL: Edeb
METROLOGATEMA 3: INTRODUCCIN A LOS PROCESOS METROLGICOS E INSTRUMENTOS DE MEDIDA1. La medida1.1. Definiciones1.1. Definiciones1.1. Definiciones1.1. Definiciones1.2. Unidades de medida 1.2.1. Expresin de la medida1.2.2. Evolucin de los Sistemas de Unidades1.2.2. Evolucin de los sistemas de unidades1.2.2. Evolucin de los sistemas de unidades1.2.3. Sistema internacional: Definicin del metro1.2.3. Sistema internacional: Unidades fundamentales.1.2.3. Sistema internacional: Unidades suplementarias.1.2.3. Sistema internacional: Unidades derivadas1.3. Normas UNE relativas a unidades de medida1.3. Normas UNE relativas a unidades de medida2. Elementos del sistema de medicin3. Clasificacin de procesos metrolgicos3.1. Segn aplicacin3.1. Segn aplicacin3.1. Segn aplicacin3.1. Segn aplicacin3.1. Segn aplicacin3.2. Segn la naturaleza de la medida3.2. Segn la naturaleza de la medida3.3. Segn el mtodo de medida3.3. Segn el mtodo de medidaEjemplo: Medida de resistencia elctrica mediante puente WheatstoneEjemplo: Medida de resistencia elctrica mediante puente Wheatstone3.3. Segn el mtodo de medida4. Instrumentos de medicin.4.1. Fundamentos4.2. La cadena de medicin4.2. La cadena de medicin4.3. Clasificacin de instrumentos de medida 4.3.1. Clasificacin por categora metrolgica4.3.1. Clasificacin por categora metrolgica4.3.1. Clasificacin por categora metrolgica4.3.1. Clasificacin por categora metrolgica4.3.1. Clasificacin por categora metrolgica4.3.2. Clasificacin por sistema de amplificacin4.3.2.1. Amplificacin mecnica: Palanca4.3.2.1. Amplificacin mecnica: Palanca4.3.2.1.Amplificacin mecnica: Tornillo4.3.2.1. Amplificacin mecnica: Tornillo4.3.2.1. Amplificacin mecnica: Engranaje4.3.2.1. Amplificacin mecnica: Engranaje4.3.2.1. Amplificacin mecnica: Cua4.3.2.1. Amplificacin mecnica: Cua4.3.2.1. Amplificacin mecnica: Cua4.3.2.1. Amplificacin mecnica: Deformacin elstica4.3.2.1. Amplificacin mecnica: Deformacin elstica4.3.2.2. Amplificacin neumtica4.3.2.2. Amplificacin neumtica4.3.2.2. Amplificacin neumtica: Variacin de caudal4.3.2.2. Amplificacin neumtica: Variacin de presin4.3.2.2. Amplificacin neumtica: Variacin de presin. Aplicacin4.3.2.3. Amplificacin electrnica4.3.2.4. Amplificacin ptica: Reflexin4.3.2.4. Amplificacin ptica: Reflexin4.3.2.4. Amplificacin ptica: Proyeccin4.3.2.4. Amplificacin ptica: Proyeccin4.3.2.4. Amplificacin ptica: Proyeccin4.3.2.4. Amplificacin ptica: Proyeccin4.3.3. Clasificacin por magnitudes medidas4.3.3. Clasificacin por magnitudes medidas