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MEDIDAS ELÉCTRICAS E INSTRUMENTACIÓN INTRODUCCIÓN 2017 “When you can measure what you are speaking about and express it in numbers, you know something about it; but when you cannot measure it, when you cannot express it in numbers, your knowledge of it is of a meagre and unsatisfactory kind. It may be the beginning of knowledge, but you have scarcely in your thought advanced to the stage of science.” Lord Kelvin (1824 -1907) Que es la metrología? Para que sirve? Que necesita saber la gente sobre metrología? Quien o que controla la metrología? Que hace la metrología? Calibración, Que es y como se hace? Donde y quien realiza calibraciones? - Laboratorios primarios - Laboratorios secundarios - Laboratorios de investigación - Laboratorios de calibración - Laboratorios móviles METROLOGÍA ORGANIZACIÓN MUNDIAL Estas organizaciones se esfuerzan para asegurar que los productos y servicios pueden ser comercializados con confianza en el mercado mundial Estableció tres organizaciones para atender lo relativo a la preservación de los estándares del sistema métrico Oficina internacional de pesos y medidas -Custodia el prototipo del kilogramo -Acuerdo de patrones físicos (patrones cuánticos) - Coordinador mundial de metrología Es el órgano de decisión de la convención del metro. Tiene a su cargo el tomar decisiones en materia de metrología y, en particular, en lo que concierne al Sistema Internacional de Unidades ONAC: Organismo nacional de acreditación en COLOMBIA METROLOGÍA Es la ciencia de las mediciones. Constituye un medio de comprobación objetiva de calidad de los productos. TIPOS DE METROLOGÍA Metrología legal Está relacionada con los aspectos jurídicos, como normas o leyes emitidas por el gobierno de un país o establecidas a través de acuerdos internacionales, que rigen sobre la aplicación de las unidades de medida, los métodos de medición y los instrumentos de medición. Metrología eléctrica. Metrología física. Metrología de materiales (química). Metrología mecánica. Metrología microbiana (lab. Clínicos). ÁREAS METROLOGÍA METROLOGÍA ELÉCTRICA La Metrología Eléctrica se ocupa de: Mediciones de variables eléctricas Medición electromagnéticas, Termometría, Mediciones de tiempo, Mediciones de frecuencia. METROLOGÍA ELÉCTRICA Mediciones adecuadas INSTRUMENTO DE MEDICIÓN: Medios técnicos con los cuales se efectúan las mediciones. PATRÓN: Instrumento de medición destinado a definir o materializar, conservar o reproducir la unidad de medida de una magnitud para transmitirla por comparación a otros instrumentos. PATRÓN NACIONAL: Patrón reconocido por decisión oficial nacional. CALIBRACIÓN: Conjunto de operaciones que establecen, bajo condiciones específicas, la relación entre los valores indicados por un instrumento de medición y el valor justo de la magnitud a medir Términos comunes TERMINOLOGÍA MAGNITUD: Es un atributo de un fenómeno, cuerpo o sustancia que puede ser distinguido cualitativamente o determinado cuantitativamente. Ej: Longitud, tiempo, masa, temperatura, etc. DIMENSIÓN Productos de los factores que representan una potencia de las magnitudes base del sistema de las cuales depende la magnitud. Ej. Velocidad = espacio(L)/tiempo(T). UNIDAD: La unidad de medida es una magnitud particular, definida y adoptada por convención, con la cual se comparan las otras magnitudes de la misma naturaleza para expresar cualitativamente su relación con esta magnitud. Ej. “la longitud del cable es 45 m”. Longitud es la magnitud, metro es la unidad de medida, y m es el símbolo. Ej. Amperio es la unidad de la corriente eléctrica PRECISIÓN: Es la cercanía de la concordancia entre los resultados de mediciones sucesivas obtenidas independientemente. Términos comunes •Exactitud. Un número el cual indica la cercanía al valor verdadero. •Calibración. Es el proceso de comparar la medida de un equipo (cuya precisión es desconocida o no ha sido medida) con uno de características conocidas. •Sello de calibración. Una marca fijada al instrumento de medición para mostrar su estado de calibración. •Laboratorio de calibración. Un espacio de trabajo con equipo de prueba, con condiciones ambientales controladas y personal calificado. •Error. La diferencia entre el valor medido y el valor verdadero. •Medición. Una medición se concibe como un conjunto de operaciones que tiene por objeto determinar el valor de una magnitud. Es, esencialmente, la comparación de valor de una magnitud con respecto a otra tomada como referencia… •Mensurando. Es una magnitud particular sujeta a medición. Ej. El operador indicó por escrito que la temperatura medida del horno fue igual a 100C, cuando la corriente demandada por el horno, al medirse, era de 75 A. En este ejemplo, las magnitudes medidas son la temperatura del horno y la corriente eléctrica; por lo tanto dichas magnitudes son los mensurandos Términos comunes TERMINOLOGÍA Trazabilidad : Es la habilidad de relacionar los resultados de una medida a través de una cadena de calibraciones. Incertidumbre: Una estimación del posible error en una medición. Verificación: Un juego de operaciones que aseguran que los requerimientos han sido cumplidos o puede terminar en una decisión de realizar ajustes, reparar o retirar de uso. ppm: (partes por millón) una forma conveniente de expresar pequeñas fracciones y porcentajes. Por ejemplo: 12 ppm = 12 / 1,000,000 (fracción), 0.000012 (fracción decimal) y 0.0012% ( porcentaje). VIM: Vocabulario internacional de medidas. Términos comunes TERMINOLOGÍA CALIBRACIÓN: Es el proceso de comparar la medida de un equipo (cuya precisión es desconocida o no ha sido medida) con uno de características conocidas. El objetivo de la calibración es asegurar que la medida del equipo bajo prueba esté dentro de los límites de tolerancia dados por los fabricantes. Términos comunes TRAZABILIDAD: Es la habilidad de relacionar los resultados de una medida a través de una cadena de calibraciones de una o más de las siguientes: Términos comunes TRAZABILIDAD Al SI: Propiedad de un resultado de medición que consiste en poder relacionarlo con los patrones apropiados, generalmente los patrones internacionales o nacionales, por medio de una cadena ininterrumpida de comparaciones con incertidumbre conocidas. ELEMENTOS QUE CONFORMAN LA TRAZABILIDAD • Exactitud – proximidad de una medición a el valor “verdadero”. • Precisión – que tan cercanas están unas medidas de otras . • Precisión – Medir la desviación promedio entre los números • DESVIACION ESTANDAR • Exactitud – Un “Patrón de Medida” es necesario • Patrón de energía, patrón de longitud etc.. Términos comunes ¿Cuál es preciso y cuál es exacto? En el mundo real no hay mediciones exactas, son inevitables las imperfecciones. ERROR: Es la diferencia entre el resultado obtenido y el verdadero valor que se ha de medir. • Error grueso: Se debe principalmente a fallas humanas, registro y calculo de las mediciones, mala utilización de los instrumentos. • Error aleatorio: Es la diferencia entre el valor medido y el valor medio de las medidas. • Error sistemático: Es la diferencia entre el valor medio de las medidas y el valor verdadero. Error no es lo mismo que incertidumbre . •El error es una cantidad física desconocida. •La incertidumbre expresa el estado probable de una medida. Términos comunes Relaciones entre error sistemático y error aleatorio y valor medido INCERTIDUMBRE 7 UNIDADES BÁSICAS DE MEDIDA 19 DERIVADAS 2 SUPLEMENTARIAS SISTEMA INTERNACIONAL • metro ( longitud) • segundo ( tiempo) • mol ( cantidad de sustancia) • candela ( intensidad de luz) • amperio ( corriente eléctrica) • kelvin ( temperatura ) • kilogramo( masa) UNIDADES DERIVADAS DEL SISTEMA INTERNACIONAL MAGNITUD UNIDAD SÍMBOLO EQIVALENCIAS frecuencia hertz hz 1hz = 1s-1 fuerzanewton N N = 1kg*m/ s2 presión pascal Pa 1Pa = 1N/ m2 energía, trabajo joule J 1J = 1Nm potencia watt W 1W = 1J / s carga eléctrica coulomb C 1C = 1A*s potencial eléctrico volt V 1V = 1J/C MÚLTIPLOS Y SUBMÚLTIPLOS NOMBRE SÍMBOLO EQUIVALENTE tera T 1012 giga G 109 mega M 106 kilo k 103 hecto h 102 deca da 101 deci d 10- 1 centi c 10- 2 mili m 10- 3 micro 10- 6 nano n 10- 9 pico p 10- 12 CGPM: Conferencia general de pesos y medidas MEDIR, VALORAR, CUANTIFICAR Redondeo de Cifras El redondeo de cifras sigue reglas que rara vez causan problemas: 1) Si la primera cifra que se omite es menor que 5, se elimina sin (redondeo por defecto) afectar el dígito que le antecede Ejemplo: 3.374 para tres cifras significativas, se redondea 3.37. 2) Si es mayor o igual a 5, se aumenta en una unidad la última cifra significativa (redondeo por exceso) Ejemplo: 3.376 para tres cifras significativas, se redondea 3.38. MEDIR, VALORAR, CUANTIFICAR Redondeo de Cifras 1) Si los primeros dos dígitos a descartarse son menores de 50, el dígito anterior no cambia. Ejemplo: 3.34489 se redondea 3.34. 2) Si los primeros dos dígitos a descartarse son mayores de 50, se le suma 1 al número anterior. Ejemplo: 3.34617 se redondea 3.35. 3) Si los primeros dos dígitos a descartarse son 50, se le suma 1 al número anterior si es impar y no se cambia si es par. Ejemplo: 3.3350 y 3.3450 se redondean 3.34. MEDIR, VALORAR, CUANTIFICAR Reglas para la definición de la cifra significativa 1) Los ceros a la izquierda no son significativos. 103 tiene tres cifras significativas, y el 0.000000103 también 1.03*102 y 1.03*10–7 2) Los ceros a la derecha sí son significativos. Los ceros a la derecha deben escribirse si y solamente si son una parte verdadera de la medición. No es lo mismo decir que algo pesa 1 kg que decir que pesa 1.01 kg 3) Los ceros a la derecha no son significativos cuando su función es únicamente la de especificar la posición del punto decimal. 150 .000.000.000,00 m = 1.50* 1011 m, 4) Los factores de conversión generalmente son exactos. Una pulgada es exactamente igual a 2.54 cm por definición. MEDIR, VALORAR, CUANTIFICAR MEDIR, VALORAR, CUANTIFICAR MEDIR, VALORAR, CUANTIFICAR 1. Observador 2. Mesurando 3. Instrumento de Medición 4. Método de medición 5. Condiciones ambientales ESTADÍSTICA EN LA MEDICIÓN INFERENCIA ESTADÍSTICA Población Suposición: Distribución normal Muestra Muestreo Medición Datos Estadística Cálculos Tabla u , t Inferencia estadística ERROR: Es la diferencia entre el resultado obtenido y el verdadero valor que se ha de medir. ESTADÍSTICA Xo Xox Xox %100 Xo Xox Error absoluto Error relativo pu Error relativo % Central • Moda • Mediana • Media Dispersión • Desviación Estandar • Rango ESTADÍSTICA MEDIA: Es el promedio de un conjunto de datos MODA: Es el valor más frecuente; el que más se repite de la muestra ESTADÍSTICA MEDIANA: (cuartil medio=q2) es un número tal que al menos el 50% de los datos son menores o iguales a q2 q1 q2 q3 Cuartiles n xxx x n ...21 DESVIACIÓN ESTÁNDAR: Es una medida de la precisión 1 )( 1 2 1 N xx N i X1 = resultado de la medición i. X= media estimada de las mediciones. N = número de muestras. RANGO: Valor mayor – valor menor ESTADÍSTICA ESTADÍSTICA 1 )( 1 2 1 N uu N i ESTADÍSTICA )( uXuP Ej: : 84.13-15.87 = 68.26% Ej: 3: 99.865-0.135 = 99.73% Xi Xi-Xavg (Xi-Xavg)2 1.20 0.06 0.0036 1.10 -0.04 0.0016 1.30 0.16 0.0256 1.00 -0.14 0.0196 1.10 -0.04 0.0016 Sum 5.70 0.00 0.0520 Avg 1.14 0.00 0.0104 N 5 5 5 Sum/(N-1) 0.0130 sqrt(Sum/(N-1)) 0.1140 DESVIACIÓN ESTANDAR DE LA MUESTRA EJEMPLO 10.0 11.0 10.5 9.0 9.5 10.0 Datos experimentales Columna1 Media 10 Desviación estándar 0.70710678 Rango 2 Mínimo 9 Máximo 11 Valor medio de la tensión: 10V Desviación estándar de la tensión: 0.707 V Ver excel EXCEL 122 127 132 137 142 147 1 0 0 .0 % 8 5 .7 % 7 1 .4 % 5 7 .1 % 4 2 .8 % 2 8 .5 % 0 .0 % 0 .0 % Serie1 Logística del laboratorio Certificación de equipos • Superintendencia de Industria y Comercio • Icontec • Eatic (Laboratorio de Patronamiento eléctrico EPM ) • Digitrón (Laboratorio de Calibración - Área Medidores de Energía ) BIBLIOGRAFÍA Aspectos metrológicos fundamentales para la acreditación de un Laboratorio de patronamiento eléctrico. Luis Enrique LLamosa, Luis Gregorio Meza, Diana Rodríguez. POSTERGRAPH. Pereira, Colombia 2005. NTC: 2194: Vocabulario de términos básicos y generales en metrología
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