Metrología
1.- GENERALIDADES Medir una magnitud es determinar cuantas veces contiene esta a otra magnitud de la misma especie que tomamos como unidad. Como hay muchas especies de magnitudes hay también muchas clases de medidas. La ciencia que se ocupa de todas las medidas se denomina metrología, y tiene tantas ramas como especies de magnitudes hay. La rama que se ocupa de las dimensiones es la metrología dimensional, si se ocupa del peso, metrología ponderal, si se ocupa de la electricidad, metrología eléctrica,… 2.- ANTECEDENTES HISTÓRICOS DE LA METROLOGÍA DIMENSIONAL ACTUAL Se encuentran indicios de mediciones en todas las épocas, por muy antiguas que sean. Desde el principio de los tiempos el hombre siente la necesidad de concretar lo que posee. Eran unidades que se tomaban del propio cuerpo del que media (pie, pulgada, braza, paso,…). Pero pronto se sintió la necesidad de un patrón fijo, y así, en el siglo XVII en Francia se adopta la toesa, que se conservaba en un muro del Gran Chatelet de París para que cada uno pudiese controlar su medida. 3.- SISTEMA MÉTRICO A finales del siglo XVIII la Asamblea Francesa ve como Talleyrand propone un sistema racional de pesos y medidas, que fue aprobado y debía sustituir a todos los sistemas conocidos. La comisión nombrada por la Asamblea y en la que formaban parte Lagrange, Laplace y Coriolli, propuso adoptar como unidad de longitud la del péndulo que bate segundos a 45º de latitud, pero para no mezclar la unidad de longitud, la Comisión prefiere adoptar como unidad la diezmillonésima parte del cuadrante del meridiano terrestre que pasa por el observatorio de París. Se encargó que se midiera este meridiano desde Dunkerque, Francia, hasta la montaña de Montjuich de Barcelona. En la medición se utilizó la toesa, resultando la nueva unidad que se denominó metro. Sin embargo, pronto se reconoció que el meridiano terrestre no podía servir como base fija a la que se pudiese recurrir para ajustar los metros patrones, puesto que para que estos quedasen definidos con un error inferior a una micra había que medir el meridiano con un error de cuarenta metros, un hecho imposible para la época. Entonces se abandonaba esta primitiva idea y se materializaba el metro definiéndolo como la distancia que separa a 0º las dos superficies terminales da la barra de platino conservada en los archivos. En 1875 se adopta un sistema internacional de medidas que es firmado por 20 estados y se decide crear: · Una oficina internacional de pesos y medidas · Creación de un lote de prototipos del metro, en total 30 distribuidos por los diversos países, que eran de una aleación de iridio y platino. Pero con posterioridad se llegó a adoptar el metro luminoso, en 1960, que se definía como un valor igual a 165076373 longitudes de onda de la raya naranja del kriptón 86 obtenida en el vacío por el salto del nivel energético 2p10 al 5d5 excitado a la temperatura del punto triple del nitrógeno. 4.- LOS SISTEMAS DE MEDIDAS DIMENSIONALES ANGLOSAJONES Tanto Inglaterra como los Estados Unidos firmaron esa convención y recibieron sus prototipos correspondientes aunque estos no eran obligatorios. La unidad oficial de la metrología anglosajona es la yarda que tiene aproximadamente 0’9144 metros y es igual a 3 pies o a 36 pulgadas. El prototipo actual data de 1845 y es una barra de bronce, cuya distancia entre trazos marcados es 0’9143392 metros. No obstante, la verdadera yarda no es sino 0’914398416 metros. Hay una tercera yarda denominada industrial, que fija como medida base la pulgada, es decir, la 36ª parte de la yarda, que se toma exactamente como 25’4 mm. 5.- PRÁCTICA DE LA MEDICIÓN La realización de una medición, es decir, la determinación práctica de las unidades o fracciones de ellas que contiene una dimensión determinada, es una operación en teoría muy fácil, pero muy delicada en la práctica si la medición ha de ser de alta precisión. En primer lugar hay que contar con inevitables diferencias entre la medida obtenida y la dimensión exacta. Esta diferencia se denomina error. El error total resulta de la suma algebraica de una serie de errores debidos a diferentes causas. Para llevar a cabo todas las mediciones hay que emplear aparatos más o menos complicados, denominados instrumentos de medida. 6.- ERRORES EN LA MEDICIÓN Existen tres tipos de errores: · Errores debidos a los aparatos de medida · Errores debidos al operador que los maneja · Errores debidos al ambiente, principalmente, a la temperatura a que tiene lugar la medición 6.1.- ERRORES DE LOS APARATOS DE MEDIDA Son debidos a las siguientes causas: · A defectos de construcción, como pueden ser mala alineación, rectitud, forma y espesor · A deformaciones plásticas · A defectos de reglaje · A desgastes por el uso · A excesiva o inadecuada lubricación · A envejecimiento natural 6.2.- ERRORES DEBIDOS AL OPERADOR Son debidos: · A las diferencias de presión entre la pieza y los palpadores · A la dificultad de apreciar la concordancia exacta entre los trazos del nonius y la regla · A lecturas falsas si el operador no mira el índice según la dirección perpendicular a la escala de graduación · A deformaciones locales producidas por excesiva presión de contacto 6.3.- ERRORES DEBIDOS AL AMBIENTE La causa principal es la temperatura, pues las dilataciones que produce influyen en la exactitud de los aparatos de medida, y en las dimensiones de las piezas que se miden. Para evitar errores en medidas de precisión, es preciso realizarlas a una temperatura de referencia que se ha establecido universalmente en 20ºC. Para efectuar una correcta medición debe tenerse el elemento 24 horas en el laboratorio. Los errores debidos a la temperatura son mayores cuanto más alejada se encuentra la temperatura de la de referencia. Como ejemplo, errores producidos por diferencias de temperatura de 3ºC por arriba o por debajo, falsean las mediciones en unas 36 micras. La naturaleza del material de la pieza también influye debido a que tienen distintos coeficientes de dilatación. Cuando los instrumentos y las piezas son del mismo material, estos errores pueden compensarse. Es necesario hacer verificaciones a 20ºC en medidas de precisión, ya que incluso a esa temperatura en un local cerrado puede influir en una lectura de la temperatura el hecho de manejar el objeto con la mano. Cuando se quiere medir con la aproximación de una micra, las variaciones no deben ser superiores a un grado, e, incluso, tener en cuenta la influencia de las radiaciones solares, luminosas o de calefacción. Hay que tomar todas las precauciones para evitar todos los errores. 7.- INSTRUMENTOS DE MEDIDA Son los aparatos que se utilizan para realizar las mediciones. Según la clase de medición se pueden clasificar en tres grupos: · Instrumentos que sirven para medir en sentido estricto (pie de rey, reglas,…) · Instrumentos comparadores. No hacen las mediciones, sino que comparan la medición con otra que se toma como patrón (relojes comparadores) · Instrumentos de verificación. Se utilizan para comprobar si las dimensiones son exactamente iguales a las marcadas en el instrumento o están entre los límites señalados por este. 8.- CARACTERÍSTICAS DE LOS INSTRUMENTOS DE MEDIDA La precisión y garantía de las mediciones realizadas con los instrumentos de medida, dependen de sus características específicas que principalmente son: · Sensibilidad. Es la relación entre la variación de la indicación y la variación de la magnitud medida. El valor de la sensibilidad depende la amplificación del aparato, que se dividen en tres grupos: - Instrumentos sin amplificación - Instrumentos cuya amplificación es constante - Instrumentos cuya amplificación es variable · Sensibilidad a la modificación de un valor. Es un concepto que también se conoce por pereza del instrumento. Es aquella modificación necesaria para que la magnitud pueda ser medida. · Error. Es la diferencia que existe entre la magnitud que indica y el valor real. · Dispersión. La diferencia entre los valores obtenidos, es una propiedad perjudicial y e preferible un instrumento con menor dispersión aunque tenga errores medios mayores. · Alcance de medida. Es el límite inferior y superior que puede medir un instrumento de medida.