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Soluciones Especializadas en Calidad y Metrología Calidad y Metrología para el desarrollo del país

Calibración de pesas, método ABBA

René Chanchay

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Bibliografía  International Recommendation OIML R 111-1, Weights of classes E1, E2, F1, F2, M1, M1-2, M2, M2-3 y M3.  Luis Omar Becerra, CENAM, Control Estadístico de las Mediciones (Aplicación a la calibración de pesas)

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Contenido              

Objetivo Alcance Introducción Prerrequisitos Resumen Condiciones ambientales Limpieza Estabilización térmica Patrones y equipos Equipos e implementos auxiliares Procedimiento Cálculos Incertidumbre Controles – –

Control de dispersión de la balanzas Ensayo de consistencia

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DEFINICIONES  BALANZA (Comparadores): Instrumento que indica una masa aparente y que es sensible a las siguientes fuerzas: – Gravedad – Empuje del aire – Interacciones magnéticas

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Objetivo y alcance Objetivo: Este procedimiento describe la calibración de pesas utilizando el ciclo ABBA. Alcance: Este método es aplicable a la calibración de pesas de clase de exactitud F1 o inferiores según la clasificación OIML y de rango 20 kg a 1 mg

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Introducción:  El procedimiento de calibración de pesas, ciclo ABBA, es uno en el cual un Patrón y una pesa desconocida son comparadas para determinar la diferencia promedio entre las dos pesas. Este ciclo elimina la deriva del comparador.  Este procedimiento incluye un control sobre la dispersión del comparador y la exactitud de los resultados mediante la utilización de la prueba F y el ensayo de consistencia respectivamente.  La influencia del empuje del aire en la calibración es corregida utilizando las densidades de las pesas patrón, desconocidas y la densidad del aire. 6


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PRERREQUISITOS  Para el manejo y manipulación de los comparadores, balanzas, patrones de masa se deben seguir las directrices dadas en los instructivos respectivos  Los comparadores de masa deben estar sobre un mesón firme, el cual elimine vibraciones que afecten los resultados de las calibraciones.  Los patrones de masa deben tener disponibles los certificados de calibración.  El comparador utilizado deberá estar en una condición de operación óptima.  El operador debe tener experiencia en las técnicas de pesaje de doble sustitución y estar calificado.  Debe ser conocida la densidad de la pesa o en su defecto su volumen.  Si existen condiciones no favorables para la calibración tales como vibraciones, condiciones del laboratorio fuera de las especificadas, no se debe realizar la calibración o en su defecto detener la calibración hasta eliminar las condiciones no favorables. 7


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Resumen Tanto la pesa patrón, como la pesa de ensayo son equilibradas térmicamente. Luego de obtener el equilibrio térmico se procede a calibrar la pesa mediante el ciclo ABBA el cual consiste en colocar la pesa patrón en el plato del comparador, registrar la lectura, retirar la pesa patrón del plato de la balanza, después de esto se procede de la misma manera con la pesa de ensayo dos veces seguidas y finalmente se vuelve a repetir el procedimiento con el patrón. La temperatura, presión atmosférica y humedad relativa del laboratorio son registradas para determinar la densidad del aire y realizar correcciones por el empuje del aire sobre las pesas 8


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CONDICIONES AMBIENTALES Pesas clase Variación de la temperatura durante la calibración F1

( 18 a 27) °C ± por hora con un máximo de ± en 12 horas

F2

( 18 a 27) °C ± por hora con un máximo de ± en 12 horas

M1

( 18 a 27) °C ± por hora con un máximo de ± en 12 horas

Pesas clase Rango para la humedad relativa del aire

F1

40% a 60% con un máximo de ±15 % en 4 horas

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LIMPIEZA La limpieza de la pesa se realiza pasándolo con una brocha de pelo fino que no raye la pesa y posterior a esto soplarlo con una pera. Para este tipo de limpieza, no es necesario un tiempo de estabilización después de la limpieza. En caso de que la pesa tenga adherido elementos foráneos que no son removidos ni con la pera ni con la brocha, se procederá a limpiarlo con un paño suave humedecido de alcohol y que no deje pelusas. Para este tipo de limpieza se necesita un tiempo de estabilización después de la limpieza el cual está dado en la Tabla 2 siguiente: Tabla 2 Tiempo de estabilización después de la limpieza [3]. Clase de pesas

Después de limpiado con alcohol

F1

1 – 2 días

F2 a M3

1 hora 10


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ESTABILIZACIÓN TÉRMICA  Previo a cualquier calibración, las pesas deben aclimatarse a las condiciones ambientales del laboratorio. En particular la temperatura debe ser muy estable en el área de pesaje.  El tiempo mínimo requerido para conseguir el equilibrio térmico (dependiendo del tamaño de la pesa, clase y de la diferencia de la temperatura de la pesa y la temperatura del laboratorio) se muestra en la siguiente Tabla 3. Un hábito práctico es esperar un tiempo de 24 horas.

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Tabla 3. Estabilización térmica en horas [3] DT

±20 °C

±5 °C

±±2 °C

±0,5 °C

Valor Nominal 10, 20 kg 1, 2, 5 kg 100, 200, 10, 20, < 10, 20 kg 1, 2, 5 kg 100, 200, 10, 20, < 10, 20 kg 1, 2, 5 kg 100, 200, < 10, 20 kg 1, 2, 5 kg 100, 200, <

Clase F1 12 6 3 1 1 4 3 2 1

Clase F2 3 2 1 1 0,5 1 1 0,5 0,5 0,5

1 1 1 1 0,5 0,5 0,5

0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5

0,5 12


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Patrones y equipos INSTRUMENTOS DE PESAJE Las características metrológicas del instrumento de pesaje utilizado deben ser conocidas a través de mediciones anteriores, la resolución, linealidad, repetibilidad y excentricidad deben ser tal que se pueda alcanzar la incertidumbre requerida (ver Tabla 4). 5.5 Pesas de Referencia Las pesas de referencia deben ser generalmente de una clase de exactitud mas alta que la de la pesa de ensayo (ver Tabla 4).

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Patrones y equipos

Tabla 4. Rango / Equipos / Patrones

Rango

Comparadores no automáticos

División de escala (d)

20 kg a 2 kg

*******

0,001 g

Con incertidumbre de pesas E2 o mejor

1 g a 1000 g

*******

0,0000 1 g

Con incertidumbre de pesas E2 o mejor

10 mg a 200 g

*******

0,000 001 g

Con incertidumbre de pesas E2 o mejor

1 mg a 5 g

*******

0,000 000 1 g

Con incertidumbre de pesas E2 o mejor

Pesa Patrón calibradas

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Patrones y equipos Los rangos asignados a los comparadores en la Tabla 4 son el resultado del siguiente análisis: •Se necesita conseguir una incertidumbre menor o igual a la tercera parte del error máximo permitido, emp. •De la tercera parte del error máximo permitido, una tercera parte de ella ya está aportada por la incertidumbre de la masa de referencia. • Se puede asumir que las dos terceras partes, de la tercera parte del error máximo permitido (dos novenos del emp), es contribuida por el comparador (dispersión del comparador). •Entonces usamos la siguiente expresión para escoger el comparador:

21  2 Dispersión necesaria   emp   emp 33  9 15


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Patrones y equipos Comparador

Dispersión xxxxxx

0,003 g

xxxxxx

0,000 02 g

xxxxxx

0,000 004 g

xxxxxx

0,000 000 4 g

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EQUIPOS E IMPLEMENTOS AUXILIARES •Pinzas y guantes para manipular las pesas.

•Cronómetro u otro aparato para controlar el tiempo de cada medición (en segundos). •Termómetro con una división de escala de 0,1 C para determinar la temperatura del aire. •Barómetro con una división de escala de al menos 0,1 hPa.

•Higrómetro con una división de escala de al menos 10% para determinar la humedad relativa.


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PROCEDIMIENTO •Registrar todos los datos en el formato correspondiente •Si se desconoce la densidad de la pesa, se determina la densidad dl aire •Si la pesa fue sometida a limpieza, esperar el tiempo de estabilización dado en la Tabla 1 •Colocar la pesa de ensayo y los patrones en la cámara del comparador o cerca de el, durante al menos el tiempo establecido en la Tabla 2 para que las pesas y la balanza alcancen el equilibrio térmico.

•Ajustar el comparador al valor nominal de la pesa que se va a calibrar. •Registrar la temperatura ambiente del laboratorio, presión barométrica, y humedad relativa (Inicio de la calibración). 18


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Procedimiento •Medición 1. Colocar la pesa patrón A en el plato de la balanza y esperar que se estabilice la balanza, y una vez que la balanza esté estabilizada registrar esta lectura como observación Ir1. •Medición 2. Sacar la pesa A y reemplazar con la pesa de ensayo B. Esperar que se estabilice la balanza y registrar esta lectura como observación It1. •Medición 3. Sacar la pesa B del plato de la balanza y volver a colocar nuevamente en el plato de la balanza. Esperar que se estabilice la balanza y registrar esta lectura como observación It2. •Medición 4. Sacar la pesa B y reemplazarla con A. Esperar que se estabilice la balanza y registrar esta lectura como observación Ir2 19


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Procedimiento Medición No.

Pesa en el Plato

Observación

1

A (Pesa de referencia)

Ir1

2

B (pesa de ensayo)

It1

3

B (pesa de ensayo)

It2

4

A (Pesa de referencia)

Ir2

•Repetir este ciclo de mediciones 3 veces •Registrar la temperatura ambiente del laboratorio, presión barométrica, y humedad relativa (Fin de la calibración). 20


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Cálculos Densidad del aire Con los datos de temperatura del aire, presión atmosférica y humedad, tomados al inicio y al final de la calibración, calcular la densidad del aire.

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Cálculos Masa Convencional

mct  mcr  Dmc Donde:

mct mcr

Masa convencional de l pesa desconocida Masa convencional de la pesa patrón

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Cálculos

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Cálculos

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Incertidumbre


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Incertidumbre

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Según procedimiento

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Controles

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Controles

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Controles

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