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CALIBRACIÓN DE BALANZAS OIML R 76-1

René Chanchay


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METROLOGIA DE MASA BIBLIOGRAFÍA

OIML R 76-1, INSTRUMENTOS DE PESAR DE FUNCIONAMIENTO NO AUTOMÁTICOS. REQUISITOS METROLÓGICOS Y TÉCNICOS – ENSAYOS. OIML R 111-1, PESAS DE LAS CLASES E1, E2, F1, F2, M1, M2 VIM Vocabulario Internacional de Metrología


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Contenido     

Definiciones Clasificación de balanzas Errores máximos permitidos Patrones para la calibración de balanzas Pruebas en la calibración – Excentricidad – Repetibilidad – Carga

 Cálculos de errores  Incertidumbre de la calibración


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Calibración

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


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Calibración 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.


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AJUSTE DE UN ISTRUMENTO DE MEDIDA: 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.


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Verificación Aportación de evidencia objetiva de que un elemento satisface los requisitos especificados

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.


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Validación

Verificación de que los requisitos especificados son adecuados para un uso previsto EJEMPLO Un procedimiento de medida habitualmente utilizado para la medición de la concentración en masa de nitrógeno en agua, puede también validarse para la medición en el suero humano.


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Intervalo de escala Real (d):Valor expresado en unidades de masa de: • La diferencia entre los valores que corresponden a dos marcas de escala consecutivas, en indicadores analógicos. • La diferencia entre dos valores de consecutivos, en indicadores digitales.

indicación

Intervalo de escala de Verificación (e) Valor expresado en unidades de masa, usado para la clasificación de la balanza.


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Error (de indicación) [adaptado del VIM 1993, 3.10] Indicación de un instrumento menos el valor real (convencional) de la masa correspondiente Indicación analógica

Indicación que permita la evaluación de la posición de equilibrio a una fracción del intervalo de la escala. Indicación digital Indicación en el que las marcas de la escala se componen de una secuencia de cifras alineadas que no permiten la interpolación a las fracciones de la división de escala.


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Capacidad Máxima (Max) Capacidad de pesada máximo para el cual está diseñado la balanza

Capacidad mínima (Min) Valor de carga por debajo del cual los resultados de la pesada pueden tener errores excesivos Balanzas multi-intervalo Instrumento que tiene un solo rango de pesada el cual está dividido en rangos de pesada parcial con diferentes intervalos de escala, con rangos de pesaje parcial determinado automáticamente dependiendo de la carga aplicada, tanto en ascenso como en descenso. Instrumento de rango múltiple Instrumento que tiene dos o más rangos de pesada con diferentes capacidades máximas y diferentes intervalos de escala para el mismo receptor, cada rango va desde cero hasta la capacidad máxima.


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Repetibilidad Habilidad de un instrumento de proveer resultados acordes unos con otros cuando sobre el receptor de carga se coloca varias veces la misma carga bajo condiciones de ensayo razonablemente constantes. Excentricidad

Habilidad de un instrumento de proveer resultados acordes unos con otros cuando una misma carga es colocada en diferentes posiciones dentro del receptor de carga Linealidad Habilidad de un instrumento de proveer resultados con errores menores a los permitidos


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Unidades de medida de una balanza Las unidades de medida utilizadas en una balanza son: • • • •

kilogramo, milligramo, gramo, tonelada,

kg; mg; g; t.


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Requisitos metrológicos Los requisitos metrológicos se aplican a todos los instrumentos, independientemente de su principio de medida. •La clasificación es en función de: – La división de escala de verificación, que representa la exactitud absoluta, y

– El número de divisiones de escala de verificación, que representa la exactitud relativa

• Los errores máximos permitidos están en función de la división de escala de verificación. • La capacidad mínima (Min) está especificado para indicar que el uso del instrumento por debajo probablemente dan valores con errores relativos considerables


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CLASIFICACIÓN DE LAS BALANZAS Exactitud Especial

I

Exactitud Alta

II

Exactitud Media

III

Exactitud Ordinaria

IIII


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DATOS PARA LA CLASIFICACION DE LA BALANZA 1.

Intervalo de escala real (d)

2.

Intervalo de escala de verificación (e)

3.

Número de intervalos de escala de verificación (n) n= Máx / e


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Intervalo de escala de verificación (e) Instrumentos sin dispositivo auxiliar de indicación: e=d d = 0,01 g; e = 0,01 g


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Intervalo de escala de verificación (e) Instrumentos con dispositivo auxiliar de indicación d < e <= 10d e=10k kg k es un entero positivo, negativo o cero


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Intervalo de verificación (e) Instrumentos con divisiones de escala d < 1 mg e = 1 mg


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CLASIFICACIÓN DE LOS INSTRUMENTOS Clase de exactitud

Intervalo de escala de verificación e

Número de intervalos de escala de verificación n = Max/e MÍNIMO

MÁXIMO

Capacidad mínima Mín (límite inferior)

Especial I

0,001 g  e*

50 000

-

100 e

Alta Il

0,001g  e  0,05 g 0,1 g  e

100

100 000

20 e 50 e

5000

100 000

0,1 g  e  2 g 5ge

100 500

10 000 10 000

20 e 20 e

5ge

100

1 000

10 e

Media III Ordinaria IIII

Generalmente no es factible ensayar y verificar un instrumento para e<1mg, debido a la incertidumbre de las cargas de ensayo.


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Ejemplos: Capacidad Máxima, Max: 500 g Intervalo de verificación (e): 0,01 g Capacidad Máxima, Max: 210 g (con dispositivo auxiliar de indicación Intervalo de verificación (e): 0,001 g / 0,01 g Capacidad Máxima, Max: 2 / 5 / 15 kg Intervalo de verificación (e): 1 / 2 / 10 g


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ERROREE Mテ々IMOS PERMITIDOS (E.M.P)


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Errores máximos permitidos Clase I Exactitud especial +1,5 e +1,0 e +0,5 e Max

0

200 000 e

50 000 e -0,5 e

-1,0 e -1,5 e


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Errores máximos permitidos

Clase II Exactitud alta +1,5 e +1,0 e +0,5 e Max

0

20 000 e

5 000 e -0,5 e -1,0 e -1,5 e


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Errores máximos permitidos

Clase III Exactitud media +1,5 e

+1,0 e +0,5 e Max 0

2000 e

500 e -0,5 e -1,0 e -1,5 e


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Errores máximos permitidos

Clase IIII Exactitud ordinaria +1,5 e +1,0 e +0,5 e Max

0

200 e

50 e -0,5 e -1,0 e -1,5 e


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ERRORES MAXIMOS PERMITIDOS PARA BALANZAS EN USO (NTE INEN 2 134) ± 1e

±2e

±3e

Capac. Máx.

BALANZAS

1er RANGO

2do RANGO

3er RANGO

CLASE I

50 000 e

200 000 e

Max.

CLASE II

5 000 e

20 000 e

100 000 e

CLASE III

500 e

2 000 e

10 000 e

CLASE IIII

50 e

200 e

1 000 e


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Patrones para la calibración de balanzas

CLASE DE PESA

E2, F1 F1, F2 M1, M2 M2, M3

CLASE DE EXACTITUD DEL INSTRUMENTO

I en verificación inicial II en verificación inicial III en verificación inicial IIII en verificación inicial


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Pruebas en la calibración  Excentricidad  Repetibilidad  Carga


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Ensayo de excentricidad: Se deben usar pesas grandes con preferencia al uso de varios pesos pequeños. Las pesas más pequeñas se colocan encima de las pesas más grandes, pero se debe evitar un apilamiento innecesario en el segmento que desea probar. La carga se aplica en el centro del segmento de si se utiliza un solo peso, pero se aplica uniformemente sobre el segmento, si se utilizan varios pesos pequeños. Es suficiente aplicar la carga sólo para los segmentos excéntricos, no al centro del receptor de carga.


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Ensayo de excentricidad: Normalmente es suficiente determinar el error de cero sólo en el comienzo de la medición, pero en instrumentos especiales (con una precisión de clase I, de alta capacidad, etc) se recomienda que se determina el error a cero antes de cada carga de excentricidad. Sin embargo, si se supera el error máximo permitido, es necesaria la prueba con el error a cero antes de cada carga. Si las condiciones de operación son tales que no se produzca ninguna excentricidad, el ensayo de excentricidad no es necesario realizar.


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Ensayo de excentricidad: Instrumentos con un receptor de carga que tiene no más de cuatro puntos de apoyo Los cuatro segmentos de cuartos más o menos igual a ¼ de la superficie del receptor de carga (como se muestra en los dibujos en la Figura) deberán ser cargados.


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Esayo de Excentricidad Los instrumentos con un receptor de carga de más de cuatro puntos de apoyo La carga se aplica sobre cada soporte en una superficie del mismo orden de magnitud que la fracción 1 / n de la superficie del receptor de carga, donde n es el número de puntos de apoyo. Cuando dos puntos de apoyo están demasiado cerca para la carga de ensayo anteriormente mencionado para ser distribuidos como se indica anteriormente, la carga se duplicará y distribuye en dos veces el área en ambos lados del eje que conecta los dos puntos de apoyo.


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Ensayo de Excentricidad Los instrumentos con receptores de carga especiales (tanque, tolva, etc)

La carga se aplicará a cada punto de apoyo.


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Ensayo de Excentricidad Los instrumentos utilizados para pesar cargas rodantes

Una carga se aplicará en posiciones diferentes en el receptor de carga. Estas posiciones deben estar al principio, la mitad y al final del receptor de carga en la dirección normal de conducción. Las posiciones se repetirá entonces en la dirección inversa, si la aplicación en ambas direcciones es posible. Antes de cambiar de dirección el cero tiene que ser determinada de nuevo. Si el receptor de carga consta de varias secciones, la prueba se aplicará a cada sección.


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Ensayo de Excentricidad A menos que se especifique lo contrario, se debe aplicar una carga correspondiente a 1/3 de la capacidad máxima. En un instrumento con un receptor de carga con n puntos de soporte, n>4, se debe aplicar una carga de prueba equivalente a la fracción 1/(n-1) de la capacidad máxima en cada punto de apoyo En un instrumento con un receptor de carga sujeto a un mínimo de carga fuera del centro (por ejemplo, tanque, tolva, etc) se debe aplicar una carga de prueba correspondiente a 1/10 de la capacidad máxima en cada punto de apoyo.


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Ensayo de repetibilidad Para la homologación de tipo se lleva a cabo dos series de pesadas, uno con una carga de aproximadamente 50% y uno con una carga de cerca de 100% de Max. Para los instrumentos con Máx menos de 1 000 kg cada serie se compondrá de 10 pesajes. En otros casos, cada serie se compondrá de un mínimo de 3 pesajes. Las lecturas se registran cuando el instrumento está cargado y cuando el instrumento sin carga ha llegado a descansar entre pesajes. En el caso de una desviación cero entre los pesajes, el instrumento debe ser puesto a cero, sin determinar el error en cero. La posición del cero no necesita ser determinada entre los pesajes. Si el instrumento está provisto dispositivo de seteo acero automático de un dispositivo de seguimiento de cero automático, estos deben estar en funcionamiento durante el ensayo. Para la verificación de una serie de pesadas con aproximadamente 0,8 Max es suficiente. Tres pesajes en las clases III y IIII o seis pesadas de las clases I y II son necesarios.


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A.4.4.1 Ensayo de pesada (carga)

• Se aplica cargas de prueba desde cero hasta el Max, y similarmente se retira las cargas de prueba hasta cero. Cuando se determina el error se selecciona por lo menos 10 cargas de prueba diferentes, y para otros tipos de ensayos por lo menos 5. Las cargas de prueba seleccionados deben incluir Max, Min (Min siempre que Min ≥ 100 mg) y valores de o cerca a los cambies en los emp. • Durante el ensayo se debe tomar en cuenta que al cargar o descargar las pesas sea progresivo.


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A.4.4.5 Ensayo de pesada utilizando material de sustitución •

• • • • •

Se determina el número de sustituciones – Al probar los instrumentos en el lugar de uso (aplicación), en lugar de pesas patrón cualquier otra carga constante puede utilizarse, siempre que se utilicen pesos estándar de por lo menos 1/2 Max. – Si el error de repetibilidad no es superior a 0,3 e, la porción de pesos estándar puede ser reducida a 1/3 Max. – Si el error de repetibilidad no es superior a 0,2 e, esta porción se puede reducir a 1/5 Max. – El error de repetibilidad tiene que ser determinado con una carga (pesas o cualquier otra carga) de aproximadamente el valor donde se hace la sustitución, mediante la colocación de 3 veces en el receptor de carga. Aplique las cargas de prueba (pesas patrón) desde cero hasta la cantidad máxima de pesas patrón. Determine el error y retire las pesas de la balanza. Sustituya las pesas anteriores con material de sustitución hasta el mismo valor que se obtuvo con las pesas. Nuevamente coloque las pesas patrón en el plato de la balanza. Repita este procedimiento hasta el Max.

Video http://www.youtube.com/watch?v=n9Xrvlu58vg


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CÁLCULOS Excentricidad máxima, : Con los valores de lectura de la balanza en el ensayo de excentricidad seIencuentra la excentricidad máxima como sigue: Exc Max

= Lectura máxima – Lectura mínima 

Error en el ensayo de carga: Por cada punto verificado en el ensayo de carga se determina el error de la balanza en esos puntos de la siguiente manera: Error = Lectura de la balanza – Valor de la carga de prueba

Error máximo de repetibilidad: Con los valores de lectura de la balanza en el ensayo de repetibilidad se encuentra el error máximo de repetibilidad de la siguiente manera: Error Máximo de Repetibilidad = Lectura máxima – Lectura Mínima

Histéresis Máxima: Con los valores de lectura de la balanza obtenidos en el ensayo de carga (siempre que se haya hecho asenso y descenso) se encuentra la histéresis de la balanza para cada punto verificado de la siguiente manera: Histéresis = (Lectura en Descensoi – Lectura en Ascensoi)Max


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e.m.p para excentricidad Las indicaciones de las diferentes posiciones de una carga deben cumplir con los errores máximos permitidos. e.m.p para carga Las indicaciones para cada carga debe cumplir con los errores máximos permitidos.

e.m.p. para repetibilidad La diferencia entre los resultados de varias pesadas de la misma carga no debe ser mayor que el valor absoluto del error máximo permitido del instrumento para esa carga.


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INCERTIDUMBRE EN CALIBRACION DE BALANZAS


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Modelo Matemático L  m p   Re solución  L  Excentricidad  Histéresis  Lectura de Cero L  Lectura de la balanza m p  Valor de la masa convencional de la masa patrón colocada en el plato de la balanza  Re solución  Corrección por resolución de la balanza L  Corrección sistemática de la balanza (error ) Excentricidad  Corrección por excentrici dad de la balanza Histéresis  Corrección por histéresis de la balanza Lectura de Cero  Corrección por Lectura de Cero 2

 f  2 uc ( y)     u( xi ) i 1  xi  N


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INCERTIDUMBRE COMBINADA 2 2 2 2 2 u c  u 2p  u Re  u  u  u  u solución Re petibilidad Excentricidad Histéresis Lectura de Cero


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LA CALIBRACIÓN DE UNA BALANZA ES EN FORMA DIRECTA FACTORES DE INFLUENCIA: 1.Patrones (pesas) 2.Resolución 3.Repetibilidad 4.Excentricidad 5.Histéresis 6.Lectura de cero

uP uResolución urepetibilidad uExcentricidad uHistéresis uLectura de cero


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Incertidumbre de los patrones (pesas) up Sea m1, m2, m3,…,mn, las masas utilizadas en la calibración de la balanza, cada una asociada a su incertidumbre de calibración u1, u2, u3,…,un,respectivamente. La incertidumbre de los patrones viene dada por

u p  u  u  u  ...  u 2 1

2 2

2 3

2 n


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La incertidumbre de cada masa se la puede obtener de dos maneras: 1.Si se utiliza el certificado de calibración de las pesas

U ui  k

Del certificado de calibración de la pesa Factor de cobertura = 2

2.Si se utiliza la clase de exactitud de las pesas

e.m. p ui  3


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 INCERTIDUMBRE POR RESOLUCION

Re solución uRe solución  2 3  INCERTIDUMBRE POR REPETIBILIDAD

u Re petibilidad   1 n 2    y  y  i n  1 i 1

Desviación estándar de los Datos del ensayo de repetibilidad


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INCERTIDUMBRE POR EXCENTRICIDAD

uExentricidad 

INCERTIDUMBRE POR HISTERESIS

uHistéresis 

Excentricidad Máxima  2 3

Histéresis Máxima  2 3

INCERTIDUMBRE POR LECTURA DE CERO

uLectura de Cero

Lectura de Cero  2 3


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INCERTIDUMBRE COMBINADA 2 2 2 2 2 u c  u 2p  u Re  u  u  u  u solución Re petibilidad Excentricidad Histéresis Lectura de Cero

INCERTIDUMBRE EXPANDIDA

U  2uc


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Presupuesto de Incertidumbre en la calibración de Balanzas Factores de Influencia

Ecuación

1.- Pesas

mN  C 3

2.- Resolución

3.- Repetibilidad

4.- Histéresis

5.- Excentricidad

6.- Lectura Cero

Cálculo

13 calibración de balanzas oiml  

Metrología, Calibración, Balanzas, SECalMet

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