Procedimiento
para la calibración de instrumentos
Los instrumentos sobre los cuales se trabajará principalmente en el presente curso son el Calibre Pies de Rey y Micrómetro de exteriores de dos contactos. Para ello realizamos un resumen de los procedimientos utilizados para la calibración de dichos instrumentos. Los procedimientos utilizados como referencia son los pertenecientes al Centro Español de Metrología (CEM), PROCEDIMIENTO DI-008 PARA LA CALIBRACIÓN DE PIES DE REY y PROCEDIMIENTO DI-005 PARA LA CALIBRACIÓN DE MICRÓMETROS DE EXTERIORES DE DOS CONTACTOS.
Calibres Pies de Rey
El proceso que describiremos puede utilizarse para la calibración de pies de rey de lectura analógica mediante nonio, los de reloj comparador y aquellos en los que la lectura se puede visualizar en una pantalla digital.
La resolución (división de escala) de los calibres pies de rey pueden ser de 0,1 mm (1/10 mm) y 0,05 mm (1/20 mm), y alcance (capacidad máxima de
medida) de 1000 mm, y los de 0,02 mm (1/50 mm) y 0,01 mm (1/100 mm), con alcance 500 mm.
La calibración se lleva a cabo mediante el uso de bloques patrones longitudinales. Dichos bloques patrón son de sección transversal rectangular de longitud nominal desde 0,5 mm a 300 mm, en las que dos de sus caras paralelas (o caras de medida) presentan un finísimo pulido especular que asegura excepcional paralelismo y planitud. Esto permite el pegado del bloque patrón a la superficie de referencia. El parámetro que más importante es la desviación al centro del bloque patrón (corrección) y su incertidumbre. Estos bloques pueden ser construidos de acero, carburo de tungsteno, cerámica y carburo de cromo (Croblox).
Los posibles errores que se pueden cometer cuando se mide con un pie de rey son:
Error de Abbe.
Error de alineamiento.
Error de cero.
A) Error de Abbe: Según establece el principio de Abbe “la máxima exactitud puede obtenerse únicamente cuando el patrón está en línea con el eje de la pieza que se está midiendo”.
En el caso del pie de rey, el eje de la escala del instrumento y el eje de la pieza que se mide no son coincidentes (ver fig. 6), y si existe cierta holgura de la boca móvil respecto de la regla podríamos tener un error de Abbe (la regla y la boca móvil deberían mantenerse siempre a 90º).
Este error podrá comprobarse si en las medidas repetidas que efectuaremos sobre bloques patrón en la calibración vamos modificando la posición del mismo a lo largo de la longitud de las bocas, siempre y cuando la resolución del instrumento lo permita.
B) Error de alineamiento: Se puede presentar cuando se mida con el pie de rey y no tenemos la precaución de alinear correctamente la pieza a medir respecto del eje de la escala del instrumento. Este error se podría reducir poniendo cuidado a la hora de efectuar las medidas.
C) Error de cero: Este error se puede presentar cuando intentamos hacer cero con el instrumento, es decir, cuando cerramos las bocas de medida. Se podrá comprobar en la calibración del instrumento efectuando medidas repetidas consecutivas sobre el cero. Los pies de rey digitales suelen disponer de un botón de puesta a cero.
Para comprobar el posible desgaste de las bocas de medida se podrá utilizar un proyector de perfiles o bien examinando el pie de rey con las bocas cerradas a contraluz.
El conocimiento de la temperatura ambiente es de importancia en la calibración. Para ello es recomendable contar con un temómetro, de resolución igual o inferior a 0,5 °C, situado próximo a la zona de medida. Es aconsejable que la incertidumbre de medida sea igual o mejor de 0,5 °C para k = 2
Es aconsejable también disponer de una mesa de planitud adecuada para situar los bloques patrón y realizar sobre ella la calibración propiamente dicha.
Se dispondrá de todo lo necesario para la adecuada limpieza de los patrones e instrumentos que puedan intervenir en la calibración, disponiéndose de paños y tejidos suaves que no suelten fibras y un líquido adecuado (p.ej. mezcla de alcohol y éter dietílico al 50 %). Para no tener que tocar los bloques con los dedos se recomienda utilizar guantes y pinzas de madera.
Operaciones previas
Identificar perfectamente el instrumento. El calibre pie de rey debe ser identificado con MARCA, MODELO y NÚMERO DE SERIE. El más importante de estos datos es el Número de Serie y en el caso de que no exista, se procederá a la identificación del instrumento, por ejemplo, mediante una etiqueta fuertemente adherida, de manera que no exista duda alguna en cuanto a la correspondencia entre el equipo calibrado y el Certificado emitido.
Recinto acondicionado con una temperatura que se mantenga en (20 ± 2) °C.
Preparar el conjunto de patrones que van a ser utilizados, llimpiándolos cuidadosamente mediante paños y tejidos suaves, que no suelten fibras, y utilizando un producto adecuado.
Situar el instrumento y los bloques patrones en el lugar donde se realizará la calibración y dejar estabilizar al menos 1 hora. Los bloques patrón se deberán manipular con pinzas (preferiblemente de madera) o guantes, para evitar en lo posible la transmisión de calor.
Comprobar el estado del calibre y correcto funcionamiento (golpes, legibilidad, desgaste sufridos por las bocas de medida, etc.)
Se define los valores para realizar el proceso de calibración los cuales podrán ser entre 5 y 10 longitudes con las que pueda cubrirse el campo de medida del instrumento, repartidas de forma aproximadamente equidistante entre sí. La cantidad de valores puede definirse según la tabla siguiente:
RESOLUCIÓN
(“división de escala”) Puntos de Calibración
0,01 mm y 0,02 mm 10
0,05 mm y 0,1 mm entre 5 y 10
Las longitudes podrán conseguirse mediante adherencia de bloques, pero evitando que estos sean más de cuatro.
En un punto elegido al azar, realizar 10 medidas repetidas con el fin de determinar su repetibilidad.
Toma de datos
Una vez observados todos los pasos antes mencionados, realizar las mediciones en los puntos previamente definidos y luego se construir dos tablas de la siguiente forma (se toma un ejemplo numérico para realizar los cálculos):
Diez repeticiones en un punto
Donde el promedio se calcula como:
La corrección C será: Y la Desviación estándar:
Por otro lado, se determin el error por alinealidad según se puede observar en la siguiente tabla, tomado como referencia para ello la resta ideal.
El máximo desvio para nuestro caso es:
Cálculo de incertidumbres
Para la estimación y cálculo de las incertidumbres se tendrán en cuenta solo cuatro contribuciones las cuales las separaremos en dos grupos.
Contribución a al incertidumbre debido a la Referencia o sistema de calibración: Para este caso solo se tendrá en cuenta la incertidumbre de cada bloque utilizado para la calibración. Los datos de devio e incertidumbre se obtiene del certificado de calibración de las galgas patrón y para el caso del ensayo del ejemplo numerico los datos son:
A esta contribución la simbolizamos con µp
Contribuciones a al incertidumbre debido a características del instrumento: Para el caso de las contribuciones que se le pueden asignar al instrumento tomamos dos tipo.
TIPO A:
Debida a la repetibilidad del instrumento, que se estima con la desviación estandar esperimental calculada como:
TIPO B:
Debida a la resolución, la división de escala del nonio es la resolución del instrumento; en instrumentos digitales es el último dígito significativo. Suponiendo una distribución rectangular de semiamplitud res/2, la incertidumbre típica será:
Debida a la alinealidad, Tomando como curva de referencia la recta ideal se calcula un amplitud máxima de 0,01 mm. Suponiendo una distribución rectangular de semiamplitud res/2, la incertidumbre típica será:
Incertidumbre combinada
La expresión para la incertidumbre típica combinada µc es:
Tomando como elemplo el primer valor de calibración, calculamos la incertidumbre combinada:
Repetimos este mismo calculo para le resto de los puntos variando solamente la cotribución devida al bloque patrón utilizado.
Para el calibre pie de rey se obtiene una tabla de corecciones y una incertidumbre de calibración asociada o una incertidumbre única de calibración, tomando como incertidumbre la máxima de las obtenidas en la calibración
En el Certificado de Calibración, además de declarar la incertidumbre expandida, se especificará el valor del factor de cobertura k utilizado.
Referencias:
- IRMA 301 - ISO/IEC 17025: Requisitos generales para la competencia de los laboratorios de ensayo y de calibración (Cuarta edición 2005-09-05). - IRAM 35050:2001, Estadística. Procedimientos para la evaluación de la
incertidumbre de la medición (adopción idéntica de la edición 1993 del GUM – Guide to the Expression of Uncertainty.
- Procedimiento di-008 para la calibración de pies de rey – CEM (Edición digital 1).
- Procedimiento di-005 para la calibración de micrómetros de exteriores de dos contactos – CEM (Edición digital 1).
