Metrologia

De Viquipèdia
Dreceres ràpides: navegació, cerca

La metrologia és la branca de la ciència i de la tècnica dedicada a la definició dels patrons de mesura i a la determinació dels fenòmens físics que els fonamenten.

En el Sistema Internacional d'Unitats (SI) es consideren fonamentals les unitats de: longitud, massa, temps, intensitat de corrent, temperatura, intensitat lluminosa i quantitat de matèria. La resta d'unitats es poden considerar derivades de les fonamentals.

Introducció[modifica | modifica el codi]

La metrologia es defineix per l'Oficina Internacional de Pesos i Mesures (BIPM) com "la ciència de la mesura, que abasta tant les determinacions experimentals com les teòriques a qualsevol nivell d'incertesa en qualsevol camp de la ciència i la tecnologia La metrologia es pot referir a molts camps diferents i per cada camp d’aquests té una aplicació:

  • Metrologia científica: està adreçada als sistemes de quantitat, a l’establiment d’unitats de mesura, al desenvolupament de mètodes de mesura, a la creació d'uns estàndards de mesura i a la transferència de la informació sobre aquests estàndards a la societat en general.
  • Técnica industrial: es refereix a l’aplicació de la ciència de la mesura en processos de producció industrials i del seu ús en la societat, per exemple el calibratge dels instruments de mesura i el control de la seva qualitat.
  • Metrologia legal: estableix les normatives que requereixen tant les mesures com les eines de mesura per a la protecció de la salut, de la seguretat publica, del medi ambient,...

Desenvolupament històric[modifica | modifica el codi]

La metrologia ha existit en alguna forma o una altra des de l'antiguitat. Les formes més primerenques de la metrologia no eren més que uns estàndards arbitraris que havien estat establerts per les autoritats regionals o locals i que sovint, estaven basades en mesures pràctiques, com la longitud d'un braç. Els primers exemples d'aquestes mesures estandarditzades són la longitud, el temps i el pes. Aquests estàndards es van establir amb la finalitat de facilitar el comerç i per poder enregistrar les activitats desenvolupades per l’ésser humà. Fins a la revolució científica ni els químics ni els físics van fer progressos rellevants en la matèria de la metrologia. Amb els avenços en les ciències, la comparació de resultats experimentals amb els teòrics van requerir un sistema racional d'unitats, que no va ser possible fins que no va arribar la metrologia moderna. Aquests avenços van fer possible l’avenç en el camp dels àtoms, de l'electricitat o de la termodinàmica. La metrologia va ser, així, una de les precursores de la Revolució Industrial, i era necessària per a l'execució de la producció en massa , els equips en comú i les línies de muntatge. La metrologia moderna té les seves arrels en la Revolució Francesa, amb la motivació política per harmonitzar totes les unitats a França i el concepte d'establiment d'unitats de mesura basades en les constants de la naturalesa, i amb que les unitats de mesura fossin disponibles "per a totes les persones, de tots els temps". En aquest cas, es deriven una unitat de longitud de les dimensions de la Terra, i una unitat de massa d'un cub d'aigua. El resultat van ser els estàndards de platí per al metro i el quilogram que es van establir com la base del sistema mètric el 22 de juny de 1799. Això a més va portar a la creació del Sistema Internacional d'Unitats . Aquest sistema ha aconseguit una acceptació sense precedents a tot el món com a les definicions i estàndards bàsics de les unitats de mesura modernes. Encara que no és el sistema d'unitats oficial de totes les nacions, les definicions i especificacions de la SI són globalment acceptats i reconegudes. El SI es manté sota els auspicis de la Convenció del Metro i de les seves institucions, la Conferència General de Pesos i Mesures, o CGPM, la seva branca executiva del Comitè Internacional de Pesos i Mesures, o CIPM, i el seu òrgan tècnic de l'Oficina Internacional de Pesos i mesures, o la BIPM.


Traçabilitat metrològica[modifica | modifica el codi]

Un concepte central en matèria de metrologia és la traçabilitat metrològica, [5] definida pel BIPM com "la propietat del resultat d'una mesura o el valor d'un estàndard tal que pugui estar relacionat a referències establertes, generalment patrons nacionals o internacionals, a través d'una ininterrompuda cadena de comparacions, totes elles amb incerteses establertes." El nivell de traçabilitat estableix el nivell de comparabilitat de la mesura: si el resultat d'una mesura pot ser comparada amb l'anterior, un resultat de la mesura de fa un any, o el resultat d'una mesura duta a terme arreu del món. La traçabilitat s’obté sovint mitjançant la calibració, s'estableix la relació entre la indicació d'un instrument de mesura i el valor d'un patró de mesura (estàndard). Aquests estàndards solen ser coordinats pels instituts nacionals de metrologia: Institut Nacional d'Estàndards i Tecnologia , Laboratori Nacional de Física, Regne Unit, Physikalisch-Technische Bundesanstalt, etc.

Traçabilitat, exactitud, precisió, biaix sistemàtic, l'avaluació de la incertesa del mesurament són parts fonamentals de la gestió de qualitat d’un sistema.


Conceptes bàsics[modifica | modifica el codi]

Eina de mesura
  • Els errors poden realitzar mesures i recomptes incorrectes. Encara que no hi hagi errors, gairebé totes les mesures són encara inexactes. El terme 'error' es reserva per a la inexactitud, també anomenada la incertesa de mesura. Entre les poques mesures exactes hi han:
  • L'absència de la quantitat que es mesura, com un voltímetre amb els seus cables en curtcircuit: l’aparell hauria d’indicar exactament zero.
  • Mesura d'una constant acceptada sota condicions de qualificació, com el punt triple de l'aigua pura: el termòmetre hauria de llegir 273,16 kelvin (0,01 graus Celsius, 32,018 graus Fahrenheit) quan els equips qualificats s'utilitzen correctament.
  • Autocontrol relació mesures mètriques, com un potenciòmetre : la relació entre els passos s’ajusta i es comprova de manera independent per tal d’evitar una inexactitud influent.

Totes les altres mesures o bé han de ser revisades per ser prou correctes o deixades a l'atzar. La metrologia és la ciència que corregeix situacions específiques de mesura. La distinció precisa entre l'error de mesura i els errors no està establerta i varia segons el país. Els estudis de repetibilitat i reproductibilitat ajuden a quantificar la precisió: un mètode comú és un mesurador de ANOVA R&R d'estudi. El calibratge és el procés on la metrologia s'aplica als equips de mesura i els processos per garantir la conformitat amb un estàndard de mesura conegut, generalment atribuïble a una junta nacional de les normes.

Els laboratoris de metrologia són llocs on es du a terme tant feina relativa a metrologia com feina de calibratge. Els laboratoris de calibratge, en canvi, només s’especialitzen en aquest àmbit. Tant els laboratoris de metrologia com els de calibratge han d'aïllar el lloc de treball de possibles influències que puguin afectar als valors obtinguts per als projectes que tinguin entre mans. Temperatura, humitat, vibracions, subministrament d'energia elèctrica, l'energia radiada així com altres múltiples influències externes han de ser controlades sovint. En general, el que resulta més perjudicial en l'obtenció de qualsevol valor durant el procés de la metrologia són els canvis i/o inestabilitats que pugui experimentar el sistema. El procés de metrologia i calibratge que s’ha descrit anteriorment va sempre acompanyat de la seva corresponent documentació. La documentació es pot dividir en dos tipus: una relacionada amb la tasca i l'altra relacionada amb el programa administratiu. La documentació de treball inclou els procediments de calibratge i les dades recollides. La documentació del programa d'administració inclou dades d'identificació de l'equip, els certificats de calibratge, la informació sobre l'interval de calibratge i les notificacions de " fora de tolerància ". Els programes d'administració proporcionen la normalització del treball de metrologia i calibratge i fan possible verificar, de manera independent, que la feina es va dur a terme. En general, el programa administratiu és específic de l'organització que realitza el projecte i està adreçat a cobrir les necessitats i exigències del client.

Estàndards[modifica | modifica el codi]

Prototipus històric del estàndard del metre

Els estàndards són objectes o idees que han estat designats com autoritaris, per alguna raó acceptada. Sigui quin sigui el valor que tenen és útil per a la comparació amb incògnites amb el propòsit d'establir o confirmar un valor assignat que es basa en l'estàndard. El disseny d'aquest procés de comparació de mesures és la metrologia. L'execució de les comparacions de mesures amb el propòsit d'establir la relació entre un estàndard i algun altre dispositiu de mesura és el calibratge.

Estàndards específics per a la indústria

A més dels estàndards creats per les organitzacions nacionals i internacionals d’estàndards, moltes empreses industrials grans i petites també es defineixen estàndards i procediments de metrologia propis, per tal de satisfer les seves necessitats particulars de fabricació d’una manera tècnica i econòmicament competitiva. Aquestes normes i procediments es basen en els estàndards nacionals i internacionals però estan més enfocats cap a l’activitat productiva, considerant la maquinària que s’utilitza i el nombre de vegades que és necessari emprar-la. D’aquesta manera, aquests estàndards específics per a la indústria suposen la base d'un correcte control del procés de fabricació i de les especificacions del producte. En matèria de metrologia industrial, hi ha diverses qüestions, més enllà de la precisió, que limiten l'ús dels mètodes de metrologia. Aquests inclouen:

  • La velocitat amb que es poden realitzar les mesures sobre les peces o superfícies durant el procés de fabricació, que ha de coincidir amb el temps Takt de la línia de producció (temps de cicle).
  • La capacitat que es té de complir amb la perfecció en la mesura de la peça fabricada, segons figura en l’alta definició de metrologia,
  • La capacitat del mecanisme de mesura per operar de manera fiable en un entorn de la planta de fabricació tenint en compte la temperatura, vibracions, pols, i una sèrie d'altres factors hostils potencials,
  • La capacitat dels resultats del mesurament, tal com es presenten, per poder ser assimilats pels operadors de fabricació o d'automatització a temps per tal de controlar eficaçment les variables del procés de fabricació, i
  • El cost financer total de la mesura de cada peça.

Vegeu també[modifica | modifica el codi]

A Wikimedia Commons hi ha contingut multimèdia relatiu a: Metrologia