La Organización Internacional de Metrología Legal (OIML) es el forum internacional de la reglamentación metrológica obligatoria. Según la recomendación R 111 [1] de la OIML, las pesas usadas en operaciones comerciales deben estar sujetas a los controles metrológicos del Estado. Estos controles pueden, dependiendo de la legislación nacional, comprender uno o más de los siguientes: aprobación de modelo, calibración o verificación inicial, calibración o verificación posterior. Cabe al fabricante de estas pesas o a su representante autorizado someter un modelo al Servicio de Metrología Legal, a fin de que este Servicio determine su conformidad con los requisitos obligatorios. El objetivo de este trabajo es presentar como son realizados los principales controles metrológicos a las pesas, a través de los ensayos de magnetismo, densidad, rugosidad superficial y masa convencional, así como algunos resultados experimentales para pesas de clase F2, relacionados con esta comprobación metrológica, según los requisitos de la recomendación R 111 de la OIML, que es el documento básico para la elaboración de los reglamentos técnicos nacionales, en función de que Brasil es un país miembro de la OIML.
INTRODUCCIÓN
En el Vocabulario Internacional de Términos Generales y Fundamentales de Metrología (VIM) [2], un
Patrón, es, una medida materializada, un instrumento de medir o un sistema de medición destinado a definir, realizar, conservar o reproducir una unidad o un de los varios valores conocidos de una magnitud a fin de transmitirlos por comparación, a otros instrumentos de medición. El patrón debe poseer las más altas cualidades metrológicas en un campo específico. Un Patrón Nacional, a su vez, es un patrón reconocido por una decisión nacional oficial en un país para servir de base en el establecimiento de los valores de todos los demás patrones de la magnitud a que se refiere.
Con el desarrollo tecnológico, cada vez mas aumentan las exigencias en términos de conocer y mejorar la incertidumbre de los instrumentos y patrones de medición, característica esta que es asegurada por la calificación de los instrumentos y patrones, operación esta denominada Calibración.
Actualmente se puede caracterizar importantes tareas técnicas/científicas que se fundamentan en los resultados de una calibración, como por ejemplo la caracterización de los errores de naturaleza
sistemática y aleatoria, buscando determinar si el instrumento de medición o patrón, está en conformidad con una norma, especificación legal o una tolerancia definida para el producto medido, y consecuentemente la emisión de un certificado. Efectuada periódicamente, garantizara la confiabilidad de los resultados de la medición y asegurará la correlación a los patrones nacionales e internacionales;
Según la recomendación R 111 [1] de la OIML, considerada como el foro internacional de reglamentación metrológica reguladora, las pesas usadas en operaciones comerciales deben estar sujetas a los controles metrológicos del Estado. Estos controles pueden, dependiendo de la legislación nacional, comprender uno o mas de los siguientes temas: Aprobación de modelo, calibración o verificación inicial, calibración y/o verificación posterior. Queda a los fabricantes de estas masas o su representante autorizado someter un de estas masas manufacturadas al Servicio de Metrología Legal, a fin de que este Servicio garantice su conformidad a los requisitos obligatorios.
La Recomendación OIML R 111 contiene las principales características físicas y los requisitos
metrológicos para las pesas que son usadas en la verificación de los instrumentos de pesar, en la verificación de pesas de una clase de exactitud inferior y para aquellas que son usadas en conjunto con los instrumentos de pesaje, cuyos valores nominales sean superiores a 1 mg, en las clases de exactitud E1, E2, F1, F2, M1, M2 e M3.
El objetivo de este trabajo es presentar como son realizados los principales controles metrológicos sobre las masas patrón, a través de las pruebas de magnetismo, densidad, rugosidad superficial y masa, así como algunos resultados experimentales de masas patrón clase F2, relacionados a esta comprobación metrológica, según los requisitos de recomendación R 111 de la OIML, que es el documento básico para la elaboración de los reglamentos técnicos nacionales, en función de que Brasil es un país miembro de la OIML.
2. CUERPO PRINCIPAL DEL TRABAJO
2.1 – Terminología
La terminología usada en este trabajo buscó estar en conformidad con los siguientes documentos: la Recomendación R 111 da OIML [1], el "Vocabulario de Términos Fundamentales y Generales de Metrología" (VIM) [2], con el Vocabulario de Metrología Legal (VIM Legal) [3], y con la Recomendación D 20 de la OIML [4].
2.1.1. Calibración:
Es un conjunto de operaciones que establece en condiciones específicas, la relación entre valores de magnitudes indicadas por un instrumento de medición o un sistema de medición, o valores representados por una medida materializada o un material de referencia, y los valores correspondientes realizados por patrones. Para medidas materializadas a través de elementos físicos como masas patrón, bloques patrón de longitud y anillos patrón, la calibración envuelve la determinación del valor efectivo de estos elementos.
2.1.2. Verificación:
Conjunto de operaciones, comprendiendo el examen, la marcación, la selladura y la emisión de un certificado, y que constate que el instrumento de
medición o la medida materializada satisfaga a las exigencias reglamentarias.
2.1.3. Patrón de Verificación:
Un patrón que es usado como parte de un proceso de control estadístico para proveer una "verificación" en el proceso y patrón para garantizar que los patrones, resultados de mediciones y sus procesos de medición están dentro de los limites estadísticos aceptables.
2.1.4. Pesa:
Una medida materializada de masa, reglamentada en relación a sus características físicas y metrológicas: forma, dimensión y material, calidad de la superficie, valor nominal, y error máximo permitido.
2.1.5. Masa Convencional:
Valor convencional del resultado del pesaje en el aire, de acuerdo con la Recomendación Internacional OIML R 33. Para una pesa tomada a 20°C, la masa convencional es la masa de una pesa de referencia con una densidad de 8000 kg/m3, que la equilibra en el aire con una densidad de 1,2 kg/m3. También se le conoce como valor convencional de la masa.
2.1.6. Error máximo permitido:
Diferencia máxima positiva o negativa, permitida a través de un reglamento, entre la indicación de un instrumento y el valor verdadero correspondiente, cuando determinado por medio de masas patrón de referencia.
2.1.7. Clase de exactitud:
Designación dada a una clase de masas o de una colección de masas que atienden a ciertos requisitos metrológicos destinados a mantener los errores dentro de ciertos límites.
2.1.8. Patrones de masa de la clase F2:
Patrones de masa destinados a ser usados en las verificaciones iniciales de los patrones de masa de la clase M1, posiblemente, patrones de masa de la clase M2, destinados a ser usados en importantes transacciones comerciales (por ejemplo, oro y piedras preciosas) en los instrumentos de pesaje de
la clase de exactitud II y atender todos los requisitos para los patrones de masa de la clase F2.
2.1.9. Densidad de un cuerpo:
El cociente entre la masa dividida por el volumen dada por la fórmula
Vm=ρ
2.1.10. Magnetismo:
Es la propiedad de atraer magnéticamente otro cuerpo. El Error magnético es una fuerza vertical FZ que tiene origen magnético pero que puede ser mal interpretada como una fuerza producida por una masa F / g.
2.1.11. Rugosidad Superficial:
Es el conjunto de irregularidades, esto es, pequeñas crestas y valles que caracterizan una superficie. Esas irregularidades pueden ser evaluadas con instrumentos electrónicos, como por ejemplo un Rugosimetro.
2.1.12. Modelo:
Un modelo definido de masas o de colección de masas con los cuales está en conformidad.
2.1.13. Aprobación Técnica de modelo:
Examen del modelo de un instrumento de medición o medida materializada con vistas a su aprobación; este examen es hecho a través del estudio de la documentación, inspección visual y ensayos en uno o mas ejemplares del modelo.
2.1.14. Aprobación de modelo:
Decisión reconociendo que el modelo de un instrumento de medición o medida materializada satisface a las exigencias reglamentarias.
2.1.15. Parámetro de rugosidad u parámetro R (Ra ou Rz):
2.2 – Procedimientos de ensayos
Los procedimientos aquí presentados son las metodologías aceptas en la Recomendación R 111 [1] para determinación de la masa convencional y de las propiedades de las masas de la clase F2.
Ellos se aplican a una masa individual o a un conjunto entero de masas. Los ensayos de calificación de las masas deben ser realizados en la siguiente orden:
Análisis de la documentación y Inspección Visual;
Limpieza de las pesas;
Ensayo de la Rugosidad Superficial;
Ensayo de Magnetismo;
Ensayo de la Densidad;
Calibración de la Masa Convencional.
2.2.1. Análisis de la Documentación e Inspección Visual:
El análisis de la documentación incluye las fotografías necesarias, los diseños y las especificaciones técnicas relevantes, para asegurar su exactitud. Examinar la apariencia física de las pesas y del estuche para asegurar la conformidad con su documentación.
2.2.2. Limpieza de las masas:
Si las pesas tuvieron que ser limpiadas, este procedimiento debe ser hecho antes de cualquier ensayo, pues la limpieza de las pesas puede modificar el valor de las mismas. Las pesas deben ser manipuladas y almacenadas de modo que permanezcan limpias. Antes de la calibración se debe retirar el polvo que pueda contener las pesas a través de un flujo de aire (no usar gas comprimido). La limpieza no deberá remover cantidad alguna de material de las pesas. Si la limpieza fue hecha con solventes, las pesas necesitarán de un tiempo para estabilización. Estos tiempos son presentados en las Tablas B.1 y B.2 de la Recomendación R 111.
2.2.3. Ensayo de la Rugosidad Superficial:
La estabilidad de la masa de un patrón de masa es altamente dependiente de la estructura de su superficie. Una superficie lisa tiene un área eficaz
menor y colecta menos "suciedad" que una superficie rugosa. Una vez que la superficie sea contaminada la superficie lisa es mas fácil de limpiar. Se puede, por tanto, esperar que un patrón de masa con una superficie lisa sea más estable que un patrón de masa con una superficie rugosa; siempre que las otras características permanecen iguales. También es importante que la superficie del patrón de masa este limpia durante la evaluación de la rugosidad de la superficie.
La evaluación de la rugosidad de un patrón de masa es realizada primero por inspección visual; no para los patrones de masa de las clases E y F, la evaluación también puede ser hecha por comparación contra patrones de rugosidad, utilizando un instrumento de aguja o a través de un medidor electro-mecánico denominado Rugosímetro. La rugosidad de una superficie es caracterizada a través de diferentes parámetros de rugosidad. Cada parámetro describe una característica, que es importante para una función específica.
2.2.4. Ensayo de Magnetismo:
La magnetización de un patrón de masa puede ser estimada a partir de una medición, hecha por intermedio de un Gaussímetro, del campo magnético próximo a la pesa, y esto debe ser efectuado para los patrones de masa de todas las clases de exactitud.
El Sistema de medición es compuesto por un Gaussímetro (del tipo con sensores de Hall o Magnetómetros con Fluxímetros); por un ambiente bien iluminado; por guantes de laboratorio y por hojas sin fibras de algodón. El procedimiento completo para la realización de los ensayos se encuentran descritos en los apartados B.6.2.3 ; B.6.4.5 ; B.6.5.5 e B.6.6.4 de la Recomendación R.
2.2.5. Ensayo de la Densidad:
El ítem B.7 de la Recomendación R 111 presenta en la Tabla B.4 la descripción completa de seis metodologías para la determinación de la densidad de las masas. Para pesas patrón clase F2 es recomendada la metodología código F, adonde la estimación de la densidad esta basada en la composición conocida de la aleación a partir de la cual la pesa es fabricada, donde el valor exacto de la densidad depende de la proporción relativa de los constituyentes de cada aleación. Los valores típicos de la densidad son presentados en la Tabla B.8 de la recomendación R 111.
2.2.6. Calibración de la Masa Convencional:
La calibración de las pesas patrón puede ser realizada a través de dos metodologías:
1. El Método de Comparación Directa;
2. El Método de la Pesaje de subdivisiones.
Por intermedio de estos métodos, tres diferentes ciclos de pesaje son realizados, y todos ellos son formas de pesaje por substitución, destinados al uso de balanzas con un único plato. Las condiciones ambientales (descritas en la Tabla C.1) y las características metrológicas de los instrumentos de pesaje (resolución, linealidad, repetibilidad y excentricidad) usados en la calibración de las masas deben ser conocidas a priori, y deben tener exactitud e incertidumbre adecuadas .
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