|
PROCESO DE CALIBRACIÓN
para
DINAMOMETROS MECANICOS SCI M-02.02
Y
DINAMOMETROS ELECTRONICOS SCI M-02.03
1- OBJETO
El objeto del presente PROCESO DE CALIBRACIÓN es proporcionar a
los Laboratorios acreditados o a cualquier otro centro de medición que lo utilice, una
pauta para la calibración de los dinamómetros mecánicos y electrónicos que les permita
obtener resultados trazables y homogéneos.
Sin embargo, el cumplimiento de este proceso de calibración por parte
de los Laboratorios, debe entenderse en sentido amplio, atendiendo al diseño fundamental
de los procedimientos indicados más que a los detalles concretos y particulares.
2- CAMPO DE
APLICACIÓN
El presente PROCESO DE CALIBRACIÓN es de aplicación a DINAMÓMETROS
MECÁNICOS Y DINAMÓMETROS ELECTRÓNICOS numerados SCI M-02.02 y SCI M-02.03 en la
CLASIFICACIÓN DE INSTRUMENTOS DE METROLOGÍA DE MASA Y FUERZA del SISTEMA DE CALIBRACIÓN
INDUSTRIAL (SCI) del Ministerio de Industria, Comercio y Turismo [1].
Los dinamómetros considerados tendrán como sensor un elemento que
sufra deformaciones elásticas que se podrán medir por medios mecánicos o electrónicos,
según el tipo, directamente con una escala graduada en unidades de fuerza o a través de
una curva o ecuación de funcionamiento, que convierta las indicaciones del sensor en
medidas de fuerza. Este tipo de instrumentos podrán trabajar a tracción o compresión o
en ambos modos indistintamente.
En los dinamómetros mecánicos, el elemento sensor y el lector
estarán integrados físicamente en el cuerpo del instrumento.
Los dinamómetros electrónicos, en algunos casos podrán tener como
lector de las deformaciones elásticas del sensor, un dispositivo electrónico, que si
bien es independiente con unas características metrológicas propias, se considerará
como parte integrante del dinamómetro.
En este procedimiento también se consideran los instrumentos
electrónicos que tienen como sensor los elementos conocidos como células de carga, cuya
principal particularidad es su uso con salida en unidades de masa, pero que se destinen a
la medida de la fuerza como dinamómetros, para lo cual en su calibración hay que tener
en cuenta el valor de la aceleración de la gravedad.
Este procedimiento se puede utilizar para la calibración de
instrumentos con características metrológicas tales que se puedan agrupar en la clase 1
o inferiores según EN 10002-3.
3-
IDENTIFICACIÓN.
Para poder ser objeto de certificación oficial, los dinamómetros
deben de estar marcados, de forma permanente, los siguientes datos:
MARCA.
NÚMERO DE SERIE
siendo recomendable que incluyan además:
MODELO
CAMPO DE MEDIDA (UMBRAL Y ALCANCE)
DIVISION DE LA ESCALA O NÚMERO DE DIVISIONES
Si no existe número de serie ni identificación grabada suficiente, a
juicio del Laboratorio de Calibración, éste podrá exigir la grabación de un
identificador en el dinamómetro como requisito para la emisión del Certificado Oficial
de Calibración.
Es deseable que los dinamómetros, se presenten en un estuche apropiado
en el que deberán depositarse cuando no estén utilizándose.
4- PROCEDIMIENTO DE CALIBRACIÓN.
Antes de iniciar la calibración de un dinamómetro, debe realizarse
una inspección previa del estado general del instrumento, comprobando el buen estado de
los medios de transmisión de la fuerza propios del instrumento, que aseguren una correcta
aplicación de la fuerza a medir.
Será conveniente aplicar previamente al instrumento, tres veces la
fuerza correspondiente al alcance de medida.
La calibración debe de efectuarse en una sala de metrología con
temperatura controlada en 20 ± 1ºC.
4.1.- La calibración se efectúa midiendo simultáneamente el
instrumento a calibrar y un instrumento utilizado como patrón, y una fuerza generada por
un elemento auxiliar.
4.2.- Para la generación de la fuerza a medir se utilizará un
elemento auxiliar, del tipo con denominación MÁQUINA GENERADORA DE FUERZA SCI M-02.06,
según la CLASIFICACIÓN DE INSTRUMENTOS DE MASA Y FUERZA del SCI, que tenga las
siguientes características:
deberá permitir que se consiga una estabilidad de la fuerza generada
tal que una vez alcanzado un punto de calibración mantenga la indicación del instrumento
patrón sin ninguna variación, y que posibilite alcanzar el mismo punto en repeticiones.
deberá disponer de medios de sujeción tanto para el instrumento
patrón como para el instrumento a calibrar de forma que se asegure una aplicación en
serie de la fuerza a medir, con la debida axialidad, posibilitando el trabajo del
instrumento a calibrar tanto a tracción como a compresión si esto procede.
su estructura deberá tener una rigidez tal que en la generación de la
fuerza no se produzcan perturbaciones que puedan influir en la medida.
este tipo de máquinas son equipos especiales para la calibración de
dinamómetros con un elemento de transmisión de la fuerza entre los dos dinamómetros del
tipo de estribo autoalineable y una rigidez estructural similar a las máquinas patrón de
fuerza por suspensión de pesos muertos, con la única diferencia de que la generación no
se realiza por el peso muerto patrón sino por dispositivos mecánicos, eléctricos o
hidráulicos. No es recomendable utilizar una máquina de ensayos por no poder alcanzar
con ellas las características mencionadas, lo que lleva a una notable degradación de la
incertidumbre del dinamómetro a calibrar respecto a la del patrón, cuando la relación
entre ambas ya está muy ajustada.
4.3.- La incertidumbre del instrumento utilizado como patrón
será al menos 3 veces menor que la incertidumbre del instrumento a calibrar, esperada
según los resultados de una calibración anterior.
4.4.- En el caso en el que sea la primera calibración del
instrumento a calibrar la relación indicada en el punto anterior se establecerá con la
incertidumbre esperada deducida de indicaciones del fabricante o la que se estime como la
mínima necesaria para la función del instrumento. Si no existe imposición alguna para
la incertidumbre del instrumento a calibrar, la relación se podrá establecer
refiriéndose a la división de escala, o refiriéndose al error relativo máximo de
repetibilidad del instrumento a calibrar según EN 10002/3, en función de la clase
esperada. Cuando se considere la división de escala y esta se compare con una
incertidumbre del patrón expresada en forma relativa, habrá que referirla al alcance o
al punto de calibración más bajo en función de que la incertidumbre sea relativa
respecto del alcance o respecto de toda medida, respectivamente..
4.5.- Si para el instrumento patrón no se dispone de un valor
de incertidumbre pero si se dispone de los datos relativos a la incertidumbre del patrón
empleado en su calibración, y las medidas obtenidas en cada punto de calibración, se
realizará la estimación de su incertidumbre mediante el método que se expone en el
apartado 5 siguiente de este proceso, en todos sus modos de empleo, tracción y/o
compresión, y para todos sus tipos de ecuación característica de empleo cuando éstas
se usan por no disponer de indicaciones directas en unidades de fuerza.
Si además de no disponer para el instrumento patrón de un valor de su
incertidumbre, tampoco se tiene indicación de las medidas de calibración, pero si de una
clase de precisión según una norma, estas medidas se deberían solicitar del laboratorio
que realizó la calibración para aplicar lo dicho en el punto anterior 4.5, no siendo
recomendable ni aceptable salvo con justificaciones muy especiales, el recurrir a
soluciones substitutivas como podría ser asimilar los valores máximos de loes errores
relativos establecidos en la norma para la clase correspondiente a desviaciones típicas y
correcciones de calibración para componerlas cuadráticamente según la expresión del
apartado 5.5. siguiente. Al igual que en el punto anterior se realizará la estimación de
la incertidumbre en todos sus modos de empleo, y para todos sus tipos de ecuación
característica.
La calibración se realizará en un número de puntos de la escala del
instrumento a calibrar entre 5 y 10, siendo al menos 8 cuando haya que determinar
ecuaciones de ajuste, que se encuentren equidistantes en su campo.
Como caso general, el punto de calibración se fijará por la
indicación del instrumento patrón, deteniéndose la generalización de la fuerza cuando
se alcance para mantenerse estabilizada, para anotar la lectura indicada por el
instrumento a calibrar. Esto es necesario cuando hay que obtener una ecuación de ajuste,
cuando es el patrón el que tiene que trabajar con ecuación de ajuste que da para una
fuerza determinada la indicación en su unidad diferente o cuando se quiere asignar una
clase según la norma EN 10002/3. Cuando el instrumento a calibrar y el patrón indican
unidades de fuerza se podría fijar el punto de calibración con el instrumento a calibrar
anotando la lectura del instrumento patrón.
Los puntos de calibración se alcanzarán en series crecientes y
decrecientes.
Al principio de cada serie creciente se ajustará el cero y al
descargar el instrumento al final de una serie creciente o decreciente se anotará la
lectura del mismo.
El número de series será en total de al menos 6, es decir para cada
punto de calibración se tendrán al menos 6 reiteraciones. Para poder asignar clase
según la norma EN 10002/3, entre las series tendrá que haber un mínimo 2 series
crecientes seguidas sin alterar el instrumento y 2 parejas de series creciente -
decrecientes.
Después de cada 2 series de cargas el instrumento a calibrar se
girará alrededor de su eje al menos en tres posiciones uniformemente repartidas sobre
360º (p.e. 0º, 120º y 240º, y si no fuera posible 0º, 180º y 360º).
Esta calibración se realizará para cada uno de los modos de trabajo
del instrumento a calibrar, en tracción, en compresión, o en el que proceda solamente.
Las indicaciones del instrumento a calibrar y del patrón podrán
disponerse en tablas, similares a las que se utilizan en el ejemplo expuesto en este
proceso.
5- RESULTADOS
DE LA CALIBRACIÓN
El método descrito en este proceso de calibración corresponde al
método de calibración de un instrumento de medidas absolutas con campo de medida
continuo, mediante la medida simultánea con otro instrumento que se considera como
patrón, siendo posible repetir el mismo punto de calibración, que se fija con el
instrumento patrón.
A continuación se describen los parámetros que hay que determinar
para cada modo de trabajo (tracción y/o compresión) a partir de las medidas obtenidas en
la calibración para la obtención de los resultados.
5.1.- Se obtiene la media en cada punto de calibración para las
 indicaciones del instrumento a calibrar 
5.2.- Cuando las indicaciones del instrumento no son en unidades
de fuerza, es necesario determinar una ecuación que permita obtener valores de fuerza
para esas indicaciones del instrumento, que denominaremos ecuación de funcionamiento
directo, que permite el uso normal del dinamómetro como instrumento de medida de fuerza y
que será una función F del tipo:
Y = F (X)
Para obtener esta ecuación, se realiza un ajuste lineal, cuadrático o
cúbico, sobre las parejas de puntos X, Y, formadas por los valores de las medias  como las X y los valores del patrón  como las
Y en todos los puntos de calibración.
5.2.1.- Con esta curva se calculan los valores ajustados  para cada una de las medidas obtenidas en cada
uno de los puntos de calibración.
5.2.2.- Se obtiene la media en cada punto de calibración para las
indicaciones ajustadas del instrumento a calibrar 
5.3.- Se obtiene la desviación típica en cada punto de
calibración para las indicaciones del instrumento a calibrar.
donde  en el caso de que el dinamómetro
proporcione indicaciones directas en unidades de fuerza sin necesidad de recurrir al
empleo de una ecuación de funcionamiento.
5.4.- Se obtiene la corrección de calibración en cada punto,
respecto de la indicación del patrón, valor nominal 
5.5.-Se obtiene la incertidumbre de medida del instrumento a
calibrar en cada punto de calibración para factor de incertidumbre k=2 y n=1 medida
prevista en la utilización del instrumento, teniendo en cuenta la incertidumbre del
patrón en cada punto  certificada para un
k=2
con w que es un factor corrector de  cuando  según la tabla siguiente del documento 19 de
1990 de WECC: "Guidelines for the Expression of Uncertainty of Measurement in
Calibrations "
nc |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 y 7 |
8 y 9 |
³ 10 |
w |
7 |
2,3 |
1,7 |
1,4 |
1,3 |
1,2 |
1 |
5.6.-Se le asigna una incertidumbre para toda su escala, como la
máxima que se obtenga en cualquiera de los puntos de calibración
I = ( Ii ) máx.
que se puede expresar como relativa respecto del alcance C del
instrumento, en %
100 . 
como relativa respecto del nominal  en cada punto, en %
5.7.- Cuando un dinamómetro que no indique las medidas en
unidades de fuerza tenga que trabajar con una ecuación de funcionamiento que dé la
indicación correspondiente a una fuerza determinada, que se denominará ecuación de
funcionamiento inversa, ya que con esta ecuación sola no sería posible de forma directa
medir fuerzas aplicadas al instrumento, pero que es la que se emplea en la clasificación
de dinamómetros según la norma EN 10002/3, y que además es la inversa de la obtenida en
el apartado 5.2, será necesario determinar una función G del tipo:
Y = G (X)
Para obtener esta ecuación, se realiza un ajuste inverso al realizado
en el apartado 5.2., del tipo lineal, cuadrático o cúbico, sobre las parejas de puntos
X, Y formadas por los valores del patrón  como las X y los
valores de las medias  como las Y en todos los puntos de
calibración, y utilizando todas las medidas no como la de la norma EN en la que se
emplean solo las de determinadas series, con la que se obtendrá para cada punto de
calibración un valor ajustado 
5.7.1.- Se obtiene la desviación del ajuste respecto de la media en
cada punto de calibración para las indicaciones del instrumento a calibrar obtenida en el apartado 5.1.
5.7.2.- Se obtiene la desviación típica de los valores anteriores en
los que se ha determinado la media, según la expresión:
5.7.3.- Se obtiene la incertidumbre relativa de calibración cuando se
usa la ecuación inversa
5.7.4.- Se le asigna una incertidumbre para toda su escala, como la
máxima que se obtenga en cualquiera de los puntos de calibración.
que se puede expresar en %
5.8.- Todos los parámetros de los puntos 5.1 a
5.7 habría que volver a determinarlos para el otro modo de trabajo compresión o
tracción si procede para el instrumento, empleando sus datos correspondientes.
6.-CALIDADES.
Se realiza la asignación de clase según EN 10002/3, utilizando los valores obtenidos
en la calibración como indicaciones del dinamómetro con los que se determina los
siguientes parámetros en cada punto de calibración.
6.1.- Errores relativos de repetibilidad.
con
donde el subíndice cg de los valores indica que se consideran solo las
series crecientes en las que se ha producido un cambio en la posición del dinamómetro a
calibrar mediante un giro.
Y
con
donde el subíndice sg de los valores indica que se consideran solo las
series crecientes en las que no se ha producido alteración de la posición del
dinamómetro a calibrar.
6.2.- Error relativo de interpolación.
6.3.- En el cero se determina el error relativo de
cero, como la diferencia respecto de cero en las lecturas para la fuerza que queda en la
descarga después de cada serie de medidas respecto del alcance máximo C del instrumento
en %.
donde el subíndice od indica que se consideran solo las series al
final de las cuales se ha producido una descarga total del dinamómetro.
6.4.- Error relativo de reversibilidad.
donde el subíndice cd indica que se consideran solo las series que
forman parte de una pareja creciente - decreciente.
6.6.- Con estos valores se realizará la asignación
de clase de precisión, en función de que los máximos de los valores obtenidos con el
dinamómetro para los errores relativos b, b´, fc, fo y u no
superen los límites según la norma EN 10002/3 indicados para cada clase en las líneas
del cuadro siguiente.
| |
Errores relativos, % |
Clase |
repetibilidad |
interpolación |
cero |
reversibilidad |
| |
b |
b´ |
fc |
fo |
u |
00 |
0,05 |
0,025 |
± 0,025 |
± 0,012 |
0,07 |
0,5 |
0,10 |
0,050 |
± 0,050 |
± 0,025 |
0,15 |
1 |
0,20 |
0,100 |
± 0,100 |
± 0,050 |
0,30 |
2 |
0,40 |
0,200 |
± 0,200 |
± 0,100 |
0,50 |
7.-PERIODOS DE CALIBRACIÓN.
La próxima calibración deberá efectuarse al cabo de dos años como máximo.
8- BIBLIOGRAFIA.
[1] "Clasificación de Instrumentos de Metrología de Masa y
Fuerza" . Ministerio de Industria, Comercio y Turismo, Dirección General de
Política Tecnológica. Sistema de Calibración Industrial, 2ª Edición, Madrid,1992, 305
pag.
[2] EN 10002/3 "Metallic materials - Tensile test - Part 3:
Calibratión of force proving instruments used for the verification of uniaxial testing
machines".
[3] ISO 376 "Metallic materials - Calibratión of force - proving
instruments used for the verification of uniaxial testing machines".
[4] DIN 51301 "Verification of materials testing machines with the
aid of static force measuring devices".
[5]NF A 03-510 "Produits métalliques. Etalonnage des systèmes
dynamométriques utilisés pour la vérification des machines d´essais uniaxiaux".
[6] BS 1610-2 "Materials testing machines and force verification
equipment. Part 2. Specification for the grading of equipment used for the verification of
the forces applied by materials testing machines".
[7] ASTM E 74 "Calibrations of force-measurig instruments for
verifying the load indication of testing machines".
[8] Orden 6 de Julio de 1988 "Norma metrológica de Células de
Carga).
[9] R 60 de la OIML "Metrological regulation for load cells".
[10] pr UNE-EN 10002/3 "Materiales metálicos - calibración de
instrumentos de medida de fuerza utilizados para la verificación de máquinas de ensayos
uniaxiales".
Ir a METROLOGIA DE MASA Y
FUERZA
|
