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PROCESO DE CALIBRACI�N
para
BALANZAS MONOPLATO SCI M-01.05
1- CAMPO DE APLICACI�N .
El presente PROCESO DE CALIBRACION
es de aplicaci�n a las BALANZAS MONOPLATO, numeradas SCI M-01.05 en la CLASIFICACI�N DE
METROLOGIA DE MASA Y FUERZA del SISTEMA DE CALIBRACI�N INDUSTRIAL (SCI), del Ministerio
de Industria, Comercio y Turismo.
Las balanzas monoplato consideradas podr�n ser mec�nicas o
electr�nicas, con escala contin�a en todo su campo de medida, com�nmente usadas como
balanzas anal�ticas y de precisi�n. Estos instrumentos pueden tener tambi�n una parte
de su escala reservada para hacer medidas diferenciales respecto a unas masas patr�n. La
relaci�n entre la divisi�n de escala y el alcance del campo de medida en estos
instrumentos es siempre superior a 10 -7 . El m�ximo alcance del campo de
medida no es superior a 50 Kg.
2- IDENTIFICACI�N
Para poder ser objeto
de certificaci�n oficial, las balanzas monoplato deber�n estar marcadas, de forma
permanente, con los siguientes datos como m�nimo:
MARCA.
N�MERO DE SERIE.
Siendo recomendable que incluyan, adem�s:
CAMPO DE MEDIDA (Umbral y alcance).
DIVISI�N DE ESCALA.
3- PROCESO DE CALIBRACI�N
Antes de iniciar la calibraci�n
debe realizarse una inspecci�n visual para comprobar el buen estado de la balanza a
calibrar en lo referente a su estado de limpieza, instalaci�n libre de vibraciones y de
fuentes de calor.
La calibraci�n consistir� en la medida de los patrones por parte del
instrumento a calibrar, situ�ndose en varios puntos de su escala.
Los patrones utilizados ser�n del tipo con denominaci�n de MASAS
PATR�N SCI M-01.01, seg�n la CLASIFICACI�N DE INSTRUMENTOS DE MASA Y FUERZA del
SCI, y que se encuentran agrupados en clases de precisi�n por la Organizaci�n
Internacional de Metrologia Legal (OIML) en su Recomendaci�n Internacional n� 20.
Este equipo de balanzas se podr�n calibrar en valor convencional o
valor real, seg�n que las masas patr�n empleadas en la calibraci�n se utilicen con su
valor convencional definido por la Recomendaci�n Internacional n� 33 de la Organizaci�n
Internacional de Metrologia Legal (OIML), o con su valor real. La elecci�n de un tipo de
calibraci�n u otro no afectar� al esquema general del m�todo del proceso, descrito en
este apartado, salvo en lo que se refiere al valor del patr�n con su incertidumbre que
hay que tomar en consideraci�n, por lo que su tratamiento se incluye en otro apartado, el
5 siguiente, as� mismo en el apartado 6 se indican las consideraciones que hay que tomar
en la utilizaci�n de la balanza seg�n el tipo de calibraci�n seguido.
Las masas patr�n empleadas para la calibraci�n se limpiar�n
previamente con una mezcla de �ter y alcohol y una piel que no desprenda part�culas.
Estos patrones se deber�n dejar estabilizar a las condiciones del recinto de calibraci�n
durante 12 horas previas a la calibraci�n.
La calibraci�n debe de realizarse en una sala de metrologia con
temperatura controlada en 20 � 1� C.
En funci�n de las formas de empleo de que disponen, la calibraci�n se
podr� realizar seg�n uno de los dos m�todos que se describen a continuaci�n:
M�todo para la utilizaci�n del
instrumento en medidas absolutas.
Cuando el instrumento se va a utilizar para efectuar medidas en
todo su campo de forma directa, es decir, al colocar sobre el plato de la balanza la masa
a determinar, se obtendr� de forma directa el resultado de la medida, se seguir� el
siguiente m�todo de calibraci�n.
La calibraci�n se efect�a midiendo masas patr�n con la balanza y
anotando sus indicaciones.
Las masas patr�n ser�n de una clase de precisi�n tal que est�n
determinadas con una incertidumbre que posibilite que la incertidumbre en la
materializaci�n del patr�n para la calibraci�n nunca sea mayor que 3 veces la
incertidumbre de la balanza a calibrar, esperada seg�n los resultados de una calibraci�n
anterior. En el caso en el que sea la primera calibraci�n del instrumento a calibrar, la
relaci�n indicada en el punto anterior se establecer� con la incertidumbre esperada
deducida de indicaciones del fabricante o la que se estime como m�nima necesaria para la
funci�n del instrumento. Si no existe imposici�n alguna para la incertidumbre del
instrumento a calibrar, la relaci�n se podr� establecer refiri�ndose a la divisi�n de
escala, o refiri�ndose a la reproducibilidad m�xima indicada por el fabricante en forma
de desviaci�n t�pica. Cuando la incertidumbre individual de las masas patr�n utilizadas
haya que componerla con otras (de otras masas, de correcciones,…) seg�n los
criterios indicados en el apartado 5 siguiente de este proceso de calibraci�n, para
materializar el valor del patr�n ha de medir por la balanza, la relaci�n mencionada
habr� que establecerla respecto de esta incertidumbre del patr�n (compuesto o corregido)
resultante.
Se podr�n componer varias masas patr�n para formar nominales no
normalizados por la OIML, considerando las indicaciones referidas en el apartado 5
siguiente de este proceso de calibraci�n.
La calibraci�n se realizar� en un n�mero de puntos de la escala del
instrumento a calibrar entre 5 y 10, distribuidos de forma que el campo de medida quede
dividido en intervalos aproximadamente iguales.
En cada uno de estos puntos se reiterar�n un n�mero entre 6 y 10
medidas sobre el patr�n cuyo nominal lo defina.
Los patrones de masa en cada punto de calibraci�n, los nominales de
las masas patr�n que los materializan y sus desviaciones correspondientes, y las
indicaciones de la balanza, se podr�n anotar en cuadros similares a los del ejemplo
incluido en este procedimiento.
M�todo para la utilizaci�n
del instrumento en medidas diferenciales.
Cuando el instrumento que se va a calibrar dispone de un dispositivo
por el que se reserva o se habilita adicionalmente un peque�o campo de medida para
realizar medidas de diferencias respecto al patr�n, la calibraci�n se realizar�
siguiendo el m�todo que se expone a continuaci�n. Este m�todo tambi�n se puede aplicar
a un instrumento como el descrito en los puntos anteriores pero con el que se mide
colocando primero el patr�n y despu�s el mensurando, o viceversa, para calcular la
diferencia entre ambos que ser� lo que se considera como resultado para realizar la
calibraci�n.
La calibraci�n se efect�a midiendo con la balanza diferencias entre
masas patr�n y anotando sus indicaciones.
Las diferencias cubrir�n el campo de medida de la balanza para pesadas
diferenciales.
El campo para medidas diferenciales se tendr� que cubrir para
distintas capacidades en el campo continuo de medida directa de la balanza. Como con esta
forma de utilizaci�n de la balanza se obtienen sus mejores prestaciones metrol�gicas, su
empleo m�s generalizado es la calibraci�n de juegos de masas patr�n normalizados seg�n
la OIML a partir de juegos de mejor clase de precisi�n, por lo que las capacidades en las
que se calibra el campo de medidas diferenciales, ser�n los nominales de las masas
normalizadas que entren en su campo continuo de medida.
Las masa patr�n ser�n de una clase de precisi�n tal que se elegir�
seg�n criterios an�logos a los indicados en el apartado 3.1.2. anterior.
Las diferencias se formar�n con dos masas patr�n del mismo nominal y
distinta desviaci�n al nominal, o con una o m�s masas que materialicen la diferencia al
colocarlas y retirarlas sobre otra u otro conjunto de masas que permanezca en las dos
situaciones. En ambos casos se consideraran las indicaciones referidas en el apartado 5 de
este proceso de calibraci�n.
La calibraci�n se realizar� en al menos 3 puntos de calibraci�n
distribuidos tal que el campo de medida quede dividido en intervalos aproximadamente
iguales. Si el campo de medida supone una parte negativa y otra positiva, se tendr�n que
cubrir ambas zonas, materializando la negativa por unas composiciones de masas cuya suma
total se encuentre por debajo del nominal del punto en el que se realiza la calibraci�n
del campo diferencial. Si el campo de medida diferencial es m�s peque�o que el nominal
m�s peque�o de las masas normalizadas, se podr� admitir tomar un solo punto de
calibraci�n en el mismo creado por la diferencia entre dos masas del mismo nominal, y
suponer linealidad en todo el campo.
En cada uno de estos puntos se reiterar�n un n�mero de entre 6 y 10
medidas sobre el patr�n cuyo nominal lo defina.
Las diferencias patr�n, los nominales de las masas patr�n que las
materializan, sus desviaciones correspondientes, y las indicaciones de la balanza, se
podr�n anotar en cuadros, similares a los del ejemplo incluido en este procedimiento.
4- RESULTADOS DE LA CALIBRACI�N
M�todo para la utilizaci�n del instrumento en medidas absolutas.
Dado que este m�todo se corresponde con la calibraci�n de un
instrumento de medidas absolutas con campo de medida continuo, mediante la medida de
patrones, con los valores obtenidos, se calcular�n los par�metros descritos a
continuaci�n :
Se obtiene la media en cada punto de calibraci�n para las Nc
indicaciones de la balanza a calibrar Xcij .
Se obtiene la desviaci�n t�pica en cada punto de calibraci�n para
las indicaciones de la balanza a calibrar
Se obtiene la correcci�n de calibraci�n en cada punto, respecto de la
indicaci�n del patr�n, de valor Xoi , determinando seg�n las indicaciones
del apartado 5 de este proceso
Se obtiene la incertidumbre de medida del instrumento a calibrar en
cada punto de calibraci�n para el factor de incertidumbre k=2 y n=1 medida prevista en la
utilizaci�n del instrumento, teniendo en cuenta la incertidumbre del patr�n en cada
punto Ioi para K=2, establecida en el apartado 5 siguiente.
donde w es un factor corrector de Sci cuando Nc
< 10 seg�n 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 |
>10 |
w |
7.0 |
2.3 |
1.7 |
1.4 |
1.3 |
1.2 |
1.0 |
Se le asigna una incertidumbre para toda su escala, como la m�xima que
se obtenga en cualquiera de los puntos de calibraci�n.
I = (Ii ) m�x.
Que se puede expresar respecto del alcance C del instrumento
 . 100 %
como relativa respecto del nominal en cada punto
 %
M�todo para la utilizaci�n del instrumento en medidas
diferenciales.
Dado que este m�todo se corresponde con la calibraci�n de un
instrumento de medidas diferenciales por comparaci�n de dos patrones conocidos, con los
valores obtenidos, se calcular�n los mismos par�metros que los descritos en el apartado
4.1 anterior, teniendo ahora en cuenta el nuevo significado de las variables que en ellos
intervienen, como se indica a continuaci�n.
|
son las medidas de diferencias entre los dos patrones
indicadas por la balanza para cada nominal |
|
|
|
son los valores de las diferencias patr�n para cada
nominal, determinada seg�n las indicaciones del apartado 5 siguiente. |
|
|
|
son las incertidumbres de las diferencias patr�n en
cada punto para k=2, establecida en el apartado 5 siguiente. |
5 DETERMINACI�N DEL VALOR DE LOS
PATRONES DE CALIBRACI�N.
En este apartado se indican las
expresiones para obtener los valores con sus incertidumbres correspondientes, de los
patrones utilizados en la calibraci�n descrita en los apartados anteriores de este
proceso, en alguno de los casos en los que es necesario realizar composiciones o
correcciones con las masas patr�n, v�lidas tanto para trabajar en valor real como en
valor convencional con nada m�s que particularizarlas para el caso correspondiente.
Ser�n las incertidumbres
obtenidas seg�n las expresiones de este apartado, las que deber�n utilizarse para
comprobar que es mayor de 3 la relaci�n con la incertidumbre esperada en la balanza a
calibrar conforme a lo indicado en los apartados 3.1.2 y 3.2.4.
En el caso de las correcciones, se podr� prescindir de su aplicaci�n
utilizando para la definici�n del patr�n el valor y la incertidumbre certificados para
las masas patr�n sin m�s, cuando tanto la correcci�n como su incertidumbre sean
despreciables frente a la incertidumbre propia de las masas o respecto a la esperada para
la balanza, debiendo justificarse su relaci�n.
As� mismo para realizar la estimaci�n de las incertidumbres de las
expresiones de los valores del patr�n, se considera que todas las variables son
independientes y que no es de aplicaci�n la contribuci�n de covarianzas por correlaci�n
entre ellas.
No se indican las expresiones para
los casos que resultan como combinaci�n de algunos de los que si se indican como son los
casos en los que aparecen presentes en la definici�n del patr�n composiciones con
correcciones, o diferencias con composiciones y correcciones, que se deducir�an a partir
de las expresiones indicadas.
La terminolog�a empleada va a ser:
 =
|
valor del patr�n
en la calibraci�n. |
 =
|
incertidumbre del
patr�n en la calibraci�n. |
 =
|
valor convencional
de la masa patr�n. |
 =
|
valor real de la
masa patr�n. |
 =
|
densidad de la
masa patr�n. |
 =
|
incertidumbre del
valor de la densidad de la masa patr�n. |
 =
|
densidad del aire. |
 =
|
incertidumbre del
valor de la densidad del aire. |
5.1. Valor
de un patr�n formado por la composici�n de varias masas.
con incertidumbre dada por
5.2. Valor de una diferencia patr�n formada por la composici�n de
varias masas.
con incertidumbre para k=2 dada por
5.3. Valor del patr�n corregido por el empuje del aire
con incertidumbre en forma
relativa y para k=2 dada por
si el patr�n es una diferencia,
las expresiones toman una forma similar
con incertidumbre dada
si la balanza es electr�nica y
puede ser ajustada previamente a la medida con masas patr�n con la clase y material, o es
mec�nica con las masas internas de la adecuada clase y material, la balanza se puede
calibrar sin corregir ya que en este caso la correcci�n la absorber�a la electr�nica de
la balanza por c�lculo o resultar�a despreciable en la mec�nica, y se podr�a traspasar
la desviaci�n que quedara como residual a la incertidumbre. Esto es debido a que las
masas empleadas para realizar la calibraci�n ser�n de un material con una densidad muy
parecida a la del ajuste o a las internas por lo que tendr�n la misma correcci�n
(diferencia entre las correcciones o correcci�n diferencial despreciable), lo mismo
ocurrir� cuando se midan masas del mismo material. Al medir masas de otros materiales
habr� que tener en cuenta la correcci�n de la forma que se indica en el apartado 6
siguiente.
6 EMPLEO DE LA BALANZA CON LOS
RESULTADOS DE LA CALIBRACI�N
Debido a que en las
medidas de masa con balanzas siempre se encuentra presente la influencia del empuje del
aire, y a que afecta con una magnitud diferente para cada masa seg�n su material, esta
influencia habr� que considerarla cuando se midan diferencias de masas e incluso cuando
se midan masas con balanzas ajustadas o calibradas con otras masas, por ejemplo medir
masas de lat�n con balanza calibrada con masas de acero, ya que este caso tambi�n ser�a
como que si al medir siempre se est� realizando una comparaci�n con las masas que se
utilizaron en su ajuste y calibraci�n.
A continuaci�n se indican como ejemplos de casos que se pueden
presentar, las expresiones completas para la determinaci�n de los valores de una masa en
forma convencional o real, a partir de las indicaciones de la balanza, seg�n se haya
calibrado en valor convencional o real, como se ha visto en apartados anteriores.
En las expresiones
indicadas se ha aplicado una simplificaci�n en el caso de productos y cocientes de
binomios que se aproximan a los primeros t�rminos de su resultado.
Estas expresiones se podr�n simplificar hasta incluso la indicaci�n
de la balanza sin m�s, en funci�n de que la correcci�n y la incertidumbre de los
t�rminos que no se consideren, sean despreciables frente a la incertidumbre de la balanza
en s� o frente a la incertidumbre global necesaria en la determinaci�n, debiendo quedar
justificada esa relaci�n.
Al final se incluyen expresiones para determinar el valor con su
incertidumbre de la densidad del aire que son necesarios en las determinaciones de
par�metros relacionados con el patr�n.
La terminolog�a empleada va a
ser:
|
Indicaciones de la
balanza. |
|
Incertidumbre de
la balanza. |
|
Densidad de la
masa de ajuste (calibraci�n) de la balanza. |
|
Incertidumbre de
la densidad de la masa de ajuste. |
|
Valor convencional
de la masa a determinar. |
|
valor real de la
masa a determinar. |
|
densidad de la
masa a determinar. |
|
Incertidumbre de
la densidad de la masa a determinar. |
|
Densidad del aire. |
|
Incertidumbre del
valor de la densidad del aire. |
Obtenci�n del valor convencional de una masa con una balanza calibrada
en valor convencional.
con una incertidumbre en valor relativo para k=2 de
Obtenci�n del valor real de una masa con una balanza calibrada en
valor convencional.
con una incertidumbre en valor relativo para k=2 de
6.3. Obtenci�n del valor convencional de una masa con una balanza
calibrada en valor real.
con una incertidumbre en valor relativo para k=2 de
Obtenci�n del valor real de una masa con una balanza calibrada en
valor real.
con una incertidumbre relativa para k=2 de
F�rmula para la determinaci�n de la densidad del aire recomendada por
el CIPM (elaborada en 1981 y revisada en 1991), publicada en la revista Metrologia, n� 18
de 1982 y n� 1 de 1992.
donde:
La constante molar de los gases es:
R = 8,31451 J mol -1 K-1
La masa molar del agua es:
Mv = 18,015 x 10 -3 kg mol -1
La masa molar del aire seco es:
Ma = [ 28,9635 + 12,011 (Xco2 - 0,0004) ]
x 10 -3 Kg/mol
La fracci�n molar del vapor de agua es:
Xv = ( 1,00062 + 3,14p + 5,6 t2 ) 
Y el factor de compresibilidad:
p, t, h y Xco2 son las medidas de la presi�n en Pa
, temperatura en �C, humedad en valor relativo (tanto por 1) y concentraci�n
de CO2 del aire as� como la temperatura termodin�mica
T = 273273,15 + t
Con incertidumbre para k=2 dada por:
cuando se mide la humedad relativa.
cuando se mide la temperatura de roc�o.
donde:
|
Incertidumbre de la medida de la presi�n del aire para
k=1, en Pa. |
|
Incertidumbre de la medida de la temperatura del aire
para k=1,en K |
|
Incertidumbre de la medida de la humedad del aire para
k=1, en valor relativo. |
|
Incertidumbre de la medida de la temperatura del punto
de roc�o del aire para k=1, en K. |
|
Incertidumbre de la medida del contenido de CO2
del aire para k=1, en valor relativo, que como no se mide el contenido de CO2 y
se utiliza el valor de 4 x 10 -4 asign�ndole una incertidumbre de 2 x 10-4
para k=2 y el t�rmino constante es la incertidumbre de la f�rmula |
F�rmula simplificada para la determinaci�n de la densidad del aire.
con incertidumbre dada por
cuando se mide en un rango de 10 a 30 �C, 6000 a 90000 Pa y 30 a 90 %
de humedad.
7 PERIODO DE CALIBRACI�N
Por cualquiera de los dos
m�todos, la pr�xima calibraci�n deber� realizarse al cabo de un a�o, como m�ximo.
8 BIBLIOGRAFIA
/1/ R. I. n� 20 de la OIML "Weights of accuracy classes E1, E2,
F1, F2, M1 from 50 kg to 1 mg".
/2/ Orden de 28 de Junio de 1974 "Pesas de clases de Precisi�n
E1, E2, F1, F2 y M1, de 50 kilogramos a 1 miligramo".
/3/ R.I. n� 76 de la OIML "Non-automatic weighing
instruments"
/4/ Orden de 28 de Diciembre de 1988 "Instrumentos de pesaje de
funcionamiento no autom�tico".
/5/ R.I. n� 33 de la OIML "Conventional valueof the result of
weighing in air"
/6/ "Equation for the determination of the density of the moist
air" R.S. Davis. Metrologia, vol. 29, n� 1, Abril 1992.
/6/""Equation for the determination of the density of the
moist air" P. Giacomo. Metrologia, n� 18, 1982.
/7/ "masse conventionnell". A. Gosset. Bulletin du BNM, n�
76-77, Abril-Julio 1989
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FUERZA
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