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Guía para evaluar la ____________________ de Medición
Centro Nacional de Metrología
Wolfgang A . Schmid y Ruben J . Lazos Martínez
Revisión 1
El Marqués , Qro . , México , abril de 2004 .

El ____________________
El propósito de una medición es determinar el valor de una magnitud , llamada el ____________________ , que de acuerdo al VIM [ International Vocabulary of Fundamental and General Terms in Metrology ] , es el atributo sujeto a ____________________ de un fenómeno , cuerpo o sustancia que puede ser distinguido cualitativamente y determinado cuantitativamente .

La definición del ____________________ es vital para obtener buenos resultados de la medición . En no pocas ocasiones se mide algo distinto al propósito original .

La imperfección natural de la realización de las mediciones , hace imposible conocer con certeza absoluta el valor verdadero de una magnitud : Toda medición lleva implícita una ____________________ , que de acuerdo al ____________________ , es un parámetro que caracteriza la dispersión de los valores que pueden ser atribuidos razonablemente al mensurando .

Una definición completa del mensurando incluye especificaciones sobre las ____________________ de entrada relevantes .

Por similitud con la GUM , en esta Guía el término ? magnitud de entrada ? se usa para denotar también magnitudes de influencia .

El resultado de una medición incluye la mejor estimación del valor del mensurando y una estimación de la ____________________ sobre ese valor . La incertidumbre se compone de contribuciones de diversas fuentes , algunas de ellas descritas por las magnitudes de entrada respectivas . Algunas contribuciones son inevitables por la definición del propio mensurando , mientras otras pueden depender del principio de medición , del método y del procedimiento seleccionados para la medición .

Por ejemplo , en la medición de la longitud de una barra , la temperatura es una magnitud de entrada que afecta directamente al ____________________ por expansión o contracción térmica del material . Otra magnitud de entrada es la fuerza de contacto , presente cuando se usan instrumentos que requieren contacto mecánico como los tornillos micrométricos , calibradores vernier , etc .

El principio de medición es el fundamento científico usado para realizar una medición . El conocimiento del principio de medición permite al metrólogo dominar la medición , esto es , modificarla , diseñar otra , evaluar su conveniencia , etc . , además es indispensable para estimar la ____________________ de la medición .

El método de medición y el procedimiento de medición son descripciones de la manera de llevar a cabo la medición , la primera genérica , la segunda específica .

El principio , el método y el procedimiento de medición son determinantes en el valor de la ____________________ de la medición .

Un conocimiento insuficiente de ellos muy probablemente conducirá a una estimación equivocada , o incompleta en el mejor de los casos , de la ____________________ de la medición .

Para la aplicación de este documento se supondrá que el principio , el método y el
procedimiento han sido previamente determinados .

La definición del mensurando usualmente alude , casi siempre de manera implícita , a una estimación de la ____________________ que se requiere . Es notable el alto riesgo que se corre cuando la definición del mensurando no es acorde con la estimación de la incertidumbre requerida .

EL MODELO FÍSICO
Pretender estudiar el proceso de ____________________ de manera exacta y completa está usualmente fuera de las actividades rutinarias del metrólogo , más aún , es el propósito de la investigación científica , cuya solución pocas veces se vislumbra . Por lo tanto , es necesaria la simplificación del fenómeno o de la situación real conservando las características más relevantes para el propósito pretendido , mediante la construcción de un modelo para la medición .

Un modelo físico de la medición consiste en el conjunto de suposiciones sobre el propio mensurando y las variables físicas o químicas relevantes para la medición .

Estas suposiciones usualmente incluyen :
a ) relaciones fenomenológicas entre variables ;
b ) consideraciones sobre el fenómeno como conservación de cantidades , comportamiento temporal , comportamiento espacial , simetrías ;
c ) consideraciones sobre propiedades de la sustancia como homogeneidad e isotropía .

Una medición física , por simple que sea , tiene asociado un modelo que sólo aproxima el proceso real . Por ejemplo , la medición de viscosidad con viscosímetros capilares usa un modelo que supone un capilar con longitud infinita , de diámetro constante y que la temperatura es absolutamente uniforme y constante en todos los puntos del viscosímetro .

MODELO MATEMÁTICO
El modelo físico se representa por un modelo descrito con lenguaje ____________________ . El modelo matemático supone aproximaciones originadas por la representación imperfecta o limitada de las relaciones entre las variables involucradas .

IDENTIFICACIÓN DE LAS FUENTES DE ____________________
Una vez determinados el mensurando , el principio , el método y el procedimiento de
medición , se identifican las posibles fuentes de incertidumbre .

Éstas provienen de los diversos factores involucrados en la medición , por ejemplo ,
? los resultados de la calibración del ____________________ ;
? la ____________________ del patrón o del material de referencia ;
? la repetibilidad de las lecturas ;
? la reproducibilidad de las mediciones por cambio de observadores , instrumentos u
otros elementos ;
? características del propio instrumento , como resolución , histéresis , deriva , etc . ;
? variaciones de las condiciones ambientales ;
? la definición del propio mensurando ;
? el modelo particular de la medición ;
? variaciones en las magnitudes de influencia .

No es recomendable desechar alguna de las fuentes de incertidumbre por la suposición de que es poco significativa sin una cuantificación previa de su
contribución , comparada con las demás , apoyada en mediciones . Es preferible la inclusión de un exceso de fuentes que ignorar algunas entre las cuales pudiera descartarse alguna importante . No obstante , siempre estarán presentes efectos que la experiencia , conocimientos y actitud crítica del metrólogo permitirán calificar como irrelevantes después de las debidas consideraciones .

Por ejemplo , en la calibración de termómetros de mercurio en vidrio aparece una pequeña contribución de la temperatura ambiente , pero se considera despreciable aquella contribución debida a la radiación electromagnética en el ambiente .

CUANTIFICACIÓN :
Hay ____________________ métodos principales para cuantificar las fuentes de incertidumbre :
1 ) El Método de Evaluación Tipo ____________________ , está basado en un análisis estadístico de una serie de mediciones .
2 ) El Método de Evaluación Tipo B comprende todas las demás maneras de estimar la incertidumbre .

Cabe mencionar que esta clasificación no significa que exista alguna diferencia en la
naturaleza de los componentes que resultan de cada uno de los dos tipos de evaluación , puesto que ambos tipos están basados en distribuciones de probabilidad .

La única diferencia es que en las evaluaciones tipo ____________________ se estima esta distribución basándose en mediciones repetidas obtenidas del mismo proceso de medición mientras en el caso de tipo ____________________ se supone una distribución con base en experiencia o
información externa al metrólogo .

En la práctica esta clasificación no tiene consecuencia alguna en las etapas
para obtener una estimación de la ____________________ combinada .

DISTRIBUCIONES DE PROBABILIDAD :
La cuantificación de una fuente de ____________________ incluye la asignación de un valor y la
determinación de la distribución a la cual se refiere este valor . Las distribuciones que aparecen más frecuentemente son :

a ) Distribución normal : Los resultados de una medición repetida afectada por una o más magnitudes de influencia que varían aleatoriamente , generalmente siguen en buena aproximación una distribución normal . También la ____________________ indicada en certificados de calibración se refiere generalmente a una distribución normal .

b ) Distribución rectangular : En una distribución rectangular cada valor en un intervalo dado tiene la misma probabilidad , o sea la función de densidad de probabilidad es constante en este intervalo . Ejemplos típicos son la resolución de un instrumento digital o la información técnica sobre tolerancias de un instrumento . En general , cuando exclusivamente hay conocimiento de los límites superior e inferior del
intervalo de variabilidad de la magnitud de entrada , lo más conservador es suponer una distribución rectangular .

c ) Distribución triangular : Si además del conocimiento de los límites superior e inferior hay evidencia de que la probabilidad es más alta para valores en el centro del intervalo y se reduce hacía los límites , puede ser más adecuado basar la estimación de la incertidumbre en una distribución triangular

d ) Otras distribuciones : Pueden encontrarse también distribuciones como la U , en la cual los extremos del intervalo presentan los valores con probabilidad máxima , típicamente cuando hay comportamientos oscilatorios subyacentes . También se encuentran distribuciones triangulares con el valor máximo en un extremo como en las asociadas a ? errores de coseno ? .

REDUCCIÓN
Antes de comparar y combinar contribuciones de la incertidumbre que tienen distribuciones diferentes , es necesario representar los valores de las incertidumbres originales como ____________________ estándar . Para ello se determina la desviación estándar de la distribución asignada a cada fuente .

COMBINACIÓN
El resultado de la combinación de las contribuciones de todas las fuentes es la
incertidumbre estándar combinada , la cual contiene toda la información esencial sobre
la incertidumbre del mensurando .

COEFICIENTE DE SENSIBILIDAD :
El coeficiente de sensibilidad describe , qué tan sensible es el mensurando con respecto a variaciones de la magnitud de entrada correspondiente .

CORRELACIÓN
A menudo los resultados de mediciones de dos magnitudes de entrada están ligados , ya sea porque existe una tercera magnitud que influye sobre ambas , porque se usa el mismo instrumento para medir o el mismo patrón para calibrar , o por alguna otra razón .

Por ejemplo , en la calibración gravimétrica de medidores de volumen son magnitudes de entrada las temperaturas del agua y del ambiente . Estas temperaturas están relacionadas aun cuando sus valores puedan ser diferentes . La temperatura del agua será más alta cuando la temperatura ambiente lo sea y bajará cuando lo haga la temperatura ambiente , es decir existe una correlación entre estas magnitudes .

INCERTIDUMBRE EXPANDIDA
La forma de expresar la incertidumbre como parte de los resultados de la medición depende de la conveniencia del usuario . A veces se comunica simplemente como la ____________________ estándar combinada , otras ocasiones como un cierto número de veces tal ____________________ , algunos casos requieren se exprese en términos de un nivel de confianza dado , etc . En cualquier caso , es indispensable comunicar sin ambigüedades la manera en que la incertidumbre está expresada .

FACTOR DE COBERTURA Y NIVEL DE CONFIANZA
La ____________________ estándar representa un intervalo centrado en el mejor estimado del
mensurando que contiene el valor verdadero con una probabilidad ( p ) de 68% aproximadamente , bajo la suposición de que los posibles valores del ____________________ siguen una distribución normal .

DISTRIBUCIÓN t - student
Frecuentemente , los valores del mensurando siguen una distribución normal . Sin emb largo , el mejor estimado del mensurando , la media ( obtenida por muestreos de " n " mediciones repetidas ) dividida entre su desviación estándar , sigue una distribución llamada t de Student .

EXPRESIÓN DE LA ____________________
En el ____________________ , la política ] es expresar los resultados de sus mediciones con un nivel de confianza no menor al 95% , en vista de la costumbre en laboratorios similares .

Es difícil asegurar un valor preciso de la incertidumbre debido a las múltiples aproximaciones realizadas durante su estimación . Una consecuencia es la posibilidad de sustituir los valores correspondientes a p = 95% con los valores correspondientes a p = 95 , 45% , con el fin de obtener un valor de k = 2 , 00 correspondiente a una distribución normal .