La metrología como ciencia
La metrología es la ciencia que tiene por objeto el estudio de las propiedades medibles, las escalas de medida, los sistemas de unidades y los métodos y técnicas de medición.
La metrología se divide en tres categorías, cada una de ellas con diferentes niveles de complejidad y exactitud
1.- La Metrología Científica. Se ocupa de la organización y el desarrollo de los patrones de medida y de su mantenimiento (el nivel mas alto).
La Metrología Industrial. Asegura el adecuado funcionamiento de los instrumentos de medición empleados en la industria y en los procesos de producción y verificación.
La Metrología Legal. Se ocupa de aquellas mediciones que influyen sobre la transparencia de las transacciones comerciales, la salud y la seguridad de los ciudadanos.

Importancia y necesidades de las mediciones.
Las mediciones juegan un papel importante en la vida diaria de las personas. Se encuentran en cualquiera de las actividades; desde la estimación a simple vista de una distancia, hasta un proceso de control o la investigación basica.
El conocimiento sobre la aplicación de la metrología es una necesidad fundamental en la practica de todas las profesiones con sustrato científico, ya que la medición permite conocer de forma cuantitativa, las propiedades físicas y químicas de los objetos. El progreso en la ciencia siempre ha estado íntimamente ligado a los avances en la capacidad de medición. Las mediciones son un medio para describir los fenómenos naturales en forma cuantitativa. Como se explica a continuación” la Ciencia comienza donde empieza lamedición, no siendo posible la ciencia exacta en ausencia de mediciones”. Ya sea café, petróleo y sus derivados., electricidad o calor, todo se compra y se vende tras efectuar procesos de medición y ello afecta a nuestras economías privadas. Los radares (cinemómetros) de las fuerzas de seguridad, con sus consecuencias económicas y penales, también son objeto de medición. Horas de sol, tallas de ropa, porcentaje de alcohol, peso de las cartas, temperatura de locales, presión de neumaticos, etc. Es practicamente imposible describir cualquier cosa sin referirse a la metrología. El comercio, el mercado y las leyes que los regulan dependen de la metrología y del empleo de unidades comunes.

Sistemas de unidades y patrones.
Una unidad de medida es una cantidad estandarizada de una determinada magnitud física. En general, una unidad de medida toma su valor a partir de un patrón o de una composición de otras unidades definidas previamente. Las primeras unidades se conocen como unidades basicas o de base (fundamentales), mientras que las segundas se llaman unidades derivadas.
Sistema Internacional de Unidades

El Sistema Internacional de Unidades es la forma actual del sistema métrico decimal y establece las unidades que deben ser utilizadas internacionalmente. Fue creado por el Comité Internacional de Pesos y Medidas con sede en Francia. En él se establecen 7 magnitudes fundamentales, con los patrones para medirlas

1. Longitud (metro, m)
2. Masa (kilogramo kg
3. Tiempo (segundo, s
4. Intensidad eléctrica (ampere, A
5. Temperatura (Kelvin, oK
6. Intensidad luminosa(candela, cd)
7. Cantidad de sustancia (mol, mol
También establece muchas magnitudes derivadas, que no necesitan de un patrón, por estar compuestas de magnitudes fundamentales.

Algunas unidades derivadas son:

Trabajo (joule, J)
Fuerza (newton, N)
Presión (pascal, Pa)
Potencial eléctrico (volt, V)
Potencia (watt, W)
Inducción magnética (weber, Wb)
Resistencia eléctrica (ohm)
Frecuencia (hertz, Hz)
Capacitancia (farad, F)
Carga eléctrica (coulomb, C)

Los múltiplos y submúltiplos mas comunes en el sistema internacional son:
PREFIJO | SÍMBOLO | MÚLTIPLOS Y SUBMÚLTIPLOS |
peta | P | 1015 |
tera | T | 1012 |
giga | G | 109 |
mega | M | 106 |
kilo | k | 103 |
hecto | h | 102 |
deca | da | 101 |
deci | d | 10-1 |
centi | c | 10-2 |
mili | m | 10-3 |
micro | µ | 10-6 |
nano | n | 10-9 |
pico | p | 10-12 |
femto | f | 10-15 |
atto | a | 10-18 |
SISTEMAS MKS (métrico), CGS (cesagesimal) y FPS (inglés absoluto)
MAGNITUD | MKS | CGS | FPS |
longitud | metro | centímetro | Pie |
masa | kilogramo | gramo | Libra |
tiempo | segundo | segundo | Segundo |

Patrón de medida

Un patrón de medidas es el hecho aislado y conocido que sirve como fundamento para crear una unidad de medir magnitudes. Muchas unidades tienen patrones, pero en el sistema métrico sólo las unidades basicas tienen patrones de medidas. Los patrones nunca varían su valor. Aunque han ido evolucionando, porque los anteriores establecidos eran variables y, se establecieron otros diferentes considerados invariables.

Ejemplo de un patrón de medida sería:'Patrón del segundo: Es la duración de 9 192 631 770 períodos de radiación correspondiente a la transición entre 2 niveles hiperfinos del estado fundamental del atomo de Cesio 133'.

De todos los patrones del sistema métrico, sólo existe la muestra material de uno, es el kilogramo, conservado en la Oficina Internacional de Pesos y Medidas. De ese patrón se han hecho varias copias para varios países.

Ejemplo de patrones de medida

1. Segundo (tiempo)
2. Metro (longitud
3. Amperio (intensidad de corriente eléctrica
4. Mol (cantidad de sustancia
5. Kilogramo (masa
6. Kelvin (temperatura
7. Candela (intensidad luminosa

Conceptos de medida, precisión y exactitud.
Medida
Medir consiste en obtener la magnitud (valor numérico) de algún objeto físico, mediante su comparación con otro de la misma naturaleza que tomamos como patrón. Esta comparación con un patrón, que constituye el acto de medir, esta sujeta a una incertidumbre, que puede tener diversos orígenes. Nunca lograremos obtener el verdadero valor de la magnitud, siempre vamos a obtener un valor aproximado de la misma y necesitamos pues indicar lo buena que es esta aproximación. Por ello junto con el valor de la magnitud medida se debe adjuntar una estimación de la incertidumbre o error al objeto de saber cuan fiable son los resultados que obtenemos.
Exactitud: Proximidad en concordancia entre un valor medido de la magnitud y un valor verdadero del mensurando.
En términos sencillos, la exactitud de una medición es la concordancia del resultado de la misma comparada con el valor verdadero del objeto queesta siendo medido (mensurando). Por ejemplo, si pesamos una masa patrón, calibrada y con trazabilidad, con un valor certificado de 1,0052 g en una balanza analítica y el resultado de la pesada es 1,0047 g, la diferencia entre el valor verdadero y el valor de la medición es de sólo 0,04%. La balanza del ejemplo es un instrumento exacto, con su parametro de exactitud cuantificado en un porcentaje. Si el resultado de la pesada hubiese sido 1 g el instrumento es menos exacto. La aplicación determina si la exactitud del instrumento es apropiada, un error de 4,9% puede ser inaceptable en un laboratorio farmacéutico pero puede ser aceptable en una balanza de campo utilizada para pesar muestras geológicas o especímenes vivos. Es importante tener en cuenta que la exactitud de un instrumento de medición sólo puede conocerse y cuantificarse con materiales de referencia.
Precisión: Proximidad de concordancia entre valores medidos obtenida por mediciones repetidas de un mismo objeto, o de objetos similares, bajo condiciones especificadas.
La precisión es un término relacionado con la confiabilidad de un instrumento, es decir, si un instrumento proporciona resultados similares cuando se mide un material de referencia de manera repetida, entonces el instrumento es preciso. Por ejemplo, si se mide con un micrómetro un patrón de longitud 10 o 15 veces y la desviación estandar de los resultados de las mediciones es pequeña, digamos, 0,1% del valor central, entonces se puede considerar al instrumento como preciso.
Nuevamente, depende de la aplicación si la precisión de un instrumento es aceptableo no.
Exactitud y precisión son términos que a menudo se utilizan de manera intercambiada, se integran al lenguaje coloquial sin mayor problema y casi siempre como calificativos positivos. No es raro escuchar que un reloj de lujo es un “mecanismo de precisión”. Los aficionados a los superlativos no dudan en producir frases como “de la mas alta exactitud”. En metrología se evitan los adjetivos y se sustituyen con números, de esta manera no hay instrumentos buenos o malos sino los que cumplen o no con la función para la cual estan destinados y esa función esta determinada por especificaciones de diseño o proceso.
Repetibilidad: Precisión de una medida bajo un conjunto de condiciones de repetibilidad de medición
Reproducibilidad: Precisión de una medida bajo condiciones de reproducibilidad
Reproducibilidad y repetibilidad son términos utilizados comúnmente en la industria y amplían el concepto de precisión.
La repetibilidad es un parametro que evalúa la precisión del resultado de las mediciones y tiene en cuenta al operario.
La reproducibilidad evalúa la precisión del resultado de las mediciones y tiene en cuenta el método.
Las condiciones de repetibilidad y reproducibilidad se refieren a que las mediciones se hagan bajo condiciones bien establecidas y controladas: ambiente, instrumento, método documentado, calibración, etc.
Si un operario obtiene resultados cercanos al valor verdadero y ademas la dispersión es pequeña, las mediciones tienen una buena repetibilidad. Si operarios distintos, obtienen resultados cercanos al valor verdadero y la dispersión es pequeña, las medicionestienen una buena reproducibilidad.
Es importante notar que la repetibilidad y reproducibilidad son muy importantes porque tienen en cuenta el desempeño de un instrumento en manos del operario y en condiciones de operación. La exactitud y la precisión sólo evalúan el instrumento en condiciones controladas de calibración y en manos de un experto.
Sensibilidad - incertidumbre
Sensibilidad: Es la relación entre el desplazamiento de la marca en un aparato de medida y la variación de la magnitud, observada en dicho aparato y la variación de la magnitud de medida que ha provocado dicho desplazamiento.

Incertidumbre: Es un parametro asociado al resultado de una medida que caracteriza la dispersión de los valores que pueden atribuirse razonablemente a dicha medición.

En metrología, es una cota superior del valor de la corrección residual de la medida.

También se puede expresar como el valor de la semi-amplitud de un intervalo alrededor del valor resultante de la medida, que se entiende como el valor convencionalmente verdadero. El Vocabulario Internacional de Metrología (VIM) define la incertidumbre de medida como un parametro, asociado al resultado de una medición, que caracteriza la dispersión de los valores que razonablemente podrían ser atribuidos al mensurando.

Existen muchas formas de expresar la incertidumbre de medida o conceptos derivados o asociados: incertidumbre típica, incertidumbre expandida, incertidumbre de calibración-calibración-, incertidumbre maxima, incertidumbre de uso, etc. Como concepto metrológico, es del mismo ambito, pero diferente a los de toleranciay precisión. Para la determinación del valor de las magnitudes fundamentales (obtenido experimentalmente) en unidades del SI, se aplica la incertidumbre típica, revisada periódicamente.

Errores en las mediciones.

Clasificación de los errores
Mediciones repetidas de una magnitud dada con el método, por el mismo observador e instrumento y en circunstancias analogas, no conducen siempre al mismo resultado. Esto muestra que cada una de ellas esta afectada de un error que depende de los agentes que concurren a la medición, a saber

1. El método de medida empleada.
2. El observador.
3. El instrumento.
4. Las condiciones del ambiente en que se desarrolla la experiencia.

Atendiendo a su naturaleza y a las causas que los producen estos errores pueden clasificarse en tres categorías
Errores groseros o fallas.
Errores sistematicos constantes.
Errores accidentales, casuales y fortuitos.

Errores groseros o fallas

Caracteriza a los errores groseros, el hecho de que su magnitud excede la que puede preverse teniendo en cuenta los medios con que opera. Estos errores provienen generalmente de la distracción del observador, y para ellos no existe teoría. El cuidado con que trabaja el observador contribuye a disminuir la frecuencia de estos errores los cuales es necesario precaverse mediante oportunas operaciones de control.

Errores sistematicos

Estos errores son llamados así en razón de que su característica es que se repiten exactamente y en el mismo sentido, para todas las mediciones que se hagan en iguales condiciones, de tal manera que las causas perturbadoras queconducen muchas veces a estos errores, pueden ser expresadas en fórmulas matematicas. Consecuente con ello, al ser determinados en valor y signo, en general es posible desafectarlos del resultado de, la medición, es decir que los valores medidos pueden ser 'corregidos' o 'reducidos”.

Esto no es aceptable en todos los casos, en razón de que la aplicación de la formula puede crear incertidumbre en los valores corregidos de una manera exagerada, como luego puede verse en la segunda parte de este tema.

Otras veces es posible eliminar la causa que origina este error, no por un tratamiento matematico sino mediante un artificio que logre que esta perturbación sé 'auto-elimine' y por lo tanto no quede incluida en el resultado final de la medición.

Se considera que este procedimiento es mas adecuado que la eliminación del error mediante la 'corrección' antes mencionada.

Finalmente puede existir una causa de origen sistematico que el observador por su poca experiencia, estudio u otra circunstancia, no lo descubra en el analisis previo a la medición y por lo tanto el mismo quedara incluido en el resultado final.

Ante la duda es preferible buscar otro método de medida. En virtud de las distintas causas que involucra este tipo de error, es conveniente para su estudio efectuar una subdivisión del mismo comprendiendo

1) Errores en los instrumentos o aparatos (errores de aparatos).
2) Errores debidos al método de medida (errores de método).
3) Errores debidos a las condiciones externas o del medioambiente.
4) Errores debidos al observador (ecuación personal.

Errores sistematicosdebidos a los instrumentos y componentes de medida

Si bien hemos introducido los errores que cometen estos instrumentos en la clasificación de los sistematicos, en un sentido estricto, no debe olvidarse que también en estos aparatos existen causas de otro origen, que producen errores adicionales superpuestos con los primeros.

En general la magnitud de los efectos. Sistematicos (orden de grandor) frente a los restantes y en particular a los que corresponden a los instrumentos indicadores, justifica en cierto modo su inclusión en este capítulo.

Los errores sistematicos en estos instrumentos son consecuencia de la falta de ajuste e imperfección en la calibración de los mismos, mientras que los restantes, denominados accidentales son debidos a las variaciones en el tiempo de la magnitud calibrada (inestabilidad),a su diseño constructivo, a los errores cometidos en el propio contraste y a los patrones utilizados.

Para un estudio racional del problema es interesante efectuar una subdivisión de los instrumentos que constituyen este capítulo, dada sus propias características, diseño y sistema de lectura, en dos categorías, definidas: los primeros se han de referir a mediciones efectuadas mediante la posición de un índice en su escala –sistema de deflexión o instrumento indicador- los segundos son aquellos en que la medición es realizada, en el preciso momento de un equilibrio, como son los denominados métodos de cero, -tales como los potenciómetros, puentes, etc., con sus correspondientes partes componentes, resistencias, inductancias, capacidades, divisores de tensión, etc.