Metrología

Cualquier medida implica una comparación entre una cantidad desconocida y una cantidad de referencia, la unidad de medida . El principal sistema de unidades utilizado en todo el mundo es el Sistema Internacional de Unidades (SI) introducido en 1960 .

Esto define siete unidades básicas consideradas por convención como independientes a nivel dimensional. De estas unidades básicas se declinan, de una forma y solo una para cada una de ellas, todas las demás unidades conocidas como “unidades derivadas”.

Principios fundamentales

1. Calibración  : los valores obtenidos en una medición son el resultado de mediciones realizadas en un proceso de medición que comprende un instrumento de medición  ; este dispositivo, susceptible de variabilidad en el tiempo, debe calibrarse con uno o más estándares .
2. Incertidumbre  : la variabilidad de los valores obtenidos en una medida refleja lo que se denomina “incertidumbre de medida” (ver § anterior, nota 2 ). Esta incertidumbre debe expresarse como una dispersión, con reglas adicionales aplicadas a las incertidumbres. Los métodos para evaluar la incertidumbre de la medición son objeto de una guía metrológica internacional consensuada denominada Guía para la expresión de la incertidumbre de la medición o GUM .

Historia corta

Desde las primeras civilizaciones, fue necesario realizar medidas (pesos, longitudes), para intercambios entre terceros o por ejemplo impuestos. Para evitar disputas entre las partes interesadas, rápidamente aparecieron "puntos de referencia" que ahora se denominan "puntos de referencia". Este es el caso de las pesas egipcias y mesopotámicas y del llamado cachorro real "maya" del antiguo Egipto.

Hasta el XVIII °  siglo, las cantidades se evalúan a menudo en comparación con las referencias humanas, tales como "  pie  " o "  pulgadas  " para la longitud (con frecuencia los cuerpos de reyes y emperadores), o el "  diario  " para el área (tamaño de un campo correspondiente a la cantidad de trabajo - cosecha por ejemplo - que una persona puede hacer en un día).

Cada país, incluso cada provincia, tiene sus propias unidades de medida  ; así, el diccionario de Godefroy cita más de ochenta medidas agrarias utilizadas en la Edad Media. El peso incluso varía según el material que se pesa: oro y plata, seda u otras mercancías… Esto complica el comercio y dificulta la difusión del conocimiento.

Los científicos franceses, inspirados por el espíritu de la Ilustración y la Revolución Francesa , diseñan un sistema de referencia basado en referencias naturales que tienen el mismo valor para todos, sin relación con una persona en particular, en resumen universal - "universal" en el sentido "invariable, accesible a todos y reconocido por todos ”. Así es como tomamos la longitud del meridiano terrestre como referencia de longitud para construir el metro .

Múltiples textos legales sentarán las bases de la metrología. Estos son, para los dos textos más importantes:

• la ley de los 18 años germinales III (7 de abril de 1795) que establece las unidades del sistema métrico  ;
• el 20 de mayo de 1875, diecisiete Estados firmaron la Convención del Metro en París, que creó la Oficina Internacional de Pesas y Medidas (BIPM). La convención, modificada en 1921, todavía rige la organización funcional de las instituciones internacionales de metrología en la actualidad: BIPM, CGPM , CIPM .

En el XX °  siglo, la metrología ha evolucionado en todos los ámbitos que les conciernan, incluyendo el cambio de algunas definiciones de las unidades de base (longitud, tiempo ...); también promovió procedimientos estandarizados para calibrar instrumentos de medición ...

En las últimas décadas, finalmente se ha propuesto que la variabilidad de los valores medidos se considere una dispersión y que esta incertidumbre metrológica sea tratada por métodos estadísticos reconocidos. Para ello, ha impulsado la distribución de las guías VIM y GUM ya mencionadas en los apartados anteriores. Ahora depende de todos los actores involucrados implementar estas recomendaciones.

Anécdota: la sonda espacial marciana Mars Climate Orbiter se estrelló en el planeta Rojo porque un equipo expresó las longitudes en metros mientras que el otro las expresó en pies (ver Pérdida de la sonda ).

Organización metrológica

“Para que la medida tenga un significado y los resultados sean indiscutibles y puedan compararse con los obtenidos en otros tiempos y en otros lugares, cada medida debe estar conectada a un patrón de referencia mediante una cadena ininterrumpida”; esto se llama "  trazabilidad metrológica  ".

Es función principal de la “metrología científica y técnica” forjar los diversos eslabones de esta cadena y asegurar su correcto funcionamiento y coherencia internacional y nacional; Paralelamente a la metrología científica, existe la “metrología legal” que se basa en la metrología científica para desarrollar su misión específica dentro de un marco regulado por leyes y decretos.

Metrología científica y técnica

A nivel internacional, la "metrología científica" es la parte de la metrología que se encarga de definir las unidades de medida, realizarlas (estándares), compararlas entre países, mantenerlas y difundirlas en los países miembros. Este es esencialmente el dominio de la Oficina Internacional de Pesas y Medidas (BIPM). El BIPM y los laboratorios nacionales de metrología asociados son responsables del Sistema Internacional de Unidades (SI), clave para la uniformidad mundial de las medidas y uno de los cimientos indiscutibles del mundo industrializado.

Para garantizar esta misión unificadora, el BIPM es responsable de:

• establecer los estándares fundamentales y preservar los prototipos internacionales;
• comparar los estándares nacionales con los estándares internacionales;
• organizar comparaciones internacionales a nivel de estándares nacionales;
• asegurar la coordinación de las técnicas de medición correspondientes;
• realizar y coordinar determinaciones relativas a constantes físicas fundamentales;
• organizar reuniones científicas destinadas a identificar desarrollos futuros en el sistema de medición global;
• Informar, a través de publicaciones y reuniones, a la comunidad científica, los tomadores de decisiones y el público en general sobre temas relacionados con la metrología y sus beneficios.

El trabajo científico de los laboratorios BIPM se divide en unidades SI: masa, tiempo y frecuencias, longitudes, electricidad, foto y radiometría, radiación ionizante, temperatura, cantidad de materia,  etc.

El BIPM solo está sujeto a la supervisión del CIPM, que a su vez se encuentra bajo la autoridad de la CGPM.

Creación, en 1967, de la primera cátedra de metrología en Francia en el Conservatorio Nacional de Artes y Oficios (CNAM) de París.

A nivel nacional, la “metrología científica” ha sido administrada desde enero de 2005 por el Laboratorio Nacional de Metrología y Pruebas (LNE).

El LNE es responsable de coordinar la metrología francesa y representarla en el extranjero; también es el laboratorio nacional de referencia para la industria en materia de metrología.

Como tal, su misión es:

• desarrollar y mantener estándares nacionales de referencia, reconocidos internacionalmente;
• permitir a la industria (empresas y laboratorios) conectar sus instrumentos de medida al IS (requisito de calidad de las normas ISO 9000 ), gracias al sistema de cadenas de calibración nacionales para las siguientes seis áreas: electricidad-magnetismo, longitudes, masas y cantidades relacionadas (fuerza , presión, viscosidad, aceleración,  etc. ), cantidad de material - metrología química, radiometría-fotometría y temperaturas;
• ofrecer sus servicios de calibración en el campo de la salud, alimentación y control de nuestro medio ambiente;
• designado por el Ministerio de Industria, LNE emite certificados de examen para instrumentos de medida comercializados y regulados por el decreto francés de 3 de mayo de 2001. También está notificado para la directiva 2009/23 / CE IPFNA (Instrumento de pesaje no automático);
• dirigir y coordinar el trabajo de investigación de todas las organizaciones de metrología francesas. Para ello, agrupa una red de cuatro laboratorios nacionales de los que él mismo forma parte;
• participar en el trabajo internacional de comparación clave   entre los institutos nacionales de metrología, y también participar en la mejora de las unidades del Sistema Internacional (SI).

La metrología está integrada en la función de calidad de la empresa.

Podemos distinguir :

• metrología operativa, que interviene directamente en los procesos productivos, bajo la corresponsabilidad de los métodos, el personal operativo y la función de calidad;
• la "  función de metrología  " que es responsable del control metrológico de los medios de medición.

Las empresas de producción y los laboratorios operativos utilizan instrumentos de medición. Deben asegurar, en el marco de los intercambios "clientes - proveedores" del seguimiento metrológico de sus instrumentos. En este contexto, se les exige que mantengan relaciones metrológicas con las autoridades nacionales, ya sea directamente o por intermedio de organismos de metrología legales o laboratorios de ensayo y calibración acreditados. La serie de normas ISO 9001 también establece los procedimientos a seguir por las empresas en el campo de la metrología.

Metrología legal

“La metrología legal se refiere a la aplicación de requisitos reglamentarios a medidas e instrumentos de medida” .

A nivel internacional, está dirigido por la Organización Internacional de Metrología Legal (OIML) en conjunto con el BIPM.

A nivel nacional, es administrado por la Dirección General de Empresas (DGE) que fue creada por Decreto de16 de septiembre de 2014. La DGE, en el campo de la metrología, proporciona información sobre metrología industrial, normativas, organismos aprobados o designados para la verificación de instrumentos de medida.

La metrología legal se refiere a todas las actividades de medición sujetas a los requisitos definidos por las regulaciones. Estos son, por ejemplo:

• mediciones realizadas en el marco de transacciones comerciales: medición del volumen de combustible distribuido en las estaciones de servicio y visualizado por bombas; medición de las cantidades de productos preenvasados ​​y cumplimiento de las normas correspondientes; pesaje de productos y visualización de las indicaciones de la balanza; medición de energía eléctrica consumida y visualizada por contadores,  etc.  ;
• las mediciones realizadas para definir el precio de un impuesto o el tamaño de una sanción: velocímetros - radares de automóviles -, alcoholímetros, etc .;
• mediciones de descargas contaminantes: analizador de gases de escape de vehículos de motor, etc .;
• medidas relacionadas con la salud: farmacia, dispositivos de registro de todo tipo, etc.

La metrología legal incluye cuatro actividades principales:

• establecer requisitos legales;
• control / evaluación de la conformidad de productos regulados y actividades reguladas;
• supervisión de productos regulados y actividades reguladas;
• el establecimiento de la infraestructura necesaria para la trazabilidad de las medidas reguladas y los instrumentos de medida.

Está vinculado a diversas leyes, como la Directiva del Consejo de 20 de diciembre de 1979 sobre la aproximación de las leyes de los Estados miembros relativas a las unidades de medida y por la que se deroga la Directiva 71/354 / CEE (80/181 / CEE).

Metrología fundamental y nuevas tecnologías

Cadena de calibración industrial

La empresa debe establecer un sistema capaz de verificar mediante calibración que todos los medios de medición son capaces de realizar mediciones dentro de los límites adecuados a los requisitos. Los estándares de la empresa deben estar vinculados a los estándares nacionales (ellos mismos vinculados a los estándares internacionales) para garantizar la calidad del sistema.

Jerarquía de calibración

Para la empresa, se trata ante todo de estar a nivel nacional. El sistema establecido por el Comité de Acreditación francés (Cofrac) para la conexión de los estándares de referencia y los instrumentos de medición de la empresa a los estándares nacionales se compone de tres niveles:

1. En el nivel superior: el laboratorio nacional responsable de la conservación de las normas nacionales, denominado aquí primario;
2. En el nivel intermedio: organizaciones acreditadas para realizar la transferencia a la industria por los llamados estándares secundarios;
3. En el nivel inferior: personal operativo, es decir, fabricantes y laboratorios de metrología que deben tener sus patrones de referencia y otros instrumentos que no pueden calibrarse en su propia metrología calibrados.