Fundamentos de Metrología y Clasificación de Errores en Mediciones Físicas

Magnitudes Físicas y Tipos de Medida

Una magnitud es toda propiedad física que se puede medir. Para ello, se empleará un instrumento de medida o aparato y una unidad denominada patrón. Las medidas pueden clasificarse en:

• Directas: La magnitud que se va a medir se obtiene directamente con el instrumento o aparato. Ejemplo: el uso de una regla.
• Indirectas: No se mide directamente, sino que se deduce su valor mediante alguna fórmula matemática. Ejemplo: la superficie de un terreno rectangular se obtiene midiendo cada uno de sus lados y se calcula según la fórmula S = a · b.

Exactitud, Precisión y Fiabilidad

La exactitud es la propiedad por la cual una medida, o el representante de una serie de ellas, se acerca al valor real o de referencia aceptado. Por otro lado, la precisión es el grado de dispersión o concordancia que presentan los resultados obtenidos al medir repetidamente un determinado valor de una variable.

Un instrumento es tanto más exacto cuanto más se acerca su lectura al valor proporcionado por un patrón. Asimismo, un instrumento es tanto más preciso cuantas más cifras significativas puede proporcionar.

Conceptos de Consistencia en la Medición

• Repetibilidad: Se define como la precisión bajo condiciones determinadas en las que los resultados de una medida se obtienen con el mismo método, operador, laboratorio e instrumento, durante un corto intervalo de tiempo.
• Reproducibilidad: Es la precisión en condiciones diferentes, donde no coinciden los laboratorios, los operadores o los instrumentos.
• Fiabilidad: Concepto que se suele aplicar a un instrumento, técnica u operador. Se define como la probabilidad de que este se comporte de la forma prevista en un tiempo y en unas condiciones de trabajo determinadas que le son propias.

Errores Sistemáticos o Determinados

Los errores sistemáticos ocurren cuando hay una o varias causas que los determinan; la detección de estas supone la posibilidad de eliminar el error. Son debidos a defectos en los instrumentos, en los métodos y/o en el personal, los cuales pueden ser detectados y resueltos.

Estos errores influyen siempre en el mismo sentido (por exceso o por defecto sobre el valor real) e intensidad. No se solucionan con la repetición de análisis. Pueden ser eliminados si una persona especializada detecta la fuente del error o defecto. Afectan directamente a la exactitud de la medida o conjunto de medidas. Se evalúan, se determinan sus causas e intensidad y, finalmente, se corrigen.

Tipos de Errores Sistemáticos

• Errores aditivos: Son aquellos que se desvían del valor real una cantidad constante, sin depender del valor de la variable que se está controlando. Ejemplos: cuando el cero del aparato no es correcto o la preparación incorrecta del blanco del método.
• Errores proporcionales: Ocurren cuando el valor de la medida se aleja del valor real según un factor de proporcionalidad relacionado con la cantidad de la muestra. Ejemplos: cambios de sensibilidad de los aparatos, interferencias de sustancias presentes en la muestra, etc.
• Errores personales: Se deben a la mala instrucción, aplicación o mala fe del personal a cargo de la medida. Ejemplos: error de paralaje, mala limpieza del material o incorrecta calidad del trabajo.
• Errores instrumentales: Se deben a una incorrecta calibración o verificación, a un mal funcionamiento o a una incorrecta utilización del instrumento. Ejemplo: cuando se exige una elevada precisión a un instrumento que no es capaz de darla por no haber sido bien elegido o porque no es el adecuado para una determinada técnica.
• Errores de método: Aparecen cuando se emplean instrucciones o procedimientos normalizados que no son adecuados o no están correctamente especificados para la medida que se toma. Ejemplo: determinar Na+ en muestras acuosas recogidas en recipientes de vidrio, que pueden liberar este analito.

Errores Aleatorios y su Tratamiento

Los errores aleatorios o indeterminados no se pueden prever y se deben a causas no conocidas.

Tratamiento de los Errores

• Es aplicable exclusivamente a los errores de tipo aleatorio.
• En el caso de los errores de tipo sistemático, tendremos que emplear patrones y auditorías de calidad para detectar y resolver los errores.
• Se emplea para conocer los márgenes dentro de los cuales se encuentra el valor real con cierto grado de probabilidad.
• No mejora la calidad de los datos originales.

Instrumentos de Medición de Precisión

El pie de rey es un instrumento para medir dimensiones de objetos relativamente pequeños, desde centímetros hasta fracciones de milímetros (1/10 de milímetro, 1/20 de milímetro, 1/50 de milímetro).

Un tornillo micrométrico es una forma simple y precisa de realizar una medición con una herramienta manual. Un micrómetro puede medir la profundidad, longitud y grosor de cualquier objeto que se ajuste entre su yunque y su huso.