Standardization News:

P. ¿Cuáles son los conceptos básicos de la medición?

R. Los miembros de ASTM International cuentan con una amplia gama de conocimientos, necesarios para sus campos específicos. Sin embargo, es posible que no todos tengan el mismo nivel de familiaridad con los conceptos de calidad de las mediciones. No es necesario ser un experto en metrología para poder utilizar los conceptos clave de la calidad de las mediciones. Lo que es importante es que compartamos el mismo vocabulario.

Conceptos de calidad

Los conceptos de calidad de la medición incluyen la precisión, la exactitud, el sesgo, la incertidumbre y la resolución. Estos conceptos se aplican a la presentación de informes sobre el resultado de una medición, a la caracterización de los métodos de ensayo, a la evaluación con respecto a una especificación y a los criterios para el desarrollo tanto de los métodos de ensayo como de las especificaciones. Aunque hay mucho en común entre estos conceptos de calidad de la medición, cada uno tiene significados y usos distintos.

Resultado de la medición

Para entender muchos de los conceptos de calidad de la medición, hay que reconocer que el resultado de una medición no es la respuesta correcta, no es el valor verdadero, sino algo cercano a él (muy cercano si es de alta calidad). Una prueba cuantitativa o el resultado de una medición es simplemente una ejecución o materialización de un procedimiento, también llamado a veces proceso de medición. Las mediciones reiteradas no producirán resultados idénticos, aunque a veces la variación puede ir más allá de la resolución del instrumento.

Esto se contrasta con un mensurando, el cual se define como la cantidad que se pretende medir. Este no es el resultado de una medición. Un mensurando es una cantidad que no se puede conocer. En el caso de una medición del nivel de presión sonora, el mensurando es el nivel de presión sonora. No es la lectura de un medidor sonométrico, sino el nivel de presión sonora real.

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El resultado de una medición se considera una estimación del mensurando, o una aproximación cercana a la cantidad real que se está midiendo. Por lo general, los científicos consideran que cualquier cantidad declarada está incompleta si no va acompañada de alguna información sobre el error, la imprecisión o la incertidumbre asociados con la cantidad indicada.

Dígitos significativos

La práctica estándar para el uso de dígitos significativos en los datos de pruebas para determinar la conformidad con las especificaciones ASTM (E29) aborda un error común cuando afirma: “No debe deducirse que un valor de medición es preciso en función del número de dígitos significativos utilizados para representarlo”. La idea errónea de que los dígitos significativos comunican la calidad de un valor parece provenir de la idea de que el redondeo de los dígitos elimina el error. Sin embargo, el redondeo no elimina el error, más bien introduce inherentemente más error. Redondear prematuramente cualquier número tendrá el mismo efecto que utilizar un instrumento con baja resolución, como se verá más adelante.

Saber cuántos dígitos retener en los cálculos era una habilidad útil cuando los cálculos se realizaban a mano y con regla de cálculo. Al hacer cálculos con una computadora, procesar muchos dígitos no es un inconveniente, por lo que podemos utilizar todos los dígitos disponibles para conservar los datos, incluidos los errores de esos datos. Un mayor número de dígitos no perjudica la medición ni la incertidumbre.

Resolución

La resolución es simplemente una descripción de la capacidad de un instrumento de medición. Es la indicación mínima de la diferencia que un instrumento puede proporcionar. A menudo se trata de la graduación más pequeña en los instrumentos analógicos, el dígito más pequeño proporcionado en la pantalla digital del instrumento o el dígito más pequeño de una exportación de datos digitales. Una de las formas en que los instrumentos pueden afectar la calidad de las mediciones es su resolución. Los instrumentos con resoluciones más bajas tienen el potencial de contribuir al error o a la incertidumbre. Los instrumentos con resoluciones más altas contribuirán menos al error o a la incertidumbre.

Incertidumbre de medición

La incertidumbre es un atributo de un resultado de prueba concreto para una unidad o material particular sometido a prueba; describe el rango de valores que podrían atribuirse razonablemente al mensurando. Se define en la terminología estándar relativa a la calidad y las estadísticas (E456) como “una indicación de la magnitud del error asociado a un valor que tenga en cuenta tanto los errores sistemáticos como los errores aleatorios asociados al proceso de medición o prueba”. Cuando un valor se expresa como X ±U, está expresando el valor de la medición y la incertidumbre asociada.

El error es una cantidad que no se puede conocer; es la diferencia entre el resultado de la medición y el valor verdadero que no se puede conocer del mensurando. La incertidumbre estándar es la estimación de la desviación estándar del error de una prueba determinada. La incertidumbre ampliada se expresa como múltiplo de la incertidumbre estándar. Los componentes de incertidumbre pueden incluir tanto evaluaciones estadísticas como no estadísticas. Se espera que el metrólogo proporcione una declaración de incertidumbre con los resultados de la medición.

Precisión

La precisión es una medida de la concordancia esperada de las mediciones reiteradas de un elemento de prueba cuando se utiliza un procedimiento o proceso de medición especificado, o la variación esperada en condiciones diferentes para un procedimiento de medición. Existen varios niveles de precisión correspondientes a diferentes condiciones, los cuales se analizan en la práctica estándar para el uso de los términos precisión y sesgo en los métodos de prueba de ASTM (E177).

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La reproducibilidad es la variación esperada cuando una prueba se realiza en diferentes laboratorios con la misma muestra de prueba. La repetibilidad es la variación esperada cuando una prueba se realiza en el mismo laboratorio por el mismo analista en un corto período de tiempo. La repetibilidad reportada en una prueba de ASTM es un promedio entre los laboratorios que participan en un estudio interlaboratorios y no es específica de ningún laboratorio. En conjunto, la reproducibilidad y la repetibilidad son componentes de la precisión de los métodos de prueba.

La precisión intermedia se denomina a veces precisión del sitio o precisión del laboratorio. Es la variación esperada cuando un procedimiento de prueba se realiza en un laboratorio específico. Existe la presunción de que la variación en condiciones de precisión intermedia debe ser menor que la variación en condiciones de reproducibilidad del método de prueba.

Sesgo

El sesgo es una medida del error sistemático. Es la diferencia entre la media de los resultados de las pruebas de un material de referencia o un objeto de prueba y un valor de referencia aceptado. Como ya se ha mencionado, el verdadero valor —o mensurando— de una prueba no se puede conocer, por lo que E177 define un valor de referencia aceptado y determinado por consenso, por medio de cálculos teóricos o por distintos medios de determinación.

Tanto el sesgo como la precisión de los métodos de prueba son atributos de un método de prueba o de un procedimiento de medición. Es importante establecer la precisión y el sesgo de un procedimiento de medición para evaluar si es adecuado para determinar la cantidad deseada. Esto contrasta con la incertidumbre de la medición, que es un atributo de un método de prueba especifico que se ha realizado en una muestra de prueba determinada.

Conclusiones

El propósito de este artículo no es proporcionar instrucciones sobre ninguno de estos temas, sino más bien establecer las distinciones entre los conceptos para las mediciones y la calidad de estas.

El resultado de una medición suele ser un número expresado en notación decimal, y por sí solo no dice nada sobre la calidad de la medición. Cabe esperar que los datos de medición presenten un cierto nivel de error, incertidumbre o imprecisión. Entonces, podemos usar varios conceptos de calidad de la medición para evaluar cuánto error, incertidumbre o imprecisión conlleva la expresión de un resultado de medición.

Elliott Dick es científico especializado en acústica de los laboratorios North Orbit Acoustic Laboratories y miembro de los comités sobre edificación y acústica ambiental (E33) y sobre calidad y estadística (E11).