¿Qué significa medir?
De una propiedad del mundo real a un resultado de medición
magnitud · mensurando · modelo · instrumento · procedimiento · indicación · resultado
En el capítulo anterior aprendimos a representar, comparar y transformar cantidades físicas.
Ahora retrocedemos un paso y preguntamos:
Si un voltímetro indica:
podemos leer el número y reconocer la unidad. Sin embargo, todavía debemos saber:
y finalmente:
Ese paso de la realidad física a información cuantitativa constituye el territorio de la metrología.
4.1. Representar una magnitud no es lo mismo que medirla
FUNDAMENTAL · ●○○○Supongamos que encontramos escrito:
Sabemos interpretar:
- la magnitud representada;
- el valor numérico;
- el prefijo kilo;
- la unidad ohm.
Pero la expresión, por sí sola, no informa:
- qué resistor fue estudiado;
- qué propiedad se pretendió medir exactamente;
- qué instrumento o sistema se utilizó;
- qué procedimiento se siguió;
- qué condiciones pudieron influir;
- qué información adicional acompaña al resultado.
4.2. Magnitud: una propiedad susceptible de descripción cuantitativa
FUNDAMENTAL · ●○○○En metrología, una magnitud es una propiedad de un fenómeno, cuerpo o sustancia que puede expresarse cuantitativamente mediante un valor y una referencia.
Por ejemplo:
mesa · cable · barra
líquido · superficie · ambiente
resistor · conductor
proceso · evento
Tabla 4.1. Del objeto al mensurando
| Objeto, fenómeno o sustancia | Magnitud posible | Mensurando suficientemente identificado |
|---|---|---|
| Mesa | Longitud | Longitud del borde frontal de la mesa. |
| Líquido | Temperatura | Temperatura del líquido en el punto y momento especificados. |
| Resistor | Resistencia eléctrica | Resistencia del resistor bajo las condiciones especificadas. |
| Moneda | Longitud | Diámetro exterior de la moneda en la dirección especificada. |
| Batería | Diferencia de potencial | Diferencia de potencial entre terminales en circuito abierto, bajo las condiciones especificadas. |
4.3. Mensurando: la magnitud que se pretende medir
FUNDAMENTAL · ●○○○El concepto central es:
En el Vocabulario Internacional de Metrología, el mensurando es la:
Moneda
Mensurandodiámetro exterior.
Resistor
Mensurandoresistencia eléctrica bajo condiciones especificadas.
«Moneda», «resistor», «agua» y «batería» identifican objetos o sustancias. El mensurando debe identificar la magnitud que queremos medir.
4.4. Especificar el mensurando forma parte del problema experimental
INTERMEDIO · ●●○○Decir:
puede resultar insuficiente si la longitud depende de alguna condición relevante.
Una barra metálica, por ejemplo, puede cambiar de longitud cuando cambia su temperatura.
Por eso podemos necesitar una formulación como:
La especificación necesaria depende del propósito y de la calidad requerida.
Tabla 4.2. De una formulación ambigua a un mensurando mejor especificado
| Expresión insuficiente | Problema | Formulación mejor especificada |
|---|---|---|
| «Medir la mesa» | No identifica una magnitud. | Longitud del borde frontal de la mesa. |
| «Medir el voltaje» | No identifica entre qué puntos ni bajo qué condición. | Diferencia de potencial entre los terminales A y B en la condición indicada. |
| «Medir la temperatura» | No identifica lugar ni momento. | Temperatura del líquido en el punto y momento especificados. |
| «Longitud de la barra» | Puede faltar una condición relevante. | Longitud de la barra a 20 °C. |
4.5. Medir es un proceso experimental
FUNDAMENTAL · ●○○○Según el VIM, la medición es un proceso para obtener experimentalmente uno o más valores que puedan atribuirse razonablemente a una magnitud.
De esta idea se desprenden tres elementos:
Existe una secuencia organizada de acciones.
Obtenemos información mediante interacción con el mundo físico.
Los valores obtenidos se refieren a un mensurando identificado.
Identificar el mensurando y el propósito.
Seleccionar relaciones y simplificaciones pertinentes.
Establecer cómo se obtendrán las observaciones.
Utilizar el sistema de medición bajo condiciones especificadas.
Tratar indicaciones, correcciones y relaciones necesarias.
Atribuir al mensurando los valores e información relevantes.
4.6. Cada elemento responde una pregunta diferente
| Elemento | Pregunta | Ejemplo: diámetro de una moneda |
|---|---|---|
| Objeto | ¿Qué cuerpo o fenómeno estudiamos? | La moneda. |
| Mensurando | ¿Qué magnitud pretendemos medir? | Diámetro exterior. |
| Modelo | ¿Qué representación o relación es pertinente? | Contorno aproximadamente circular para el propósito considerado. |
| Sistema de medición | ¿Con qué obtenemos la información? | Calibrador apropiado para el intervalo requerido. |
| Procedimiento | ¿Cómo se realiza? | Posicionar, establecer contacto, observar y registrar según el procedimiento definido. |
| Unidad | ¿Con qué referencia expresamos el valor? | milímetro, mm. |
| Condiciones | ¿Bajo qué circunstancias se midió? | Condiciones relevantes especificadas por el procedimiento. |
| Resultado | ¿Qué información atribuimos finalmente al mensurando? | Uno o más valores atribuidos al diámetro junto con la información pertinente. |
4.7. Modelo conceptual y modelo de medición: relacionados, pero no idénticos
INTERMEDIO · ●●○○La palabra modelo puede aparecer en dos niveles que conviene distinguir.
Simplifica algún aspecto de la realidad para poder razonar sobre ella.
Ejemplo: representar el borde de una mesa mediante una circunferencia.
En el sentido formal del VIM y de la GUM, es una relación matemática entre las magnitudes que intervienen en la medición.
Un dibujo idealizado del objeto puede ayudar a formular el problema, pero no constituye automáticamente el modelo matemático que relaciona las magnitudes de entrada con el mensurando.
4.8. El objeto real y su representación no son idénticos
Consideremos una mesa que parece circular.
Un círculo puede ser un modelo geométrico útil. Sin embargo, el borde real puede presentar:
- pequeñas irregularidades;
- desgaste;
- deformaciones;
- diámetros diferentes según la dirección.
4.9. Un modelo puede ser adecuado para una decisión e insuficiente para otra
Supongamos que obtenemos, como datos didácticos:
y:
La diferencia es:
Si la pregunta es:
una representación circular simple puede ser suficiente para tomar la decisión.
Pero si deseamos fabricar una pieza que ajuste al borde con una tolerancia mucho menor, ignorar una diferencia de 0,7 cm puede resultar inaceptable.
El dato no cambia. Lo que cambia es la exigencia que imponemos al modelo.
4.10. Instrumento y sistema de medición
FUNDAMENTAL · ●○○○Un instrumento de medición es un dispositivo utilizado para realizar mediciones, solo o junto con dispositivos auxiliares.
Un sistema de medición puede estar constituido por varios elementos ensamblados y adaptados para proporcionar información utilizada en la medición.
Sensores, cables, fuentes, acondicionamiento de señal, conversión analógica-digital, software y otros componentes pueden formar parte del sistema.
4.11. El procedimiento forma parte de la medición
Tener un instrumento adecuado no garantiza por sí solo un resultado adecuado.
El procedimiento describe detalladamente cómo se desarrolla la medición.
establecer las condiciones requeridas.
instalar el sistema según el método previsto.
obtener las indicaciones de manera definida.
conservar valores, unidades y condiciones relevantes.
Cambiar el procedimiento puede cambiar los valores obtenidos, incluso si el instrumento es el mismo.
4.12. Unidad, patrón de medida e instrumento no son sinónimos
INTERMEDIO · ●●○○Referencia utilizada para expresar valores de longitud.
Realización metrológica utilizada como referencia.
Dispositivo utilizado para obtener información de medición.
La unidad de longitud del SI es el:
Un patrón de medida es una realización de la definición de una magnitud con un valor declarado y una incertidumbre asociada, utilizada como referencia.
Una regla ordinaria es, en cambio, principalmente un:
Tabla 4.3. Unidad, patrón de medida e instrumento
| Concepto | Función principal | Pregunta |
|---|---|---|
| Unidad | Referencia para expresar el valor de una magnitud. | ¿En qué unidad se expresa? |
| Patrón de medida | Realización metrológica utilizada como referencia. | ¿Qué referencia sustenta una comparación o calibración? |
| Instrumento | Proporciona información utilizada para medir. | ¿Con qué se obtiene la indicación? |
4.13. Indicación, valor medido y resultado de medición
INTERMEDIO · ●●○○Supongamos que un voltímetro muestra:
Ese valor mostrado constituye una:
Una indicación es información proporcionada por un instrumento o sistema de medición.
Pero no debemos identificar automáticamente:
En sentido metrológico, un resultado de medición comprende los valores que se atribuyen al mensurando junto con la información pertinente disponible.
En muchas aplicaciones, esa información incluye de manera esencial la incertidumbre de medición, que estudiaremos más adelante.
- ¿cuál es el mensurando?
- ¿qué procedimiento se utilizó?
- ¿qué sistema produjo la indicación?
- ¿qué correcciones son pertinentes?
- ¿qué condiciones son relevantes?
- ¿qué incertidumbre acompaña al resultado?
4.14. El sistema de medición puede modificar aquello que observamos
AVANZADO · ●●●○Podemos imaginar un instrumento como un observador pasivo, pero en algunos experimentos existe una interacción física entre el sistema de medición y el objeto estudiado.
En análisis de circuitos, el ejemplo es especialmente claro.
Un voltímetro real posee una resistencia de entrada finita. Al conectarlo entre dos puntos, puede circular una corriente que antes no circulaba.
4.15. El efecto de carga puede demostrarse con un modelo de circuito
Representemos una fuente real mediante:
En circuito abierto:
Por tanto, en este modelo:
Ahora conectamos un voltímetro real cuya resistencia de entrada es:
La corriente del circuito pasa a ser:
El voltímetro mide la tensión entre sus propios terminales:
Sustituyendo:
Si:
y RV es finita, entonces:
y por ello:
Sin embargo, cuando:
el cociente se aproxima a 1 y el efecto de carga puede resultar muy pequeño.
La medición no modifica necesariamente el sistema de manera importante. Debemos analizar si la interacción es despreciable para la finalidad de la medición.
4.16. El último dígito mostrado no es automáticamente la incertidumbre
INTERMEDIO · ●●○○Supongamos que un instrumento digital indica:
No podemos concluir únicamente a partir de esa pantalla:
Porque:
La incertidumbre puede recibir contribuciones del instrumento, calibración, resolución, repetibilidad, procedimiento, modelo, condiciones ambientales y otras fuentes.
Por ahora basta conservar:
4.17. Errores frecuentes
La moneda es el objeto; su diámetro puede ser el mensurando.
Las condiciones relevantes deben especificarse cuando afectan al problema.
Una representación útil sigue siendo una simplificación.
El segundo posee un significado matemático específico en metrología.
El metro es una unidad; una regla es un instrumento.
Un instrumento ordinario no es automáticamente un patrón de medida.
La pantalla proporciona información que debe interpretarse.
El efecto de carga del voltímetro muestra que puede existir interacción.
Debemos evaluar si el efecto es significativo para el propósito.
La evaluación de incertidumbre requiere identificar las fuentes relevantes.
4.18. Práctica por niveles
1. Identifica objeto y mensurando:
- Se desea determinar el ancho de una hoja.
- Se desea determinar la temperatura del agua de un vaso.
- Se desea determinar la resistencia eléctrica de un resistor.
- Se desea determinar la masa de una moneda.
2. Mejora estas formulaciones:
- «Voy a medir una batería».
- «Voy a medir la mesa».
- «Voy a medir el agua».
Identifica una magnitud y agrega las condiciones necesarias.
3. Una mesa aproximadamente circular produce:
y
- ¿Qué evidencia proporcionan los datos?
- ¿Demuestran que la mesa no es circular?
- ¿Qué otra información necesitas para evaluar el modelo?
- ¿Por qué el propósito de la medición importa?
4. Una fuente real tiene:
y se conecta a un voltímetro cuya resistencia de entrada es:
- Calcula la corriente al conectar el voltímetro.
- Calcula la tensión indicada por el modelo.
- Compárala con la tensión de circuito abierto.
- Explica físicamente la diferencia.
- ¿Qué ocurriría si RV aumentara mucho?
4.19. Respuestas orientadoras
a) Objeto: hoja. Mensurando: ancho de la hoja.
b) Objeto o sustancia: agua. Mensurando: temperatura del agua bajo las condiciones especificadas.
c) Objeto: resistor. Mensurando: resistencia eléctrica.
d) Objeto: moneda. Mensurando: masa.
Ejemplos posibles:
a) Diferencia de potencial entre los terminales
de la batería en circuito abierto.
b) Longitud del borde frontal de la mesa.
c) Temperatura del agua
en el punto y momento especificados.
La diferencia entre los dos diámetros evidencia que los valores obtenidos no son idénticos. Por sí sola, esa diferencia no identifica la causa: pueden intervenir geometría real, procedimiento, orientación y otras fuentes.
La suficiencia del modelo circular depende del propósito y de la calidad requerida.
Ejercicio 4Convertimos:
Corriente:
Tensión indicada:
En circuito abierto:
La conexión del voltímetro introduce carga porque RV no es infinitamente grande frente a la resistencia interna.
Si RV aumenta mucho respecto de r, Vm se aproxima progresivamente a Voc.
4.20. Comprueba lo aprendido
- ¿Qué diferencia existe entre objeto y magnitud?
- ¿Qué es un mensurando?
- ¿Por qué «medir una mesa» es insuficiente?
- ¿Cuándo una condición debe incorporarse a la especificación del mensurando?
- ¿Por qué medir es un proceso experimental?
- ¿Qué diferencia existe entre modelo conceptual y modelo de medición?
- ¿Por qué un modelo no debe confundirse con la realidad?
- ¿De qué depende que un modelo sea adecuado?
- ¿Qué diferencia existe entre instrumento y sistema de medición?
- ¿Por qué el procedimiento importa?
- ¿Qué diferencia existe entre unidad y patrón de medida?
- ¿Qué diferencia existe entre patrón e instrumento?
- ¿Qué es una indicación?
- ¿Qué comprende conceptualmente un resultado de medición?
- ¿Por qué una lectura digital no contiene toda la información metrológica?
- ¿Qué es el efecto de carga de un voltímetro?
- ¿Cuándo puede ser despreciable ese efecto?
- ¿Por qué resolución e incertidumbre no son automáticamente iguales?
- Construye una cadena conceptual desde la realidad física hasta el resultado de medición.
4.21. Síntesis de la Parte 1
Medir comienza mucho antes de leer una pantalla.
Primero debemos identificar:
Esa magnitud es el:
El proceso completo conecta:
↓
mensurando
↓
modelo
↓
procedimiento y sistema de medición
↓
indicaciones
↓
interpretación
↓
resultado de medición
Cinco distinciones deben quedar claras:
modelo ≠ realidad
unidad ≠ instrumento
indicación ≠ resultado completo
resolución ≠ automáticamente incertidumbre
Y el ejemplo del voltímetro añadió una idea esencial:
La siguiente parte estudiará cómo pueden organizarse y clasificarse diferentes procesos de medición.
Referencias
Bureau International des Poids et Mesures. (2026). The International System of Units (SI) (9th ed., Version 4.01). https://doi.org/10.59161/AUEZ1291
International Electrotechnical Commission. (2026). IEC 60617 Database: Graphical symbols for diagrams.
International Organization for Standardization. (2018). Technical product documentation (TPD)—Presentation of dimensions and tolerances—Part 1: General principles (ISO 129-1:2018).
Joint Committee for Guides in Metrology. (2012). International vocabulary of metrology—Basic and general concepts and associated terms (VIM) (3rd ed., JCGM 200:2012). https://doi.org/10.59161/JCGM200-2012
Joint Committee for Guides in Metrology. (2020). Guide to the expression of uncertainty in measurement—Part 6: Developing and using measurement models (JCGM GUM-6:2020). https://doi.org/10.59161/JCGMGUM-6-2020
Joint Committee for Guides in Metrology. (2023). Guide to the expression of uncertainty in measurement—Part 1: Introduction (JCGM GUM-1:2023). https://doi.org/10.59161/JCGMGUM-1-2023
Tipos de medición: tres preguntas diferentes
Ya sabemos qué significa medir y cuáles son los componentes fundamentales del proceso.
Ahora debemos distinguir tres preguntas:
Estas preguntas conducirán a:
La idea fundamental será que estas clasificaciones describen aspectos diferentes de una medición y pueden combinarse.
La Parte 2 continúa en 4.22 · Figura 4.8 · Tabla 4.4 · Demostración 3 .
Tipos de medición
Tres preguntas diferentes para describir un experimento
directa · indirecta · aislada · repetida · cuasiestática · dinámica
Una medición puede analizarse desde perspectivas diferentes.
Cada pregunta describe un aspecto diferente.
Una misma medición puede ser, por ejemplo, directa + repetida + cuasiestática.
4.22. Tres preguntas, no una sola clasificación
FUNDAMENTAL · ●○○○Podemos organizar el análisis mediante tres ejes.
¿Cómo se obtiene el valor buscado?
¿Cuántas determinaciones comparables se realizan?
¿Cómo evoluciona el mensurando durante la observación?
4.23. Una precisión terminológica importante
AVANZADO · ●●●○No todos los pares utilizados aquí poseen exactamente el mismo estatus dentro del vocabulario metrológico formal.
El Vocabulario Internacional de Metrología reconoce estos términos como calificadores posibles de métodos de medición.
En este curso se utilizan como ejes operativos y pedagógicos para analizar el diseño experimental.
Más adelante estudiaremos términos metrológicos formales como repetibilidad, precisión intermedia y reproducibilidad.
4.24. Método de medición directa
FUNDAMENTAL · ●○○○En un método directo, el valor del mensurando se obtiene sin determinarlo a partir de valores medidos de otras magnitudes diferentes.
Por ejemplo:
Otro ejemplo:
4.25. Método de medición indirecta
INTERMEDIO · ●●○○En un método indirecto, el valor buscado se obtiene mediante un modelo de medición que relaciona el mensurando con otras magnitudes cuyos valores se obtienen experimentalmente.
Supongamos una moneda aproximadamente circular.
Medimos su diámetro:
y obtenemos el área mediante:
En este ejemplo:
4.26. De una medición directa a una indirecta
Supongamos que el diámetro medido es:
Para una moneda modelada como circular:
Sustituimos:
Las unidades también se elevan al cuadrado:
Obtenemos:
El área no fue observada directamente mediante una escala que indicara área.
Surgió de un modelo aplicado a un valor experimental del diámetro.
4.27. Directa no significa «copiar ciegamente una pantalla»
AVANZADO · ●●●○Un método directo puede requerir:
- una corrección de calibración;
- una conversión de unidad;
- compensación por una influencia conocida;
- tratamiento matemático de indicaciones del sistema.
La distinción se refiere a la relación entre el mensurando y las magnitudes medidas, no a la ausencia o presencia de operaciones matemáticas.
Tabla 4.4. Método directo e indirecto
| Criterio | Directo | Indirecto |
|---|---|---|
| Pregunta central | ¿El valor buscado se obtiene directamente para el mensurando? | ¿Se obtiene a partir de otras magnitudes mediante un modelo? |
| Estructura | sistema → mensurando | magnitudes de entrada → modelo → mensurando |
| Ejemplo | diámetro con calibrador | área obtenida desde el diámetro |
| ¿Puede incluir cálculos? | Sí. | Sí; el modelo es esencial. |
4.28. Una determinación aislada
FUNDAMENTAL · ●○○○En el sentido pedagógico utilizado aquí, una determinación aislada consiste en obtener una sola observación del mensurando bajo las condiciones establecidas.
Por ejemplo:
Una observación puede ser suficiente para determinadas decisiones.
4.29. Mediciones repetidas
INTERMEDIO · ●●○○Cuando realizamos varias determinaciones del mismo mensurando bajo condiciones especificadas, obtenemos un conjunto de valores.
Consideremos, como datos didácticos:
Los valores no son idénticos.
Esa variación contiene información.
4.30. ¿Qué información aparece cuando repetimos?
Consideremos:
El menor valor observado es:
El mayor valor observado es:
La amplitud observada del conjunto es:
Una sola observación no habría mostrado esa extensión del conjunto.
Más adelante utilizaremos medidas estadísticas más informativas que el simple rango, entre ellas la media y la desviación estándar.
4.31. Muchas lecturas no siempre significan repetibilidad
AVANZADO · ●●●○Si medimos varias veces la misma longitud bajo condiciones comparables, podemos estar realizando mediciones repetidas.
Pero si registramos:
mientras la temperatura cambia, cada observación puede corresponder a un estado físico diferente.
Tabla 4.5. Determinación aislada y mediciones repetidas
| Criterio | Aislada | Repetida |
|---|---|---|
| Número de determinaciones comparables | Una | Varias |
| Dispersión observable | No directamente | Sí |
| Ejemplo | una observación del ancho | cinco determinaciones del mismo ancho |
| Precaución | no muestra la variabilidad entre repeticiones | las condiciones deben especificarse |
4.32. Situación cuasiestática
FUNDAMENTAL · ●○○○En una situación cuasiestática, el mensurando puede considerarse aproximadamente constante durante el intervalo relevante de medición.
Por ejemplo:
4.33. Situación dinámica
INTERMEDIO · ●●○○Una situación es dinámica cuando el mensurando cambia apreciablemente durante el intervalo en que intentamos observarlo.
durante un calentamiento rápido.
durante un transitorio.
durante una aceleración.
4.34. Un modelo sencillo del tiempo de respuesta
Supongamos que la temperatura cambia de:
a:
Utilizamos un modelo idealizado de primer orden:
La constante τ representa una escala temporal característica.
Para:
obtenemos:
Como:
resulta:
Después de una constante de tiempo, la indicación todavía no ha alcanzado 80 °C.
El modelo es pedagógico. Un instrumento real puede requerir una descripción dinámica diferente.
4.35. Cuasiestático y dinámico dependen de las escalas de tiempo
AVANZADO · ●●●○La misma magnitud puede tratarse como prácticamente constante en un experimento y como dinámica en otro.
Tabla 4.6. Situación cuasiestática y dinámica
| Criterio | Cuasiestática | Dinámica |
|---|---|---|
| Evolución | Cambio despreciable durante el intervalo relevante. | Cambio apreciable durante el intervalo relevante. |
| Ejemplo | ancho de una hoja inmóvil | temperatura durante calentamiento |
| Aspecto instrumental | las características estáticas pueden ser suficientes | la respuesta temporal puede ser decisiva |
| Precaución | «constante» es una aproximación experimental | la indicación puede retrasarse |
4.36. Los tres ejes son independientes
INTERMEDIO · ●●○○Con tres preguntas binarias aparecen conceptualmente:
combinaciones posibles.
Esto no significa que todas sean igual de frecuentes. Significa que una clasificación en un eje no determina automáticamente las demás.
directa
aislada
cuasiestática
directa
repetida
cuasiestática
directa
aislada
dinámica
directa
serie temporal
dinámica
indirecta
aislada
cuasiestática
indirecta
repetida
cuasiestática
indirecta
aislada
dinámica
indirecta
serie temporal
dinámica
Tabla 4.7. Ejemplos de combinación de los tres ejes
| Situación | Método | Determinaciones | Temporalidad |
|---|---|---|---|
| Una lectura del diámetro de una moneda | Directo | Aislada | Cuasiestática |
| Cinco mediciones del mismo diámetro | Directo | Repetidas | Cuasiestática |
| Área calculada desde un diámetro | Indirecto | Aislada | Cuasiestática |
| Temperatura durante calentamiento | Directo respecto de T | Serie temporal | Dinámica |
| P(t)=V(t)I(t) | Indirecto | Serie temporal | Dinámica |
4.37. Ejemplo integrador: diámetro y área de una moneda
INTERMEDIO · ●●○○Supongamos cinco determinaciones:
Son:
Como resumen descriptivo:
Si empleamos:
el área se obtiene indirectamente.
4.38. Ejemplo dinámico: una temperatura que cambia
AVANZADO · ●●●○Supongamos:
Tenemos varias observaciones, pero corresponden a instantes distintos de un proceso que cambia.
4.39. Errores frecuentes
Falso. Puede requerir correcciones o conversiones.
Falso. Muchos métodos avanzados dependen de modelos.
Las condiciones y el estado del mensurando importan.
Un proceso dinámico puede atravesar estados diferentes.
Es una aproximación respecto de una escala temporal.
Puede separar la indicación del estado instantáneo.
Un procedimiento sesgado puede repetirse muchas veces.
Cada eje responde una pregunta distinta.
4.40. Práctica por niveles
1. Clasifica como directa o indirecta:
- medir masa con una balanza;
- calcular el área desde un diámetro medido;
- medir diferencia de potencial con un voltímetro;
- calcular R=V/I a partir de V e I medidos.
2. Analiza:
- una sola lectura del ancho de una hoja;
- diez mediciones del mismo diámetro;
- temperatura registrada cada segundo durante calentamiento.
3. Un sensor responde a un cambio de 20 °C a 80 °C y se modela con:
Calcula la indicación para:
- t=0;
- t=5 s;
- t=10 s.
4. Se miden V(t) e I(t) y se calcula:
- ¿P se obtiene directa o indirectamente?
- ¿Por qué es un problema dinámico?
- ¿Las muestras temporales son repeticiones del mismo estado?
- ¿Qué ocurre si los canales V e I no están sincronizados?
4.41. Respuestas orientadoras
a) directa;
b) indirecta;
c) directa;
d) indirecta.
Una sola observación no muestra la dispersión entre repeticiones. Varias mediciones comparables permiten estudiarla. Una serie durante calentamiento representa estados sucesivos, no necesariamente réplicas del mismo estado.
Ejercicio 3P se obtiene indirectamente mediante V e I. Si ambas magnitudes varían, el problema es dinámico. Una falta de sincronización puede combinar valores correspondientes a instantes diferentes.
4.42. Comprueba lo aprendido
- ¿Qué pregunta responde la distinción directa/indirecta?
- ¿Puede un método directo incluir cálculos?
- ¿Qué papel desempeña un modelo en un método indirecto?
- Explica el recorrido diámetro → área.
- ¿Qué información falta con una sola observación?
- ¿Qué aporta repetir una medición?
- ¿Por qué varios números no son automáticamente réplicas?
- ¿Qué diferencia existe entre repetición y serie temporal?
- ¿Qué significa tratar una situación como cuasiestática?
- ¿Qué caracteriza un proceso dinámico?
- ¿Por qué importa el tiempo de respuesta?
- ¿Qué representa τ?
- ¿Por qué el sensor no responde instantáneamente?
- ¿Por qué los tres ejes son independientes?
- Da un ejemplo directo + repetido + cuasiestático.
- Da un ejemplo indirecto + dinámico.
- ¿Por qué una serie temporal no representa automáticamente repetibilidad?
- ¿Por qué importa sincronizar canales de medición?
4.43. Síntesis de la Parte 2
Una medición puede describirse mediante varias preguntas simultáneamente.
directa ↔ indirecta
aislada ↔ repetida
cuasiestática ↔ dinámica
Además:
muchas lecturas ≠ automáticamente repeticiones
cuasiestático ≠ absolutamente invariable
dinámico ≠ simplemente «muchos datos»
Dos ideas preparan la siguiente parte:
Referencias
Doebelin, E. O., & Manik, D. N. (2011). Measurement systems: Application and design (6th ed.). McGraw-Hill.
Joint Committee for Guides in Metrology. (2012). International vocabulary of metrology—Basic and general concepts and associated terms (VIM) (3rd ed., JCGM 200:2012). DOI: 10.59161/JCGM200-2012.
Joint Committee for Guides in Metrology. (2020). Guide to the expression of uncertainty in measurement—Part 6: Developing and using measurement models (JCGM GUM-6:2020). DOI: 10.59161/JCGMGUM-6-2020.
Instrumentos, escalas y lectura
Ahora examinaremos características que condicionan directamente la información que un instrumento puede proporcionar:
Resolveremos además una confusión fundamental:
y veremos por qué una división mínima de una escala no se transforma automáticamente en una incertidumbre de medición.
La Parte 3 continúa en 4.44 · Figura 4.15 · Tabla 4.8 · Demostración 6 .
Instrumentos, escalas y lectura
¿Qué información puede realmente proporcionarnos un instrumento?
indicación · resolución · escala · estimación · paralaje · posicionamiento · respuesta
Un instrumento no puede comunicar información infinita acerca del mensurando.
Entre la magnitud física y el número que observamos existe un sistema con capacidades y limitaciones.
La pregunta fundamental de esta parte será:
Para responderla debemos separar cuidadosamente resolución, división de escala, estimación, precisión, exactitud e incertidumbre.
4.44. Ningún instrumento proporciona información ilimitada
FUNDAMENTAL · ●○○○Supongamos dos instrumentos que observan la misma magnitud.
El primero puede distinguir cambios de:
y el segundo puede distinguir cambios de:
El segundo permite separar variaciones más pequeñas.
Pero esto todavía no nos autoriza a decir que el segundo sea necesariamente:
- más exacto;
- más preciso en todas las condiciones;
- mejor calibrado;
- menos incierto.
Esas son preguntas diferentes.
4.45. Indicación: la información que proporciona el sistema
FUNDAMENTAL · ●○○○Una indicación es un valor proporcionado por un instrumento o por un sistema de medición.
Puede aparecer de distintas maneras:
4.46. Resolución: el cambio más pequeño que puede hacerse perceptible
INTERMEDIO · ●●○○En sentido metrológico, la resolución describe el cambio más pequeño de la magnitud medida que produce un cambio perceptible en la indicación.
Por eso la resolución no depende únicamente del número de cifras dibujadas en una pantalla.
También puede estar condicionada por:
- ruido;
- fricción;
- inestabilidad de la señal;
- características del dispositivo visualizador;
- valor del propio mensurando.
4.47. Resolución de un dispositivo digital
Supongamos que una balanza puede mostrar:
y el siguiente valor mostrado es:
Calculamos la diferencia:
Para ese dispositivo visualizador, la separación entre esas indicaciones consecutivas es:
Este dato describe la capacidad del visualizador para presentar cambios discretos.
No hemos demostrado todavía que la incertidumbre de una medición realizada con la balanza sea ±0,01 g, ±0,005 g ni ningún otro valor.
4.48. En una escala analógica importa la separación entre marcas
INTERMEDIO · ●●○○En muchos textos escolares se utiliza la palabra:
para referirse a la menor división que puede leerse directamente en una escala.
En este curso utilizaremos preferentemente una expresión más explícita:
Así evitamos confundirla automáticamente con todas las formas posibles de resolución de un sistema real.
4.49. Estimar entre divisiones no crea nuevas marcas en el instrumento
INTERMEDIO · ●●○○En una escala analógica, el indicador puede situarse entre dos marcas.
El observador puede entonces estimar una posición intermedia.
Pero debemos distinguir:
La estimación depende de:
- separación visual de las marcas;
- grosor de las líneas;
- grosor del indicador;
- iluminación;
- paralaje;
- experiencia del observador;
- estabilidad del mensurando.
4.50. ¿Qué significa reportar 3,6 cm con una escala marcada cada centímetro?
Supongamos que las marcas visibles están en:
y:
El indicador se observa aproximadamente al 60 % del recorrido entre ambas.
Podemos escribir como estimación:
Pero la escala física continúa teniendo una separación de:
Reportar 3,6 cm expresa una estimación de posición; no demuestra por sí solo que la resolución metrológica completa del sistema sea 0,1 cm.
4.51. Resolución no es incertidumbre
INTERMEDIO · ●●○○Ésta es una de las distinciones más importantes de todo el capítulo.
Una división de:
no nos autoriza automáticamente a escribir:
ni:
La resolución puede contribuir a la evaluación de incertidumbre, pero la incertidumbre completa depende del modelo de medición y de las fuentes relevantes.
Tabla 4.8. Cuatro conceptos que no deben confundirse
| Concepto | Pregunta que responde | No significa automáticamente |
|---|---|---|
| Resolución | ¿Qué cambio pequeño puede hacerse perceptible en la indicación? | Que conocemos la incertidumbre completa. |
| División de escala | ¿Qué separación existe entre marcas consecutivas? | Que el observador no pueda estimar posiciones intermedias. |
| Estimación de lectura | ¿Qué posición intermedia considera razonable el observador? | Que el instrumento posea nuevas marcas físicas. |
| Incertidumbre | ¿Qué dispersión asociamos razonablemente a los valores atribuidos al mensurando? | Simplemente «la mitad de la división» en todos los casos. |
4.52. Resolución tampoco es precisión ni exactitud
INTERMEDIO · ●●○○Podemos fabricar un instrumento con una pantalla que muestre muchos dígitos y, sin embargo, obtener resultados inadecuados si existe un desplazamiento sistemático, ruido o una calibración deficiente.
Por ahora debemos conservar tres separaciones:
Precisión y exactitud se estudiarán formalmente más adelante.
4.53. Analógico y digital: ninguno es «mejor» por definición
INTERMEDIO · ●●○○Una pantalla digital facilita la lectura de un valor numérico.
Una escala analógica permite observar posición, tendencia y movimiento del indicador.
Pero la calidad de la medición depende de características concretas del sistema, no simplemente de que sea:
o:
Tabla 4.9. Comparación conceptual entre indicación analógica y digital
| Aspecto | Analógica | Digital |
|---|---|---|
| Presentación | Posición de un indicador sobre una escala. | Número o caracteres discretos. |
| Estimación entre marcas | Puede intervenir. | Normalmente no se interpola visualmente entre dos dígitos mostrados. |
| Paralaje convencional | Puede ser importante si aguja y escala no están en el mismo plano. | No aparece del mismo modo en una lectura numérica. |
| Resolución | Depende del sistema, escala e indicador. | El incremento mostrado es un dato importante, pero no siempre agota el concepto. |
| Exactitud | No se deduce únicamente del tipo de visualización. | Tampoco se deduce del número de dígitos. |
4.54. Paralaje: la lectura puede cambiar cuando cambia el punto de observación
INTERMEDIO · ●●○○El paralaje aparece cuando el indicador y la escala se observan desde una dirección inadecuada.
Si ambos elementos están en planos diferentes, una mirada lateral puede producir una posición aparente desplazada.
4.55. Posicionar mal el instrumento puede cambiar la magnitud que realmente estamos midiendo
INTERMEDIO · ●●○○Supongamos que queremos determinar la profundidad vertical de una piscina.
Si la cinta permanece vertical, la longitud observada puede representar directamente la profundidad.
Si la cinta se inclina, medimos una distancia oblicua.
4.56. ¿Cuánto puede cambiar una lectura por inclinar una cinta?
Supongamos una profundidad vertical:
La cinta forma un ángulo de:
respecto de la vertical.
Del triángulo rectángulo:
Despejamos:
Sustituimos:
La diferencia respecto de la profundidad vertical es:
Es decir:
Una cinta con divisiones muy finas no corrige una geometría de medición incorrecta.
4.57. El tiempo de respuesta también pertenece al instrumento
AVANZADO · ●●●○En la Parte 2 estudiamos un modelo dinámico de primer orden.
Ahora podemos situar esa idea entre las características del sistema de medición.
El VIM utiliza el concepto:
para describir cuánto tarda la indicación, después de un cambio brusco de la entrada, en establecerse dentro de límites especificados alrededor de su valor final.
Un instrumento puede distinguir cambios muy pequeños y al mismo tiempo responder demasiado lentamente para seguir un fenómeno rápido.
4.58. El ambiente también forma parte del experimento
INTERMEDIO · ●●○○Una indicación puede depender de condiciones externas al instrumento.
Según el experimento pueden ser relevantes:
Puede afectar objeto, sensor y electrónica.
Puede alterar posicionamiento o estabilidad.
Puede dificultar una lectura visual.
Puede afectar ciertos materiales o sistemas.
Puede hacer variar el mensurando.
Puede limitar la capacidad de distinguir cambios pequeños.
4.59. Un protocolo básico de lectura reduce errores evitables
FUNDAMENTAL · ●○○○Antes de registrar una lectura conviene recorrer una secuencia sencilla.
Tabla 4.10. Protocolo práctico antes de registrar una lectura
| Paso | Pregunta | Qué se busca evitar |
|---|---|---|
| 1 · Mensurando | ¿Estoy observando exactamente la magnitud definida? | Medir otra propiedad o dirección. |
| 2 · Intervalo | ¿El valor está dentro del intervalo apropiado del instrumento? | Saturación o selección inadecuada. |
| 3 · Posición | ¿El instrumento está correctamente orientado o conectado? | Error geométrico o conexión incorrecta. |
| 4 · Observación | ¿La línea de visión es apropiada? | Paralaje. |
| 5 · Estabilidad | ¿La indicación ha alcanzado una condición adecuada para leer? | Registrar un transitorio como si fuera estado estable. |
| 6 · Registro | ¿Anoté valor, unidad y condiciones pertinentes? | Perder información esencial. |
4.60. Elegir un instrumento significa relacionar capacidad y propósito
INTERMEDIO · ●●○○No existe un instrumento universalmente «mejor».
Existe un instrumento:
La elección puede depender de:
- magnitud que se desea medir;
- intervalo esperado;
- resolución necesaria;
- respuesta temporal;
- condiciones ambientales;
- efecto del instrumento sobre el sistema;
- incertidumbre requerida;
- seguridad;
- procedimiento disponible.
Tabla 4.11. La resolución necesaria depende de la pregunta
| Tarea hipotética | Resolución disponible | Valoración inicial |
|---|---|---|
| Verificar si una tabla mide aproximadamente 2 m. | 1 cm | Puede ser suficiente para una comprobación aproximada. |
| Ajustar una pieza mecánica con diferencias del orden de décimas de milímetro. | 1 cm | Claramente insuficiente. |
| Observar cambios de 0,01 g en una masa. | indicaciones separadas 1 g | No permite distinguir directamente esos cambios. |
| Seguir una señal eléctrica rápida. | muy fina en amplitud | Todavía falta comprobar respuesta temporal y ancho de banda. |
4.61. Los dígitos mostrados también pueden engañarnos
INTERMEDIO · ●●○○Comparemos:
con:
La segunda escritura contiene más cifras.
Pero esas cifras adicionales no demuestran por sí solas:
- mayor exactitud;
- mayor precisión;
- menor incertidumbre;
- mejor calibración;
- mejor modelo de medición.
4.62. Errores frecuentes
La mínima división describe la escala; precisión es otro concepto.
La resolución puede ser una contribución, no necesariamente la incertidumbre total.
El instrumento puede mostrar muchas cifras y estar sesgado.
Es una interpretación visual de una posición intermedia.
Puede introducir paralaje.
Una cinta inclinada puede medir otra distancia.
Deben compararse características reales, no etiquetas.
Son propiedades diferentes.
Temperatura, vibración, iluminación u otras influencias pueden ser relevantes.
Una lectura aislada de su contexto pierde significado.
4.63. Práctica por niveles
1. Identifica el concepto:
- Una balanza cambia de 12,34 g a 12,35 g.
- Una regla posee marcas cada 1 mm.
- Una aguja se observa desde un costado.
- Un termómetro tarda en estabilizarse después de introducirlo en agua caliente.
2. Explica por qué son falsas las siguientes afirmaciones:
- «Si la regla tiene divisiones de 1 mm, su incertidumbre siempre es ±0,5 mm».
- «Un instrumento digital siempre es más exacto».
- «Si una pantalla muestra cinco decimales, la medición tiene cinco decimales de precisión real».
3. Una regla está marcada cada:
Un observador considera que un borde se encuentra aproximadamente al 40 % del intervalo entre 7 cm y 8 cm.
- Calcula la lectura estimada.
- ¿Cuál sigue siendo la separación física entre marcas?
- ¿Puedes afirmar solo con esos datos que la incertidumbre es ±0,1 cm?
4. Se desea medir una profundidad vertical de:
La cinta está inclinada:
respecto de la vertical.
- Determina la longitud L observada sobre la cinta.
- Calcula la diferencia L−h.
- Compara esa diferencia con una división de escala de 1 mm.
- Explica qué limita más esta medición: la escala o el posicionamiento.
4.64. Respuestas orientadoras y comprobación
a) Incremento entre indicaciones digitales consecutivas.
b) Mínima división visible de la escala.
c) Posible paralaje.
d) Respuesta temporal del instrumento.
La incertidumbre requiere una evaluación de las fuentes relevantes; «digital» no implica automáticamente mayor exactitud; y los dígitos mostrados no garantizan que todas esas cifras estén justificadas por la calidad metrológica del resultado.
Ejercicio 3El intervalo entre 7 cm y 8 cm mide:
El 40 % de ese intervalo es:
Por tanto:
La separación física entre marcas continúa siendo:
Con esta información sola no puede establecerse una incertidumbre de ±0,1 cm.
Ejercicio 4La geometría es:
Como cos5°≈0,9962:
La diferencia es aproximadamente:
Una desviación geométrica cercana a 11 mm supera ampliamente una división de 1 mm. En este ejemplo el posicionamiento domina claramente frente a la simple finura de la escala.
Comprueba lo aprendido
- ¿Qué es una indicación?
- ¿Qué significa resolución en sentido metrológico?
- ¿Qué diferencia existe entre resolución general y resolución de un dispositivo visualizador?
- ¿Qué representa el paso de 12,34 g a 12,35 g?
- ¿Por qué una magnitud continua puede aparecer como valores digitales discretos?
- ¿Qué significa mínima división visible de una escala?
- ¿Por qué una estimación entre marcas no crea nuevas marcas físicas?
- ¿Por qué resolución e incertidumbre no son sinónimos?
- ¿Por qué resolución y precisión no son sinónimos?
- ¿Por qué muchos dígitos no garantizan exactitud?
- ¿Qué ventaja visual puede ofrecer una escala analógica?
- ¿Por qué un instrumento digital no es automáticamente mejor?
- ¿Qué es el paralaje?
- ¿Cómo puede reducirse el paralaje?
- ¿Por qué una cinta inclinada no mide directamente una profundidad vertical?
- ¿Qué significa tiempo de respuesta al escalón?
- ¿Puede un instrumento tener buena resolución y respuesta lenta?
- ¿Qué condiciones ambientales pueden afectar una lectura?
- ¿Por qué el procedimiento forma parte de la calidad de la medición?
- ¿Qué información deberíamos conservar junto con una lectura?
4.65. Síntesis de la Parte 3
Un instrumento transforma información física en una indicación observable.
La resolución nos informa sobre la capacidad para distinguir cambios pequeños, pero:
resolución ≠ exactitud
resolución ≠ incertidumbre
En instrumentos analógicos debemos considerar:
Y en cualquier sistema pueden importar:
La idea que conecta todo es:
Ahora estamos preparados para abordar una distinción aún más delicada: error de medición e incertidumbre de medida.
Referencias
Doebelin, E. O., & Manik, D. N. (2011). Measurement systems: Application and design (6th ed.). McGraw-Hill.
Joint Committee for Guides in Metrology. (2012). International vocabulary of metrology—Basic and general concepts and associated terms (VIM) (3rd ed., JCGM 200:2012). https://doi.org/10.59161/JCGM200-2012
Joint Committee for Guides in Metrology. (2020). Guide to the expression of uncertainty in measurement—Part 6: Developing and using measurement models (JCGM GUM-6:2020). https://doi.org/10.59161/JCGMGUM-6-2020
Error de medición e incertidumbre de medida
Hasta ahora hemos preguntado:
La pregunta siguiente es diferente:
y, sobre todo:
Separaremos rigurosamente:
La Parte 4 continúa en 4.66 · Figura 4.22 · Tabla 4.12 · Demostración 9 .
Error de medición e incertidumbre de medida
Dos conceptos relacionados que no significan lo mismo
referencia · diferencia · signo · dispersión · incertidumbre · resultado
Después de medir podemos hacernos dos preguntas completamente diferentes.
Esa pregunta conduce al:
Pero también podemos preguntar:
Esa pregunta conduce a la:
Comprender esta diferencia evita uno de los errores conceptuales más frecuentes en cursos elementales de medición.
4.66. El valor medido y el valor de referencia cumplen funciones diferentes
FUNDAMENTAL · ●○○○Supongamos que después de un procedimiento experimental obtenemos:
Éste es un valor atribuido experimentalmente a la magnitud.
Ahora supongamos que disponemos de un valor de referencia:
Podemos comparar ambos.
«valor de referencia» no significa necesariamente «valor verdadero perfectamente conocido».
4.67. ¿Por qué preferimos hablar de valor de referencia?
INTERMEDIO · ●●○○En cursos elementales suele escribirse:
como si el valor verdadero pudiera conocerse exactamente.
En metrología, esa suposición requiere cuidado.
En cambio, podemos disponer de:
- un valor asignado por calibración;
- un patrón;
- un material de referencia;
- un valor convencional;
- una referencia obtenida mediante un procedimiento de mayor jerarquía.
4.68. Error de medición
FUNDAMENTAL · ●○○○Cuando disponemos de una referencia, podemos definir para la comparación:
donde:
4.69. Error positivo respecto de una referencia
Valor medido:
Valor de referencia:
Aplicamos:
Sustituimos:
Obtenemos:
El signo positivo indica que, respecto de esa referencia, el valor medido quedó por encima.
Si solo nos interesa la magnitud de la diferencia:
4.70. Error con signo y magnitud del error no son lo mismo
INTERMEDIO · ●●○○El error:
puede ser:
valor medido mayor que la referencia.
coincidencia con la referencia considerada.
valor medido menor que la referencia.
En cambio:
representa únicamente la magnitud del apartamiento.
4.71. «Por exceso» y «por defecto» describen el sentido del apartamiento
Si:
el resultado está por encima de la referencia.
Si:
está por debajo.
Tabla 4.12. Interpretación del error con signo
| Condición | Error | Interpretación |
|---|---|---|
| xm>xref | e>0 | El valor medido está por encima de la referencia. |
| xm=xref | e=0 | Coincidencia respecto de esa referencia. |
| xm<xref | e<0 | El valor medido está por debajo de la referencia. |
4.72. El error verdadero suele ser desconocido
AVANZADO · ●●●○Aquí aparece una limitación profunda.
Para conocer exactamente:
necesitaríamos conocer exactamente:
Pero en una medición real ese valor suele no estar disponible con conocimiento perfecto.
Podemos comparar con una referencia, pero esa referencia también posee su propia trazabilidad e incertidumbre.
4.73. Corregir un error conocido no elimina toda la incertidumbre
AVANZADO · ●●●○Supongamos que una calibración revela un desplazamiento aproximadamente conocido.
Podemos aplicar una:
para compensarlo.
La corrección misma puede estar basada en información imperfecta y pueden existir otras contribuciones a la incertidumbre.
4.74. Aplicar una corrección conocida
Supongamos que un instrumento presenta una indicación:
Una calibración establece una corrección:
Aplicamos:
Entonces:
Pero no podemos concluir:
La calibración, la resolución, la repetibilidad y otras influencias todavía pueden contribuir a la incertidumbre.
4.75. Incertidumbre de medida
INTERMEDIO · ●●○○La incertidumbre de medida es un parámetro no negativo que caracteriza la dispersión de los valores que pueden atribuirse razonablemente al mensurando, con base en la información utilizada.
Por tanto:
No tendría sentido escribir:
compara dos valores
caracteriza dispersión
Tabla 4.13. Error de medición e incertidumbre de medida
| Criterio | Error | Incertidumbre |
|---|---|---|
| Pregunta | ¿Cuánto difiere un valor medido de una referencia? | ¿Qué dispersión caracteriza los valores atribuibles al mensurando? |
| Signo | Puede ser positivo, cero o negativo. | Es no negativa. |
| Necesita referencia externa | Sí, para evaluar el error respecto de ella. | No se define como una simple diferencia respecto de una referencia. |
| Puede corregirse | Una componente sistemática conocida puede compensarse mediante corrección. | Se evalúa; no se «resta» del resultado. |
| Unidad | La misma dimensión que la magnitud comparada. | Si es absoluta, la misma unidad que el mensurando. |
4.76. La notación ± necesita contexto
AVANZADO · ●●●○En materiales elementales aparece frecuentemente:
Pero el símbolo ± por sí solo no explica:
- qué clase de incertidumbre se está comunicando;
- cómo se obtuvo;
- qué nivel de cobertura se pretende;
- qué factor de cobertura se utilizó, si corresponde.
4.77. Incertidumbre estándar e incertidumbre expandida
PROFUNDIZACIÓN · ●●●●Más adelante estudiaremos con detalle cómo se evalúa la incertidumbre.
Por ahora conviene reconocer dos formas importantes.
Incertidumbre expresada como una desviación estándar.
Se obtiene multiplicando una incertidumbre estándar combinada por un factor de cobertura:
Esta distinción importa porque:
y:
no comunican exactamente lo mismo.
4.78. Un resultado necesita unidad y definición de la incertidumbre
Una expresión como:
puede ser útil solo si explicamos qué representa:
Si se trata de una incertidumbre absoluta, la unidad debe ser coherente con la del mensurando.
No sería coherente escribir:
4.79. Un intervalo numérico no debe interpretarse sin conocer qué representa
AVANZADO · ●●●○Supongamos:
Aritméticamente podemos construir:
y:
Pero metrológicamente debemos preguntar:
Sin esa información no debemos afirmar automáticamente que se trata de un intervalo que contiene el valor verdadero con una probabilidad específica.
4.80. Comunicar una incertidumbre expandida
Supongamos un ejemplo didáctico:
Incertidumbre estándar combinada:
Utilizamos:
Calculamos:
Podemos comunicar, con redondeo coherente:
Para una comunicación metrológica completa todavía debemos indicar el significado de la cobertura asociada y el método de evaluación.
4.81. Error pequeño no implica automáticamente incertidumbre pequeña
AVANZADO · ●●●○Supongamos que una medición coincide exactamente con un valor de referencia:
Eso no demuestra que:
Podría haber dispersión, resolución limitada, efectos ambientales u otras contribuciones.
4.82. Incertidumbre pequeña tampoco garantiza error pequeño
Un sistema puede producir lecturas muy agrupadas pero desplazadas respecto de una referencia.
Por ejemplo:
pueden mostrar poca dispersión, pero si la referencia es:
existe un desplazamiento apreciable.
Tabla 4.14. Combinaciones conceptuales de error y dispersión
| Situación | Error respecto de referencia | Dispersión |
|---|---|---|
| Lecturas agrupadas y cerca de la referencia | Pequeño | Pequeña |
| Lecturas agrupadas pero desplazadas | Puede ser apreciable | Pequeña |
| Lecturas dispersas alrededor de la referencia | Puede ser pequeño en promedio | Grande |
| Lecturas dispersas y desplazadas | Puede ser grande | Grande |
4.83. El resultado de medición es más que un número central
INTERMEDIO · ●●○○Una comunicación técnica completa puede requerir:
- identificación del mensurando;
- valor medido;
- unidad;
- incertidumbre;
- tipo de incertidumbre comunicada;
- factor de cobertura, si corresponde;
- condiciones relevantes;
- método o referencia documental.
mensurando
valor medido + unidad
u o U según corresponda
método · cobertura · condiciones
4.84. Errores frecuentes
Representan conceptos distintos.
El signo contiene información sobre la dirección.
Toda referencia real posee limitaciones.
La incertidumbre es no negativa.
Debe especificarse qué cantidad acompaña al resultado.
La cobertura debe declararse y justificarse.
Son propiedades conceptualmente diferentes.
Un conjunto puede estar agrupado y desplazado.
4.85. Práctica por niveles
1. Calcula el error respecto de la referencia:
- xm=5,08 V; xref=5,00 V.
- xm=9,92 V; xref=10,00 V.
- xm=100,0 g; xref=100,0 g.
2. Explica:
- por qué una incertidumbre no puede escribirse como −0,02 V;
- por qué error cero no implica incertidumbre cero;
- por qué una referencia real no debe identificarse automáticamente con un valor verdadero exacto.
3. Un instrumento indica:
y una calibración establece una corrección:
- Obtén el valor corregido.
- ¿Puedes afirmar que la incertidumbre es cero?
- ¿Qué otra información necesitarías?
4. Se obtiene:
con:
y:
- Calcula U.
- Escribe una forma coherente de comunicar el resultado.
- Explica por qué todavía debe indicarse el significado de la cobertura.
4.86. Respuestas orientadoras
a)
b)
c)
La incertidumbre caracteriza una dispersión y es no negativa. Un error observado nulo solo indica coincidencia con la referencia considerada. Además, una referencia experimental no equivale a conocimiento perfecto del valor verdadero.
Ejercicio 3Aplicar la corrección no elimina las incertidumbres asociadas a calibración, resolución, repetibilidad u otras contribuciones.
Ejercicio 4Una comunicación posible es:
La información de cobertura debe acompañar al resultado para evitar interpretar el intervalo sin contexto.
4.87. Comprueba lo aprendido y síntesis
- ¿Qué diferencia existe entre valor medido y valor de referencia?
- ¿Por qué un valor de referencia no es necesariamente perfectamente verdadero?
- ¿Cómo definimos el error respecto de una referencia?
- ¿Qué significa un error positivo?
- ¿Qué significa un error negativo?
- ¿Qué diferencia existe entre e y |e|?
- ¿Por qué el error verdadero suele desconocerse?
- ¿Qué es una corrección?
- ¿Por qué corregir un sesgo no produce incertidumbre cero?
- ¿Qué caracteriza la incertidumbre de medida?
- ¿Por qué la incertidumbre es no negativa?
- ¿Por qué error e incertidumbre no son sinónimos?
- ¿Qué significa incertidumbre estándar?
- ¿Qué significa incertidumbre expandida?
- ¿Qué relación existe entre U, k y uc?
- ¿Por qué ± necesita una explicación adicional?
- ¿Por qué error cero no implica incertidumbre cero?
- ¿Por qué poca dispersión no garantiza ausencia de desplazamiento?
- ¿Qué elementos debe incluir un resultado metrológico bien comunicado?
Síntesis de la Parte 4
El error compara un valor medido con una referencia:
Puede ser positivo, cero o negativo.
La incertidumbre, en cambio:
y es:
Por ello:
corrección ≠ incertidumbre cero
error cero ≠ incertidumbre cero
± ≠ interpretación completa por sí sola
La siguiente pregunta será inevitable: ¿de dónde proviene concretamente la incertidumbre?
Referencias
Joint Committee for Guides in Metrology. (2012). International vocabulary of metrology—Basic and general concepts and associated terms (VIM) (3rd ed., JCGM 200:2012). https://doi.org/10.59161/JCGM200-2012
Joint Committee for Guides in Metrology. (2020). Guide to the expression of uncertainty in measurement—Part 6: Developing and using measurement models (JCGM GUM-6:2020). https://doi.org/10.59161/JCGMGUM-6-2020
Joint Committee for Guides in Metrology. (2023). Guide to the expression of uncertainty in measurement—Part 1: Introduction (JCGM GUM-1:2023). https://doi.org/10.59161/JCGMGUM-1-2023
Taylor, B. N., & Kuyatt, C. E. (1994). Guidelines for evaluating and expressing the uncertainty of NIST measurement results (NIST Technical Note 1297). National Institute of Standards and Technology.
¿De dónde proviene la incertidumbre?
Ya distinguimos:
Ahora estudiaremos las fuentes que pueden contribuir a la incertidumbre:
Veremos además que:
La Parte 5 continúa en 4.88 · Figura 4.28 · Tabla 4.15 · Demostración 12 .
¿De dónde proviene la incertidumbre?
Identificar las fuentes antes de intentar cuantificarlas
instrumento · mensurando · modelo · procedimiento · entorno · operador
La incertidumbre no aparece espontáneamente al final de un cálculo.
Surge de información incompleta acerca de diferentes aspectos del proceso de medición.
Por eso, antes de preguntar:
debemos preguntar:
Identificar esas fuentes es el primer paso para construir una evaluación de incertidumbre defendible.
4.88. Una medición puede recibir varias influencias simultáneamente
FUNDAMENTAL · ●○○○Consideremos nuevamente la profundidad de una piscina.
Aunque utilicemos una cinta adecuada, el resultado puede depender de:
- la resolución de la cinta;
- su calibración;
- la verticalidad;
- el movimiento del agua;
- la definición exacta de «profundidad»;
- la posición del observador;
- la forma de leer la escala;
- las condiciones durante la medición.
4.89. Fuente, efecto y contribución no son exactamente lo mismo
AVANZADO · ●●●○Para razonar con claridad conviene distinguir tres niveles.
Elemento o circunstancia del proceso que puede afectar al resultado.
Cambio, dispersión o desplazamiento que aparece en las observaciones.
Parte de la incertidumbre atribuida a la información sobre esa influencia.
La misma fuente no tiene por qué comportarse siempre de la misma manera. Su efecto depende del experimento.
Tabla 4.15. Mapa inicial de fuentes potenciales
| Familia | Pregunta diagnóstica | Ejemplos |
|---|---|---|
| Instrumento | ¿Qué limitaciones posee el sistema de medición? | resolución, calibración, deriva, desgaste. |
| Mensurando | ¿La propia magnitud varía o está incompletamente definida? | olas, fluctuaciones, heterogeneidad. |
| Modelo | ¿Qué simplificaciones separan el modelo del sistema real? | geometría ideal, relación matemática simplificada. |
| Procedimiento | ¿Qué depende de cómo se ejecuta la medición? | cero, alineación, secuencia, montaje. |
| Entorno | ¿Qué condición externa puede modificar el sistema? | temperatura, vibración, humedad, iluminación. |
| Operador | ¿Qué depende de la intervención humana? | lectura, reacción, alineación, decisión. |
4.90. Fuente 1: instrumento de medición
FUNDAMENTAL · ●○○○El instrumento puede influir en el resultado por diferentes mecanismos.
Limita los cambios distinguibles.
Relaciona indicaciones con referencias.
Las características pueden cambiar con el tiempo.
El uso puede modificar el comportamiento.
También importa utilizar el instrumento dentro de las condiciones para las que fue diseñado.
4.91. Un desplazamiento instrumental puede mantenerse entre varias mediciones
Supongamos que al cortocircuitar las puntas de un voltímetro esperamos una indicación cercana a:
Pero observamos:
Posteriormente obtenemos:
En los tres casos:
El patrón observado es:
En la Parte 6 clasificaremos formalmente este tipo de comportamiento.
4.92. Resolución: una limitación instrumental, no una incertidumbre completa
INTERMEDIO · ●●○○Supongamos una balanza digital cuyas indicaciones cambian en pasos de:
El sistema no muestra directamente cambios menores que ese incremento.
Esto introduce información relevante para evaluar la medición.
ni:
Para convertir la información de resolución en una incertidumbre estándar necesitamos especificar un modelo probabilístico y justificarlo.
4.93. Calibración: información sobre la relación entre indicaciones y referencias
AVANZADO · ●●●○La calibración aporta información sobre cómo se relacionan las indicaciones del instrumento con valores proporcionados por referencias.
Puede permitir:
- detectar desviaciones;
- establecer correcciones;
- conocer incertidumbres asociadas a la calibración;
- identificar condiciones de utilización.
Una calibración puede revelar que existe una diferencia sin modificar físicamente el instrumento.
4.94. Fuente 2: la propia magnitud puede variar
FUNDAMENTAL · ●○○○No toda variación observada proviene del instrumento.
El propio mensurando puede cambiar.
En una piscina, por ejemplo:
- el nivel del agua puede oscilar;
- pueden aparecer pequeñas olas;
- la superficie puede no permanecer horizontal localmente;
- el instante elegido puede influir en la lectura.
4.95. Observar dispersión no identifica automáticamente su causa
Consideremos:
El mínimo observado es:
El máximo observado es:
El rango observado es:
El promedio descriptivo es:
Pero estos cálculos no responden todavía:
4.96. Fuente 3: el modelo también puede limitar una medición
INTERMEDIO · ●●○○Toda medición supone alguna descripción del sistema.
A veces esa descripción es geométrica.
Supongamos una mesa aproximadamente circular.
Pero obtenemos:
Parte de la variación puede deberse a que el objeto real no coincide perfectamente con el modelo circular.
4.97. El modelo matemático también puede ser una fuente
AVANZADO · ●●●○La limitación del modelo no se restringe a figuras geométricas.
Supongamos que calculamos:
pero el fenómeno real depende también de:
Si omitimos X₃ porque suponemos que su efecto es despreciable, hemos introducido una hipótesis.
Si la hipótesis no es suficientemente buena para el propósito, el resultado puede verse afectado.
4.98. Fuente 4: procedimiento de medición
FUNDAMENTAL · ●○○○Dos personas pueden utilizar el mismo instrumento y obtener resultados diferentes si no aplican el mismo procedimiento.
Entre los factores procedimentales pueden encontrarse:
- ajuste inicial;
- orden de las operaciones;
- alineación;
- posición;
- montaje;
- tiempo de espera;
- puntos de conexión;
- forma de registrar la observación.
4.99. Una balanza que no se lleva correctamente a cero
Antes de colocar el objeto, la balanza debería mostrar:
Pero muestra:
Colocamos un objeto cuyo valor de referencia es:
La balanza indica:
Respecto de la referencia:
El problema puede relacionarse con una condición inicial del procedimiento:
Repetir diez veces la misma secuencia sin corregir el procedimiento no elimina necesariamente el desplazamiento.
4.100. Fuente 5: entorno
INTERMEDIO · ●●○○La medición ocurre en un ambiente físico.
Dependiendo del experimento, pueden ser relevantes:
Puede afectar instrumento y mensurando.
Puede perturbar una balanza sensible.
Puede alterar materiales o componentes.
Puede cambiar la calidad de una lectura visual.
Pueden afectar pequeñas fuerzas o masas.
Puede perturbar ciertos sistemas eléctricos.
4.101. Fuente 6: operador
INTERMEDIO · ●●○○La intervención humana puede influir cuando el procedimiento requiere:
- alinear;
- decidir el instante de lectura;
- estimar entre divisiones;
- posicionar un instrumento;
- accionar manualmente un cronómetro;
- interpretar una indicación.
Por ejemplo, un cronómetro manual puede producir:
aunque el proceso físico sea muy parecido.
4.102. Las fuentes pueden interactuar entre sí
AVANZADO · ●●●○La clasificación en seis familias es útil para organizar el pensamiento, pero la realidad experimental no está dividida en compartimentos perfectos.
Ejemplo:
puede interpretarse como:
- un problema del procedimiento de observación;
- una contribución asociada al operador;
- una limitación del diseño del sistema visual.
La asignación depende de:
Lo importante es que la influencia relevante no quede fuera de la evaluación.
Tabla 4.16. De una observación a posibles fuentes
| Observación | Posibles fuentes | Qué investigar |
|---|---|---|
| Todas las lecturas parecen 0,1 V altas. | calibración, cero, procedimiento. | comparación con referencias en varios puntos. |
| Las lecturas fluctúan rápidamente. | mensurando, ruido, vibración, resolución. | estabilidad temporal y ambiente. |
| Dos operadores difieren sistemáticamente. | procedimiento, paralaje, interpretación. | protocolo de lectura y posición del observador. |
| Diferentes orientaciones producen valores distintos. | modelo, geometría del objeto, procedimiento. | definición del mensurando y adecuación del modelo. |
| El resultado cambia con la temperatura ambiente. | instrumento, mensurando, entorno. | coeficientes térmicos y condiciones ambientales. |
4.103. Identificar fuentes no significa sumarlas aritméticamente
PROFUNDIZACIÓN · ●●●●Supongamos que identificamos:
como fuentes relevantes.
Eso no autoriza a escribir una fórmula universal como:
sin analizar:
- qué magnitudes de entrada intervienen;
- cómo se relacionan con el mensurando;
- qué incertidumbre estándar corresponde a cada entrada;
- qué sensibilidad tiene el resultado a cada entrada;
- si existen correlaciones.
El modelo de medición determina cómo la información de las magnitudes de entrada llega al resultado.
4.104. Un inventario de fuentes debe apoyarse en evidencia
INTERMEDIO · ●●○○Una fuente no debe incluirse simplemente porque «podría existir» en cualquier experimento.
Debemos buscar información pertinente.
Tabla 4.17. Evidencia útil para evaluar futuras contribuciones
| Fuente | Información útil |
|---|---|
| Instrumento | certificado de calibración, especificaciones, resolución, historial. |
| Mensurando | observaciones temporales, estabilidad, homogeneidad, definición. |
| Modelo | hipótesis, variables omitidas, aproximaciones, sensibilidad. |
| Procedimiento | protocolo, montaje, alineación, secuencia, tiempos de espera. |
| Entorno | registros de temperatura, humedad, vibración u otras condiciones relevantes. |
| Operador | comparación entre observadores, estudios repetidos, entrenamiento. |
4.105. Método práctico para buscar fuentes antes de calcular
¿Cuál es exactamente el mensurando?
¿De qué magnitudes depende?
¿Cómo se obtiene cada entrada?
¿Qué puede cambiar cada etapa?
¿Qué evidencia existe?
¿Cómo se cuantificará cada contribución?
Errores frecuentes en la identificación de fuentes
El mensurando puede variar realmente.
La resolución es información de entrada para una evaluación.
Una calibración determina relaciones; no necesariamente modifica el instrumento.
Una medición técnicamente cuidadosa puede estar limitada por una idealización inadecuada.
Su importancia depende del experimento.
Debe identificarse el mecanismo concreto: reacción, lectura, alineación, etc.
Las fuentes pueden interactuar.
La combinación depende del modelo, las incertidumbres estándar y las correlaciones.
Práctica por niveles
1. Clasifica cada situación según la fuente predominante más evidente:
- Una balanza cambia su indicación en pasos de 0,01 g.
- El agua de una piscina presenta pequeñas olas.
- Una mesa real se aproxima mediante un círculo.
- La balanza no se llevó a cero antes de medir.
- Una vibración hace oscilar la indicación.
- Dos observadores estiman de manera diferente una posición entre marcas.
2. Para cada situación, identifica al menos dos fuentes posibles:
- Una lectura de tensión fluctúa.
- Una profundidad cambia entre observaciones.
- Dos operadores obtienen resultados diferentes.
3. Se miden tres diámetros de una mesa:
- Calcula el rango observado.
- ¿Puede atribuirse todo el rango al instrumento?
- ¿Qué papel puede desempeñar el modelo circular?
- ¿Qué información adicional buscarías?
4. Un modelo de medición es:
Identifica posibles fuentes asociadas a:
- medición de V;
- medición de I;
- sincronización entre ambos canales;
- modelo P=VI si V e I varían en el tiempo;
- temperatura de los instrumentos.
Explica por qué no sería correcto sumar sin más todas las especificaciones numéricas.
Respuestas orientadoras
a) instrumento/resolución;
b) mensurando;
c) modelo;
d) procedimiento;
e) entorno;
f) operador.
Una lectura fluctuante puede relacionarse, por ejemplo, con ruido instrumental, variación real del mensurando o ambiente. Una profundidad variable puede involucrar movimiento del agua, posicionamiento y lectura. Diferencias entre operadores pueden relacionarse con paralaje, estimación o procedimiento.
Ejercicio 3El rango es:
Ese rango no puede atribuirse automáticamente al instrumento. Una forma no perfectamente circular puede producir diámetros reales diferentes.
Ejercicio 4Pueden intervenir resolución, calibración, respuesta temporal, sincronización, temperatura y adecuación del modelo. La combinación cuantitativa depende del modelo de medición y de la información estadística o documental correspondiente a cada entrada.
Comprueba lo aprendido
- ¿Por qué la incertidumbre no aparece «por arte de magia» al final del cálculo?
- ¿Qué diferencia existe entre fuente, efecto y contribución?
- Enumera las seis familias estudiadas.
- ¿Cómo puede influir la resolución del instrumento?
- ¿Por qué resolución no equivale automáticamente a incertidumbre estándar?
- ¿Qué información aporta una calibración?
- ¿Por qué calibrar y ajustar no son sinónimos?
- ¿Cómo puede el propio mensurando generar variabilidad?
- ¿Por qué una serie dispersa no identifica automáticamente la causa de la dispersión?
- ¿Cómo puede influir una idealización geométrica?
- ¿Cómo puede influir una ecuación incompleta?
- Da tres ejemplos de fuentes procedimentales.
- ¿Cómo puede influir el ambiente?
- ¿Cómo puede influir el operador?
- ¿Por qué «error humano» es una descripción demasiado vaga?
- ¿Por qué paralaje puede pertenecer a más de una familia?
- ¿Por qué identificar varias fuentes no implica sumarlas linealmente?
- ¿Qué papel desempeña el modelo Y=f(X₁,X₂,…)?
- ¿Qué evidencia buscarías antes de asignar una incertidumbre?
- ¿Cuál es el orden lógico: calcular primero o identificar primero?
Síntesis de la Parte 5
Una medición es un sistema de influencias.
mensurando
modelo
procedimiento
entorno
operador
Cada una puede producir:
Pero:
fuente identificada ≠ contribución cuantificada
varias contribuciones ≠ suma lineal automática
La secuencia correcta es:
En la siguiente parte responderemos una pregunta diferente: ¿cómo se comportan las desviaciones y cómo evaluamos la incertidumbre?
Referencias
Joint Committee for Guides in Metrology. (2012). International vocabulary of metrology—Basic and general concepts and associated terms (VIM) (3rd ed., JCGM 200:2012). https://doi.org/10.59161/JCGM200-2012
Joint Committee for Guides in Metrology. (2020). Guide to the expression of uncertainty in measurement—Part 6: Developing and using measurement models (JCGM GUM-6:2020). https://doi.org/10.59161/JCGMGUM-6-2020
Joint Committee for Guides in Metrology. (2023). Guide to the expression of uncertainty in measurement—Part 1: Introduction (JCGM GUM-1:2023). https://doi.org/10.59161/JCGMGUM-1-2023
Taylor, B. N., & Kuyatt, C. E. (1994). Guidelines for evaluating and expressing the uncertainty of NIST measurement results (NIST Technical Note 1297). National Institute of Standards and Technology.
Comportamiento de los errores y evaluación Tipo A y Tipo B
Ya sabemos identificar posibles fuentes.
Ahora debemos separar dos preguntas:
y:
Estudiaremos:
y, por separado:
La distinción crítica será:
La Parte 6 continúa en 4.106 · Figura 4.34 · Tabla 4.18 · Demostración 15 .
Comportamiento de los errores y evaluación de la incertidumbre
Dos preguntas diferentes que no deben confundirse
sistemático · aleatorio · límites · Tipo A · Tipo B · incertidumbre estándar
Después de identificar una fuente debemos formular dos preguntas distintas.
y:
La primera pregunta puede llevarnos a hablar de comportamiento:
La segunda conduce a:
4.106. Dos clasificaciones para dos preguntas diferentes
INTERMEDIO · ●●○○Supongamos que encontramos variabilidad o una desviación en una medición.
Podemos estudiar:
¿La desviación permanece aproximadamente constante?
¿Cambia de manera impredecible?
¿Solo conocemos límites dentro de los cuales puede encontrarse?
¿La incertidumbre se obtiene mediante análisis estadístico de observaciones?
¿O mediante otra información disponible?
Tabla 4.18. Dos ejes conceptualmente distintos
| Eje | Pregunta | Categorías o descripciones |
|---|---|---|
| Comportamiento | ¿Cómo varía o persiste una desviación? | sistemático, aleatorio, acotado u otras descripciones según el problema. |
| Evaluación de incertidumbre | ¿De qué información obtenemos una incertidumbre estándar? | Tipo A o Tipo B. |
4.107. Comportamiento sistemático
FUNDAMENTAL · ●○○○Una componente sistemática del error de medición permanece constante o cambia de manera predecible en mediciones repetidas.
Un ejemplo sencillo es un instrumento que produce aproximadamente:
de desplazamiento en varios puntos.
El rasgo importante es:
4.108. Identificar un desplazamiento persistente
Consideremos:
Calculamos cada diferencia:
El patrón observado es:
Si ese comportamiento está suficientemente caracterizado, podría plantearse una corrección aproximada:
Aplicar una corrección no elimina automáticamente la incertidumbre asociada a esa corrección.
4.109. Una corrección conocida no convierte el resultado en perfecto
INTERMEDIO · ●●○○Si identificamos una componente sistemática, podemos intentar compensarla.
Pero la corrección está basada en información experimental.
Por tanto:
Una componente sistemática conocida puede corregirse; la incertidumbre sobre el valor de esa corrección sigue formando parte del problema.
4.110. Variación aleatoria
FUNDAMENTAL · ●○○○Una componente aleatoria del error varía de manera impredecible entre mediciones repetidas.
Por ejemplo:
Los valores aparecen unas veces por encima y otras por debajo de una zona central.
Una observación individual no permite predecir exactamente el signo ni el tamaño de la siguiente fluctuación.
4.111. Repetir ayuda a caracterizar la dispersión, no a hacerla desaparecer
INTERMEDIO · ●●○○Cuando repetimos una medición obtenemos información estadística sobre la variabilidad bajo determinadas condiciones.
Podemos estudiar:
Pero repetir no significa:
Significa que disponemos de más información para caracterizarla.
4.112. ¿Qué significa una contribución acotada?
AVANZADO · ●●●○El material de base utiliza también la denominación:
para situaciones en las que el valor exacto de una contribución no se conoce, pero existen límites conocidos.
Por ejemplo:
Esto no significa que el error sea siempre:
ni siempre:
Solo expresa inicialmente una:
Utilizaremos esta idea como descripción operativa de una contribución desconocida pero acotada, no como sinónimo de evaluación Tipo B.
Tabla 4.19. Tres formas de describir el comportamiento de una desviación
| Descripción | Rasgo principal | Ejemplo |
|---|---|---|
| Sistemática | Permanece constante o varía de manera predecible. | Desplazamiento aproximado de +0,1 V. |
| Aleatoria | Varía de manera impredecible entre repeticiones. | Fluctuaciones alrededor de una zona central. |
| Acotada | El valor concreto es desconocido, pero se dispone de límites. | Especificación ±0,5 unidades. |
4.113. Evaluación Tipo A
INTERMEDIO · ●●○○Una evaluación Tipo A obtiene una componente de incertidumbre mediante análisis estadístico de valores medidos obtenidos bajo condiciones definidas.
No significa simplemente:
La expresión Tipo A describe el método utilizado para evaluar una componente de incertidumbre.
x₁, x₂, …, xₙ
media x̄
desviación estándar muestral s
uA(x̄)=s/√n
4.114. Media, desviación estándar e incertidumbre de la media
AVANZADO · ●●●○Para n observaciones:
la media aritmética es:
La desviación estándar muestral es:
En el caso elemental en que la media es el estimador del mensurando, la desviación estándar experimental de la media es:
y puede utilizarse como evaluación Tipo A de la incertidumbre estándar de la media:
Tabla 4.20. Tres cantidades estadísticas con funciones diferentes
| Cantidad | Qué describe | Expresión |
|---|---|---|
| Media | Valor central de las observaciones. | x̄=Σxᵢ/n |
| Desviación estándar s | Dispersión entre observaciones individuales. | s=√[Σ(xᵢ−x̄)²/(n−1)] |
| s/√n | Dispersión estimada de la media bajo las condiciones del modelo. | uA(x̄)=s/√n |
4.115. Evaluación Tipo A con cinco observaciones
Consideremos:
Número de observaciones:
Calculamos la media:
La desviación estándar muestral resulta aproximadamente:
La incertidumbre estándar Tipo A asociada a la media, en este modelo elemental, es:
Observa que s y uA(x̄) no son la misma cantidad: una describe dispersión entre observaciones y la otra la incertidumbre estándar asociada a la media dentro del modelo adoptado.
4.116. Aumentar n puede reducir la incertidumbre de la media, pero no corrige todo
AVANZADO · ●●●○En el modelo elemental:
si s se mantiene aproximadamente estable, un mayor número de observaciones puede reducir la contribución estadística asociada a la media.
Pero:
Si el instrumento tiene un desplazamiento constante, podemos repetir cien veces y seguir obteniendo resultados desplazados.
4.117. Evaluación Tipo B
INTERMEDIO · ●●○○Una evaluación Tipo B utiliza medios diferentes del análisis estadístico Tipo A de una serie de valores medidos.
Puede utilizar información procedente de:
- certificados de calibración;
- especificaciones del fabricante;
- resolución del instrumento;
- datos previos;
- experiencia documentada;
- manuales o referencias técnicas.
4.118. De un límite a una incertidumbre estándar
AVANZADO · ●●●○Una especificación como:
proporciona inicialmente un intervalo.
Para convertir esa información en una incertidumbre estándar necesitamos un modelo probabilístico.
Si justificamos una distribución rectangular:
La raíz de 3 no aparece porque «toda incertidumbre se divide por √3».
Aparece porque:
4.119. Evaluación Tipo B asociada a una resolución digital
Supongamos una balanza cuyo incremento de indicación es:
Si el dispositivo redondea al incremento más próximo, el semiancho asociado es:
Si no disponemos de información que favorezca valores dentro de ese intervalo y adoptamos un modelo rectangular:
Observa las tres cantidades diferentes:
Ninguna de ellas debe confundirse con las otras.
4.120. Tipo B no significa «leer el manual y copiar ±»
AVANZADO · ●●●○La información Tipo B todavía debe interpretarse.
Si un fabricante declara:
debemos preguntar:
- ¿es un límite máximo?
- ¿es una incertidumbre expandida?
- ¿indica un nivel de confianza?
- ¿qué distribución es razonable?
- ¿qué condiciones de uso se aplican?
No:
Tabla 4.21. Evaluación Tipo A y Tipo B
| Criterio | Tipo A | Tipo B |
|---|---|---|
| Base de evaluación | Análisis estadístico de valores medidos. | Información obtenida por otros medios. |
| Ejemplos de información | Serie de observaciones repetidas. | Certificado, especificación, resolución, datos previos. |
| Resultado buscado | Incertidumbre estándar. | Incertidumbre estándar. |
| ¿Es sinónimo de error aleatorio? | No. | No aplica. |
| ¿Es sinónimo de error sistemático? | No aplica. | No. |
| ¿Puede coexistir con la otra? | Sí. | Sí. |
4.121. Tipo A y Tipo B pueden coexistir en la misma medición
INTERMEDIO · ●●○○Supongamos que pesamos varias veces el mismo objeto.
Tenemos una serie experimental que proporciona información Tipo A.
Además conocemos:
y quizá un certificado de calibración.
Esa información puede proporcionar contribuciones Tipo B.
análisis estadístico
TIPO A
resolución · certificado · especificaciones
TIPO B
evaluación de las contribuciones relevantes
4.122. Ejemplo integrado: información Tipo A y Tipo B
Supongamos diez mediciones didácticas:
La media es:
La desviación estándar muestral es aproximadamente:
La evaluación Tipo A de la media resulta:
Supongamos además una resolución digital:
Bajo el modelo rectangular estudiado:
Si, para este ejemplo, consideramos ambas contribuciones independientes y no redundantes, una combinación elemental por suma cuadrática es:
Este cálculo requiere las hipótesis declaradas.
En una evaluación real debemos comprobar que las contribuciones no estén contándose dos veces y analizar posibles correlaciones.
4.123. El error conceptual más peligroso: emparejar las dos clasificaciones
AVANZADO · ●●●○INCORRECTO
INCORRECTO
La razón es sencilla.
Las palabras:
describen:
Mientras que:
describen:
4.124. Errores frecuentes
Tipo A describe un método estadístico de evaluación.
Tipo B describe evaluación mediante otra información.
Una desviación persistente puede permanecer.
s describe dispersión de observaciones; s/√n describe la media en el caso elemental.
√3 corresponde específicamente a un modelo rectangular.
Deben distinguirse incremento, semiancho y desviación estándar.
Primero debe interpretarse qué significa la especificación.
Pueden coexistir en una misma evaluación.
La combinación depende del modelo y de las correlaciones.
No corrigen automáticamente modelo, calibración o procedimiento.
Práctica por niveles
1. Indica qué comportamiento se observa principalmente:
- Un instrumento indica siempre aproximadamente 0,2 V más.
- Las observaciones varían impredeciblemente alrededor de una zona central.
- Solo se conoce que una influencia está comprendida entre −1 y +1 unidad.
2. Clasifica la evaluación como Tipo A o Tipo B:
- Se calcula una desviación estándar a partir de veinte repeticiones.
- Se utiliza la resolución declarada de un instrumento.
- Se utiliza la incertidumbre de un certificado de calibración.
- Se calcula el error estándar de una media experimental.
3. Se realizan:
- Calcula la media.
- Calcula la desviación estándar muestral.
- Calcula s/√n.
- Identifica cuál de las cantidades caracteriza las observaciones y cuál la media.
4. Un fabricante proporciona un límite:
Si, y solo si, se justifica una distribución rectangular:
- calcula la incertidumbre estándar correspondiente;
- explica por qué no puede afirmarse que el error sea siempre ±0,60 V;
- explica por qué esta evaluación es Tipo B;
- explica por qué ello no demuestra que la causa sea «sistemática».
4.125. Respuestas orientadoras, comprobación y síntesis
a) comportamiento sistemático;
b) variación aleatoria;
c) contribución desconocida pero acotada.
a) Tipo A;
b) Tipo B;
c) Tipo B;
d) Tipo A.
La media es:
La desviación estándar muestral es aproximadamente:
Por tanto:
La desviación estándar s caracteriza la dispersión de las observaciones; s/√n caracteriza, bajo las hipótesis del modelo elemental, la incertidumbre estándar asociada a la media.
Ejercicio 4Con:
y distribución rectangular:
Es Tipo B porque la evaluación procede de información distinta del análisis estadístico Tipo A de una serie de observaciones.
Comprueba lo aprendido
- ¿Qué pregunta responde la clasificación sistemático/aleatorio?
- ¿Qué pregunta responde la clasificación Tipo A/Tipo B?
- ¿Qué caracteriza una componente sistemática?
- ¿Puede corregirse una componente sistemática conocida?
- ¿Por qué una corrección no elimina toda la incertidumbre?
- ¿Qué caracteriza una componente aleatoria?
- ¿Por qué las repeticiones ayudan a estudiarla?
- ¿Qué significa que una contribución esté acotada?
- ¿Qué es una evaluación Tipo A?
- ¿Qué papel desempeña la media?
- ¿Qué describe la desviación estándar muestral?
- ¿Qué describe s/√n en el modelo elemental?
- ¿Qué es una evaluación Tipo B?
- Da cuatro fuentes de información Tipo B.
- ¿Por qué un intervalo ±a no determina por sí solo u?
- ¿Cuándo aparece la división por √3?
- ¿Qué diferencia existe entre 0,01 g, 0,005 g y 0,0029 g en el ejemplo de resolución?
- ¿Pueden coexistir Tipo A y Tipo B?
- ¿Por qué Tipo A ≠ error aleatorio?
- ¿Por qué Tipo B ≠ error sistemático?
Síntesis de la Parte 6
Hemos separado dos preguntas que suelen confundirse.
↓
y:
↓
La conclusión decisiva es:
Tipo B ≠ error sistemático
En el ejemplo elemental:
Tipo B → otra información → modelo probabilístico
Con esta distinción clara, podemos estudiar ahora precisión, exactitud y sesgo sin mezclarlos con resolución o incertidumbre.
Referencias
Joint Committee for Guides in Metrology. (2008). Evaluation of measurement data—Guide to the expression of uncertainty in measurement (JCGM 100:2008).
Joint Committee for Guides in Metrology. (2012). International vocabulary of metrology—Basic and general concepts and associated terms (VIM) (3rd ed., JCGM 200:2012). https://doi.org/10.59161/JCGM200-2012
Joint Committee for Guides in Metrology. (2020). Guide to the expression of uncertainty in measurement—Part 6: Developing and using measurement models (JCGM GUM-6:2020). https://doi.org/10.59161/JCGMGUM-6-2020
Joint Committee for Guides in Metrology. (2023). Guide to the expression of uncertainty in measurement—Part 1: Introduction (JCGM GUM-1:2023). https://doi.org/10.59161/JCGMGUM-1-2023
Taylor, B. N., & Kuyatt, C. E. (1994). Guidelines for evaluating and expressing the uncertainty of NIST measurement results (NIST Technical Note 1297). National Institute of Standards and Technology.
Precisión, exactitud y sesgo
Ya sabemos que:
Ahora distinguiremos:
de:
y estudiaremos:
La Parte 7 continúa en 4.126 · Figura 4.40 · Tabla 4.22 · Demostración 19 .
Precisión, exactitud y sesgo
Estar agrupados no significa estar cerca de la referencia
concordancia · dispersión · referencia · sesgo · veracidad · precisión
Consideremos dos preguntas.
Esta pregunta conduce a:
Ahora preguntemos:
Esta pregunta se relaciona con:
4.126. Precisión y exactitud no son sinónimos
FUNDAMENTAL · ●○○○Dos series pueden mostrar comportamientos muy diferentes.
Valores próximos entre sí y próximos a una referencia de 10,00 V.
Valores muy próximos entre sí, pero desplazados respecto de 10,00 V.
Ambas series pueden tener poca dispersión.
Pero solo la primera está además cerca de la referencia considerada.
Tabla 4.22. Precisión, exactitud y sesgo responden preguntas distintas
| Concepto | Pregunta principal | Idea clave |
|---|---|---|
| Precisión | ¿Qué tan próximos están los resultados repetidos entre sí? | Concordancia bajo condiciones especificadas. |
| Exactitud | ¿Qué tan buena es la concordancia entre un valor medido y el valor verdadero del mensurando? | Concepto cualitativo; no es una magnitud. |
| Sesgo | ¿Existe un desplazamiento sistemático estimado respecto de una referencia? | Estimación de una componente sistemática. |
4.127. Precisión de medida
FUNDAMENTAL · ●○○○La precisión describe el grado de concordancia entre indicaciones o valores medidos obtenidos mediante mediciones repetidas del mismo objeto o de objetos similares bajo condiciones especificadas.
La expresión:
es fundamental.
La precisión depende de si las mediciones se realizaron bajo condiciones de:
- repetibilidad;
- precisión intermedia;
- reproducibilidad;
- u otras condiciones definidas.
Estas condiciones se estudiarán en la Parte 8.
4.128. La precisión se expresa cuantitativamente mediante medidas de dispersión
INTERMEDIO · ●●○○La precisión no suele expresarse diciendo:
sin definir previamente qué significa ese porcentaje.
En metrología, la precisión suele cuantificarse mediante medidas de imprecisión como:
- desviación estándar;
- varianza;
- coeficiente de variación, cuando es apropiado.
En este capítulo utilizaremos principalmente:
4.129. Comparar numéricamente dos niveles de precisión
Serie A:
Su media es:
Su desviación estándar muestral es:
Ahora consideremos la serie B:
Su media es aproximadamente:
Su desviación estándar muestral es:
Comparamos:
La comparación no requiere todavía conocer un valor de referencia.
Tabla 4.23. Comparación numérica de las dos series
| Serie | Media | Desviación estándar | Interpretación |
|---|---|---|---|
| A | 5,01 cm | ≈0,0071 cm | Muy poca dispersión. |
| B | ≈5,02 cm | ≈0,311 cm | Dispersión mucho mayor. |
4.130. Exactitud de medida
INTERMEDIO · ●●○○La exactitud de medida describe la proximidad de concordancia entre un valor medido y el valor verdadero de la magnitud.
En la práctica, para analizar experimentalmente un sistema utilizamos valores de referencia con trazabilidad e incertidumbre conocidas.
Pero debemos tener cuidado:
4.131. La exactitud es una propiedad cualitativa
AVANZADO · ●●●○En el Vocabulario Internacional de Metrología, la exactitud de medida:
y no se le atribuye directamente un valor numérico.
Por tanto, expresiones como:
no tienen significado metrológico a menos que el fabricante o el procedimiento hayan definido específicamente qué representa ese porcentaje.
con:
4.132. Veracidad y sesgo ayudan a analizar el desplazamiento sistemático
AVANZADO · ●●●○Cuando repetimos muchas mediciones, podemos estudiar si el valor medio está desplazado respecto de una referencia.
La veracidad de medida se relaciona con la concordancia entre el promedio de un número muy grande de valores medidos repetidos y un valor de referencia.
El sesgo de medida es una estimación del error sistemático.
Para una serie finita, una estimación sencilla del desplazamiento es:
donde:
4.133. Una serie muy precisa puede estar sesgada
Valor de referencia:
Mediciones:
Media:
La desviación estándar muestral es:
Las observaciones están muy agrupadas.
Estimación del sesgo:
La serie es muy consistente internamente, pero presenta un desplazamiento importante respecto de la referencia.
4.134. Cuatro situaciones conceptuales
INTERMEDIO · ●●○○Podemos combinar dos características:
y:
Esto produce cuatro escenarios conceptuales.
4.135. Caso A: poca dispersión y poco desplazamiento
Los valores están:
y además:
En términos experimentales, es una situación favorable.
4.136. Caso B: alta precisión con sesgo apreciable
Los valores están muy agrupados:
pero su centro se encuentra desplazado:
Esta situación demuestra que:
4.137. Caso C: promedio cercano a la referencia, pero alta dispersión
AVANZADO · ●●●○Consideremos una referencia:
y las observaciones:
La media es:
Sin embargo, las observaciones presentan una dispersión considerable.
Evitamos decir simplemente:
porque el hecho de que la media coincida con la referencia no convierte automáticamente cada observación individual en un resultado exacto.
4.138. Una media correcta puede ocultar gran dispersión
Valor de referencia:
Observaciones:
Suma:
Media:
Estimación del sesgo de la media:
Pero:
Por tanto:
Analizar únicamente la media ocultaría una parte esencial de la información.
4.139. Caso D: alta dispersión y desplazamiento apreciable
En la situación menos favorable, los valores:
y además:
Coexisten:
Tabla 4.24. Cuatro situaciones sin confundir precisión con sesgo
| Situación | Dispersión | Desplazamiento del centro | Interpretación |
|---|---|---|---|
| A | Pequeña | Pequeño | Alta precisión y buena concordancia con la referencia. |
| B | Pequeña | Grande | Alta precisión con sesgo apreciable. |
| C | Grande | Pequeño para la media observada | Promedio próximo a la referencia, pero baja precisión. |
| D | Grande | Grande | Baja precisión y sesgo apreciable. |
4.140. Una distribución permite separar visualmente centro y anchura
AVANZADO · ●●●○Otra forma de visualizar el problema consiste en imaginar distribuciones.
Una distribución estrecha no tiene que estar centrada sobre la referencia.
4.141. Resolución, precisión, exactitud e incertidumbre pertenecen a niveles distintos
AVANZADO · ●●●○Ahora podemos reunir cuatro conceptos que suelen confundirse.
¿Qué cambio pequeño puede hacerse perceptible en la indicación?
¿Qué tan concordantes son las mediciones repetidas entre sí?
¿Qué tan buena es la concordancia con el valor verdadero del mensurando?
¿Qué dispersión caracteriza los valores atribuibles al mensurando?
Tabla 4.25. Distinciones que deben mantenerse
| Concepto | Se relaciona principalmente con | No debe confundirse con |
|---|---|---|
| Resolución | Capacidad para distinguir cambios pequeños. | Precisión o incertidumbre. |
| Precisión | Dispersión entre mediciones repetidas. | Exactitud. |
| Exactitud | Concordancia con el valor verdadero. | Número de cifras o resolución. |
| Sesgo | Estimación de una componente sistemática. | Dispersión aleatoria. |
| Incertidumbre | Dispersión de valores atribuibles razonablemente. | Error observado. |
4.142. Errores frecuentes
La resolución caracteriza capacidad de discriminación; la precisión se refiere a concordancia entre repeticiones.
Una serie puede estar muy agrupada pero desplazada.
La precisión experimental se determina a partir de la concordancia entre resultados.
La exactitud es una propiedad cualitativa, salvo que se defina una métrica específica diferente.
Una media puede acertar mientras las observaciones están muy dispersas.
El sesgo describe desplazamiento; la desviación estándar describe dispersión.
La incertidumbre puede contener otras contribuciones.
Repetir de manera consistente puede reproducir el mismo desplazamiento.
La precisión se refiere a mediciones repetidas bajo condiciones especificadas.
Es preferible describir explícitamente promedio, dispersión y referencia.
4.143. Práctica por niveles
1. Identifica qué concepto describe cada frase:
- Las mediciones están muy próximas entre sí.
- El promedio está desplazado +0,5 V respecto de una referencia.
- El instrumento cambia su indicación en pasos de 0,01 g.
- Los valores atribuibles al mensurando presentan una dispersión caracterizada por un parámetro no negativo.
2. Valor de referencia: 10,00 V.
Serie A:
Serie B:
- Calcula la media de cada serie.
- Calcula el sesgo estimado.
- Compara cualitativamente la dispersión.
- Explica por qué precisión y sesgo son independientes.
3. Una serie presenta:
y:
Otra presenta:
y:
- ¿Cuál es más precisa?
- ¿Puedes determinar cuál es más exacta sin conocer una referencia?
- ¿Por qué?
4. Valor de referencia:
Mediciones:
- Calcula la media.
- Estima el sesgo.
- Analiza cualitativamente la precisión.
- ¿Qué podría ocurrir después de aplicar una corrección de −0,080 mm?
- ¿La corrección garantiza incertidumbre cero?
4.144. Respuestas orientadoras, comprobación y síntesis
a) precisión;
b) sesgo;
c) resolución;
d) incertidumbre.
Serie A:
Serie B:
Ambas series presentan poca dispersión, pero la segunda posee un desplazamiento mucho mayor respecto de la referencia.
Ejercicio 3La primera serie es más precisa porque:
Sin una referencia no podemos juzgar la concordancia respecto de ella.
Ejercicio 4Por simetría de los datos:
Sesgo estimado:
Una corrección aproximada sería:
La serie está muy agrupada, pero aplicar la corrección no convierte la incertidumbre en cero.
Comprueba lo aprendido
- ¿Qué es precisión de medida?
- ¿Por qué deben especificarse las condiciones de precisión?
- ¿Qué relación existe entre dispersión y precisión?
- ¿Cómo puede cuantificarse la imprecisión?
- ¿Qué describe la desviación estándar?
- ¿Qué significa exactitud de medida?
- ¿Por qué exactitud no es una magnitud numérica?
- ¿Qué es veracidad de medida?
- ¿Qué es sesgo de medida?
- ¿Cómo puede estimarse el sesgo a partir de una serie?
- ¿Puede una serie ser muy precisa y estar sesgada?
- ¿Puede una media coincidir con una referencia mientras existe gran dispersión?
- ¿Por qué evitamos decir automáticamente «exacto pero impreciso»?
- ¿Qué representa la anchura de una distribución?
- ¿Qué representa su desplazamiento respecto de la referencia?
- ¿Por qué resolución no es precisión?
- ¿Por qué precisión no es exactitud?
- ¿Por qué sesgo no es incertidumbre?
- ¿Qué información necesitas para evaluar precisión?
- ¿Qué información adicional necesitas para estudiar sesgo?
Síntesis de la Parte 7
La precisión responde:
Por tanto:
mayor dispersión → menor precisión
El sesgo responde otra pregunta:
Una estimación elemental es:
Las distinciones esenciales son:
precisión ≠ exactitud
sesgo ≠ dispersión
sesgo ≠ incertidumbre
Y una precisión conceptual especialmente importante:
La Parte 8 estudiará qué ocurre cuando cambian las condiciones bajo las cuales evaluamos esa precisión.
Referencias
International Organization for Standardization. (1994). Accuracy (trueness and precision) of measurement methods and results—Part 1: General principles and definitions (ISO 5725-1:1994).
Joint Committee for Guides in Metrology. (2012). International vocabulary of metrology—Basic and general concepts and associated terms (VIM) (3rd ed., JCGM 200:2012). https://doi.org/10.59161/JCGM200-2012
Joint Committee for Guides in Metrology. (2023). Guide to the expression of uncertainty in measurement—Part 1: Introduction (JCGM GUM-1:2023). https://doi.org/10.59161/JCGMGUM-1-2023
Taylor, B. N., & Kuyatt, C. E. (1994). Guidelines for evaluating and expressing the uncertainty of NIST measurement results (NIST Technical Note 1297). National Institute of Standards and Technology.
Repetibilidad, precisión intermedia y reproducibilidad
Ya sabemos que la precisión describe la concordancia entre mediciones repetidas.
Pero falta una pregunta esencial:
No es lo mismo repetir:
que cambiar:
Por eso distinguiremos:
y estudiaremos cómo diseñar una comparación de sistemas de medición sin confundir variación del producto con variación del proceso de medición.
La Parte 8 continúa en 4.145 · Figura 4.46 · Tabla 4.26 · Demostración 22 .
Repetibilidad, precisión intermedia y reproducibilidad
La precisión solo tiene significado cuando sabemos qué condiciones permanecieron iguales y cuáles cambiaron
repetibilidad · precisión intermedia · reproducibilidad · operador · tiempo · laboratorio · r&R
En la Parte 7 vimos que la precisión describe la concordancia entre mediciones repetidas.
Pero falta una pregunta decisiva:
Si casi todo permanece igual, estudiamos un nivel de precisión.
Si permitimos que algunas condiciones cambien, estudiamos otro.
Por tanto, no basta con decir que una medición es «precisa»: debemos indicar bajo qué condiciones se evaluó esa precisión.
4.145. La palabra «precisión» necesita condiciones
FUNDAMENTAL · ●○○○Supongamos que cinco mediciones son muy parecidas.
Podemos afirmar que presentan poca dispersión.
Pero todavía debemos preguntar:
- ¿las realizó la misma persona?
- ¿se utilizó el mismo instrumento?
- ¿se realizaron en el mismo lugar?
- ¿se aplicó el mismo procedimiento?
- ¿transcurrieron segundos, días o meses?
4.146. Condiciones de repetibilidad
INTERMEDIO · ●●○○Las condiciones de repetibilidad constituyen un conjunto estrecho de condiciones de medición.
Incluyen normalmente:
el mismo
el mismo
el mismo
el mismo
las mismas
periodo corto
Tabla 4.26. Condiciones típicas de repetibilidad
| Factor | Condición de repetibilidad | Razón |
|---|---|---|
| Procedimiento | Mismo | Evita introducir cambios metodológicos deliberados. |
| Operador | Mismo | Reduce variación entre personas. |
| Sistema de medición | Mismo | Evita diferencias entre instrumentos. |
| Lugar | Mismo | Mantiene estable el entorno experimental general. |
| Tiempo | Periodo corto | Reduce cambios lentos del sistema. |
4.147. Repetibilidad de medida
INTERMEDIO · ●●○○La repetibilidad de medida es la precisión obtenida bajo condiciones de repetibilidad.
Cuanto menor sea la dispersión bajo esas condiciones:
Podemos cuantificarla mediante, por ejemplo:
4.148. Cuantificar una serie bajo condiciones de repetibilidad
Un mismo operador mide una pieza cinco veces con el mismo calibrador:
Media:
Rango observado:
Desviación estándar muestral:
La pequeña dispersión proporciona evidencia de buena concordancia:
Esta conclusión no demuestra todavía buena reproducibilidad ni ausencia de sesgo.
4.149. Buena repetibilidad no significa que todo el sistema sea adecuado
INTERMEDIO · ●●○○Podemos repetir una medición muchas veces de manera casi idéntica y obtener resultados muy agrupados.
Sin embargo, todos podrían estar:
o podrían cambiar cuando:
- interviene otro operador;
- se cambia el instrumento;
- transcurren varios días;
- se cambia de laboratorio.
4.150. Precisión intermedia: el nivel que existe entre ambos extremos
AVANZADO · ●●●○La precisión intermedia estudia la precisión cuando seguimos trabajando:
y normalmente con:
pero permitimos cambios durante un periodo de tiempo más amplio.
Pueden cambiar, por ejemplo:
- el operador;
- una calibración;
- el sistema de medición;
- el día o turno de trabajo.
4.151. Comparar resultados obtenidos en diferentes días
En el mismo laboratorio y con el mismo procedimiento obtenemos:
Medias de cada sesión:
Amplitud entre las medias:
Para cuantificar formalmente una componente de precisión intermedia se necesita un diseño estadístico adecuado.
4.152. Condiciones de reproducibilidad
INTERMEDIO · ●●○○La reproducibilidad evalúa la precisión bajo condiciones más amplias.
Pueden cambiar:
otro laboratorio
otra persona
otro instrumento
periodo distinto
pueden variar
puede cambiar si se especifica
Tabla 4.27. Repetibilidad, precisión intermedia y reproducibilidad
| Condición | Repetibilidad | Precisión intermedia | Reproducibilidad |
|---|---|---|---|
| Procedimiento | Mismo | Mismo | Puede cambiar si se especifica |
| Operador | Mismo | Puede cambiar | Puede cambiar |
| Sistema | Mismo | Puede cambiar | Puede cambiar |
| Lugar | Mismo | Mismo | Puede cambiar |
| Tiempo | Corto | Más amplio | Puede ser amplio |
4.153. En reproducibilidad debemos declarar qué cambió
AVANZADO · ●●●○Decir simplemente:
es insuficiente.
Debemos informar, hasta donde sea práctico:
y:
Por ejemplo:
4.154. Comparar tres operadores
Operador A:
Su media es:
Operador B:
Operador C:
Amplitud entre medias:
Este cálculo descriptivo no sustituye un análisis estadístico completo, pero revela una fuente de variación que no aparece al estudiar un único operador.
4.155. Tres niveles de precisión según cuánto ampliamos las condiciones
INTERMEDIO · ●●○○4.156. ¿Qué es un estudio r&R?
AVANZADO · ●●●○En control de calidad y análisis de sistemas de medición se utilizan estudios de:
donde, de manera habitual:
El objetivo es estudiar cuánto de la variación observada puede atribuirse al sistema de medición y cómo se distribuye entre diferentes fuentes.
Un estudio r&R estándar no debe confundirse automáticamente con una evaluación completa de incertidumbre de medida.
4.157. Dos componentes fundamentales de un estudio r&R
Variación observada cuando el mismo sistema repite la medición bajo condiciones estrechas.
Variación adicional relacionada con condiciones modificadas, por ejemplo operadores.
Tabla 4.28. Qué intenta distinguir conceptualmente un estudio r&R
| Fuente | Pregunta | Ejemplo observable |
|---|---|---|
| Repetibilidad | ¿Cuánto cambia el resultado al repetir en las mismas condiciones estrechas? | Dos lecturas consecutivas de la misma pieza difieren 0,01 mm. |
| Reproducibilidad | ¿Cambian sistemáticamente los resultados entre operadores u otras condiciones? | Un operador obtiene medias 0,03 mm mayores que otro. |
| Pieza a pieza | ¿Cuánto difieren realmente los objetos medidos? | Las piezas poseen diámetros de aproximadamente 20, 25 y 30 mm. |
4.158. Un diseño r&R necesita piezas, operadores y repeticiones
AVANZADO · ●●●○Para separar las fuentes, un diseño elemental puede incluir:
Por ejemplo:
Tabla 4.29. Datos didácticos de un estudio r&R
| Pieza | Operador A | Operador B |
|---|---|---|
| 1 | 20,01 · 20,02 mm | 20,04 · 20,03 mm |
| 2 | 25,00 · 24,99 mm | 25,03 · 25,02 mm |
| 3 | 30,02 · 30,01 mm | 30,05 · 30,04 mm |
4.159. Separar conceptualmente variación dentro de operadores y entre operadores
En cada combinación operador–pieza, las dos repeticiones difieren:
Esto indica poca variación dentro de cada combinación:
Ahora calculamos el promedio global del operador A:
Para el operador B:
Diferencia entre las medias:
El diseño permite ver simultáneamente dos fenómenos distintos.
Para convertirlos en componentes de varianza r&R se requiere un procedimiento estadístico formal, por ejemplo métodos basados en rangos o ANOVA.
4.160. La variación entre piezas no es «error del instrumento»
AVANZADO · ●●●○En el ejemplo anterior, las piezas están aproximadamente alrededor de:
Esas diferencias son intencionales:
Un buen estudio de sistema de medición debe distinguir:
de:
No debemos interpretar toda variación presente en una tabla r&R como deficiencia del instrumento.
4.161. Repetibilidad y reproducibilidad son propiedades de precisión, no de exactitud
INTERMEDIO · ●●○○Ambos conceptos pertenecen a la familia de la:
Por eso estudian:
No responden por sí solos:
Un sistema puede tener excelente repetibilidad y reproducibilidad, pero estar desplazado respecto de una referencia.
4.162. Errores frecuentes
Se evalúan bajo conjuntos de condiciones diferentes.
Resultados muy repetibles pueden estar sesgados.
Deben modificarse condiciones especificadas.
Existe un nivel entre repetibilidad y reproducibilidad.
Debe indicarse qué cambió y qué permaneció constante.
Las piezas pueden ser realmente diferentes.
Las diferencias de pieza quedarían confundidas con las de operador.
El r&R caracteriza componentes del proceso de medición, pero no sustituye automáticamente un presupuesto completo de incertidumbre.
Se necesitan mediciones repetidas.
Pueden intervenir operador, pieza, tiempo, ambiente y otros factores.
4.163. Práctica por niveles, respuestas y síntesis
1. Identifica la condición predominante:
- Mismo operador, instrumento, lugar y procedimiento durante cinco minutos.
- Mismo laboratorio y procedimiento, pero otro operador dos días después.
- Otro operador, otro sistema y otro laboratorio.
2. Bajo condiciones de repetibilidad se obtiene:
- Calcula la media.
- Calcula el rango.
- Describe cualitativamente la repetibilidad.
- ¿Puedes concluir que el sistema es exacto?
3. Tres operadores obtienen medias:
- Calcula la amplitud entre medias.
- ¿Qué tipo de información proporciona?
- ¿Por qué necesitamos saber si todos midieron las mismas piezas?
4. Diseña conceptualmente un estudio con:
- ¿Cuántas mediciones se realizan?
- ¿Qué comparaciones estudiarían repetibilidad?
- ¿Qué comparaciones aportarían información sobre reproducibilidad entre operadores?
- ¿Qué representa la variación pieza a pieza?
Respuestas orientadoras
a) repetibilidad;
b) precisión intermedia;
c) reproducibilidad.
Media:
Rango:
La dispersión es pequeña bajo las condiciones estudiadas. Esto proporciona evidencia de buena repetibilidad, pero no demuestra exactitud.
Ejercicio 3La amplitud entre medias aporta información sobre diferencias entre operadores o condiciones.
Para atribuirlas al operador, todos deben medir objetos comparables mediante un diseño que evite confundir operador y pieza.
Ejercicio 4Las dos repeticiones de una misma pieza por un mismo operador aportan información de repetibilidad.
Las diferencias entre operadores midiendo las mismas piezas aportan información de reproducibilidad.
Las diferencias reales entre las cinco piezas corresponden a variación pieza a pieza y no deben interpretarse automáticamente como variación del sistema de medición.
Comprueba lo aprendido
- ¿Por qué la precisión debe acompañarse de condiciones?
- ¿Qué condiciones caracterizan la repetibilidad?
- ¿Qué es repetibilidad de medida?
- ¿Cómo se relaciona la dispersión con la repetibilidad?
- ¿Por qué alta repetibilidad no demuestra exactitud?
- ¿Qué es una condición de precisión intermedia?
- ¿Qué puede cambiar en precisión intermedia?
- ¿Qué debe permanecer igual normalmente?
- ¿Qué son condiciones de reproducibilidad?
- ¿Qué factores pueden cambiar en reproducibilidad?
- ¿Por qué debemos especificar qué cambió y qué no?
- ¿Puede un operador ser muy repetible pero diferir de otro?
- ¿Qué significa la r en r&R?
- ¿Qué significa la R?
- ¿Qué intenta separar un estudio r&R?
- ¿Por qué se utilizan varias piezas?
- ¿Por qué varios operadores deben medir las mismas piezas?
- ¿Qué representa la variación pieza a pieza?
- ¿Un estudio r&R equivale automáticamente a una incertidumbre completa?
- ¿Cuál es la diferencia esencial entre repetibilidad, precisión intermedia y reproducibilidad?
Síntesis de la Parte 8
La precisión siempre depende de las condiciones bajo las cuales se evalúa.
↓
condiciones estrechas
Si ampliamos algunas condiciones dentro del mismo lugar:
↓
tiempo mayor + posibles cambios controlados
Si ampliamos aún más las condiciones:
↓
diferentes operadores · sistemas · lugares
En un estudio r&R intentamos distinguir:
Pero debemos separar ambas de:
Y conservar tres advertencias:
repetibilidad ≠ exactitud
r&R ≠ incertidumbre completa automáticamente
La siguiente parte estudiará qué hacer cuando una serie contiene una observación extraordinariamente alejada de las demás.
Referencias
Croarkin, C. (2003). NIST/SEMATECH Engineering Statistics Handbook: Measurement process characterization. National Institute of Standards and Technology.
International Organization for Standardization. (2023). Accuracy (trueness and precision) of measurement methods and results—Part 1: General principles and definitions (ISO 5725-1:2023).
Joint Committee for Guides in Metrology. (2012). International vocabulary of metrology—Basic and general concepts and associated terms (VIM) (3rd ed., JCGM 200:2012). https://doi.org/10.59161/JCGM200-2012
Joint Committee for Guides in Metrology. (2023). Guide to the expression of uncertainty in measurement—Part 1: Introduction (JCGM GUM-1:2023). https://doi.org/10.59161/JCGMGUM-1-2023
Datos atípicos: detectar no significa eliminar
Una serie puede contener un valor muy separado del resto:
La reacción incorrecta sería:
En cambio, debemos preguntar:
Estudiaremos:
y una regla fundamental:
La Parte 9 continúa en 4.164 · Figura 4.52 · Tabla 4.30 · Demostración 26 .
Datos atípicos
Detectar una observación extraña no significa tener permiso para borrarla
investigación · boxplot · IQR · Chauvenet · Grubbs · Peirce · decisión documentada
Consideremos:
Es evidente que:
está muy separado del resto.
Pero de ahí no se deduce:
ni:
Un dato atípico es primero una observación que merece investigación.
4.164. ¿Qué es un dato atípico?
FUNDAMENTAL · ●○○○En una serie de observaciones, un dato atípico es un valor que aparece considerablemente separado del patrón principal de los demás datos.
También se utiliza el término inglés:
Su presencia puede indicar:
- una perturbación experimental;
- un problema de lectura;
- un error de registro;
- un cambio real del fenómeno;
- un cambio en las condiciones;
- una observación válida pero poco frecuente.
4.165. La primera herramienta no es una fórmula: es investigar
FUNDAMENTAL · ●○○○Cuando aparece un valor extremo, antes de calcular una prueba estadística conviene revisar el experimento.
Preguntas útiles:
Por ejemplo, escribir 14,8 cuando la libreta original dice 10,8.
Confundir una división o leer desde una posición incorrecta.
Temperatura, alimentación, posición, vibración, operador.
Golpe, interferencia, movimiento inesperado.
Saturación, conexión intermitente o pérdida de cero.
El valor extraño podría ser físicamente verdadero.
Tabla 4.30. Posibles causas y respuestas apropiadas
| Hallazgo | Ejemplo | Respuesta razonable |
|---|---|---|
| Error de registro comprobado | La hoja original dice 10,8 y la tabla digitada dice 14,8. | Corregir el registro y documentar la corrección. |
| Fallo experimental comprobado | El sensor perdió contacto exactamente durante esa lectura. | Puede justificarse la exclusión, conservando el registro de la causa. |
| Cambio real de condiciones | La temperatura aumentó bruscamente. | No ocultarlo; analizar si pertenece a otro régimen experimental. |
| Sin causa comprobada | El valor es extremo, pero no existe evidencia de error. | No eliminarlo arbitrariamente; aplicar análisis estadístico y de sensibilidad. |
4.166. Un valor extremo puede modificar mucho algunas estadísticas
INTERMEDIO · ●●○○Consideremos nuevamente:
La media de los seis datos es:
La mediana es:
La gran diferencia entre ambas nos muestra que la media ha sido fuertemente atraída por el valor extremo.
Esto no significa que la mediana sea siempre «mejor».
Significa que:
4.167. Boxplot e intervalo intercuartílico
INTERMEDIO · ●●○○Una herramienta exploratoria muy utilizada es el:
o:
Utiliza los cuartiles:
y:
El rango intercuartílico es:
Las llamadas cercas interiores son:
Una observación situada fuera de esas cercas se marca habitualmente como:
La regla 1,5·IQR es una herramienta exploratoria. No demuestra que el dato sea erróneo.
4.168. Aplicación del criterio 1,5·IQR
Ordenamos los datos:
Para esta demostración utilizaremos como convención la mediana de cada mitad.
Mitad inferior:
Mitad superior:
Calculamos:
Cerca inferior:
Cerca superior:
Como:
el boxplot lo identifica como:
El procedimiento la señala; todavía no ha demostrado que deba eliminarse.
Tabla 4.31. Cálculo completo del criterio IQR
| Cantidad | Valor | Interpretación |
|---|---|---|
| Q₁ | 10,0 | Primer cuartil según la convención declarada. |
| Q₃ | 10,2 | Tercer cuartil. |
| IQR | 0,2 | Anchura del 50 % central de los datos. |
| Cerca inferior | 9,7 | Q₁−1,5·IQR. |
| Cerca superior | 10,5 | Q₃+1,5·IQR. |
| 14,8 | Fuera | Potencial dato atípico. |
4.169. El boxplot detecta patrones; no conoce la historia del experimento
INTERMEDIO · ●●○○Un boxplot solo recibe:
No sabe:
- si el sensor se soltó;
- si el operador anotó mal;
- si cambió la temperatura;
- si ocurrió un evento físico real;
- si el fenómeno tiene naturalmente una distribución asimétrica.
Por eso una buena práctica combina:
4.170. Criterio de Chauvenet
AVANZADO · ●●●○El criterio de Chauvenet evalúa si una desviación extrema resulta demasiado improbable para el tamaño de la muestra, bajo un modelo aproximadamente normal.
Para:
se compara la probabilidad de una desviación igual o más extrema con:
En su formulación tradicional:
El criterio depende de un modelo de distribución. No debe utilizarse mecánicamente sobre cualquier conjunto de datos.
4.171. Chauvenet con n=20
Supongamos:
El límite probabilístico del criterio es:
Supongamos ahora que una observación presenta una desviación normalizada:
Para una distribución normal estándar, la probabilidad bilateral aproximada de observar una desviación igual o mayor es:
Comparamos:
Por tanto:
Esto proporciona una justificación estadística para examinarla rigurosamente; la decisión experimental todavía debe documentarse.
4.172. El tamaño de la muestra importa
AVANZADO · ●●●○En Chauvenet:
disminuye cuando:
Por ejemplo:
1/(2n)=0,10
1/(2n)=0,025
1/(2n)=0,005
Por tanto:
4.173. Prueba de Grubbs
AVANZADO · ●●●○La prueba de Grubbs se utiliza para evaluar si existe una observación extrema en una muestra univariada procedente de una población aproximadamente normal.
Para la prueba bilateral, el estadístico es:
Es decir:
Se compara:
con un valor crítico:
dependiente de:
La prueba de Grubbs está diseñada para detectar un único valor atípico. Si se sospechan varios, se necesita un procedimiento apropiado para múltiples atípicos.
4.174. Prueba de Grubbs para el valor 14,8
Datos:
Número de observaciones:
Media:
Desviación estándar muestral:
La mayor desviación respecto de la media corresponde a:
Entonces:
Para:
el valor crítico es aproximadamente:
Como:
existe evidencia estadística, bajo las hipótesis de la prueba, para identificar 14,8 como:
La conclusión estadística no debe transformarse automáticamente en «borrar el dato». Debe revisarse el contexto experimental y documentarse la decisión final.
4.175. Criterio de Peirce
PROFUNDIZACIÓN · ●●●●El criterio de Peirce aborda el problema de observaciones sospechosas mediante teoría de probabilidad.
Una característica importante es que puede considerar:
dentro de una misma serie.
Conceptualmente compara la plausibilidad del conjunto:
con:
Introducimos la lógica del criterio de Peirce, pero no desarrollamos aquí su procedimiento numérico completo.
4.176. Los cuatro métodos no son equivalentes
Tabla 4.32. Comparación de herramientas para analizar datos atípicos
| Método | Idea principal | Ventaja | Precaución |
|---|---|---|---|
| Boxplot / IQR | Cuartiles y cercas. | Exploratorio, visual y sencillo. | Señala valores; no demuestra que sean errores. |
| Chauvenet | Probabilidad de una desviación extrema en relación con n. | Introduce explícitamente el tamaño de la muestra. | Depende del modelo aproximadamente normal. |
| Grubbs | Máxima desviación normalizada por s. | Prueba formal para un valor extremo. | Normalidad aproximada y un único atípico sospechoso. |
| Peirce | Plausibilidad probabilística del conjunto. | Puede abordar varias observaciones sospechosas. | Procedimiento matemático más complejo. |
4.177. Antes de elegir una prueba debemos mirar la estructura de los datos
AVANZADO · ●●●○Una prueba para detectar valores atípicos no debe seleccionarse únicamente porque aparece en una lista.
Debemos preguntar:
Por ejemplo:
y:
4.178. Detectar y decidir son etapas distintas
secuencia · histograma · boxplot
si no existe razón suficiente para excluir
si existe un error de registro comprobable
solo con justificación documentada
4.179. Si una observación se excluye, debe quedar una huella documental
INTERMEDIO · ●●○○Una buena práctica no consiste en:
sino en registrar:
- el valor original;
- la razón por la que se consideró sospechoso;
- la evidencia experimental;
- el criterio estadístico utilizado;
- el nivel de significación, cuando corresponda;
- la decisión adoptada;
- el efecto de la decisión sobre el resultado.
Tabla 4.33. Registro mínimo de una decisión sobre un dato atípico
| Elemento | Ejemplo |
|---|---|
| Valor sospechoso | 14,8 |
| Serie original | 9,9; 10,0; 10,1; 10,1; 10,2; 14,8. |
| Evidencia experimental | No se encontró inicialmente un error de registro. |
| Evidencia exploratoria | Fuera de la cerca superior del boxplot. |
| Prueba formal | Grubbs bilateral, α=0,05. |
| Resultado | G≈2,038 > Gcrit≈1,887. |
| Decisión | Debe justificarse en función del propósito y de la evidencia experimental. |
4.180. Análisis de sensibilidad: ¿cuánto cambia el resultado?
Serie completa:
Media con las seis observaciones:
Desviación estándar muestral:
Ahora realizamos un análisis comparativo, sin afirmar todavía que la exclusión sea correcta.
Serie sin 14,8:
Media:
Desviación estándar:
Cambio de la media:
En cambio, la mediana es:
Este análisis muestra por qué una decisión sobre un valor extremo debe ser transparente: puede alterar profundamente media y dispersión.
4.181. Errores frecuentes
La apariencia inicia la investigación; no la termina.
Puede representar un evento físico real.
Las cercas identifican valores que requieren examen.
Modificar convenientemente el resultado no es justificación científica.
La prueba presupone una población aproximadamente normal.
La estructura del método debe corresponder al problema.
El fenómeno físico puede haber cambiado realmente.
Debe mantenerse trazabilidad de la observación original.
La decisión estadística depende del nivel de significación.
Utilizan criterios e hipótesis diferentes.
4.182. Práctica, respuestas, comprobación y síntesis
1. Decide si las siguientes afirmaciones son correctas o incorrectas:
- Todo dato atípico es un error.
- Una observación extrema debe investigarse.
- Un error de transcripción comprobado puede corregirse.
- Un dato puede ser extremo y, sin embargo, físicamente real.
2. Utiliza IQR para:
Utiliza la misma convención de cuartiles empleada en la Demostración 26.
- Calcula Q₁.
- Calcula Q₃.
- Calcula IQR.
- Calcula las dos cercas.
- Decide si 8,0 queda señalado.
3. En un criterio de Chauvenet tenemos:
- Calcula 1/(2n).
- Si la probabilidad bilateral de la observación es 0,030, ¿queda señalada?
- ¿Significa eso que debe borrarse automáticamente?
4. Explica por qué esta secuencia es científicamente superior:
frente a:
Respuestas orientadoras
a) incorrecta;
b) correcta;
c) correcta;
d) correcta.
Datos ordenados:
Mitad inferior:
Mitad superior:
Cerca inferior:
Cerca superior:
Como:
el valor queda señalado como potencialmente atípico.
Ejercicio 3Como:
la observación satisface el criterio probabilístico planteado.
Pero:
La primera secuencia combina evidencia experimental, supuestos estadísticos, análisis cuantitativo y trazabilidad de la decisión. La segunda convierte una impresión en una modificación arbitraria de los datos.
Comprueba lo aprendido
- ¿Qué es un dato atípico?
- ¿Por qué dato atípico no significa dato erróneo?
- ¿Qué debe hacerse antes de aplicar una prueba estadística?
- Da cuatro causas posibles de una observación extrema.
- ¿Cómo afecta un dato extremo a la media?
- ¿Por qué la mediana suele ser más resistente?
- ¿Qué es Q₁?
- ¿Qué es Q₃?
- ¿Cómo se calcula IQR?
- ¿Cómo se calcula la cerca inferior?
- ¿Cómo se calcula la cerca superior?
- ¿Qué significa quedar fuera de una cerca de 1,5·IQR?
- ¿Qué pregunta responde el criterio de Chauvenet?
- ¿Por qué aparece n en ese criterio?
- ¿Qué hipótesis distribucional utiliza?
- ¿Qué mide el estadístico G de Grubbs?
- ¿Qué significan n y α en Grubbs?
- ¿Por qué Grubbs no debe aplicarse mecánicamente a varios atípicos?
- ¿Qué ventaja conceptual tiene Peirce?
- ¿Por qué toda exclusión debe documentarse?
Síntesis de la Parte 9
Una observación extrema inicia una investigación.
Podemos utilizar herramientas diferentes:
Chauvenet → probabilidad extrema frente a n
Grubbs → desviación máxima normalizada
Peirce → análisis probabilístico de uno o varios sospechosos
Ninguna herramienta sustituye:
La secuencia recomendable es:
↓
investigar
↓
comprobar hipótesis
↓
analizar estadísticamente
↓
documentar
↓
decidir
Y la regla final es:
En la Parte 10 integraremos todos los conceptos del capítulo en un único proceso experimental.
Referencias
Chauvenet, W. (1863). A manual of spherical and practical astronomy (Vol. 2). J. B. Lippincott.
Grubbs, F. E. (1969). Procedures for detecting outlying observations in samples. Technometrics, 11(1), 1–21.
National Institute of Standards and Technology. (s. f.). NIST/SEMATECH e-Handbook of Statistical Methods: Detection of outliers.
Peirce, B. (1852). Criterion for the rejection of doubtful observations. The Astronomical Journal, 2(45), 161–163.
Tukey, J. W. (1977). Exploratory data analysis. Addison-Wesley.
Integración experimental y cierre del capítulo
Hemos construido las piezas por separado:
Ahora debemos reunirlas en una sola cadena:
La Parte 10 incluirá:
- un experimento integrado;
- un presupuesto elemental de incertidumbre;
- evaluación de precisión y sesgo;
- decisión sobre observaciones sospechosas;
- comunicación final del resultado;
- proyecto de cierre;
- evaluación final del capítulo;
- puente hacia cifras significativas, redondeo y propagación.
La Parte 10 continúa en 4.183 · Figura 4.58 · Tabla 4.34 · Demostración 30 .
Integración experimental
De definir el mensurando a comunicar un resultado defendible
definir · modelar · medir · validar · evaluar · interpretar · comunicar
Durante nueve partes estudiamos los componentes de la medición por separado.
Ahora debemos reunirlos.
Esa cadena comienza mucho antes de leer un instrumento:
y termina mucho después de obtener un número:
4.183. La arquitectura completa de una medición
FUNDAMENTAL · ●○○○Un proceso completo puede organizarse así:
Tabla 4.34. Pregunta principal de cada etapa
| Etapa | Pregunta | Producto esperado |
|---|---|---|
| Definir | ¿Qué magnitud queremos conocer exactamente? | Mensurando especificado. |
| Modelar | ¿Cómo representamos el sistema real? | Modelo conceptual o matemático. |
| Seleccionar | ¿Cómo lo mediremos? | Método, instrumento y procedimiento. |
| Medir | ¿Qué observamos? | Datos trazables. |
| Validar | ¿Existen observaciones sospechosas o fallos? | Conjunto de datos justificado. |
| Evaluar | ¿Qué incertidumbre acompaña al resultado? | Presupuesto de incertidumbre. |
| Interpretar | ¿Qué significa el resultado? | Conclusión técnica. |
| Comunicar | ¿Qué debe conocer otra persona? | Resultado documentado. |
4.184. Experimento integrador: medir la resistencia de un resistor
INTERMEDIO · ●●○○Utilizaremos un ejemplo didáctico directamente relacionado con circuitos eléctricos.
Queremos determinar la resistencia de un resistor aproximadamente nominal de:
empleando un multímetro digital.
No corresponden a un certificado real, a un instrumento comercial concreto ni a una calibración real.
4.185. Paso 1: definir el mensurando antes de conectar el instrumento
INTERMEDIO · ●●○○No basta con escribir:
Una definición más completa es:
También registramos:
y evitamos calentar el componente innecesariamente durante la medición.
4.186. Paso 2: registrar los datos originales sin ocultar nada
Durante la sesión se obtuvieron inicialmente once observaciones:
La sexta observación:
resulta claramente diferente del resto.
Tabla 4.35. Registro experimental original
| Observación | R / Ω | Registro experimental |
|---|---|---|
| 1 | 100,082 | Normal |
| 2 | 100,099 | Normal |
| 3 | 100,091 | Normal |
| 4 | 100,108 | Normal |
| 5 | 100,101 | Normal |
| 6 | 100,360 | Se observó contacto deficiente de una punta de prueba. |
| 7 | 100,089 | Normal |
| 8 | 100,103 | Normal |
| 9 | 100,081 | Normal |
| 10 | 100,112 | Normal |
| 11 | 100,094 | Normal |
4.187. Validación de la observación sospechosa
Ordenamos los once valores.
Utilizando la convención de mediana de cada mitad:
Entonces:
Cerca superior:
Como:
la observación queda:
Pero existe además evidencia experimental:
La decisión puede entonces documentarse como:
El dato original se conserva en el registro; simplemente no se utiliza para estimar la resistencia bajo las condiciones definidas.
4.188. Paso 3: trabajar con el conjunto validado
Las diez observaciones válidas son:
Ahora podemos estudiar:
4.189. Evaluación Tipo A de la repetibilidad
Número de observaciones:
Media:
Desviación estándar muestral:
Esta cantidad caracteriza la dispersión de las observaciones.
Para la media:
Ésta es la contribución Tipo A asociada a la estimación de la media bajo las condiciones de repetibilidad del experimento.
4.190. Paso 4: incorporar información Tipo B
AVANZADO · ●●●○Supongamos que el instrumento proporciona:
y que el certificado de calibración utilizado para este ejemplo didáctico proporciona:
con incertidumbre estándar:
Para la resolución, si suponemos redondeo al incremento más próximo:
Adoptando una distribución rectangular:
Tabla 4.36. Presupuesto elemental de incertidumbre
| Contribución | Tipo | Información | Incertidumbre estándar / Ω |
|---|---|---|---|
| Repetibilidad de la media | A | 10 observaciones | 0,00330 |
| Resolución | B | q=0,001 Ω; rectangular | 0,000289 |
| Calibración | B | certificado didáctico | 0,010 |
En una evaluación real debe verificarse que dos contribuciones no representen dos veces la misma fuente de variación. También deben estudiarse posibles correlaciones.
4.191. Combinar las contribuciones del ejemplo
Para este caso didáctico suponemos:
Entonces:
Sustituimos:
Si para este ejemplo adoptamos:
la incertidumbre expandida es:
Con redondeo coherente:
En un informe real debe declararse además la interpretación y fundamento del factor de cobertura empleado.
4.192. Paso 5: aplicar la corrección antes de comunicar el resultado
La media obtenida fue:
La corrección de calibración es:
Entonces:
4.193. Construcción del resultado final
Valor corregido:
Incertidumbre estándar combinada:
Factor utilizado en el ejemplo:
Incertidumbre expandida redondeada:
Una forma de comunicar el resultado es:
indicando explícitamente:
La expresión ± tiene significado porque se ha indicado qué representa la cantidad que acompaña al valor medido.
4.194. Paso 6: evaluar precisión y sesgo por separado
AVANZADO · ●●●○La desviación estándar de las mediciones válidas fue:
Esto describe la dispersión bajo las condiciones del ensayo.
Ahora supongamos que disponemos, para fines didácticos, de un valor de referencia:
El sesgo estimado después de aplicar la corrección es:
Tenemos ahora dos informaciones diferentes:
100,066 Ω
s≈0,01045 Ω
uc≈0,01054 Ω
U≈0,022 Ω · k=2
+0,006 Ω
100,360 Ω
causa experimental documentada
4.195. Un resultado correcto no es solamente una ecuación
El resultado:
todavía necesita contexto.
Una comunicación técnica debe indicar, según el propósito:
- qué se midió;
- qué instrumento y procedimiento se emplearon;
- condiciones relevantes;
- cómo se trataron observaciones inválidas;
- qué corrección se aplicó;
- qué representa la incertidumbre comunicada;
- qué factor de cobertura se utilizó;
- qué fuentes principales se consideraron.
La resistencia del resistor, medida mediante el procedimiento descrito y corregida con la información de calibración adoptada, fue R=(100,066±0,022) Ω, donde 0,022 Ω corresponde a la incertidumbre expandida del ejemplo para k=2. Una observación de 100,360 Ω fue invalidada debido a un contacto deficiente documentado durante la adquisición.
4.196. Lista de comprobación antes de cerrar una medición
Tabla 4.37. Lista de control metrológico
| Pregunta | Comprobación |
|---|---|
| ¿El mensurando está suficientemente definido? | □ Sí · □ Revisar |
| ¿El modelo representa adecuadamente el propósito? | □ Sí · □ Revisar |
| ¿El instrumento es apropiado para el intervalo y la resolución necesaria? | □ Sí · □ Revisar |
| ¿El procedimiento está documentado? | □ Sí · □ Revisar |
| ¿Las condiciones relevantes fueron registradas? | □ Sí · □ Revisar |
| ¿Se conservaron los datos originales? | □ Sí · □ Revisar |
| ¿Los datos atípicos fueron investigados y no eliminados arbitrariamente? | □ Sí · □ Revisar |
| ¿Se distinguieron contribuciones Tipo A y Tipo B? | □ Sí · □ Revisar |
| ¿Se evitó contar dos veces una misma fuente? | □ Sí · □ Revisar |
| ¿La precisión se interpretó bajo condiciones especificadas? | □ Sí · □ Revisar |
| ¿El sesgo se separó de la dispersión? | □ Sí · □ Revisar |
| ¿La notación ± tiene significado declarado? | □ Sí · □ Revisar |
4.197. Proyecto final del capítulo
PROFUNDIZACIÓN · ●●●●Selecciona una magnitud físicamente accesible:
- longitud;
- masa;
- tiempo;
- temperatura;
- tensión;
- resistencia;
- otra magnitud autorizada por el docente.
El informe debe contener:
- definición del mensurando;
- modelo utilizado;
- instrumento;
- resolución;
- procedimiento;
- condiciones ambientales relevantes;
- al menos 10 observaciones cuando tenga sentido;
- gráfica de los datos;
- análisis de posibles datos atípicos;
- media y medida de dispersión;
- fuentes de incertidumbre;
- al menos una evaluación Tipo A o Tipo B cuando sea aplicable;
- discusión de precisión;
- comparación con referencia, si existe;
- resultado final correctamente comunicado;
- conclusión técnica.
Tabla 4.38. Rúbrica del proyecto final
| Criterio | Valor |
|---|---|
| Definición correcta del mensurando | 10 % |
| Modelo y procedimiento | 15 % |
| Calidad y trazabilidad de los datos | 15 % |
| Análisis de fuentes de incertidumbre | 15 % |
| Tratamiento de repetición y datos atípicos | 10 % |
| Cálculos e interpretación | 15 % |
| Comunicación del resultado | 10 % |
| Conclusión y argumentación técnica | 10 % |
4.198. Evaluación final del capítulo
- ¿Qué es una magnitud?
- ¿Qué es un mensurando?
- ¿Por qué el mensurando debe especificarse antes de medir?
- ¿Qué diferencia existe entre medición directa e indirecta?
- ¿Qué es la resolución de un instrumento?
- ¿Por qué resolución no significa precisión?
- ¿Qué es el error respecto de un valor de referencia?
- ¿Por qué error e incertidumbre no son sinónimos?
- ¿Por qué la incertidumbre es no negativa?
- Enumera seis familias de fuentes de incertidumbre.
- ¿Qué caracteriza un comportamiento sistemático?
- ¿Qué caracteriza una variación aleatoria?
- ¿Qué es una evaluación Tipo A?
- ¿Qué es una evaluación Tipo B?
- ¿Por qué Tipo A no significa error aleatorio?
- ¿Por qué Tipo B no significa error sistemático?
- ¿Qué es precisión de medida?
- ¿Qué diferencia existe entre precisión y exactitud?
- ¿Qué es sesgo de medida?
- ¿Qué diferencia existe entre repetibilidad y reproducibilidad?
- ¿Qué es precisión intermedia?
- ¿Para qué sirve un estudio r&R?
- ¿Por qué un dato atípico no debe eliminarse automáticamente?
- ¿Qué información aporta un boxplot?
- ¿Qué analiza la prueba de Grubbs?
- ¿Qué debe acompañar a una decisión de excluir un dato?
- ¿Qué diferencia existe entre incertidumbre estándar e incertidumbre expandida?
- ¿Qué significa U=k·uc?
- ¿Por qué ± necesita contexto?
- ¿Qué debe contener un resultado de medición bien comunicado?
4.199. Respuestas esenciales de la evaluación
Una magnitud es una propiedad susceptible de descripción cuantitativa. El mensurando es la magnitud que se pretende medir. Debe especificarse porque condiciones, objeto y definición determinan qué significa realmente el resultado.
Una medición directa obtiene un valor mediante el método de medición sin calcular el mensurando a partir de otras magnitudes; una indirecta utiliza un modelo. La resolución caracteriza la capacidad de distinguir cambios pequeños; no describe la dispersión entre repeticiones.
El error respecto de una referencia puede expresarse como e=xm−xref. La incertidumbre caracteriza dispersión asociada a los valores atribuibles al mensurando y es no negativa.
Instrumento, mensurando, modelo, procedimiento, entorno y operador.
Sistemático y aleatorio describen comportamiento. Tipo A y Tipo B describen métodos de evaluación de incertidumbre. Tipo A utiliza análisis estadístico de valores medidos; Tipo B utiliza otra información.
La precisión describe concordancia entre mediciones repetidas. La exactitud se relaciona con concordancia respecto del valor verdadero. El sesgo estima una componente sistemática del error.
Repetibilidad utiliza condiciones estrechas; precisión intermedia admite ciertos cambios dentro del mismo lugar; reproducibilidad amplía las condiciones. Un estudio r&R analiza componentes del sistema de medición.
Un dato atípico es una señal de investigación. Boxplot, Grubbs y otros métodos ayudan a identificar observaciones sospechosas, pero toda exclusión debe justificarse y documentarse.
Una incertidumbre estándar se expresa como desviación estándar. La incertidumbre expandida U se obtiene a partir de uc mediante un factor k. La notación ± requiere explicar qué representa la cantidad. Un informe debe comunicar mensurando, resultado, unidad, incertidumbre, método y condiciones relevantes.
4.200. Mapa conceptual definitivo del capítulo
proceso experimental para obtener valores atribuibles a un mensurando
magnitud · mensurando · condiciones
modelo conceptual · modelo matemático
instrumento · resolución · procedimiento
instrumento · mensurando · modelo · entorno · operador
diferencia respecto de referencia
concordancia entre repeticiones
dispersión atribuible
Tipo A · Tipo B
repetibilidad · intermedia · reproducibilidad
investigar · visualizar · contrastar · documentar
valor + unidad + incertidumbre + contexto
4.201. Conclusión del Capítulo 4
Medir no consiste simplemente en colocar un instrumento y copiar lo que aparece en una pantalla.
Para hacerlo debemos relacionar:
↓
mensurando
↓
modelo
↓
procedimiento
↓
datos
↓
interpretación
Hemos aprendido además que:
error ≠ incertidumbre
Tipo A ≠ error aleatorio
Tipo B ≠ error sistemático
precisión ≠ exactitud
sesgo ≠ dispersión
repetibilidad ≠ reproducibilidad
dato atípico ≠ dato automáticamente erróneo
Y la regla más importante puede resumirse así:
Referencias consolidadas del capítulo
Chauvenet, W. (1863). A manual of spherical and practical astronomy (Vol. 2). J. B. Lippincott.
Doebelin, E. O., & Manik, D. N. (2011). Measurement systems: Application and design (6th ed.). McGraw-Hill.
Grubbs, F. E. (1969). Procedures for detecting outlying observations in samples. Technometrics, 11(1), 1–21.
International Organization for Standardization. (2023). Accuracy (trueness and precision) of measurement methods and results—Part 1: General principles and definitions (ISO 5725-1:2023).
Joint Committee for Guides in Metrology. (2008). Evaluation of measurement data—Guide to the expression of uncertainty in measurement (JCGM 100:2008).
Joint Committee for Guides in Metrology. (2012). International vocabulary of metrology—Basic and general concepts and associated terms (VIM) (3rd ed., JCGM 200:2012). https://doi.org/10.59161/JCGM200-2012
Joint Committee for Guides in Metrology. (2020). Guide to the expression of uncertainty in measurement—Part 6: Developing and using measurement models (JCGM GUM-6:2020). https://doi.org/10.59161/JCGMGUM-6-2020
Joint Committee for Guides in Metrology. (2023). Guide to the expression of uncertainty in measurement—Part 1: Introduction (JCGM GUM-1:2023). https://doi.org/10.59161/JCGMGUM-1-2023
Peirce, B. (1852). Criterion for the rejection of doubtful observations. The Astronomical Journal, 2(45), 161–163.
Taylor, B. N., & Kuyatt, C. E. (1994). Guidelines for evaluating and expressing the uncertainty of NIST measurement results (NIST Technical Note 1297). National Institute of Standards and Technology.
Tukey, J. W. (1977). Exploratory data analysis. Addison-Wesley.
Cifras significativas, redondeo y propagación de incertidumbres
El capítulo termina, pero el problema de la medición continúa.
Ya sabemos obtener un resultado como:
Ahora aparecen nuevas preguntas:
Por ejemplo:
si tanto:
como:
poseen incertidumbre, debemos determinar:
Éste será el siguiente paso:
Así comienza el Capítulo 5: Cifras significativas, redondeo y propagación de incertidumbres.