isbn 978-607-96162-0

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  • Simposio Metrologa 2012 Primera Edicin

    Luis Omar Becerra Santiago Vicente Gonzlez Jurez Carlos Alberto Galvn Hernndez Luis Manuel Pea Prez

    i

  • Simposio Metrologa 2012

    Primera edicin Mayo de 2013

    Centro Nacional de Metrologa Km. 4.5 carretera a los Cus Mpio. El Marqus, Quertaro CP 76246 www.cenam.mx Email: [email protected] Telfono: 442 211 0500 al 04 Edicin: Comit Tcnico del Simposio de Metrologa 2012 Esta obra fue creada con los trabajos presentados en el Simposio de Metrologa 2012 del CENAM con el propsito de difundir la cultura y avances de investigacin y desarrollo en Metrologa. Se autoriza la reproduccin del contenido de esta obra, siempre y cuando se cite la fuente. Impreso en Mxico / Printed in Mexico ISBN 978-607-96162-0-5

    ii

  • CUERPO DIRECTIVO Director General Hctor Octavio Nava Jaimes Director de Administracin y Finanzas Guillermo Salomn Villalobos Castrejn Director de Metrologa de Materiales Yoshito Mitani Nakanishi Director de Metrologa Elctrica Ren David Carranza Lpez Padilla Director de Metrologa Fsica Jos Salvador Echeverra Villagmez Director de Metrologa Mecnica Ignacio Hernndez Gutirrez Director de Servicios Tecnolgicos Ismael Arturo Castelazo Sinencio

    EDITORES Luis Omar Becerra Santiago Carlos Alberto Galvn Hernndez Vicente Gonzlez Jurez Luis Manuel Pea Prez

    REVISIN EDITORIAL Mariano Botello Prez Daniel Crdenas Garca Jos Manuel Jurez Garca Froyln Martnez Surez Edgar Mndez Lango Eric Rosas Sols

    iii

  • CLAUSTRO ARBITRAL Edson Afonso, INMETRO, Brasil.

    Gregorio Alvarez Clara, CENAM, Mxico.

    Rogelio Amezola Luna, UPSRJ, Mxico.

    Vctor Manuel Aranda Contreras, MetAs, Mxico.

    Mariana Arce Osuna, CENAM, Mxico.

    Eduardo Arias Marn, CIQA, Mxico.

    Roberto Arias Romero, CENAM, Mxico.

    Edgar Arizmendi Reyes, CENAM, Mxico.

    Benjamn Arroyo Ramrez, ITC, Mxico.

    Mara del Roco Arvizu Torres, CENAM, Mxico.

    Norberto Arzate Plata, CIO, Mxico.

    Carlos David Avils Castro, CENAM, Mxico.

    Michael G. Bair, Fluke Corp., USA.

    Walter Bich, INRIM, Italia.

    J. Gerardo Cabaas Moreno, CNMN IPN, Mxico.

    Joselaine Cceres Gonzalez, LATU, Uruguay.

    Lenom Cajuste Bontemps, COLPOS, Mxico.

    Pablo Canalejo, IBSEI, S.A. de C.V., Mxico.

    Mximo Cargnelutti, ITESM Campus Quertaro, Mxico.

    Jazmn Carranza Gallardo, INAOE, Mxico.

    Ren D. Carranza Lpez Padilla, CENAM, Mxico.

    Ismael Arturo Castelazo Sinencio, CENAM, Mxico.

    Eduardo Castillo Castaeda, CICATA IPN, Mxico.

    Hctor Alfonso Castillo Matadamas, CENAM, Mxico.

    Esther Castro Galvn, CENAM, Mxico.

    Carlos Coln Castellanos, CENAM, Mxico.

    Andrs Conejo Vargas, CENAM, Mxico.

    Paulo Couto, INMETRO, Brasil.

    Silke Cram, IGg UNAM, Mxico.

    Vicente Cutanda Henrquez, SDU, Dinamarca.

    Armando De La Torre Alcocer, CENAM, Mxico.

    Rufino Daz Uribe, CCADET, Mxico.

    Hector Javier Dorantes Rosales, ESIQIE IPN, Mxico.

    Jos Salvador Echeverra Villagmez, CENAM, Mxico.

    Alfredo Arturo Elas Jurez, CENAM, Mxico.

    Marco Antonio Escobar Valderrama, CENAM, Mxico.

    Ramn Esquivel Gonzlez,

    UVM Campus Lomas Verdes, Mxico.

    Andrs Francisco Estrada Alexanders,

    UAM Iztapalapa, Mxico.

    Claudia Feregrino Uribe, INAOE, Mxico.

    Juan Forastieri, INTI, Argentina.

    Juan Garay, SEPRI, S.A. de C.V., Mxico.

    Rafael Garcia Gutierrez, USON, Mxico.

    Francisco J. Garca Leoro, CESMEC, S.A., Chile.

    Israel Garca Ruiz, CENAM, Mxico.

    Samir N. Y. Gerges, UFSC, Brasil.

    Patricia Giorgio, INTI, Argentina.

    Gilberto Gmez Rosas, UDG, Mxico.

    iv

  • Javier Gonzalez Villarruel, VIDEOTRON, Canad.

    Norma Gonzlez Rojano, CENAM, Mxico.

    Juan Antonio Guardado Prez, CENAM, Mxico.

    Anne Hansen, IMTA, Mxico.

    Dionisio Hernndez Villaseor, CENAM, Mxico.

    Ignacio Hernndez Gutirrez, CENAM, Mxico.

    Jos Efran Hernndez Lpez, CENAM, Mxico.

    Jess Huerta Chua, CENAM, Mxico.

    Juan B. Hurtado Ramos, CICATA IPN, Mxico.

    Claude Jacques, NRC INMS, Canad.

    Hideberto Jardn Aguilar, CINVESTAV IPN, Mxico.

    Jos Jassn Flores, CENIDET, Mxico.

    Ricardo Jos de Carvalho, ON, Brasil.

    Fernando Jurez Lpez, IPN, Mxico.

    Jos Luis Jurado Baizaval, CIDETEQ, Mxico.

    Kazuto Kawakita, IPT, Brasil.

    Jorge Koelliker Delgado, CENAM, Mxico.

    Gregory Kyriazis, INMETRO, Brasil.

    Hctor Laiz, INTI, Argentina.

    Judith Velina Lara Manzano, CENAM, Mxico.

    Rubn J. Lazos Martnez, CENAM, Mxico.

    Lorenzo Leija Salas, CINVESTAV IPN, Mxico.

    Ignacio Lira Canguilhem, UC, Chile.

    Leonel Lira Corts, CENAM, Mxico.

    Vctor M. Loayza, INMETRO, Brasil.

    Raymundo Lopez Callejas, UAM Azcapotzalco, Mxico.

    Jos Mauricio Lpez Romero, CENAM, Mxico.

    Rosa Mara Lpez Romero, COLPOS, Mxico.

    Sal Lpez Silva, UAGRO, Mxico.

    Sergio Lpez Lpez, CENAM, Mxico.

    Salvatore Lorefice, INRIM, Italia.

    Daro Alejandro Loza Guerrero, CENAM, Mxico.

    Federico Manrquez Guerrero, CIDETEQ, Mxico.

    Ignacio Ramiro Martin Domnguez, CIMAV, Mxico.

    Edgar Martnez Guerra, UANL, Mxico.

    Carlos Humberto Matamoros Garca, CENAM, Mxico.

    Jos Luis Medina Monroy, CICESE, Mxico.

    Nieves Medina Martin, CEM, Espaa.

    Jorge Enrique Meja Snchez, UDG, Mxico.

    Fernando Mendoza Santoyo, CIO, Mxico.

    Flora Emperatriz Mercader Trejo, UPSRJ, Mxico.

    Jaime Mimila Arroyo, CINVESTAV IPN, Mxico.

    Yoshito Mitani Nakanishi, CENAM, Mxico.

    Manrique Humberto Montemayor

    De La Luz Mendoza, INYMET, S.A. de C.V., Mxico.

    Daniel Morales Matamoros, IMP, Mxico.

    Jos ngel Moreno Hernndez, CENAM, Mxico.

    David Morilln Glvez, II UNAM, Mxico.

    Fernando Motolina Velzquez, CIDESI, Mxico.

    v

  • Roberto S. Murphy Arteaga, INAOE, Mxico.

    Renato Nunes Teixeira, INMETRO, Brasil.

    Felipe Ordua Bustamante, CCADET, Mxico.

    Ral Ortega Borges, CIDETEQ, Mxico.

    Jos Luis Ortiz Aparicio, CENAM, Mxico.

    Susana Padilla Corral, CENAM, Mxico

    Juan Palacio Rodriguez, ROA, Espaa.

    Luiz Henrique Paraguass de Oliveira, INMETRO, Brasil.

    Gustavo Pedraza Aboytes, UAQ, Mxico.

    Alejandro Prez Castorena, CENAM, Mxico.

    Andrs E. Prez Matzumoto, CENAM, Mxico.

    Carlos Prez Lpez, CIO, Mxico.

    Manuel Prez Tello, USON, Mxico.

    Melina Prez Urquiza, CENAM, Mxico.

    Luis Carlos Platt Lucero, IQ USON, Mxico.

    Alicia Pons Aglio, CSIC, Espaa.

    Aldo Quiroga Rojas, INDECOPI, Per.

    Olman Ramos Alfaro, LACOMET, Costa Rica.

    Jos No Razo Razo, CENAM, Mxico.

    Luis Efran Regalado, CIFUS USON, Mxico.

    Renato Reis Machado, INMETRO, Brasil.

    Adrin Reyes Del Valle, CENAM, Mxico.

    Gustavo P. Ripper, INMETRO, Brasil.

    Jos ngel Robles Carbonell, CEM, Espaa.

    Ponciano Rodrguez Montero, INAOE, Mxico.

    Ramn Rodrguez Vera, CIO, Mxico.

    Guadalupe Judith Sainz Uribe, CENAM, Mxico.

    Jos Antonio Salas Tllez, CENAM, Mxico.

    Florencio Snchez Silva, IPN, Mxico.

    Jess Carlos Snchez Ochoa, ESIQIE IPN, Mxico.

    Claudia Santo, LATU, Uruguay.

    Alejandro Savarin, INTI, Argentina.

    Detlef Schiel, PTB, Alemania.

    Wolfgang Schmid, EURAMET, Internacional (Europa).

    Guillermo Silva Pineda, CENAM, Mxico.

    Alejandra Tonina, INTI, Argentina.

    Ismael Torres Gmez, CIO, Mxico.

    Jorge C. Torres Guzmn, CENAM, Mxico.

    Miguel Tufio Velzquez, IPN, Mxico.

    Jorge Uribe Godnez, IQ UNAM, Mxico.

    Joaqun Valds, UNSAM, Argentina.

    Ana Isabel Valenzuela Quintanar, CIAD, Mxico.

    Luz Vzquez Moreno, CIAD, Mxico.

    Vctor Hugo Vzquez Morales, CENAM, Mxico.

    Miguel R. Viliesid Alonso, CENAM, Mxico.

    Enrique Villa Diharce, CIMAT, Mxico.

    Mara Eugenia Edith Zapata Campos, CENAM, Mxico.

    Alba Zaretzky, CNEA, Argentina.

    Jos Ramn Zeleny Vzquez, Mitutoyo Mexicana, S.A. DE C.V., Mxico.

    Luis Omar Becerra Santiago, CENAM, Mxico. Carlos Alberto Galvn Hernndez, CENAM, Mxico. Vicente Gonzlez Jurez, CENAM, Mxico. Luis Manuel Pea Prez, CENAM, Mxico.

    vi

  • NDICE DE CONTENIDO SIMULTNEAS 1 Electromagnetismo

    CORRECCIN DEL MISMATCH E INCERTIDUMBRE ASOCIADA EN LA MEDICIN DE POTENCIA EN RF Silva H., Monasterios G.

    1

    MEJORA EN LA APLICACIN DEL MTODO DE MEDICIN DE LA POTENCIA DE PERTURBACIN MEDIANTE EL USO DE HERRAMIENTAS ESTADSTICAS Olgun L., Perera M.

    7

    SISTEMA DE REFERENCIA PARA LA CALIBRACIN DE DETECTORES DE POTENCIA POR COMPARACIN DIRECTA Botello M., Garca I.

    13

    AMPLIACIN DEL ALCANCE EN FRECUENCIA DEL PATRN NACIONAL DE COEFICIENTE DE REFLEXIN Y TRANSMISIN HASTA 30 GHz Padilla S., Garca I.

    19

    EMC TESTING & AUTOMOTIVE EMC SOLUTIONS Gray D.

    28

    SISTEMA DE REFERENCIA PARA LA MEDICIN DE PROPIEDADES MAGNTICAS DE ACEROS ELCTRICOS POR EL MTODO EPSTEIN Chvez J., Alatorre M., Escobar M.

    34

    Qumica ESTUDIO TERICO APLICADO A LA MEDICIN DE EDTA A NIVEL METROLGICO Ortz J., Garca A., Montero J.

    38

    SEPARACIN DE CALCIO EN AGUA NATURAL Y TEJIDO VEGETAL POR INTERCAMBIO CATINICO PARA SU MEDICIN POR DILUCIN ISOTPICA Y ESPECTROMETRA DE MASAS CON PLASMA ACOPLADO INDUCTIVAMENTE Arvizu M., Valle E., Lara V.

    45

    RESPUESTA EN FRECUENCIA DEL SISTEMA DE MEDICIN DE CONDUCTIVIDAD ELECTROLTICA Reyes A., Rodrguez A., Monroy M., vila M. 57

    vii

  • SOBRE LA IMPORTANCIA DE ESTIMAR EL LMITE DE DETECCIN EN LA MEDICIN DE IMPUREZAS DE MATERIALES DE REFERENCIA DE COMPOSICIN QUMICA GASEOSA Fuerte F., Koelliker J.

    62

    Temperatura

    MTODO PARA ESTIMAR LA CORRECCIN EN TEMPERATURA DEBIDA A LA EMISIVIDAD ESPECTRAL DE UN CALIBRADOR PLANO CALIBRADO RADIOMTRICAMENTE Crdenas D., Mndez E.

    69

    MATHEMATICAL CONSIDERATIONS BEHIND THE SWEEP SIZE-OF-SOURCE EFFECT METHOD Liebmann F.

    74

    Acreditacin

    NUEVO LABORATORIO DE METROLOGA EN EL S.T.C. METRO DE LA CD. DE MXICO Martnez R.

    79

    EXPERIENCIA DE COLABORACIN PARA EL DESARROLLO DE ENSAYOS DE APTITUD ENTRE LA EMA Y EL CENAM Lpez A. 83

    Masa

    MTODO ALTERNATIVO PARA LA DETERMINACIN DE ERRORES DE INDICACIN Y DE LINEALIDAD EN MICROBALANZAS Komblit F., Leiblich J., Snchez J.

    90

    CHARACTERIZATION OF A STAINLESS STEEL ALLOY TO MAKE HIGH ACCURACY MASS STANDARDS TO PERFORM STUDIES ABOUT THE INTERACTIONS BETWEEN ENVIRONMENT AND STANDARDS SURFACE Cacais F., Loayza V., Beatrici A., Mendona J.

    96

    CALIBRACIN DE SISTEMAS DE PESAR UTILIZANDO UN MEDIDOR DE FLUJO TIPO CORIOLIS Canalejo P., Gonzlez F.

    102

    Ensayos de Aptitud

    ANLISIS DE ENSAYOS DE APTITUD EN METROLOGA DIMENSIONAL Y MTODO DE ANLISIS PROPUESTO Viliesid M., Coln C. 109

    viii

  • EVALUACIN DEL DESEMPEO EN LOS ENSAYOS DE APTITUD DE LOS LABORATORIOS DE CALIBRACIN Y EL IMPACTO EN SUS CMCs Becerra L. O., Pea L. M. 116

    Acstica y Vibraciones ESTIMACIN DE INCERTIDUMBRE EN LA MEDICIN DE ESPESORES USANDO ULTRASONIDO Lpez A., Elas A., Amezola R.

    122

    DESARROLLO DE UN SISTEMA DE CONTROL DE MOVIMIENTO PARA UN ROBOT HEXPODO Y COMPROBACIN DE MOVIMIENTOS ANGULARES Garca A., Silva G., Camarillo K.

    128

    DISEO Y CONSTRUCCIN DE UN YUNQUE PARA PRODUCIR ACELERACIONES TRANSITORIAS Velzquez C., Silva G. 134

    Densidad INCERTIDUMBRE REQUERIDA EN LA EVALUACIN DE LA CONFORMIDAD DE INSTRUMENTOS PARA LA MEDICIN DE DENSIDAD: HIDRMETROS Y DENSMETROS DE TIPO OSCILATORIO Becerra L., Pea L., Daued A.

    142

    THE PROBLEM OF WATER VAPOR OUTGASSING IN GAS (HELIUM) PYCNOMETRY Tamari S., Zisa J. M., Albarrn A.

    148

    DESARROLLO DE UN SISTEMA PARA MEDIR EL COEFICIENTE DE COMPRESIBILIDAD DE LOS LQUIDOS Medina R., Diaz C., Becerra L., Daued A., Snchez A.

    153

    ANLISIS DE LA INCERTIDUMBRE REQUERIDA EN LA MEDICIN DE VOLUMEN Y/O DENSIDAD DE LAS PESAS PARA SU CALIBRACIN EN MASA Daz J. C., Becerra L., Pea L.

    159

    AMPLIACIN DEL ALCANCE DE APLICACIN DE LA ECUACIN SIMPLE SUGERIDA EN OIML R111-1 PARA EL CLCULO DE LA DENSIDAD DEL AIRE Arias R. 168

    ix

  • SIMULTANEAS 2

    Tiempo y Frecuencia

    PROTOCOLO DE DISTRIBUCIN CUNTICA DE LLAVE (QKD) CON DETECCIN DE HACKING CUNTICO Lizama L., Lpez M., De Carlos E.

    173

    GENERACIN DE SUPERCONTINUO EN FIBRA PTICA FOTNICA USANDO UN LASER DE PULSOS ULTRACORTOS CON UN CRISTAL DE Cr: LiSAF Robles M., Castillo H.A. Rivera E.M.

    178

    DISEO Y CARACTERIZACION DE ANTENAS PARA ETIQUETAS PASIVAS DE RFID EN LA BANDA DE UHF (902-928 MHz) Solares F., Tirado J., Linares R. 184

    Electromagnetismo

    MEJORAS EN LAS MEDICIONES DE ALTA RESISTENCIA EN EL CENAM Pacheco A., Rodrguez B., Hernndez F.

    190

    VALIDACIN DEL MTODO DE CALIBRACIN PARA MULTMETROS DE 8.5 DGITOS EN TENSIN ELCTRICA CONTINUA EN EL INTERVALO DE MEDICIN DE 1 mV a 100 mV USANDO UN DIVISOR RESISTIVO Rodrguez M., Hernndez D.

    196

    COMPARACIN DE PATRONES DE TENSIN ELCTRICA CONTINUA BASADOS EN EL EFECTO JOSEPHSON EN EL NIVEL DE 10 V ENTRE EL BIPM Y EL CENAM Avils D., Navarrete E., Hernndez D.

    202

    DESARROLLO DE UN PATRN DE EFECTO JOSEPHSON PROGRAMABLE EN EL CENAM PARA APLICACIONES EN TENSIN ELCTRICA CONTINUA Y ALTERNA; ESTADO DE AVANCE DEL PROYECTO Avils C., Medina J., Navarrete E., Hernndez D.

    208

    ASEGURAMIENTO DE LAS MEDICIONES EN LABORATORIOS DE PRUEBAS DE EMC Y TELECOMUNICACIONES Garca I.

    214

    SOPORTE TCNICO PARA UNA COMPARACIN INTERNACIONAL DE PATRONES DE AUTOINDUCTANCIA Moreno J., Hernndez F.

    221

    x

  • CORRECCIN DE FUGA ESPECTRAL AL UTILIZAR LA TRANSFORMADA DISCRETA DE FOURIER CON DIGITALIZACIN INCOHERENTE Carranza R., Campos S.

    227

    Temperatura y Humedad

    CALIBRACIN DE TERMMETROS TICOS CON UN SISTEMA DESARROLLADO EN CENAM Crdenas D., Mndez E.

    233

    CONSTRUCCIN DE CELDA PARA EL PUNTO DE SOLIDIFICACIN DEL COBRE Licea D., Mndez E.

    238

    ENSAYO DE APTITUD INTERLABORATORIO EN LA CALIBRACIN DE TERMMETROS DE LQUIDO EN VIDRIO ENTRE LOS LABORATORIOS SECUNDARIOS DE CALIBRACIN DE PANAM Ortega R., Muoz J., Lpez J., de Rotar E., Girn B., Guevara T.

    241

    COMPENSACIN DE JUNTA FRA SIN PUNTO DE HIELO, EN LA CALIBRACIN DE INIDICADORES PARA TERMOPARES POR SIMULACION ELECTRICA Banegas J., Marconetti F., Acosta J.

    247

    PROPAGACIN DE INCERTIDUMBRE EN LA CALIBRACIN DE HIGRMETROS DIGITALES CON UN MEDIDOR DE TEMPERATURA DE PUNTO DE ROCO COMO PATRN Dvila P.

    253

    CARACTERIZACIN EN CONTENIDO DE HUMEDAD DE TARTRATO DE SODIO DIHIDRATADO Y DE CITRATO DE POTASIO MONOHIDRATADO Martines E., Lira L.

    258

    DETERMINACIN DE LA CONDUCTIVIDAD TRMICA DE UN LQUIDO NO CONDUCTOR ELCTRICO Garca S., Lira L.

    266

    ptica

    SISTEMA DE CARACTERIZACIN DE FIBRA PTICA EN DISPERSIN CROMTICA EN LAS BANDAS S, C Y L DE TELECOMUNICACIONES Ruz Z.E., Matamoros C.H., Huerta J., Bermdez J.C.

    271

    GENERACIN DE FRECUENCIAS PTICAS DE REFERENCIA MEDIANTE PEINES DE FRECUENCIA FILTRADOS POR AMPLIFICACIN BRILLOUIN EN FIBRA PTICA Corredera P.

    277

    xi

  • INITIAL RESULTS FOR A FIBER-COUPLED PICOWATT CRYOGENIC RADIOMETER Tomlin N., Lehman J., Dowell M., Nam S.

    285

    COEFICIENTE DE RESPONSIVIDAD ESPECTRAL DE DETECTORES DE SILICIO CON LA TEMPERATURA PARA CALIBRACINES DE POTENCIA PTICA Mora J., Molina J.C., Castillo H.

    288

    Mediciones Analticas

    MTODO DE RECONSTITUCIN PARA SU USO EN ESPECTROMETRA DE FLUORESCENCIA DE RAYOS X Molina A., Zapata E., Salas A., Guardado A.

    294

    DIGESTIN CIDA EN SISTEMA DE REACCIN ACELERADA ASISTIDA POR MICROONDAS EN TEJIDO VEGETAL PARA LA MEDICIN DE METALES TXICOS Y ELEMENTOS ESENCIALES Estrella Z., Arvizu M., Arciga R., Valle E.

    302

    MEDICIN DE CADMIO, PLOMO Y ZINC EN TEJIDO VEGETAL EMPLEANDO EL PATRN NACIONAL DE DILUCIN ISOTPICA Valle E., Arvizu M., Reyes A.

    309

    COMPARACIN DE RESULTADOS VARIANDO EL MTODO DE RECONSTITUCIN EN FLOURESCENCIA DE RAYOS X Zapata E., Molina A., Guardado A., Salas A.

    323

    Radiacin Ionizante

    SIMULACION DE MONTECARLO DEL FACTOR DE CORRECCION POR ATENUACION Y DISPERSION EN LA PARED kwall PARA PATRONES PRIMARIOS DE KERMA EN AIRE lvarez J., de la Cruz D., Tovar V.

    332

    Calidad

    RESPONSABILIDAD SOCIAL: UNA RUTA PARA ALCANZAR LA EXCELENCIA EN LABORATORIOS DE ENSAYOS Y CALIBRACIONES Herrera R., Mercader F., Torres O.

    338

    PROTOCOLO DE CALIBRACIN PARA MAQUINAS DE CIRCULACIN EXTRACORPREA Garca J.H., Meza L. G., Surez R. A., Ramrez V. 347

    xii

  • VIA HACIA LA EXCELENCIA METROLOGICA DE UNA ORGANIZACIN. CALIDAD, CONFIANZA Y LA EFICACIA EN LA GESTIN Rodrguez J., Carvajal M., Veitia E., Gacra T., Saavedra J.

    353

    SIMULTANEAS 3 Educacin en Metrologa

    ANLISIS Y EVALUACIN DE ERRORES DETECTADOS EN LA UTILIZACIN DE INSTRUMENTOS OFTLMICOS Martorelli C., Alberdi N., Agustina M, Bergamini J.

    359

    INGENIERA EN METROLOGA INDUSTRIAL UNA INNOVADORA Y VANGUARDISTA OPCIN EDUCATIVA Mercader F., Narvez L. E., Amezola R.

    365

    LA ENSEANZA DE LA METROLOGA EN UN ESQUEMA BASADO EN COMPETENCIAS Domnguez A., Martnez V.

    372

    USO DE LA INGENIERA INVERSA EN EL DESARROLLO DE PROCEDIMIENTOS PARA LA MEDICIN SISTEMTICA DE COMPONENTES Jimnez E., Luna A., Ontiveros S., Lpez A., Garca L.A., Luna G., Martnez V., Prez S.,

    Carrillo E.

    376

    METROLOGA EN EL DISEO Y DESARROLLO DE NUEVOS PRODUCTOS Y SISTEMAS Echeverra S., Garca D.

    382

    Herramientas Estadsticas

    MONITOREO ESTADSTICO DE PERFILES DE CALIBRACIN Russell M., Villa E.,

    388

    ANALYZING COMPLEX TEMPORAL DECAY DATA Quintero R., Castillo H. A., Ocampo M. A., Young J.

    395

    REGRESIN LINEAL, UN ENFOQUE VECTORIAL Bouchot C., Castro J.L., Snchez J. C.

    401

    A PRACTICAL IMPLEMENTATION OF THE PROPAGATION OF UNCERTAINTY USING MAXIMA AND OCTAVE IN THE EXAMPLE CLAUSE 9.5 FROM GUM SUPPLEMENT 2 Snchez J. C., Bouchot C., Castro J. L.,

    406

    DISEO ESTADSTICO DE CONFIRMACIN METROLGICA CON 5Ms Martnez G., Torres J. C.

    413

    xiii

  • Flujo y Volumen

    ESTABILIDAD DEL PATRN NACIONAL DE CAUDAL DE GAS TIPO CAMPANA MODELO FTBP05 A TRAVS DEL TIEMPO Gervacio J. C.

    418

    CALIBRACIN DE BOMBAS DE INFUSIN POR MTODO GRAVIMTRICO Ramrez A.

    426

    CALIBRACIN VOLUMTRICA DE TANQUES DE ALMACENAMIENTO VERTICALES Prez J., Garca M., Castillo H.

    433

    AUTOMATIZATION OF THE VOLUME MEASURING SYSTEM OF INMETRO Tortelote A.S., Baldner F. O., Santo Filho D. M., Lima, L.S., da Silva L. F. B., Araujo, S. P.,

    Cabral Junior, M. L.

    440

    RESULTADOS DE LA COMPARACIN SIM.M.FF-S5 EN MEDICIN DE VOLUMEN DE LQUIDOS A 50 mL Arias R., Morales A., Kornblit F., Malta D., Ramrez R.

    446

    Fuerza y Presin

    EFECTOS EN LAS MEDICIONES AL PROGRAMAR LOS INDICADORES DIGITALES, PARA MEDIR DIRECTAMENTE EN UNIDADES DE FUERZA (kN) Djer A.

    450

    AN EXAMINATION OF THE UNCERTAINTY IN PRESSURE OF INDUSTRIAL DEAD-WEIGHT TESTERS USED FOR PRESSURE CALIBRATIONS IN DIFFERENT ENVIRONMENTS Bair M.

    457

    DESARROLLO DE LA MEDICIN DE LA LONGITUD EN UN NUEVO PATRN DE COLUMNA DE LQUIDO DE BAJA PRESIN POR MEDIO DE INTERFEROMETRA LSER Flores F., Torres J., Huerta J.

    466

    MEDICIN Y EVALUACIN DE PARMETROS DEL VIENTO DURANTE LA CONSTRUCCIN DEL PUENTE MS ALTO DE MXICO: PUENTE EL BALUARTE Gmez R., Arenas L. M., Pozos A., Mendoza M. A., Paredes C. A., Escobar J. A. 470

    Tiempo y Frecuencia

    AVANCES EN EL DESARROLLO DE UN PEINE DE FRECUENCIAS PARA APLICACIONES EN METROLOGA Minguela J.A, Lpez S., Lpez J.M., de Carlos E.

    476

    xiv

  • ESTABLECIMIENTO Y EVOLUCIN DE LA METROLOGA DE TIEMPO Y FRECUENCIA EN PANAM Sols R., Mojica L.

    482

    A NEW ALGORITHM FOR CLOCK WEIGHTS FOR THE SIM TIME SCALE Lpez J. M., Lombardi M.A., Diaz N., de Carlos E.

    488

    SINCRONIZACIN DE LA HORA OFICIAL CON SERVIDOR NTP CRONOS DEL CENAM Jimnez F. J., Tapia, Lpez J.M.

    494

    SESIN CARTELES CAR 1

    INTEGRACIN DE UN SISTEMA PARA MEDICIN DE TIEMPO DE REVERBERACIN EN RECINTOS BASADO EN ISO 3382-1:2009 Fernndez F., Razo J.N.

    500

    MEDICIN DE LA ATENUACIN DEL ULTRASONIDO EN TEJIDO ANIMAL EN EL INTERVALO DE TEMPERATURA DE 25C A 50C Lpez S.A., Vera A., Leija L.

    507

    GESTIN CONJUNTA DE ENSAYOS DE APTITUD Camacho E., Prieto J. L., Rivera C., Rodrguez R.

    513

    LA METROLOGA COMO HERRAMIENTA PARA LA INNOVACIN Y EL DESARROLLO TECNOLGICO, FUNDAMENTAL PARA EL DESARROLLO DEL PAS Ovando E.

    519

    MEDIDORES DE FLUJO ULTRASNICO PARA MEDICIN DE TRANSFERENCIA DE CUSTODIA Contreras I. J., Prez J. C.

    522

    COMPONENTES DE LA INCERTIDUMBRE EN LA CALIBRACIN DE FRENMETROS UNIVERSALES EN SU ESCALA DE FUERZA Solano P.

    527

    CALIBRACIN DE DINAMMETROS DE TORSIN EN LA MAGNITUD PAR TORSIONAL Martnez F.

    532

    FABRICACIN DEL PATRN PRIMARIO DE PEQUEAS FUERZAS DE MASAS SUSPENDIDAS DE 5 N A 200 N Crdenas A., Torres J. C., Canizal G.

    537

    DIAGNOSTICO DE LOS INSTRUMENTOS UTILIZADOS PARA LA MEDICIN DE LA PRESIN ARTERIAL EN LOS PACIENTES ATENDIDOS EN UN CENTRO MEDICO Lpez M. A., Chvez M., Romero L. F., Luque R. A.

    543

    xv

  • INCERTIDUMBRE A CUADROS Rivera C. A., Rodrguez M. R.

    549

    APLICACIN PRCTICA PARA ESTIMAR LA INCERTIDUMBRE DE MEDICIN DE pH EN UN INSTRUMENTO MULTIFUNCIONES Rivera C. A., Suastes S. L., Rodrguez M. R.

    554

    ESTIMACIN DE INCERTIDUMBRE EXPANDIDA POR DISTRIBUCIONES DE PROBABILIDAD LAPLACE-GAUSS, RECTANGULARES Y FUNCIONES DE ONDA: CALIBRACIN DE PESMETROS CON BASTIDOR NUCLEAR Echaurren J. C.

    558

    TIEMPOS DE ESTABILIZACIN EN PESAS, DESPUS DE UNA PESADA HIDROSTTICA Martnez G.

    564

    DESARROLLO Y CERTIFICACIN DE UN PLSMIDO CALIBRANTE PARA LA MEDICIN DE UN EVENTO DE MODIFICACIN GENTICA EN MAZ Prez M., Xoconostle B.

    569

    ADECUACIN DE LA METODOLOGA PARA LA CERTIFICACIN DE HUMEDAD POR KARL-FISCHER VOLUMTRICO DEL CANDIDATO A MATERIAL DE REFERENCIA DE MIEL NATURAL DMR-492a Hernndez M., Castro E.

    574

    ESTUDIO COLABORATIVO CIBIOGEM 2011 Campos N., Ortiz S., Alvarez A., Prez M.

    580

    RETOS DE LAS MEDICIONES EN LA NANOESCALA Herrera R., Simonet B., Valcrcel M.

    587

    PARTICIPACIN EN EL ESTUDIO ROUND ROBIN PARA LA DETERMINACIN DE LA DISTRIBUCIN DEL VECTOR QUIRAL EN UNA MUESTRA DE NANOTUBOS DE CARBONO MONOCAPA Martinez F., Gochi Y., Perez Y. E., Gmez C. M.

    593

    EFFECT OF SPARK PLASMA SINTERING TEMPERATURE IN A MCrAlY-Ta ALLOY Snchez J. C., Jurez F., Escalona R., Jurez J. M.

    601

    PREPARACIN DEL CANDIDATO A MATERIAL DE REFERENCIA DE CLEMBUTEROL EN MSCULO DE BOVINO Laguna L. A., Crdova K., Castro E., Gonzlez N.

    606

    ESQUEMA DE LA IMPLEMENTACIN DEL PROGRAMA DE MATERIALES DE REFERENCIA TRAZABLES CERTIFICADOS CON COMPETENCIA TCNICA DEL PRODUCTOR Ramrez M., Lara V., Torres A., Castellanos S.

    613

    xvi

  • EFECTO DE LA TEMPERATURA Y CAIDA DE PRESIN EN EL RENDIMIENTO DE UN MEDIDOR DIFERENCIAL DE PRESIN TIPO PLACA DE ORIFICIO Jurez I., Moncada D. N., Aguilar M.

    622

    CREACIN DEL LABORATORIO DE CALIBRACIN DE EQUIPOS BIOMDICOS METROLAB COLOMBIA S.A.S Hernndez G.E., Laverde S.

    628

    SESIN CARTELES CAR 2

    METROLOGA LEGAL EN EL DEPARTAMENTO DE RISARALDA, COLOMBIA Lpez D. C.

    635

    USO DE LA INFORMACIN QUE PROPORCIONA LA INCERTIDUMBRE DE LAS MEDICIONES, COMO ESTRATEGIA DIDCTICA EN LA ASIGNATURA ANLISIS DE MEDICAMENTOS ENSEANZA PRCTICA Olvera A., Carrera I., De la Torre E., Hernndez O., Georgina M., Sosa E.

    641

    DESARROLLO DE COMPETENCIAS EN METROLOGA MEDIANTE LA INSTALACIN DE UN LABORATORIO SECUNDARIO EN EL INSTITUTO TECNOLGICO DE ATITALAQUIA Martnez S., Domnguez C., Vzquez N., Martnez M. J., Navarrete E., Gonzlez A., Domnguez E., Trevio R.

    644

    DISTRIBUCIONES UNIFORMES EN MODELOS NO LINEALES RESULTADOS ANALTICOS Y COMPARACIN CON LA GUM Castro J. L., Bouchot C., Snchez J. C.

    648

    PLANIFICACIN DEL CUMPLIMIENTO DE ISO/IEC 17025 CON UNA ORIENTACIN POR ISO 10012 Rodrguez M. R., Rivera C. A.

    654

    MEASUREMENT OF NANOPARTICLES SIZE BY AFM Cabrera J. L.

    661

    MEJORA CONTINUA EN CAPACITANCIA Castro I., Snchez H.

    669

    DEVELOPMENT OF A NEW THIN FILM SOI-MEMS AC-DC THERMAL CONVERTER WITH A RESISTIVE SILICON DETECTING ELEMENT Estrada H.V.

    674

    NUEVAS INSTALACIONES DEL LABORATORIO DE RESISTENCIA ELCTRICA DEL CENAM Morales B., Hernndez F. L., Rodrguez B.

    677

    xvii

  • DEVELOPMENT OF A MEASUREMENT REFERENCE SYSTEM FOR THE CALIBRATION OF INSTRUMENTS USED IN CONDUCTED EMISSIONS TESTING Huerta J.

    682

    DESARROLLO DE UNA ANTENA SEMI-ISOTRPICA PARA EMISIONES RADIADAS E INMUNIDAD ELECTROMAGNTICA EN EL INTERVALO DE FRECUENCIAS DE 300 MHz A 3 GHz Muoz M. A., Tirado J. A. Linares R.

    689

    DISEO DE EXPERIMENTOS EMI RADIADAS PARA REDUCIR EMISIONES EN UN APARATO ELECTRODOMSTICO Chvez A., Linares R., Jimnez R.

    696

    CLCULO DEL ERROR DE COLIMACIN DE LA RETCULA EN LOS EJES HORIZONTAL Y VERTICAL DE UN TEODOLITO Rivera C. A., Moreno M., Pavel N., Rodrguez M.

    702

    ESTIMACIN DE VOLUMEN DE PARTCULAS AGLOMERADAS USANDO RECONSTRUCCIN TRIDIMENSIONAL BASADA EN UN SENSOR DE DESPLAZAMIENTO LSER Zavala J. P., Castillo E.

    706

    REPETIBILIDAD Y REPRODUCIBILIDAD DE MTODOS GENERALES DE ANLISIS DE TIPO CUALITATIVO. CASO ESPECIAL: ASPECTO DE LA SOLUCIN Olvera M., Valencia A. C.

    712

    ESTIMACION DE INCERTIDUMBRES EN LA MEDICIN DEL NGULO DE DIVERGENCIA DE UN HAZ LSER GAUSSIANO SEGN LA NORMA ISO/TR 11146-3:2004 Marn L. D.

    717

    APLICACIN DE LOS PRINCIPIOS PARA DISEO DE SISTEMAS METROLGICOS Rodrguez J. F., Echeverra S.

    723

    MEDICIN DE CONDUCTIVIDAD TRMICA DE UN MATERIAL COMPUESTO DE FLUIDO DE SILICN Y OXIDO DE ZINC POR MEDIO DE DOS MTODOS Gonzlez O., Lira L., Garca S., Mndez E.

    731

    SISTEMA DE CALIBRACIN PARA HIGRMETROS DIGITALES Y ANLOGOS EMPLEANDO SALES COMO GENERADORES DE HUMEDAD RELATIVA Guevara T., Muoz J., Ortega R.

    735

    MEDICIN DE GRADIENTES DE TEMPERATURA MEDIANTE EL COCIENTE DE RESISTENCIA DE DOS TERMMETROS DE PLATINO Rodrguez H., Licea D.

    741

    EFECTO DE TAMAO DE FUENTE EN LA MEDICIN DE EMISIVIDAD CON UN ESPECTRMETRO FTIR Y SU USO PARA DETERMINAR EL TAMAO MNIMO DE UNA MUESTRA Crdenas D.

    748

    xviii

  • LLENADO POR ETAPAS DE CAVIDADES DE CUERPO NEGRO DE PUNTOS FIJOS Hernndez J. E., Crdenas D.

    753

    SISTEMA PTICO DEL PATRN PRIMARIO DE FRECUENCIA DE HAZ TRMICO CON BOMBEO PTICO DEL CENAM, CSOP-2 Lpez E., Lpez J. M., Lpez S., Espinosa M. G., Lizama L. A.

    758

    xix

  • PRLOGO El Comit Organizador a travs del Centro Nacional de Metrologa pone a su disposicin

    este compendio en el que se recopilan las memorias de los trabajos presentados en el

    Simposio de Metrologa en su decima edicin, 2012, bajo el lema Innovacin en las

    mediciones para una mejor calidad de vida.

    El CENAM en su papel de laboratorio primario de mediciones en Mxico, cuya misin

    establece el apoyar a los diversos sectores de la sociedad en la satisfaccin de sus

    necesidades metrolgicas estableciendo patrones nacionales de medicin, desarrollando

    materiales de referencia y diseminando sus exactitudes por medio de servicios cientficos y

    tecnolgicos de la ms alta calidad, para incrementar la competitividad del pas, contribuir

    al desarrollo sustentable y mejorar la calidad de vida de la poblacin. Bajo este cometido,

    el CENAM ha promovido avances y perfeccionamiento en la realizacin de mediciones y

    comparaciones en un entorno de innovacin y mejoramiento.

    Uno de sus ms exitosos eventos de promocin y difusin metrolgica sin duda ha sido

    definido mediante el Simposio de Metrologa, en esta ocasin siendo su dcima edicin,

    con el lema Innovacin en las mediciones para una mejor calidad de vida, llevado a

    cabo del 10 al 12 de octubre de 2012. Este evento permiti disponer de un foro en que se

    presentaron y discutieron situaciones especficas de medicin como planteamientos de

    problemticas, avances ms recientes, aplicaciones, enseanza, actualizaciones tcnicas,

    instrumentos, servicios y productos especializados. En este foro se dieron lugar los

    sectores cientfico, tecnolgico, industrial, empresarial, medio ambiente, salud, acadmico,

    normativo y gubernamental, entre otros, dando cita a especialistas, investigadores,

    docentes, fabricantes y proveedores de instrumentos, as como, usuarios con experiencia

    prctica e interesados en el medio, provenientes de laboratorios de Metrologa,

    calibracin, verificacin y de ensayos, instituciones de investigacin, educacin superior,

    acreditacin, normalizacin, industriales, fabricantes, distribuidores, usuarios de equipos

    de medicin y buscadores de soluciones en materia de Metrologa.

    xx

  • La informacin documentada en este compendio refleja las sesiones simultneas de los

    trabajos, que fueron presentados en sesiones orales y en cartel, sometidos a revisin

    arbitral por un grupo selecto de especialistas en coordinacin con el comit tcnico del

    Simposio, logrando as obtener una fuente de conocimiento robusta y confiable. Esta

    compilacin, vierte los trabajos escritos sobre metrologa y temas afines, donde se tuvo la

    participacin de 129 trabajos presentados de manera simultnea en 81 presentaciones

    orales y 47 en cartel, de los cuales el 49% fueron trabajos de especialistas del CENAM, 34%

    de procedencia nacional y el 17% de procedencia internacional. Asimismo por primera vez

    se ha establecido la inclusin del registro ISBN dando mayor formalidad a este compendio.

    Esperamos pues, que este documento sea un medio para transmitir los resultados de

    estudios, avances y el intercambio de experiencias en el tema de la metrologa a todos los

    sectores interesados.

    A nombre del Comit organizador agradecemos la participacin de quienes hicieron posible

    la realizacin de este Simposio, patrocinadores, promotores, autores, rbitros, a los

    conferencistas provenientes del extranjero, miembros del comit tcnico, autoridades y

    colegas del CENAM.

    Atentamente,

    Dr. Vicente Gonzlez Jurez Coordinador General del Simposio de Metrologa 2012

    xxi

  • CORRECCIN DEL MISMATCH E INCERTIDUMBRE ASOCIADA EN LA MEDICIN DE POTENCIA EN RF

    H. Silva, G. Monasterios, A. Henze y N. Tempone

    Instituto Nacional de Tecnologa Industrial (INTI), Electrnica e Informtica, Lab. Metrologa RF & Microondas Colectora de Avenida General Paz 5445, B1650KNA, San Martn, Repblica Argentina

    Tel: (+5411) 4724-6200 / 6300 / 6400, e-mail: [email protected]

    Resumen: En este documento se evalan las incertidumbres que aparecen como consecuencia de la falta de adaptacin en sistemas de medicin cuando se dispone del valor de las componentes real e imaginaria de los coeficientes de reflexin. Particularmente este trabajo se enfoca en las incertidumbres por desadaptacin al medir potencia en RF y el factor de calibracin de sensores de potencia por el mtodo de comparacin directa. 1. INTRODUCCIN En mediciones de potencia incidente de una fuente de RF, el factor de desadaptacin, o Mismatch , se define como [1]:

    (1)

    donde representa el coeficiente de reflexin de la fuente de seal y representa el coeficiente de reflexin de la carga. En el caso de la calibracin de sensores de potencia por el mtodo de comparacin directa, cuando se expresa el factor de calibracin del sensor bajo prueba (DUT) en funcin del factor de calibracin del sensor patrn [1], el factor de desadaptacin

    es:

    (2)

    donde representa el coeficiente de reflexin de la fuente de seal, representa el coeficiente de reflexin del sensor patrn y representa el coeficiente de reflexin del sensor bajo prueba. En general, en la estimacin de la incertidumbre debida a los factores de desadaptacin, se suele considerar que la informacin de fase de los coeficientes de reflexin involucrados es desconocida. Como resultado, no es posible corregir estos factores, por lo que debe considerarse que o son iguales a 1 con una incertidumbre

    asociada, debido al desconocimiento de la fase de uno o ms coeficientes de reflexin [2]. Sin embargo, si los coeficientes de reflexin involucrados son medidos, se puede calcular el valor de o y de esta forma corregir el valor del resultado de la medicin. En el presente trabajo se calculan las varianzas de

    y , tanto en forma analtica como por medio del mtodo de la GUM [5], a partir de los coeficientes de reflexin complejos medidos con sus incertidumbres asociadas. Seguidamente se comparan los desvos standards resultantes de los clculos con los obtenidos aplicando el mtodo de Monte Carlo a ambos factores de desadaptacin y se discuten las diferencias observadas. 2. ANLISIS DE LOS FACTORES DE

    DESADAPTACIN 2.1 ANLISIS DE M El anlisis del factor se lleva a cabo por medio de una expresin aproximada que permite simplificar considerablemente los desarrollos. Partiendo de (1) se obtiene:

    El ngulo es la suma de las fases de ambos coeficientes de reflexin. Si se cumple la siguiente condicin:

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  • entonces se obtiene la siguiente expresin aproximada de :

    (3) donde:

    (4) (5)

    y representa la parte real.

    y son las variables aleatorias de la parte real de los coeficientes de reflexin y respectivamente. Asimismo, e son las variables aleatorias de la parte imaginaria de los coeficientes de reflexin y . Todas estas variables aleatorias se consideran independientes entre s. Adems:

    (6)

    Por medio de las expresiones (3), (4) y (5) se calcula la esperanza matemtica de :

    (7)

    donde se definen los valores estimados de y como:

    Estos valores corresponden al resultado de la medicin de dichos parmetros. De la Ec. (7) se observa que para calcular el valor estimado de se debe conocer el valor estimado de ambos coeficientes de reflexin. La varianza de se obtiene partiendo de la expresin aproximada (3):

    (8)

    (9) Considerando que para una variable aleatoria se cumple que:

    (10)

    siendo la varianza de . Entonces, reemplazando en (9) y operando:

    (11)

    Para cada coeficiente de reflexin medido se asume que las varianzas de las componentes real e imaginaria son iguales entre s, debido al modelo adoptado para la estimacin de incertidumbres en la medicin del coeficiente de reflexin [3] [4]:

    (12)

    (13)

    Operando algebraicamente se obtiene la varianza de como:

    (14) Se puede distinguir en la expresin (14) una parte no lineal respecto a las varianzas compuesta por el primer trmino y una parte lineal respecto a las mismas compuesta por los dos trminos restantes. La varianza de tambin puede ser calculada siguiendo la metodologa de la GUM. Es importante destacar que la GUM utiliza una aproximacin en serie de Taylor de primer orden para el clculo de la varianza del mensurando, donde los coeficientes de cada trmino lineal son las derivadas parciales de la expresin a analizar. Aplicando dicha metodologa a la expresin (3) se obtiene como resultado:

    (15)

    Es interesante notar que tanto la expresin (15) obtenida mediante el mtodo de la GUM, como la expresin (14) alcanzada analticamente coinciden en los trminos lineales. El mtodo de la GUM llega a un resultado para el clculo de la varianza por medio de una aproximacin lineal respecto a las variables de entrada. En cambio, el clculo analtico al no tener esta restriccin, llega a una expresin ms exacta.

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  • 2.2 ANLISIS DE MM Al igual que para , el anlisis del factor se lleva a cabo por medio de una expresin aproximada que permite simplificar considerable-mente los desarrollos. Partiendo de (2) se obtiene:

    El ngulo es la suma de las fases de y . El ngulo es la suma de las fases de y . Si se cumplen las siguientes condiciones:

    entonces se obtiene la siguiente expresin aproxi-mada de :

    (16) donde:

    (17) (18)

    (19)

    , y son las variables aleatorias de la parte real de los coeficientes de reflexin , y , respectivamente. Asimismo , e son las variables aleatorias de la parte imaginaria de los coeficientes de reflexin , y . Todas estas variables aleatorias se consideran independientes entre s. Para calcular la esperanza matemtica de (16) se aplica (6) a ambos trminos que incluyen la parte real del producto de coeficientes de reflexin:

    (20) donde se definen los valores estimados de ,

    y como:

    La varianza total de (16) se calcula segn la siguiente expresin:

    (21)

    Los primeros dos trminos de la Ec. (21) ya fueron calculados para la varianza de :

    (22)

    (23) donde:

    El tercer trmino representa la covarianza entre los dos primeros trminos y puede demostrarse que es igual a:

    (24) Finalmente, sumando las Ecs. (22), (23) y (24) se obtiene la expresin de la varianza de :

    (25) La varianza de tambin puede ser calculada siguiendo la metodologa de la GUM. El suplemento 2 de dicha gua [6] detalla la siguiente expresin matricial:

    (26)

    En la Ec. (26) corresponde a la matriz covarianza de entrada. Al igual que en , se

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  • asume que los coeficientes de reflexin medidos poseen las varianzas de las componentes real e imaginaria iguales entre s, entonces toma la siguiente forma:

    (27)

    corresponde a un vector traspuesto cuyas

    componentes representan a los coeficientes de sensibilidad:

    (28)

    corresponde a la varianza de .

    Introduciendo los resultados de las Ecs. (27) y (28) en (26):

    (29) Se observa que la expresin (29) difiere de (25) en la ausencia de los trminos no lineales respecto a las varianzas. Por lo tanto, al igual que con el clculo de , el mtodo de la GUM llega a un resultado para el clculo de la varianza por medio de una aproximacin lineal respecto a las varianzas de las variables de entrada. En cambio el clculo analtico, al no tener esta restriccin, llega a una expresin ms exacta. 3. RESULTADOS En esta seccin se comparan las expresiones analticas (14) y (25) y las aproximaciones lineales siguiendo la metodologa de la GUM (15) y (29) con los resultados que se obtienen con una simulacin de Monte Carlo. La simulacin de Monte Carlo se realiza con 1x106 muestras, asignando una distribucin gaussiana bivariada a los coeficientes de reflexin donde

    = para y = = para .

    3.1. Varianza de M En la Tabla 1 se presenta un caso donde el desvo standard de las componentes de ambos coeficientes de reflexin es bajo, = = 5 mU. Se observa una buena coincidencia de ambas expresiones con los resultados de la simulacin por el mtodo de Monte Carlo, que son de esta forma validadas para este caso. Las diferencias no son significativas, disminuyendo a medida que aumentan los mdulos de los coeficientes de reflexin. En la Tabla 2 se incrementa el valor del desvo standard a = = 10 mU, donde se observan efectos similares al caso anterior. En la Tabla 3 se incrementa el valor del desvo standard a = = 100 mU. Se observa que el mtodo empleado por la GUM difiere de la simulacin de Monte Carlo ya que carece del trmino alineal. Por otro lado, en todos los casos se verifica que la expresin analtica muestra concordancia con las simulaciones.

    Expresin Analtica [x10-3]

    GUM [x10-3]

    Monte Carlo [x10-3]

    0 0,0707 0 0,0704 0,02 0,292 0,283 0,291 0,04 0,570 0,566 0,570 0,06 0,852 0,849 0,880 0,08 1,13 1,13 1,15 0,1 1,42 1,41 1,49

    Tabla 1. Verificacin de las expresiones de desadaptacin con = =0,005

    Expresin Analtica [x10-3]

    GUM [x10-3]

    Monte Carlo [x10-3]

    0 0,283 0 0,278 0,02 0,633 0,566 0,629 0,04 1,17 1,13 1,16 0,06 1,72 1,70 1,76 0,08 2,28 2,26 2,35 0,1 2,84 2,83 2,91

    Tabla 2. Verificacin de las expresiones de desadaptacin con = =0,01

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  • Expresin Analtica [x10-3]

    GUM [x10-3]

    Monte Carlo [x10-3]

    0 28,3 0 27,4 0,02 28,8 5,66 28,8 0,04 30,5 11,3 30,7 0,06 33,0 17,0 33,3 0,08 36,2 22,6 37,0 0,1 40,0 28,3 42,1

    Tabla 3. Verificacin de las expresiones de desadaptacin con = =0,1

    3.2. Varianza de MM En la Tabla 4 se muestra un caso donde el desvo standard de las componentes de los coeficientes de reflexin involucrados es bajo, = = = 5 mU. En la Tabla 5 se incrementa el valor del desvo standard a = = = 10 mU. En la Tabla 6 se incrementa el valor del desvo standard a = = = 100 mU. En las tablas 4 a 6 se observa un comportamiento del desvo standard de similar al descrito en la seccin 3.1 para el desvo standard de . Tambin se verifica que la expresin analtica de la varianza de muestra concordancia con las simulaciones.

    Expresin Analtica [x10-3]

    GUM [x10-3]

    Monte Carlo [x10-3]

    0 0,100 0 0,0973 0,02 0,300 0,283 0,300 0,04 0,575 0,566 0,571 0,06 0,854 0,849 0,863 0,08 1,14 1,13 1,13 0,1 1,42 1,41 1,41

    Tabla 4. Verificacin de las expresiones de desadaptacin con = = = 0,005

    Expresin Analtica [x10-3]

    GUM [x10-3]

    Monte Carlo [x10-3]

    0 0,400 0 0,410 0,02 0,693 0,566 0,688 0,04 1,20 1,13 1,19 0,06 1,74 1,70 1,76 0,08 2,30 2,26 2,29 0,1 2,86 2,83 2,89

    Tabla 5. Verificacin de las expresiones de desadaptacin con = = = 0,01

    Expresin Analtica [x10-3]

    GUM [x10-3]

    Monte Carlo [x10-3]

    0 40,0 0 39,6 0,02 40,4 5,66 40,2 0,04 41,6 11,3 42,1 0,06 43,5 17,0 44,6 0,08 46,0 22,6 46,0 0,1 49,0 28,3 49,3

    Tabla 6. Verificacin de las expresiones de desadaptacin con = = = 0,1

    4. CONCLUSIONES En las tablas comparativas de la secciones precedentes se puede apreciar que si el desvo standard de las componentes de los coeficientes de reflexin es comparativamente pequeo respecto al valor de sus mdulos, las expresiones obtenidas en forma analtica y mediante el mtodo de la GUM obtienen resultados similares y coincidentes con los resultados generados mediante el mtodo de Monte Carlo. Sin embargo, cuando el valor del desvo standard de las componentes de los coeficientes de reflexin aumenta respecto a sus mdulos, el trmino alineal de la expresin analtica comienza a influir. En estos casos, se deben utilizar las expresiones (14) y (25). En el resto de los casos, la aproximacin lineal siguiendo la metodologa de la GUM permite obtener un valor adecuado para estimar la incertidumbre por desadaptacin.

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  • REFERENCIAS [1] Agilent (AN 1449-3): Fundamentals of RF and

    microwave power measurements (Part 3), Abril 2011.

    [2] B. Hall, The uncertainty of a complex quantity with unknown phase, 33th ANAMET Meeting, Mayo 2010.

    [3] K. Yhland, J. Stenarson, A Simplified treatment of uncertainties in complex quantities, en 2004 Conference on Precision Electromagnetic Measurements Digest, pg. 652-653, Junio 2004.

    [4] R. Willink, B. D. Hall, A classical method for uncertainty analysis with multidimensional data, en Metrologia, vol. 39, pg. 361-369, 2002.

    [5] BIPM, Evaluation of measurement data - Guide to the expression of uncertainty in measurement, Septiembre 2008.

    [6] BIPM, Evaluation of measurement data - Suplement 2 to the Guide to the expression of uncertainty in measurement - Extension to any number of output quantities, Octubre 2011.

    [7] INTI - Lab. Metrologa RF & Microondas, Incertidumbre por Desadaptacin en RF (Parte 1), Septiembre 2011.

    [8] INTI - Lab. Metrologa RF & Microondas, Incertidumbre por Desadaptacin en RF (Parte 2), Mayo 2012.

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  • MEJORA EN LA APLICACIN DEL MTODO DE MEDICIN DE LA POTENCIA DE PERTURBACIN MEDIANTE EL USO DE

    HERRAMIENTAS ESTADSTICAS

    M.C. Luis Roberto Olgun Valenzuela, Ing. Marcos Perera Marrufo Mabe S.A. de C.V.

    Acceso B # 406, Parque Industrial Jurica, Quertaro, Qro., Mxico +52 442 2114800, [email protected], [email protected]

    Resumen: En el presente trabajo se muestra cmo las herramientas estadsticas permiten mejorar la aplicacin de un mtodo de medicin, en este caso, el mtodo de medicin de la potencia de perturbacin emitida por aparatos electrodomsticos en el rango de 30 MHz a 300 MHz que es utilizado en el laboratorio de EMC de Mabe. Las herramientas usadas en el desarrollo del proyecto permiten verificar si la forma en la que se realiza la medicin es la correcta, encontrar los parmetros crticos de configuracin que la afectan, y validar que el control de stos permite tener un resultado de medicin confiable. 1. INTRODUCCIN Los productos desarrollados por las reas de ingeniera de lavadoras, secadoras, estufas y refrigeradores de Mabe, deben cumplir con los requerimientos sealados por las normas de compatibilidad electromagntica (EMC) referentes a aparatos electrodomsticos para poder ser comercializados principalmente en Europa, Estados Unidos y Canad. Para verificar que los productos de Mabe cumplen con estos requerimientos, se realizan diferentes mediciones y pruebas de acuerdo a lo indicado en el Procedimiento de Prueba de Ingeniera (Engineering Test Procedure) ETP 910E001 de General Electric, el cual est basado en los mtodos de medicin y procedimientos de prueba descritos en las normas de EMC de CISPR, IEC, FCC y UL. A pesar de que el personal del laboratorio utiliza este procedimiento para la medicin de la potencia de perturbacin emitida por un producto a travs de su cable de alimentacin, en ocasiones los resultados obtenidos por distintos operadores para un mismo modelo presentan diferencias entre s. Dado que el objetivo del laboratorio es proporcionar a las reas de ingeniera resultados de medicin confiables, es decir, exactos, reproducibles y repetibles [1], es necesario encontrar si la variacin entre los datos obtenidos por diferentes operadores es estadsticamente significativa. Si es as, hay que hallar los factores causantes de dicha variacin.

    2. DESARROLLO 2.1. Descripcin del mtodo de medicin Para realizar la medicin es necesario un receptor EMI, una pinza de absorcin y una red de estabilizacin de impedancia (LISN Line Impedance Stabilization Network). A continuacin se enumeran los pasos a seguir para realizar la medicin [2]:

    1. Colocar el equipo bajo prueba (EBP) de tal forma que un lado est a 0.4 m de una pared o del piso de una cmara blindada. Los dems lados deben estar por lo menos a 0.8 m de cualquier superficie metlica.

    2. Colocar de igual forma la LISN. 3. Si el EBP es un aparato de piso, colocarlo en

    un soporte de madera de 0.1 m de altura. 4. Si el EBP se utiliza normalmente sobre una

    mesa, colocarlo en un soporte de madera de 0.8 m de altura.

    5. Conectar una extensin de 6 m al cable de alimentacin del EBP.

    6. Colocar la extensin en forma de S sobre una mesa de madera de 0.4 m de altura como se muestra en la figura 1.

    7. Acomodar la extensin dentro de la pinza de absorcin.

    8. Conectar la extensin a la LISN. 9. Conectar la LISN a una fuente de alimentacin

    de AC filtrada de acuerdo a la tensin nominal del EBP.

    10. Conectar el cable coaxial de la pinza de absorcin a la entrada RF del receptor EMI.

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  • 11. Realizar mediciones de la potencia emitida en diferentes posiciones a lo largo de la extensin.

    Fig. 1. Ejemplo de colocacin del conjunto de

    prueba. [2] Las mediciones se deben de realizar en los modos de operacin ms representativos del EBP, por ejemplo, si ste es una lavadora, las mediciones se llevan a cabo en el modo de espera, lavado y centrifugado. 2.2. Comparacin de mediciones obtenidas por dos operadores Como primer paso hay que verificar si la diferencia entre las mediciones de dos operadores es estadsticamente significativa. Para esto es necesario obtener datos de mediciones de cada operador para un mismo producto, por lo que se mide el valor de la potencia emitida en un punto en especfico del rango de frecuencia mientras el compresor de un refrigerador est operando. Este valor de potencia es medido en dBpW y es representado por el cuasi-pico. Para este estudio se obtendr el valor de cuasi-pico del pico localizado aproximadamente en 80 MHz, ver figura 2. Para cada medicin el operador debe colocar el conjunto de prueba como se muestra en la figura 3. Una vez obtenidos los datos, stos se comparan mediante una grfica de dispersin como se muestra en la figura 4. Aunque se aprecia una diferencia entre los datos obtenidos por cada operador, aun no se puede indicar si esta diferencia es estadsticamente significativa, por lo que se decide realizar un anlisis de varianza (ANOVA).

    Fig. 2. Medicin de cuasi-pico en 80 MHz.

    Fig. 3. Colocacin del conjunto de prueba. (1) EBP, (2) Pinza de absorcin, (3) LISN, (4) Receptor EMI.

    Fig. 4. Mediciones obtenidas por dos operadores.

    El ANOVA es una tcnica que se utiliza para decidir si existe una diferencia entre las medias de distintos grupos mediante la comparacin de la variacin interna de los grupos con la variacin entre ellos [3].

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  • Antes de realizar el ANOVA es necesario verificar los supuestos de que los datos de cada operador siguen una distribucin normal y que la varianza de stos es constante [4]. Para comprobar que los datos se comportan como una distribucin normal, se utiliza la prueba de normalidad del software Minitab, la cual compara los datos obtenidos con la distribucin perfecta normal. En este caso, ambos grupos de datos cumplen con el supuesto de normalidad. Para verificar que la varianza es constante se utiliza la prueba de Bartlett, la cual es un procedimiento que se usa para diagnosticar la igualdad de la varianza en todos los niveles del factor [4], en este caso el factor es el operador, y los niveles son operador 1 y operador 2. En la figura 5 se muestra el resultado de la prueba de Bartlett obtenido mediante Minitab, en la cual se puede observar un valor de P igual a 0.093 que es mayor que 0.05, lo que indica que no se puede afirmar una diferencia de varianzas entre los niveles.

    Fig. 5. Resultados de la prueba de Bartlett.

    Una vez comprobados ambos supuestos se realiza un ANOVA de una va, es decir, para un factor (el operador) con una variable dependiente (el cuasi-pico). El resultado que se obtiene utilizando Minitab, es de un valor de P igual a 0, el cual es menor a 0.05, lo que indica que hay una diferencia estadsticamente significativa entre las medias de los grupos de datos de ambos operadores. Esto se puede apreciar de forma grfica en la figura 6, en donde se observa que los intervalos que representan a cada operador no se traslapan. En el anlisis se encuentra tambin que la media para el operador 1 es mayor que la media para el operador 2, y que los datos obtenidos por el operador 1 se encuentran ms dispersos que los del operador 2, ya que la desviacin estndar del operador 1 es mayor que la del operador 2.

    Fig. 6. Resultados del ANOVA.

    2.3. Diseo de experimentos Se considera que esta diferencia estadsticamente significativa entre las mediciones de los operadores se debe a tres posibles causas principalmente:

    1. Colocacin del conjunto de prueba: El procedimiento que siguen los operadores no especifica cmo debe ser colocada la mesa, ni la pinza de absorcin, adems que toma en cuenta ciertas consideraciones para la colocacin del EBP y LISN que no son posibles de realizar debido al tamao de la cmara blindada, esto es, tres de los lados del EBP y LISN deben de estar por lo menos a 0.8 m de cualquier superficie metlica. Es por esto que puede haber variaciones en la forma en que cada operador acomoda el conjunto de prueba afectando as a las mediciones.

    2. Experiencia del operador: La experiencia es un factor importante, ya que un operador con ms tiempo realizando la prueba tendr mayor cuidado al colocar el conjunto de pruebas, adems de que tomar en cuenta ciertos aspectos en el momento de realizar la medicin que un operador sin experiencia no considerara, por ejemplo si las resistencias del horno de una estufa elctrica estn activas para alcanzar la temperatura deseada o tan slo para mantenerla.

    3. Modo de operacin del EBP: Aunque en el procedimiento estn indicados los modos de operacin en que se debe de realizar la prueba para cada tipo de producto, no est especificado en que preciso momento de estos modos de operacin se deben realizar las mediciones.

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  • Para este caso no se considera a los instrumentos de medicin como una fuente de variacin, ya que stos se encuentran calibrados y funcionando adecuadamente. Para encontrar como estos factores afectan a las mediciones de los operadores se utiliza un diseo de experimentos (DDE). El DDE es un medio para estudiar mltiples variables y cuantificar su efecto sobre la respuesta [5], en este caso el cuasi-pico de la potencia emitida en determinada frecuencia. Las causas mencionadas anteriormente son expresadas en los siguientes factores para la realizacin del DDE:

    1. Colocacin de mesa 2. Colocacin de EBP 3. Colocacin de LISN 4. Colocacin de pinza 5. Colocacin de extensin 6. Modo de operacin del EBP 7. Experiencia del operador

    Tomando en cuenta estos factores y considerando que cada uno tiene por lo menos dos niveles se obtendran 2^7 combinaciones posibles, lo cual no es conveniente debido a los recursos y tiempo que esto tomara. Por lo tanto, desde este momento se decide controlar algunas variables, reduciendo as el nmero de factores para el DDE. De acuerdo a la norma CISPR 14-1 Parte 1: Emisin, el EBP debe colocarse por lo menos a una distancia de 0.4 m de cualquier objeto metlico y no a 0.8 m como lo indica el procedimiento del ETP 910E001. Por lo tanto, el EBP se ubica a 0.4 m de la pared y de la puerta de la cmara blindada quedando as controlada su colocacin. En cuanto a la pinza de absorcin por cuestiones de practicidad sta es colocada slo en tres posiciones en la mesa, las cuales son cerca del EBP, lejos del EBP y a la mitad de la mesa. Las distancias para estas posiciones no estn especificadas, as que para el DDE se decide colocar la pinza a la mitad de la mesa, pero en esta ocasin asignando distancias fijas, las cuales son marcadas en la mesa como se muestra en la figura 7. Lo mismo procede para la colocacin de la extensin. El DDE se realiza con el mismo refrigerador (EBP) que se utiliz para el ANOVA y el modo de operacin es con el compresor funcionando. Se piensa que el realizar las mediciones en diferentes momentos durante el intervalo en el que se

    encuentra operando el compresor puede provocar variacin de stas. Por el momento este factor se omite ya que el tomar un tiempo especfico del funcionamiento del EBP para realizar la medicin complica la ejecucin del experimento.

    Fig. 7. Colocacin de la pinza de absorcin y

    extensin. Teniendo controladas las variables mencionadas anteriormente, quedan los siguientes factores para el DDE:

    1. Colocacin de la mesa. 2. Colocacin de la LISN. 3. Experiencia del operador.

    Para realizar el DDE se asignan dos niveles a cada factor, por lo tanto stos quedan como se menciona en la tabla 1. Con cuatro factores y dos niveles se tiene un DDE de 2^4 combinaciones, pero como se realizar con dos rplicas, se tendr un total de 32 corridas.

    Factores Niveles Distancia 1 D1

    (mesa-pared) Lejos (0.5m)

    Cerca (0.1m)

    Distancia 2 D2 (LISN-mesa)

    Lejos (0.5m)

    Cerca (0.1m)

    Distancia 3 D3 (mesa-EUT)

    Lejos (0.5m)

    Cerca (0.1m)

    Operador Mayor experiencia Menor

    experiencia

    Tabla 1. Factores y niveles para el DDE. El conjunto de pruebas para el DDE queda como se muestra en la figura 8.

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  • Fig. 8. Colocacin del conjunto de prueba para el

    DDE. Con los 32 datos obtenidos en el DDE se realiza un anlisis matemtico utilizando Minitab para encontrar que factores e interacciones entre factores afectan de forma significativa a la medicin. Estos resultados se muestran mediante una grfica de pareto, ver figura 9, en la que se aprecia que los factores que influyen significativamente son D1, D3, D2, interaccin D1-D3 y por ltimo la interaccin D1-D2-D3. Para todos estos factores se encontr en el anlisis un valor de P menor a 0.05.

    Fig. 9. Diagrama de pareto del anlisis matemtico

    del DDE. En cuanto al operador, se le considera como un factor no significativo ya que su respectiva barra no atraviesa la lnea roja en el diagrama de pareto. Esto se debe a que en el DDE se controlaron y especificaron varios parmetros que no lo estaban cuando se realizaron las mediciones para el ANOVA. Aun as, cabe resaltar que dado a que la distancia entre la barra y la lnea no es muy grande no se le debe descartar del todo como un factor significativo para la variacin. En la grfica de cubo, ver figura 10, en la que el cubo etiquetado con -1 representa al operador de

    menor experiencia, se observa para ambos operadores que si el nivel es Cerca para las tres distancias, el valor del cuasi-pico es el mayor (crculo rojo). Y por el contrario, cuando estn en el nivel Lejos, el valor es el menor (crculo azul). Estos puntos y los marcados en verde, son los valores que presentan una menor variacin entre operadores. Con los valores de Error y Total de la suma de cuadrados secuencial que se obtienen del anlisis, se calcula el porcentaje de la variacin de la medicin que se explica a travs de los factores elegidos para el DDE mediante la frmula (1):

    (1)

    Dado que el Error es de 27.145 y el Total es 131.585, se tiene un 79.37% de variacin explicada para este DDE. Esto quiere decir, que a travs de los cuatro factores elegidos, las tres distancias y la experiencia del operador, se encuentra casi el 80% de las causas que originan las diferencias entre las mediciones de los dos operadores. Como siguiente paso se realizan tres DDE ms, utilizando como EBP el refrigerador, una estufa y una lavadora, teniendo ahora como variables al operador y al tiempo que lleva funcionando en determinado modo de operacin cada EBP, esto con el fin de encontrar si el momento en que se realiza la medicin influye en la variacin del resultado. El modo de operacin a utilizar para cada EBP son: compresor operando, horneado con conveccin y centrifugado, respectivamente. Para realizar estos tres DDE se definen, con base a lo observado en la grfica de cubo, los valores para las distancias de la siguiente forma: D1=0.4 m, D2=0.1 m y D3=0.1 m. Estos son los niveles de la combinacin D1=Lejos, D2=D3=Cerca, la cual es una de las marcadas en verde. Se elige esta combinacin por ser una de las que tienen menor variacin entre operadores y porque presenta valores intermedios de emisin, con lo cual no se perjudica ni se beneficia al producto en evaluacin. El valor de D1 se cambia de 0.5 m a 0.4 m con el fin de que la mesa est alineada con el EBP y la LISN. Para los tres DDE se encontr que el tiempo que lleve operando el EBP en determinado modo no es un factor de variacin estadsticamente significativo para la medicin.

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  • Fig. 10. Grfica de cubo.

    2.4. Gage R&R Para validar que el control sobre los factores analizados ayuda a disminuir la variacin de las mediciones, se realiza un gage R&R con cuatro lavadoras y dos operadores. El conjunto de pruebas se coloca utilizando las distancias definidas en los ltimos DDE y la pinza de absorcin se ubica nuevamente a la mitad de la mesa. Se elige como modo de operacin lavado, y para cada lavadora se miden los cuasi-picos de los picos ubicados aproximadamente en 50 y 85 MHz. El resultado del anlisis de varianza del gage R&R indica que el operador y la interaccin operador-muestra no contribuyen significativamente con el total de la variacin, ya que sus valores de P son mayores que 0.05. En cambio, el valor de P para la diferencia entre partes es de 0, lo que significa que la variacin es causada por este factor. En cuanto al porcentaje de estudio de variacin para el gage R&R se tiene un 8.26% que es menor a 20%, lo que indica que el sistema de medicin ya es aceptable. El porcentaje para la diferencia entre partes es de 99.66%, lo que tambin indica que la variacin es ocasionada por este factor como se puede ver en la figura 11.

    Fig. 11. Resultados del Gage R&R.

    3. RESULTADOS Los resultados del gage R&R muestran que las medidas tomadas para controlar la colocacin de los elementos del conjunto de prueba, que en el DDE se encontraron como causantes de la variacin, han mejorado la forma en la que se aplica el mtodo de medicin de la potencia de perturbacin, permitiendo as la obtencin de resultados sin diferencias significativas entre operadores. 4. CONCLUSIONES Bsicamente con el uso de tres herramientas estadsticas, ANOVA, DDE y gage R&R, se encontr que haba un problema en la aplicacin del mtodo de medicin ya que haba una diferencia significativa entre las mediciones de diferentes operadores, se entendi el efecto que tienen los parmetros de configuracin sobre la medicin y adems se verific que el control de las variables halladas como crticas propicia una medicin confiable, obtenindose as, un procedimiento con pasos ms claros y especficos para su realizacin. REFERENCIAS [1] Mabe, 6 Sigma Anlisis de Sistemas de

    Medicin, pg. 9, Mabe, Mxico, 2010. [2] Jennifer Johnson, ETP 910E001 Power Line

    and EMI Product Testing, Rev. 7, pg. 41-44, General Electric, EUA, 2009.

    [3] Edgardo Escalante, Seis-Sigma Metodologa y Tcnicas, Limusa, Cap. 4, pag. 113, 2006.

    [4] Douglas Montgomery, Diseo y Anlisis de Experimentos, Limusa, Cap. 3, pg. 63-82, 2003.

    [5] Mabe, 6 Sigma Experimentos 2x2, pg. 2, Mabe, Mxico, 2010.

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  • SISTEMA DE REFERENCIA PARA LA CALIBRACIN DE DETECTORES DE POTENCIA POR COMPARACIN DIRECTA

    Mariano Botello-Prez, Israel Garca-Ruiz, Dania Covarrubias-Martinez

    Divisin de Mediciones Electromagnticas, Centro Nacional de Metrologa, Carr. a Los Cus km 4.5, El Marqus, Quertaro, Mxico

    Telfono: (442) 211-05-00 al 04, Ext.:3450, 3451,3452 [email protected], [email protected], [email protected]

    Resumen: En este trabajo se describe la implantacin de un sistema de referencia para la calibracin de detectores de potencia elctrica en radiofrecuencias mediante el mtodo por comparacin directa. El sistema permite determinar la Eficiencia efectiva y el Factor de calibracin de detectores del tipo termistor, termopar y de diodo en el intervalo de frecuencias de 10 MHz a 18 GHz, con trazabilidad hacia los patrones nacionales que materializan las unidades del SI en CENAM. Las incertidumbres de medicin se evalan exhaustivamente, incluyendo las magnitudes complejas involucradas en el proceso de medicin en trminos de su mdulo y fase. Se presentan tambin algunos resultados tpicos de medicin. 1. INTRODUCCIN A medida que la industria de las telecomunicaciones se desarrolla y se vuelve ms sofisticada, se requiere que las mediciones de las magnitudes usadas para describir la transmisin de informacin mediante energa de radiofrecuencias (RF) se hagan con los ms altos niveles de confiabilidad y con los menores niveles de incertidumbre posibles. Siendo la potencia elctrica en RF una de esas magnitudes, el CENAM trabaja en el desarrollo de patrones y sistemas de medicin que sean capaces de satisfacer las necesidades de medicin de potencia en RF que requiere la creciente industria de las telecomunicaciones en Mxico. En CENAM se ha desarrollado un sistema de referencia para la calibracin de detectores de potencia elctrica en RF por el mtodo de comparacin directa; esto, con el propsito de aprovechar plenamente los niveles bajos de incertidumbre del nuevo patrn primario de potencia elctrica en RF, el microcalormetro [1], el cual tiene trazabilidad directa hacia los patrones nacionales que materializan las unidades del SI en CENAM. Este sistema de referencia permite determinar la eficiencia efectiva () y el factor de calibracin (CF) de detectores del tipo termistor, termopar y de diodo en el intervalo de frecuencias de 10 MHz a 18 GHz. En las secciones siguientes se describe el sistema de referencia, se presentan los modelos matemticos que se utilizan para determinar la y el CF, y se explica cmo se evala exhaustivamente la incertidumbre de medicin de acuerdo con la Gua para la expresin de la incertidumbre de medicin (GUM) [2]. Cabe sealar que los modelos de y CF involucran magnitudes complejas que

    dificultan la evaluacin de la incertidumbre, por lo que estos se expresan en trminos de su mdulo y su fase, lo que facilita obtener los coeficientes de sensibilidad a travs de derivadas parciales de ecuaciones en coordenadas polares. Tambin, se presentan algunos resultados de medicin para calibraciones de y CF tpicas, as como los valores de incertidumbre asociados. 2. DESCRIPCIN DEL SISTEMA DE REFERENCIA El sistema de referencia por comparacin directa se utiliza frecuentemente en laboratorios nacionales de metrologa para proveer servicios de calibracin de Eficiencia efectiva y Factor de calibracin de detectores de potencia en RF [3] [7]. El sistema implantado en CENAM tiene la estructura mostrada en la Figura 1 y consiste de un generador de RF, un divisor resistivo de tres puertos de alta calidad y un detector de potencia permanentemente conectado al puerto 3 del divisor de potencia (DM). En el puerto 2 del divisor de potencia se conectan alternadamente un detector patrn (DP) y el detector bajo calibracin (DBC).

    Fig. 1 Diagrama a bloques del sistema de referencia

    por comparacin directa.

    1 Divisor de potencia

    Generador de RF 2

    3

    Detector patrn con medidor de potencia

    Detector desconocido con medidor de potencia

    Detector de monitoreo con medidor de potencia

    DVM

    DVM

    DVM

    Bus GPIB Computadora con programa de control

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  • La eficiencia efectiva, DBC, y el CF del DBC, CFDBC, se determinan a partir de las lecturas de potencia en los detectores monitor, patrn y bajo calibracin que resultan de las combinaciones de monitorpatrn y monitorbajo calibracin. La implantacin del mtodo por comparacin directa adems requiere mediciones separadas de DP, G y DBC, donde las son los coeficientes de reflexin complejos del detector patrn, del generador equivalente en el puerto dos del divisor de potencia y del detector bajo calibracin, respectivamente. Cuando los detectores de potencia son del tipo termistor, estos se conectan a puentes de sustitucin de potencia en c.c. que mantienen constante la tensin de polarizacin en los termistores. Las tensiones de polarizacin se registran con Vltmetros digitales (DVM) de muy alta resolucin, tpicamente 8.5 dgitos, conectados a los puentes de sustitucin. El valor de potencia aplicado al detector se determina a partir de las lecturas de las tensiones de polarizacin. Cuando los detectores son del tipo termopar o de diodo, estos se conectan a medidores de potencia que registran directamente el nivel de potencia aplicado al detector. El detector monitor que se conecta al puerto 3 del divisor de potencia es del tipo termistor, ya que su contribucin a la incertidumbre es tpicamente de un orden de magnitud ms pequea que la de un detector del tipo termopar. Los detectores patrn que utiliza CENAM son del tipo termistor. El detector con los niveles de incertidumbre ms bajos es el termistor del patrn primario (CN65) [8] [9], con el cual se calibran dos detectores del tipo termistor horneado (M1110 y F1109), los que a su vez se utilizan como patrones de trabajo para proporcionar servicios de calibracin de detectores de potencia. 3. MODELOS MATEMTICOS PARA DETERMINAR LA Y EL CF DEL DBC Con el sistema de transferencia mostrado en la Figura 1, es posible determinar la y el CF del DBC en trminos ya sea de la eficiencia efectiva o del CF del DP. Por lo que en este trabajo se consideran los modelos matemticos para los casos siguientes: Caso 1: la del DBC, DBC, se determina a

    partir de la eficiencia efectiva del DP, DP. Caso 2: el CF del DBC, CFDBC, se determina a

    partir del CF del DP, CFDP. Caso 3: similar al caso 1, con la particularidad

    que se coloca un dispositivo de dos puertos, atenuador o adaptador, entre el DBC y el divisor de potencia.

    Caso 4: similar al caso 2 pero con la misma particularidad del caso 3.

    3.1 Caso 1 - DBC en funcin de la DP La eficiencia efectiva del DBC en trminos de la eficiencia efectiva del DP se determina con la ecuacin 1.

    (1)

    donde el trmino PR representa la relacin de las lecturas de potencia en los puertos 2 y 3 del divisor de potencia. PMDP y PMDBC representan las potencias de c.c. sustituidas en el detector de monitoreo cuando se conectan alternadamente el DP y el DBC en el puerto 2 del divisor de potencia. PDP es la potencia de c.c. sustituida en el DP y PDBC es la lectura de potencia en el DBC cuando se conectan al puerto 2 del divisor. El trmino MF se le denomina factor de desacoplamiento de impedancia, y sirve para corregir errores por los desacoplamientos de impedancia que se presentan entre los componentes del sistema, este trmino depende de los coeficientes de reflexin de entrada del DP, DP, del DBC DBC y del generador equivalente en el puerto dos del divisor de potencia G. Los coeficientes de reflexin del DP y del DBC se miden directamente en un analizador vectorial de redes (AVR), no as el coeficiente G el cual se calcula con la ecuacin 2 [10].

    (2)

    donde los trminos Sij son los parmetros de dispersin del divisor de potencia los cuales se miden con el AVR. Para propsitos de anlisis de incertidumbres, la eficiencia efectiva del DBC se expresa en trminos del mdulo, , y la fase, , de los coeficientes de reflexin [11], la expresin resultante se presenta en la ecuacin 3.

    (3)

    3.2 Caso 2 - CFDBC en funcin del CFDP

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  • El factor de calibracin del DBC en trminos del factor de calibracin del DP se determina con la ecuacin 4.

    (4)

    La ecuacin anterior expresada en trminos del mdulo y la fase de los coeficientes de reflexin da como resultado la ecuacin 5.

    (5)

    3.3 Caso 3 - DBC en funcin de la DP con un adaptador entre el DBC y el divisor de potencia En la prctica, es muy probable que en el puerto de entrada de los detectores de potencia se tenga que colocar un dispositivo de dos puertos. Este dispositivo puede servir para atenuar el nivel de la seal de entrada (atenuador), o permitir la conexin entre dos familias de conectores de RF diferentes (adaptador). La presencia de este dispositivo de dos puertos entre el DBC y el divisor de potencia impacta los valores de y CF del DBC, por lo cual el efecto de este dispositivo debe removerse mediante manipulacin matemtica. Para este caso la eficiencia efectiva del DBC en trminos de la eficiencia efectiva del DP se determina con la ecuacin 6.

    (6)

    donde los trminos Sij son los parmetros de dispersin del dispositivo de dos puertos, los cuales se miden en un AVR. La ecuacin 6 expresada en trminos del mdulo y la fase de las variables complejas, da como resultado la ecuacin 7.

    (7)

    donde:

    3.4 Caso 4 - CFDBC en funcin del CFDP con adaptador entre el DBC y el divisor de potencia El factor de calibracin del DBC en trminos del factor de calibracin del DP para el caso en que se coloca un dispositivo de dos puertos entre el puerto 2 del divisor de potencia y el DBC se determina con la ecuacin 8.

    (8)

    La ecuacin anterior expresada en trminos del mdulo y la fase de las magnitudes complejas, da como resultado la ecuacin 9.

    (9)

    donde los trminos NRE, NIM y D son iguales a los trminos correspondientes en la ecuacin 7. 4. EVALUACIN DE LA INCERTIDUMBRE Las ecuaciones 3, 5, 7 y 9 se emplean como modelos para la estimacin de incertidumbre en la medicin de y de CF, con estos modelos se evala la incertidumbre combinada, ecuacin 10, siguiendo las recomendaciones de [2].

    (10) Los coeficientes de sensibilidad, cn, se obtienen a travs de las derivadas parciales de las ecuaciones 3, 5, 7 y 9 respecto de cada una de las variables,

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  • un, que contribuyen a la incertidumbre combinada. Para el caso particular de la seccin 3.1, la incertidumbre combinada de la Eficiencia efectiva se evala con la ecuacin 11.

    (11)

    donde:

    Las expresiones resultantes de cada una de las derivadas parciales en la ecuacin 11, no se presentan por la restriccin al nmero de pginas. La estimacin de incertidumbre para los casos presentados en las secciones 3.2, 3.3 y 3.4 se hace con la ecuacin 11, con la nica diferencia que el trmino u2MF es diferente para cada caso particular. Las principales fuentes de incertidumbre en las mediciones de y CF que se consideran son: La de la o del CF de los detectores patrn del

    CENAM. La de los factores de correccin por

    desacoplamiento entre el divisor de potencia y los detectores de potencia.

    La de las lecturas de potencia en el detector monitor, en el patrn y en el bajo calibracin.

    Para el caso de detectores de termopar y de diodo se considera una componente adicional debida a la referencia de potencia del medidor de potencia.

    Cuando se calibran detectores del tipo termistor, las fuentes de incertidumbre dominantes en la incertidumbre combinada son, en primer lugar la de la o CF del detector patrn, en segundo lugar la del factor de desacoplamiento de impedancia, y en

    tercer lugar las de las lecturas de potencia en los detectores monitor, patrn y bajo calibracin. Para el caso de detectores del tipo termopar y de diodo, se tiene que las fuentes de incertidumbre dominantes en la incertidumbre combinada son en primer lugar la del CF del detector patrn, en segundo lugar la de las lecturas de potencia en el DBC, en tercer lugar la del factor de desacoplamiento, y en cuarto lugar las de las lecturas de potencia en los detectores monitor y patrn. En este tipo de detectores, generalmente el valor de la incertidumbre de las lecturas de potencia es alto, porque depende del valor de incertidumbre de la referencia de 50 MHz y de la electrnica del medidor de potencia que se utilice en la calibracin. Cabe mencionar que cuando se coloca un atenuador o un adaptador entre el DBC y el divisor de potencia, la componente de incertidumbre dominante en la incertidumbre del factor de desacoplamiento es la del parmetro S21 del dispositivo de dos puertos. Durante el desarrollo del sistema de transferencia se encontr que la repetibilidad de los valores tanto de como de CF para mltiples conexiones y desconexiones es bastante alta para el caso de detectores del tipo termistor, y no constituye una fuente de incertidumbre dominante. 5 RESULTADOS DE MEDICIN En esta seccin se presentan resultados de medicin de y CF de los detectores de potencia de RF que se calibran tpicamente en CENAM, as como los valores de incertidumbre asociados. Se presta principal atencin a los niveles de incertidumbre, ya que uno de los objetivos de desarrollar un sistema de referencia era reducir tales niveles de incertidumbre, ya que anteriormente los servicios de calibracin de detectores de RF se realizaban con un sistema comercial que no permita disminuir dichos niveles de incertidumbre. En la Figura 2 se muestran los valores de Eficiencia efectiva de un detector del tipo termistor horneado (F1109), el cual se calibr en el intervalo de frecuencias de 10 MHz a 40 MHz con un detector patrn del tipo termistor horneado M1110, y de 50 MHz a 18 GHz con el detector del patrn primario (CN65). Los niveles de incertidumbre expandida para las mediciones de de detectores del tipo termistor, con el sistema implantado en CENAM, varan de aproximadamente 0.0066 a 0.0044 MHz en el intervalo de 10 MHz a 40 MHz, y de 0.0034 a 0.0070 en el intervalo de 50 MHz a 18 GHz. Los

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  • niveles de incertidumbre mencionados son validos para un factor de cobertura de 2.0 el cual corresponde a un nivel de confianza de 95.45 %.

    Fig. 2 Eficiencia efectiva de un detector del tipo

    termistor horneado F1109. En la Figura 3 se presentan los valores de CF de un detector del tipo termopar 8481A, el cual se calibr en el intervalo de frecuencias de 10 MHz a 18 GHz con un detector patrn del tipo termistor horneado M1110.

    Fig. 3 Factor de calibracin de un detector del tipo

    termopar 8481A. Para el caso de mediciones del CF de detectores del tipo termopar y de diodo, con o sin dispositivo de dos puertos, la incertidumbre expandida vara de aproximadamente 0.0092 a 0.013 en el intervalo de frecuencias de 10 MHz a 18 GHz. Los niveles de incertidumbre mencionados son vlidos para un factor de cobertura de 2.0 con un nivel de confianza de 95.45 %. En la figura 4 se muestra un ejemplo de los resultados de CF para un detector de diodo de bajo nivel, el cual se calibr empleando un atenuador de 30 dB conectado a su entrada.

    Fig. 4 Factor de calibracin de un detector de diodo 8481D con un atenuador de 30 dB entre el detector

    y el divisor de potencia En la Figura 5 se muestran los niveles de incertidumbre expandida tpicos de las mediciones de DBC y de CFDBC para las condiciones siguientes: con CN65: nivel tpico de incertidumbre de la en detectores del tipo termistor cuando se utiliza el detector del patrn primario, CN65, como detector patrn. con M1110: nivel tpico de incertidumbre de la en detectores del tipo termistor cuando se utiliza el detector del tipo termistor M1110, como detector patrn. CF con CN65: nivel tpico de incertidumbre del CF en detectores del tipo termopar y de diodo cuando se utiliza el detector del patrn primario, CN65, como detector patrn. CF con M1110: nivel tpico de incertidumbre del CF en detectores del tipo termopar y de diodo cuando se utiliza el detector del tipo termistor M1110, como detector patrn.

    Fig. 5 Niveles de incertidumbre expandida en diferentes mediciones de DBC y de CFDBC

    0.86

    0.88

    0.90

    0.92

    0.94

    0.96

    0.98

    1.00

    0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

    D

    BC

    Frecuencia (GHz)

    0.90

    0.92

    0.94

    0.96

    0.98

    1.00

    1.02

    0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

    Fact

    or d

    e C

    alib

    raci

    n

    Frecuencia (GHz)

    0.95

    0.96

    0.97

    0.98

    0.99

    1.00

    1.01

    1.02

    1.03

    0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

    Fact

    or d

    e C

    alib

    raci

    n

    Frecuencia (GHz)

    1

    3

    5

    7

    9

    11

    13

    0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

    Ince

    rtidu

    mbr

    e e

    xpan

    dida

    (x10

    -3)

    Frecuencia (GHz)

    CF con CN65 CF con M1110

    con CN65 con M1110

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  • En general, el nivel de incertidumbre de calibracin de detectores de termopar y de diodo es mucho ms grande que la de los detectores a base de termistores, esto se debe principalmente a la contribucin de incertidumbre de la referencia de potencia del medidor de potencia ( 4 mW/W) que requieren los detectores de termopar y de diodo. 5. CONCLUSIONES El sistema de referencia descrito en el presente artculo permite determinar la y el CF de detectores de potencia en RF con exactitud alta, con incertidumbres de medicin pequeas y con trazabilidad hacia los patrones nacionales que materializan las unidades del SI en CENAM. Esto es de gran importancia ya que permite que las mediciones de potencia en RF realizadas en el pas sean trazables a los patrones nacionales establecidos en el CENAM. Cabe resaltar que los niveles de incertidumbre asociados a las mediciones de y de CF en la calibracin de detectores de potencia que se obtienen con el sistema de referencia implantado en CENAM son comparables a los de otros institutos nacionales de metrologa de primer nivel. REFERENCIAS [1] Fred R. Clague, Microcalorimeter for 7 mm Coaxial Transmission Line, NIST Technical Note 1358, August 1993. [2] Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement GBIPM/ISO 1995. [3] M. P. Weidman, Direct Comparison Transfer of Microwave Power Sensor Calibration, NIST Tech. Note 1379, Jan 1996. [4] J. R. Juroshek, NIST 0.05-50 GHz Direct-Comparison Power Calibration System, CPEM 2000 Conf. Digest, Sydney, Australia, pp. 166 167, May 2000. [5] R. A. Ginley, A Direct Comparison System for Measuring Radio Frequency power (100 KHz to 18 GHz), MEASURE, vol. 1, no. 4, pp. 46 49, December 2006. [6] Y. Shan, S. W. Chua, H. Neo, and T. Wu, A Direct Comparison Transfer Microwave Power Sensor Calibration System, CPEM 2008 Conf. Digest, Broomfield, CO, USA, pp. 512 513, June 2008. [7] Y. Shan, S. W. Chua, and Y. K. Yan, Development of a 50 GHz Coaxial Direct Comparison Transfer Microwave Power Sensor Calibration System at NMC, CPEM 2010 Conf. Digest, Daejeon, Korea, pp. 738 739, June 2010. [8] T. P. Crowley, Type N Calorimeters Correction Factor and Uncertainty NIST internal memorandum February, 2012 [9] Fred R. Clague, A Calibration Service for Coaxial Reference Standards for Microwave Power, NIST Technical Note 1374, May 1995.

    [10] J. R. Juroshek, A Direct Calibration Method for Measuring Equivalent Source Mismatch, Microwave Journal, vol. 58, no. 4, pp. 106 118, October 1997. [11] T. P. Crowley, Microwave and Millimeter-wave Power Measurements, ARTFG/NIST Measurements Short Course, December 2010.

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  • AMPLIACIN DEL ALCANCE EN FRECUENCIA DEL PATRN NACIONAL DE COEFICIENTE DE REFLEXIN Y TRANSMISIN HASTA 30 GHz

    Susana Padilla-Corral, Israel Garca-Ruiz

    Centro Nacional de Metrologa Carretera a Los Cus km 4.5, 76246 El Marqus, Quertaro, Mxico

    Tel.:+52-442-2110500. Fax: 2110528, correo electrnico: [email protected], [email protected]

    Resumen: En este trabajo se describen las caractersticas mecnicas y elctricas de dispositivos de precisin en conector 3.5 mm sobre los cuales se fundamenta la ampliacin del alcance en frecuencia del patrn nacional de coeficiente de reflexin y parmetros de dispersin hasta 30 GHz. Esto incluye la caracterizacin dimensional de un conjunto de lneas coaxiales de precisin con conector 3.5 mm y dielctrico de aire. Se presentan tambin los requerimientos para aplicar el mtodo de correccin de errores TRL a un Analizador Vectorial de Redes comercial. Finalmente, se presentan los resultados obtenidos para verificar la correcta implementacin del mtodo TRL. Acrnimos: AVR Analizador Vectorial de Redes, TRL Thru-Reflect-Line 1. INTRODUCCIN Actualmente, en el CENAM se cuenta con el patrn nacional de coeficiente de reflexin y parmetros de dispersin con un alcance en frecuencia de 100 kHz hasta 18 GHz en conector Tipo N [1]. Con este patrn se ha satisfecho de manera confiable gran parte de la demanda de servicios de calibracin. Existe una necesidad adicional de servicios donde el lmite superior es 26.5 GHz o incluso 30 GHz en conector 3.5 mm. Esto condujo al CENAM a la necesidad de ampliar los alcances del patrn nacional de coeficiente de reflexin y transmisin. Para cubrir el intervalo hasta 30 GHz se adicionan al patrn 2 lneas coaxiales de precisin con dielctrico de aire con conector 3.5 mm. Las caractersticas elctricas de estas lneas son calculables a partir de sus dimensiones fsicas y de las propiedades de los materiales de que estn construidas. Esto permite su empleo como patrones elctricos primarios de coeficiente de reflexin y parmetros de dispersin. En este trabajo se muestran las caractersticas mecnicas y elctricas ms importantes de los conectores 3.5 mm de precisin, as como la caracterizacin dimensional y elctrica de las lneas coaxiales empleadas como patrones. 2. DESCRIPCIN DEL CONECTOR 3.5 mm Este conector se encuentra en dos versiones:

    GPC: del ingls General Precision Connector, LPC: del ingls Laboratory Precision Connector La versin GPC tiene dielctrico de aire en el plano de referencia y cuenta con u