Que es incertidumbre

Escrito por: Juan Fernando Vélez Granda, Metrólogo

Tiempo de lectura:  6 minutos

1. Introducción

Este artículo tiene como objetivo definir el concepto de incertidumbre de medida, dejar claro que esta hace parte de todas las mediciones que realizamos, incluso, de las mediciones que nos puedan parecer más simples o cotidianas. Es importante reconocer que siempre existirá duda sobre una medición y que es imposible tener la completa certeza de un valor medido, haciendo necesario relacionar la incertidumbre de medida, con la exactitud requerida al momento de definir el valor de un mensurando.

2. ¿Qué es la incertidumbre?

El resultado de una medición, de acuerdo con el Vocabulario Internacional de Metrología (VIM)¹, es el conjunto de valores que se atribuyen a un mensurando (atributo sujeto a medición de un fenómeno, cuerpo o sustancia que puede ser distinguido cualitativamente y determinado cuantitativamente), es decir, es lo que espero obtener de una medición, calibración o ensayo. El resultado de una medición normalmente se expresa como un único valor acompañado de su incertidumbre o duda. La nota técnica 1297 del NIST² establece en su apartado 2.1: “En general, el resultado de una medición es sólo una aproximación o estimado de la cantidad específica que se está midiendo. Por lo tanto, el resultado de medición únicamente se considera completo si va acompañado de una expresión cuantitativa de su incertidumbre”.

Las mediciones en general, debido a diversos factores, resultan ser imperfectas, es decir, resulta imposible definir el valor de una magnitud con total certeza, y es allí donde la incertidumbre juega un papel importante, caracterizando esa duda existente sobre la medición, no solo desde lo cuantitativo sino desde lo cualitativo.

La incertidumbre en metrología es fundamental y aunque su definición puede resultar confusa o compleja, podría concluirse que la exactitud de una medición es inversamente proporcional a su incertidumbre o duda, es decir, a menor incertidumbre, mejor es la exactitud de la medición que estamos realizando.

El VIM, define la incertidumbre de medición como: “Parámetro no negativo que caracteriza la dispersión de los valores atribuidos a un mensurando, a partir de la información que se utiliza.”

Entendiendo entonces la incertidumbre como la duda que existe sobre el resultado de una medición o calibración, tendríamos que establecer qué hace posible que exista esa duda, cuáles son los factores o fuentes que hacen que ese resultado de medida tenga un intervalo o rango de duda, donde por lo general en calibración se establece un nivel de confianza del 95%, queriendo decir que, existe un 95% de probabilidad de que el valor del mensurando se encuentre en ese intervalo o rango definido como incertidumbre o duda.

La incertidumbre se compone de contribuciones de diversas fuentes, algunas de ellas descritas por las magnitudes de entrada respectivas. “Algunas contribuciones son inevitables por la definición del propio mensurando, mientras otras pueden depender del principio, del método y del procedimiento seleccionados para la medición” (Wolfgang A. Schmid y Ruben J. Lazos Martínez, guía para estimar la incertidumbre de medición, CENAM, Rev 1).

También te puede interesar leer: ¿Qué es metrología y por qué es importante? 

3. ¿Cómo evaluar la incertidumbre de medida?

Para la evaluación de la incertidumbre de medida, se recomienda seguir los siguientes pasos básicos:

A. Definir el mensurando y su modelo matemático

En este primer paso debo conocer el modelo matemático bajo el cual se define el mensurando, modelo matemático que debe ser definido bien sea de acuerdo con un documento de referencia o teniendo en cuenta el principio, el método y el procedimiento de medición. Cuando mejor se conoce la magnitud y su principio de medición, le permite al operador dominar dicha medición y por consiguiente tener un panorama claro de cuáles son las fuentes o aspectos que están generando duda a esa medición.

Ejemplo: para la determinación del error podría considerarse:

Δ𝑋=𝑋𝑖𝑛𝑑− 𝑋𝑒𝑠𝑡𝑎𝑛𝑑𝑎𝑟

Donde,

Δ𝑋 Error de la medición (resultado).

𝑋𝑖𝑛𝑑 Valor de la indicación del instrumento bajo calibración.

𝑋𝑒𝑠𝑡𝑎𝑛𝑑𝑎𝑟 Valor de la indicación del instrumento, patrón o valor de referencia.

B. Identificación de las fuentes de incertidumbre

Una vez determinado el mensurando y el modelo matemático, se identifican las fuentes de incertidumbre, las cuales provienen de diversos factores que involucran la medición como son:

– Variación de las condiciones ambientales.

– El certificado de la calibración del instrumento patrón.

– La repetibilidad de las lecturas.

– Características del propio instrumento, como resolución, histéresis, deriva, otras.

– La definición del propio mensurando.

– Las variaciones en las magnitudes de influencia.

– Cualquier contribución adicional que sea específica del método o determinada en el documento de normativo.

C. Determinación o cuantificación de las incertidumbres estándar

Es necesario cuantificar las incertidumbres estándar correspondientes a cada una de las magnitudes de entrada del modelo. La incertidumbre de cada magnitud de entrada o variable del modelo es afectada a su vez por sus correspondientes fuentes de incertidumbre. Es por esta razón que se distinguen dos métodos principales para cuantificar las fuentes de incertidumbre:

– Método de Evaluación Tipo A: Basado en un análisis estadístico de una serie de mediciones.

– Método de Evaluación Tipo B: Comprende todas las demás maneras de estimar la incertidumbre.

Combinar las incertidumbres típicas o estándar:

La incertidumbre estándar combinada es el resultado de la combinación de todas las contribuciones de todas las fuentes, básicamente es una suma que se realiza de todas las fuentes de incertidumbre en la misma unidad en que se encuentra definido el mensurando.

E. Expandir la incertidumbre combinada multiplicándola por un factor de cobertura k:

Donde el factor k generalmente es 2 y equivale a un porcentaje de confianza del 95 % aproximadamente, aclarando que estos valores son comunes en calibración de magnitudes físicas, es posible que en otros ámbitos estos valores pueden variar, aunque siempre teniendo como referencia la tabla t-student, asociada con la distribución.

que es metrologia

A continuación, mencionamos algunos documentos que pueden ser consultados para ahondar más en el tema:

–           JCGM 100:2008 GUM 1995 with minor corrections, Evaluation of measurement data – Guide to the expression of uncertainty in measurement. (Disponible en www.BIPM.org).

–           EA-4/02:1999, Expressions of the Uncertainty of Measurements in Calibration.

–           ISO/IEC Guide 98-3:2008 – Uncertainty of measurement – Part 3, Guide to the expression of uncertainty in measurement (GUM:1995).

–           GTC 115:2004 Guía sobre la incertidumbre de la medición para principiantes, ICONTEC.

Referencias

[1] Vocabulario internacional de Metrología conceptos fundamentales y generales, 3ª edición 2012, Edición del VIM 2008 con inclusión de pequeñas correcciones, Centro Español de Metrología CEM.

2 Guidelines for Evaluating and Expressing the Uncertainty of NIST Measurement Results, 1994 Edition, United States Department of Commerce Technology Administration National Institute of Standards and Technology -NIST. https://nvlpubs.nist.gov/nistpubs/Legacy/TN/nbstechnicalnote1297.pdf

que es metrologia