Precisión en la toma de medidas

Curva característica, precisión y error de medición de los instrumentos

Incluso el mejor equipo de medición produce una cierta desviación del valor real. Es importante saber cómo se define esta precisión de medición. En este artículo explicamos los principios básicos de las diferentes desviaciones de medición y cómo se definen. Para muchos transductores de presión, el valor de la precisión global se expresa como un porcentaje del intervalo de medición. La precisión global es un efecto combinado de:

• No linealidad
• Histéresis
• Desplazamiento del cero y amplitud del error
• Desviación del valor final

Estos diferentes factores que influyen en la precisión se explican detalladamente en los siguientes párrafos.

Curva característica

La curva característica representa la relación entre la señal de entrada y la de salida. En la situación ideal, la señal de salida depende linealmente de la señal de entrada. Esto significaría que la curva característica es una línea recta. Sin embargo, este no es el caso, la curva característica se desvía de la línea recta ideal.

La precisión suele definirse como la desviación de la curva característica respecto a la línea ideal. La precisión de los sensores de presión se define de forma diferente. La norma IEC 61298-2 establece que la precisión debe incluir la histéresis, la no repetibilidad y la no linealidad. Para determinar el error de medición total, también se tienen en cuenta otras desviaciones. Estos errores de medición se definen normalmente como un porcentaje del margen (por ejemplo, ±1 % del margen). El intervalo se define como la diferencia entre el valor mínimo y el máximo de la señal. Por ejemplo, el rango de una señal de 4-20 mA es de 16 mA.

Error máximo de medición

Una forma de definir la precisión es observar el máximo error de medición. El error máximo de medición es la desviación máxima de la curva característica con respecto a la línea ideal a una temperatura definida.

No linealidad

Se denomina no linealidad a la mayor desviación posible (positiva o negativa) de la curva característica respecto a una línea recta de referencia. Existen diferentes métodos para determinar la recta de referencia. El método terminal y el método de la línea recta de mejor ajuste (BFSL) son los más utilizados. En el método de los terminales, la línea de referencia pasa por los puntos inicial y final de la curva característica. La línea de referencia BFSL se determina mediante el método de los mínimos cuadrados. El método de los terminales suele dar lugar a una desviación dos veces mayor que la del método BSFL. Al comparar los instrumentos de medición es importante comprobar si se utiliza el mismo método.

Histéresis

La curva característica se registra aumentando gradualmente la presión, seguida de una disminución gradual de la misma. La grabación mostrará que las líneas de aumento y disminución de la presión no coinciden exactamente. La diferencia máxima entre esas dos curvas se llama histéresis. La histéresis se debe a las propiedades elásticas del material del instrumento y al diseño del mismo. Este error no puede ser reducido por el usuario. Si se necesitan errores de histéresis más bajos, hay que ponerse en contacto con el fabricante.

Desplazamiento del cero y amplitud del error

El punto cero y el punto final de la salida pueden diferir del punto cero y del punto final de la línea ideal. El error de desplazamiento del cero y el amplitud del error son las desviaciones entre los valores reales e ideales del cero y del punto final de la señal.

No repetibilidad

La señal de salida para mediciones consecutivas del mismo valor de presión no es siempre exactamente igual. Esta variabilidad o error se denomina irrepetibilidad. Se define como la mayor desviación durante tres mediciones consecutivas en condiciones idénticas constantes (IEC 61298-2), o más sencillo: la diferencia entre el valor más bajo y el más alto de las señales de salida consecutivas. Un instrumento o sensor fiable debe tener una pequeña no repetibilidad.

Error de temperatura

La temperatura influye directamente en la señal de salida. Los cambios de temperatura influyen en la electrónica del instrumento de medida. Si la temperatura aumenta, la resistencia eléctrica de los metales conductores aumenta, mientras que disminuye para los semiconductores. Además, la mayoría de los materiales se expanden cuando aumenta la temperatura.

Medidas para contrarrestarlo

Para minimizar el error de temperatura, los fabricantes equilibran las características térmicas. Esta compensación se realiza directamente en el sensor o electrónicamente. El error de temperatura no puede eliminarse por completo. El error residual se da comúnmente expresado como un porcentaje del span completo para un rango de temperatura definido con respecto a una temperatura de referencia.

Histéresis de temperatura

Además del error de temperatura, también hay histéresis de temperatura. La histéresis de temperatura es similar a la histéresis normal, pero en este caso está causada por un aumento y una disminución de la temperatura en lugar de por cambios de presión.

Desviación a largo plazo

La curva característica de un instrumento de medida no es constante a lo largo de su vida útil. Las características cambiarán con el tiempo debido a las influencias mecánicas y térmicas. Este lento cambio de características a lo largo de mucho tiempo se denomina deriva a largo plazo. La deriva a largo plazo se determina mediante pruebas. Dado que los distintos fabricantes utilizan procedimientos de ensayo diferentes, la información sobre la deriva a largo plazo no debe compararse. Las pruebas se realizan en condiciones de referencia. Esto puede causar diferencias significativas si las condiciones operativas difieren de las condiciones de referencia.