Especificaciones en la instrumentación de medida

En el contexto de la instrumentación de medida, las especificaciones se refieren a los detalles técnicos y características de un instrumento de medida. Estas especificaciones proporcionan información precisa sobre cómo se comporta y opera el instrumento, lo que permite a los usuarios comprender su desempeño y determinar si cumple con los requisitos necesarios para su aplicación específica.

Las especificaciones en la instrumentación de medida son importantes por varias razones:

• Desempeño del instrumento: Las especificaciones proporcionan información sobre el rendimiento del instrumento, como la precisión, la resolución, la sensibilidad, la linealidad y la estabilidad. Estos parámetros son fundamentales para evaluar la capacidad del instrumento para medir con precisión y confiabilidad la magnitud que se desea medir.

• Rango de medición: Las especificaciones indican el rango de valores dentro del cual el instrumento puede realizar mediciones precisas. Esto es crucial para determinar si el instrumento es adecuado para las mediciones que se necesitan realizar.

• Condiciones ambientales: Las especificaciones también pueden incluir información sobre las condiciones ambientales en las que el instrumento puede funcionar correctamente. Esto puede incluir rangos de temperatura, humedad, presión, etc. Estas especificaciones son importantes para garantizar el correcto funcionamiento y durabilidad del instrumento en diferentes entornos.

• Conectividad y características adicionales: Las especificaciones pueden describir las interfaces de comunicación y las características adicionales del instrumento, como la capacidad de almacenamiento de datos, la capacidad de conexión a redes, la compatibilidad con otros dispositivos, etc. Estas especificaciones son relevantes para determinar la integración del instrumento en un sistema de medición más amplio.

¿Que función tienen las especificaciones técnicas?

Las especificaciones técnicas contienen toda la información necesaria del equipo que se va a emplear sobre su estado y si es recomendable o no para la aplicación que se requiere. Éstas especificaciones son importantes en el proceso de medición.

¿Que información debe contener la especificación técnica?

Debe contener la información necesaria que le permita al usuario determinar las condiciones de uso de dicho instrumento, sus limítes de operación e instrucciones de uso.

1. Error en la medida

En el campo de la metrología, se parte del supuesto de que toda magnitud a medir posee un valor verdadero, el cual sería obtenido mediante un instrumento de medida perfecto. No obstante, también se reconoce que dicho instrumento ideal no existe, lo que implica que el valor verdadero de una medida no puede ser conocido en su totalidad (aunque podemos acercarnos a él en la medida en que la tecnología y nuestros métodos de medida lo permitan). Para superar esta limitación, se recurre al concepto de valor convencionalmente verdadero, es decir, aquel valor de la medida que, en términos prácticos, se considera lo suficientemente cercano al valor verdadero.

2. Exactitud y precisión

Una manera de mejorar la información proporcionada por un instrumento de medida es realizar múltiples mediciones bajo las mismas condiciones. Si el equipo de medida cuenta con una resolución adecuada, es posible que las diferentes repeticiones de la medida arrojen resultados distintos. La distribución típica de estas mediciones sigue un patrón normal o gaussiano como se ve en la figura 1. 

Figura 1.

Esta distribución indica que el resultado más probable de la medida es el valor central (media de todas las repeticiones), aunque existe cierta dispersión alrededor de este valor medio. Cuanto mayor sea esta dispersión, mayor será la probabilidad de obtener un error significativo en una única realización de la medida. En resumen, el rendimiento de un equipo de medida se define en términos de su exactitud y precisión. Un instrumento de medida será más preciso cuanto menor sea la dispersión de las mediciones, y será más exacto cuanto más se acerque el valor medio de las n mediciones al valor convencionalmente verdadero.

Los instrumentos de medida se diseñan para que sean precisos, y se reajustan periódicamente para que además sean exactos. Cuanto más exacto sea un instrumento preciso, más próximo estará el resultado de cada medida individual al valor convencionalmente verdadero

3. Tolerancia

La capacidad de medición de un equipo está determinada por su precisión y exactitud. Sin embargo, no todos los equipos del mismo modelo tienen la misma precisión y exactitud. Además, estas características no se mantienen constantes a lo largo del tiempo, ya que es común que los equipos vayan perdiendo gradualmente su rendimiento (lo que se conoce como deriva de especificaciones en el tiempo). Por esta razón, se utiliza la tolerancia como una especificación límite global para todos los instrumentos del mismo modelo. La tolerancia representa el error máximo de medida que se puede esperar dentro de un conjunto de instrumentos del mismo modelo durante un período de tiempo específico (generalmente un año). Por ejemplo, una tolerancia del 2% en la medida de 1 A para un modelo de amperímetro significa que cualquier amperímetro de ese modelo, al cual se le aplique una corriente nominal de 1 A y que no haya sido reajustado durante un año, deberá mostrar una lectura entre 0,98 A y 1,02 A. La figura 2 muestra la variación en el tiempo de dos de estos amperímetros que son reajustados anualmente.

Figura 2.

4. Incertidumbre de una medida

De acuerdo con el Vocabulario Internacional de Metrología (VIM), la incertidumbre de una medida es una estimación que describe el rango de valores en el cual se encuentra el valor verdadero de una magnitud de medida (VIM 3.9, 1984).

Dado que los instrumentos de medida no son perfectos, siempre existe incertidumbre en cuanto a la exactitud de las medidas que proporcionan. Por ejemplo, cuando una balanza indica que el peso de una persona es de 75 kg, no podemos estar completamente seguros de que ese sea su peso real. Dependiendo de la precisión y exactitud de la balanza, podemos estimar que el peso real se encuentra en una proximidad más o menos cercana a los 75 kg. Es por eso que los expertos en metrología recomiendan expresar una medida no solo con un único valor, sino con un intervalo de valores que con alta probabilidad contiene el valor verdadero de la magnitud. Siguiendo el ejemplo anterior, es probable que el peso real de la persona se encuentre dentro del intervalo de [73 - 77] kg. La notación recomendada para presentar este intervalo es (75 ± 2) kg, donde el valor central del intervalo es C y la incertidumbre de la medida se representa por i.

Figura 3.

5. Calibración de la instrumentación de medida T.U.R

La calibración de un instrumento de medida implica comparar sus mediciones con las de otro instrumento de referencia o patrón, para determinar la precisión de las indicaciones del instrumento en calibración en relación con el de referencia. Para que la calibración sea efectiva, es necesario que la incertidumbre del patrón sea menor que la incertidumbre del instrumento que se pretende calibrar.

Supongamos que queremos calibrar una báscula que tiene una incertidumbre especificada de ±100 g, utilizando una pesa patrón de 1 kg que también tiene una incertidumbre de ±100 g. En este caso, puede ocurrir que a pesar de que la báscula esté dentro de las especificaciones, su lectura muestre un valor de 800 g en lugar del valor esperado de 1 kg. Esta desviación de 200 g con respecto a la lectura esperada nos llevaría a rechazar la báscula por defectuosa (ver figura 4). 

Figura 4.

La relación entre la incertidumbre del equipo a calibrar y la incertidumbre del patrón, calculadas ambas para el mismo nivel de confianza, se denomina T.U.R. (Test Uncertainty Ratio).

Para asegurar una calibración precisa, es recomendable que el valor del T.U.R. sea de al menos 4, aunque este número puede variar según los requisitos de confiabilidad necesarios. De hecho, estadísticamente se ha demostrado que con un T.U.R. de 4, la probabilidad de aceptar como válido un equipo que en realidad está fuera de las especificaciones es tan solo del 0,15%. La relación T.U.R. ofrece un criterio inicial sólido al seleccionar el instrumento apropiado para una medida.

En resumen, las especificaciones en la instrumentación de medida son detalles técnicos que describen el rendimiento, el rango de medición, las condiciones ambientales y otras características importantes de un instrumento. Estas especificaciones ayudan a los usuarios a seleccionar el instrumento adecuado para sus necesidades y garantizar mediciones precisas y confiables.

Referencias

[1] https://todosensores.es/articulos/Especs.pdf