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1.4 Instrumentos de medición y errores

1.4.1 CLASIFICACIÓN DE INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN

Los instrumentos de medición y de control son relativamente complejos y su función puede comprenderse bien si están incluidos dentro de una clasificación adecuada. Como es lógico, pueden existir varias formas para clasificar los instrumentos, cada una de ellas con sus propias ventajas y limitaciones. Se considerarán dos clasificaciones básicas: la primera relacionada con la función del instrumento y la segunda con la variable del proceso.

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- En función del instrumento

 De acuerdo con la función del instrumento, obtenemos las formas siguientes:

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Instrumentos ciegos: son aquellos que no tienen indicación visible de la variable. Hay que hacer notar que son ciegos los instrumentos de alarma, tales como presostatos y termostatos (interruptores de presión y temperatura respectivamente) que poseen una escala exterior con un índice de selección de la variable, ya que sólo ajustan el punto de disparo del interruptor o conmutador al cruzar la variable el valor seleccionado. Son también instrumentos ciegos los transmisores de caudal, presión, nivel y temperatura sin indicación.

Instrumentos indicadores: disponen de un índice y de una escala graduada en la que puede leerse el valor de la variable. Según la amplitud de la escala se dividen en indicadores concéntricos y excéntricos. Existen también indicadores digitales que muestran la variable en forma numérica con dígitos.

Instrumentos registradores: registran con trazo continuo o a puntos la variable, y pueden ser circulares o de gráfico rectangular o alargado según sea la forma del gráfico.
Los registradores de gráfico circular suelen tener el gráfico de 1 revolución en 24 horas mientras que en los de gráfico rectangular la velocidad normal del gráfico es de unos 20 mm/hora.

A señalar que los registradores sin papel (paperless recorders) tienen un coste de operación reducido, una mejor exactitud y pueden incorporar funciones de captura de datos, lo que los hace ideales para procesos discontinuos (batch process). Se pueden conectar a una red LAN, lo que permite un fácil acceso de los datos a los varios departamentos de la empresa.

Sensores: captan el valor de la variable de proceso y envían una señal de salida predeterminada. El sensor puede formar parte de otro instrumento (por ejemplo, un transmisor) o bien puede estar separado. También se denomina detector o elemento primario  por estar en contacto con la variable, con lo que utiliza o absorbe energía del medio controlado para dar, al sistema de medición, una indicación en respuesta a la variación de la variable. El efecto producido por el elemento primario puede ser un cambio de presión, fuerza, posición, medida eléctrica, etc.

Transmisores: captan la variable de proceso a través del elemento primario y la transmiten a distancia en forma de señal neumática de margen 3 a 15 psi (libras por pulgada cuadrada) o electrónica de 4 a 20 mA de corriente continua o digital. La señal neumática de 3 a 15 psi equivale a 0,206-1,033 bar por lo cual, también se emplea la señal en unidades métricas 0,2 a 1 bar. Asimismo, se emplean señales electrónicas de 1 a 5 mA c.c., de 10 a 50 mA c.c. y de 0 a 20 mA c.c., si bien la señal normalizada es de 4-20 mA c.c. La señal digital es la más ampliamente utilizada y es apta directamente para las comunicaciones, ya que utiliza protocolos estándar.

- En función de la variable de proceso

Expresados en función de la variable del proceso, los instrumentos se dividen en instrumentos de caudal, nivel, presión, temperatura, densidad y peso específico, humedad y punto de rocío, viscosidad, posición, velocidad, pH, conductividad, frecuencia, fuerza, turbidez, etc.

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Esta clasificación corresponde específicamente al tipo de las señales medidas siendo independiente del sistema empleado en la conversión de la señal de proceso. De este modo, un transmisor electrónico o digital de temperatura del tipo de bulbo y capilar es un instrumento de temperatura a pesar de que la medida se efectúa convirtiendo las variaciones de presión del fluido que llena el bulbo y el capilar; el aparato receptor de la señal electrónica o digital del transmisor anterior es un instrumento de temperatura, si bien, al ser receptor electrónico o digital lo podríamos considerar instrumento de presión, caudal, nivel o cualquier otra variable, según fuera la señal medida por el transmisor correspondiente; un registrador potenciométrico puede ser un instrumento de temperatura, de conductividad o de velocidad, según sean las señales medidas por los elementos primarios de termopar, electrodos o dínamo.

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Asimismo, esta clasificación es independiente del número y tipo de transductores existentes entre el elemento primario y el instrumento final. En la designación del instrumento se utilizan, en el lenguaje común, las dos clasificaciones expuestas anteriormente. Y de este modo, se consideran instrumentos tales como transmisores ciegos de presión, controladores registradores de temperatura, receptores indicadores de nivel, receptores controladores registradores de caudal, etc.

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1.4.2. ERROR DE PARALAJE

Cuando una escala y su línea índice no se encuentran en el mismo plano, es posible cometer un error de lectura debido al paralaje, como es mostrado abajo. Las direcciones de visión (a) y (c) producirán este error, mientras que la lectura correcta es la vista desde la dirección (b).

Este error ocurre debido a  posición incorrecta del operador con respecto a  escala graduada del instrumento de medición,  cual está en un plano diferente, es más común de lo que se cree. El error de paraje es más común de lo que se cree, en una muestra de 50 personas que usan calibradores con vernier  dispersión fue de 0.04 milímetros. Este defecto se corrige mirando perpendicularmente el plano de medición a partir del punto de lectura.

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Se origina en la falta de perpendicularidad entre el rayo visual del observador y la escala respectiva. Esta incertidumbre se puede reducir con la colocación de un espejo en la parte posterior del índice. Así la perpendicularidad del rayo visual se logrará cuando el observador no vea la imagen del mismo en el espejo.

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1.4.3  ERROR DE ESCALA

Errores de escala (exactitud) todo instrumento de medida tiene un límite de sensibilidad. El error de escala corresponde al mínimo valor que puede discriminar el instrumento de medida.

Se acepta comúnmente como error de escala el valor de la división más pequeña del aparato de medida (a veces se toma como error la mitad u otra fracción de la citada división). Por ejemplo 1 mm en una cinta métrica: que expresamos como escala  (a)= ±1 mm; o una unidad del último orden en una escala digital.

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1.4.4 ERROR DE PROCESO

 Los errores del tipo humano pueden ser:

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  • Falta de conocimiento: Se debe a una inexperiencia de parte del operador. Por lo general cuando éste, no sabe los pasos para llevar a cabo la medición o no conoce el funcionamiento del aparato. 

  • Estado de ánimo: muchas veces el estrés, dolores de cabeza, enfado y otros factores de condición humana, hacen que el operador entre en un estado que impide una concentración absoluta a la hora de llevar a cabo la medición. 

  • Discapacidades físicas: este problema, más que nada, es una discapacidad, tal como lo dice. Y es por ello que el operador no es apto o no puede realizar la medición.


Error de paralaje: cuando el operador no se encuentra en un plano paralelo al del aparato de medición como para poder observar bien, se produce este error, que más bien es una confusión. 

Errores de medio ambiente: ruido, vibración, iluminación, presión atmosférica, dilatación térmica.

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  • Ruido: muchas veces el ruido causa confusión, ya que evita que el operador se concentre en su medición.

  • Vibración. Al estar sometido a una vibración, la medida es menos exacta ya que el aparato se mueve y, ni siquiera fijando el seguro, es posible hacer una lectura acertada.

  • Iluminación. Cuando tenemos iluminación de más, muchos objetos suelen destellar o reflejar esta luz y eso representa una dificultad al momento de medir; por otro lado, cuando se carece de luz adecuada, el problema es el mismo, pero las condiciones son de menos visibilidad.

  • Presión atmosférica. Cuando un aparato de medición que tiene componentes como líquidos.

 

1.4.5 ERRORES DE CALIBRACIÓN

El error de calibraciónse debe al método de medición que se ocupado puede o no ser muy exacto, se debe tomar un instrumento de medición con mayor precisión para evitar este tipo de errores.

Al hacer mediciones, las medidas que se obtienen nunca son exactamente iguales, aun cuando se efectué  por la misma persona, sobre  misma pieza, con el mismo instrumento, el mismo método y el mismo ambiente, en sentido estricto, es imposible hacer una medición totalmente exacta por lo tanto siempre se presentan errores al hacer las mediciones. Los errores pueden ser despreciables o significativos dependiendo de las circunstancias en que se dé la medición.

 La precisión y la exactitud no son términos intercambiables entre sí y los métodos estadísticos dan específicamente una medida de la precisión y no de la exactitud.

Error por el uso de instrumentos no calibrados: Los instrumentos no calibrados o cuya fecha de calibración esta vencida, así como instrumentos sospechosos de presentar alguna anormalidad en su funcionamiento no deben utilizar para realizar mediciones hasta que no sean calibrados y autorizados para su uso. Para efectuar mediciones de gran exactitud es necesario corregir s lecturas obtenidas con un instrumento o equipo de medición, en función del error instrumental determinado mediante calibración.

Análisis del Sistema de Medición (MSA)

Más información en Hightights…

INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL

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