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septiembre 27, 2016

Calibración de Instrumentos de Medición

La calibración es el proceso de comparar los valores obtenidos por un instrumento de medición con la medida correspondiente de un patrón de referencia (o estándar). Según la Oficina Internacional de Pesas y Medidas, la calibración es "una operación que, bajo condiciones específicas, establece en una primera etapa una relación entre los valores y las incertidumbres de medida provistas por estándares e indicaciones correspondientes con las incertidumbres de medida asociadas y, en un segundo paso, usa esta información para establecer una relación para obtener un resultado de la medida a partir de una indicación".

¿Bajo qué condiciones se consideran bien calibrados los instrumentos de medición industrial? 

Se considera un instrumento bien calibrado cuando en todos los puntos de su campo de medida, la diferencia entre el valor real de la variable (temperatura, presión, señal eléctrica, caudal, nivel, posición, conductividad) y el valor indicado, registrado o transmitido, esté comprendido entre los límites determinados por la precisión del instrumento. Para el caso de un instrumento ideal (sin error) la relación entre el valor real y el valor medido o registrado es lineal. 

Ilustración 1. Instrumentos de medición

¿Cuáles son los errores que se producen en condiciones de funcionamiento estáticos con respecto a una relación lineal en instrumentos convencionales neumáticos y electrónicos? 

En instrumentos de medición neumáticos y electrónicos, suelen producirse tres tipos de errores (error cero, error de multiplicación y error de angularidad), estos errores pueden presentarse de forma aislada o combinada en la medición del instrumento.
  • Error de cero: en este tipo de error la lectura de la medición esta desplazada en un mismo valor con relación a la recta representativa del instrumento, este desplazamiento puede darse hacia el extremo positivo o negativo. El punto de partida de la recta cambia sin que varié la inclinación o forma de la curva. (Ver Ilustración 2a)
  • Error de multiplicación: en este tipo de error la lectura de la medición aumenta o disminuye progresivamente con relación a la recta representativa, el punto base no cambia y la desviación progresiva puede ser negativa o positiva. (Ver Ilustración 2b)
  • Error de angularidad: en este tipo de error coinciden los puntos del 0% y 100%, más sin embargo, la recta presenta desviación entre los extremos mostrando el punto más alto en la zona media de la escala representativa. Al igual que los errores anteriores el error de angularidad puede ser negativo o positivo. (Ver Ilustración 2c)

Ilustración 2. Gráficas representativas de los diferentes errores. a) Error de cero b) Error de multiplicación c) Error de angularidad

Corrección de errores en instrumentos de medición neumáticos electrónicos

En algunos casos corregir estos errores suele ser sencillo como se explicara a continuación:
  • Para el caso de error cero se corrige con el llamado tornillo de cero, que modifica directamente la posición del índice o de la pluma de registro cambiando la curva variable-lectura paralelamente a sí misma, o bien sacando el índice y fijándolo al eje de lectura en otra posición. (Un ejemplo que nos puede dar una idea de la corrección de este tipo de error, para el caso en el que no contemos con un instrumento  de medición industrial o no conocerlo, es el del Peso que solemos usar para registrar la cantidad de masa que pesamos, este instrumento al cabo de un tiempo de uso tiende a des-calibrarse y su pluma se desplaza a cierta distancia a la izquierda o derecha de la línea de marcaje dando esto un resultado en la lectura erróneo, para realizar este tipo de corrección se gira el tornillo de ajuste que se suele encontrar en algunos de los laterales del peso, en sentido izquierdo o derecho hasta devolver el marcaje a su posición de cero para iniciar una nueva medición).
  • Para el error de multiplicación, se corrige actuando sobre el tornillo de multiplicación, este modifica directamente la relación de amplitud de movimientos de la variable al índice o pluma, es decir, que aumenta o disminuye progresivamente las lecturas sobre la escala. 
  • El error de angularidad puede eliminarse procediendo al encuadrado previo de las palancas para el valor de 50% de la variable, o bien actuando sobre el tornillo de angularidad para aumentar el valor del error en la dirección del mismo. En la práctica se suele considerar que este aumento es de unas cinco veces el error encontrado. Este tornillo de angularidad consiste en realidad en alargar o acortar la longitud de la varilla de unión entre el brazo de la variable y el del índice o pluma.
Conociendo el procedimiento individual de calibración de cada error en los instrumentos de medición, podemos entonces indicar el procedimiento general, para aquellos casos donde estos errores se presentan de manera combinada:
  1. Situar la variable en el valor mínimo del campo de medida, y en este valor ajustar el tornillo de cero del instrumento hasta que el índice señale el punto de base.
  2. Colocar la variable en el valor máximo del campo de medida, y en este valor ajustar el tornillo de multiplicación hasta que el índice señale el punto de base. 
  3. Repetir los puntos anteriores 1 y 2 sucesivamente, hasta que las lecturas sean correctas en los valores mínimos y máximos. 
  4. Colocar la variable en el 50% del intervalo de la medida, y en este punto ajustar el tornillo de angularidad hasta mover el índice cinco veces el valor del error en la dirección del mismo (la curva real se aplana). 
  5. Reajustar sucesivamente el tornillo de cero y el de multiplicación, hasta conseguir la exactitud requerida, si fuera necesario, efectuar una nueva corrección de angularidad.
Ilustración 3. Curvas Método de Calibración General
Nota: Este procedimiento es general, con la salvedad de sustituir la palabra <<índice>>, en los casos de instrumentos registradores y transmisores neumáticos (señal de salida, 3-15 psi) o electrónicos (4-20mA c.c).

Los errores mostrados hasta el momento y sus respectivas correcciones están referidas a los instrumentos convencionales de medición neumáticos y electrónicos. 
Ahora bien, en la actualidad también existen instrumentos de medición digitales, estos necesitan de otros tipos de mecanismos más inteligentes (caso de los transmisores) para su calibración, dado que están basados en  micro-controladores que están incorporados al instrumento. Los errores más comunes que se pueden presentar con el uso de estos tipos de instrumentos son de lectura por parte del observador y estos son: error de paralaje y error de interpolación. El primero se produce cuando el observador efectúa la lectura de modo que su línea de observación al índice no es perpendicular a la escala del instrumento. En el segundo caso, el observador tiende a redondear la lectura en exceso o por defecto, cuando el índice no coincide exactamente con la graduación de la escala produciendo un error de interpolación.
Nota: En instrumentos con salida digital estos errores no se presentan.

La calibración de estos instrumentos requiere disponer de aparatos patrones y dispositivos de comprobación colocados usualmente en el taller de instrumentos. 
También existen normas referidas a los procesos y equipos de medición, tal como la Norma ISO 10012-2003Sistema de Gestión de las Mediciones – Requisitos para los Procesos  y Equipos de Medición”. En esta norma están los procedimientos generales para la calibración de los diferentes equipos e instrumentos de medición. (Se resalta el hecho de que esta norma no fue elaborada para sustituir normas establecidas con anterioridad).

Entre los aparatos electrónicos de comprobación encontramos: Medidor Geiger, ordenador personal, osciloscopio, estabilizador de tensión, polímetro general, voltímetro digital de c.c, generador de funciones, estroboscopio, tacómetros

Calibración de instrumentos en áreas externas o laboratorios  

Para el caso donde los instrumentos son llevados a talleres externos para su revisión y/o calibración se debe estar atentos a que estos garanticen la calidad en la calibración de los mismos, para esto existe la Norma ISO 17025 referida a “Requisitos para la competencia de los laboratorios de ensayo y de calibración”. Esta norma contiene los requisitos que se deben cumplir en los laboratorios de ensayo y calibración si desean demostrar que poseen un sistema de gestión de calidad, son técnicamente competentes y son capaces de generar resultados técnicamente validos (esto también incluye el muestreo). 

Fuentes:
Instrumentación Industrial. 6ta Edición. Antonio Creus Solé. Editorial AlfaOmega – Marcombo.
Norma ISO 10012. Sistemas de gestión de las mediciones. Requisitos para los procesos de medición y los equipos de medición. - Enlace: https://goo.gl/fBo8Zi
Norma ISO 17025. Requisitos generales para la competencia de los laboratorios de ensayo y de calibración – Enlace: https://goo.gl/0I6p3j
Calibración. Wikipedia.org – Enlace: https://goo.gl/d7vhnY

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