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Instrumentos de medición

Un instrumento de medición es un aparato que se usa para comparar magnitudes físicas mediante un proceso de medición. Como unidades de medida se utilizan objetos y sucesos previamente establecidos como estándares o patrones, y de la medición resulta un número que es la relación entre el objeto de estudio y la unidad de referencia. 

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Existen dos clasificaciones de los instrumentos de medición: De acuerdo a la función del instrumento y de acuerdo a la variable de proceso.

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En función del instrumento:

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Instrumentos ciegos: No tienen indicación visible de la variable, son todos aquellos que generalmente son de manipulación como interruptores, termostatos, válvulas, transmisores, etc. que solo cumplen con su trabajo sin la necesidad de expresar los cambios graduales de la señal.

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Instrumentos indicadores: Disponen de un índice y una escala graduada en la que puede leerse el valor de la variable. Poseen una escala para expresar la equivalencia de los datos al operario, pueden ser manómetros, tensiómetros, entre otros. Pueden ser concéntricos, excéntricos y digitales.

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Instrumentos registradores: Registran con trazo continuo o a puntos la variable y pueden ser circulares o de gráfica rectangular o alargado. Son aquellos que muestran el comportamiento de la variable a través del tiempo. 

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En función de la variable: (Esta medición corresponde al tipo de señal de medidas)

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Sin embargo, puede haber una combinación de ambas, por ejemplo, transmisores ciegos de presión, controladores registradores de temperatura, etc.

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Errores de medición

Cualquier medición de una magnitud difiere respecto al valor real, produciéndose una serie de errores que se pueden clasificar en función de las distintas fuentes donde se producen. El error experimental siempre va a existir y depende básicamente del procedimiento elegido y la tecnología disponible para realizar la medición.

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Pueden ser de diferentes fuentes, como equivocaciones, errores accidentales y bias.

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Cuando se lleva a cabo la medición de una variable, el objetivo principal consiste en asignarle un valor numérico y la unidad de ingeniería adecuada.

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El valor verdadero nunca puede ser conocido, aunque puede ser fijado dentro de unos límites. 

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De aquí se produce el término "banda muerta", la cual es la zona del rango de medida en la que modificando la señal de entrada no se produce ningún movimiento en la señal de salida. (Báscula electrónica que no acepta valores más grandes que cierta cantidad, sensores que no son de contacto, etc.).

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Clasificación  de errores en cuanto a su origen:

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Atendiendo al origen donde se producen el error, puede hacerse una clasificación general de estos en errores causados por el instrumento de medición (errores humanos) y causados por el medio ambiente en que se hace la medición.

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Errores por el instrumento o equipo de medición: 

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Las causas de errores atribuibles al instrumento, pueden deberse a defectos de fabricación (dado que es imposible construir aparatos perfectos). Estos pueden ser deformaciones, falta de linealidad, imperfecciones mecánicas, falta de paralelismo.

El error instrumental tiene valores máximos permisibles, establecidos en normas o información técnica de fabricantes de instrumentos, y puede determinarse mediante calibración.

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Errores del operador o por el método de medición:

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Las causas del error aleatorio se deben al operador, falta de agudeza visual, descuido, cansancio, alteraciones emocionales. Para reducir este tipo de errores es necesario adiestrar al operador, otro tipo de error son debidos al método o procedimiento con que se efectúa  medición, el principal es  falta de un método definido y documentado.

 

Error por el uso de instrumentos no calibrados:

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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.

 

 Error por  fuerza ejercida al efectuar mediciones (flexión a lo largo de la superficie de referencia):

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La fuerza ejercida al efectuar mediciones puede provocar deformaciones en  pieza por medir, el instrumento o ambos, por lo tanto es un factor importante que debe considerarse para elegir adecuadamente el instrumento de medición para cualquier aplicación particular.

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Error por instrumento inadecuado:

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Antes realizar cualquier medición es necesario determinar cuál es el instrumento o equipo de medición más adecuado para  aplicación de que se trate, además de  fuerza de medición es necesario tener presente otros factores tales como:

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*cantidad de piezas por medir.

*tipo de medición (externa, interna, altura, profundidad.)

*tamaño de pieza y exactitud deseada.

 

Existe una gran variedad de instrumentos y equipos de medición, abarcando desde un simple calibrador vernier hasta  avanzada tecnología de s máquinas de medición por coordenadas de control numérico, comparadores ópticos micrómetros ser y rugosímetros, cuando se miden las dimensiones de una pieza de trabajo  exactitud de  medida depende del instrumento de medición elegido. Por ejemplo si se ha de medir el diámetro exterior de un producto de hierro fundido, un calibrador vernier sería suficiente; sin embargo, si se va a medir un perno patrón, aunque tenga el mismo diámetro del anterior, ni siquiera un micrómetro de exteriores tendría  exactitud suficiente para este tipo de aplicaciones, por lo tanto se debe usar un equipo de mayor exactitud.

 

Error por método de sujeción del instrumento:

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El método de sujeción del instrumento puede causar errores, un indicador de caratula está sujeto a una distancia muy grande del soporte y al hacer  medición  fuerza ejercida provoca una desviación del brazo.  La mayor parte del error se debe a  deflexión del brazo, no del soporte para minimizarlo se debe colocar siempre el eje de medición lo más posible al eje del soporte.

 

Error por posición:

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Este error lo provoca  coloración incorrecta de s caras de medición de los instrumentos, con respecto de s piezas por medir.

 

Error por desgaste:

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Los instrumentos de medición como son cualquier otro objetivo, son susceptibles de desgaste, natural o provocado por el mal uso. En caso concreto de los instrumentos de medición el desgaste puede provocar una serie de errores durante su utilización, deformaciones de sus partes, juego entre sus ensambles falta de paralelismo o plenitud entre sus caras de medición.

 

Error por condiciones ambientales:

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Entre las causas de errores se encuentran las condiciones ambientales en que se hace  medición; entre las principales destacan  temperatura,  humedad, el polvo y s vibraciones o interferencias (ruido) electromagnéticas extraña.

 

Humedad: debido a los óxidos que se pueden formar por humedad excesiva en s caras de medición del instrumento o en otras partes o a las expansiones por absorción de humedad en algunos materiales, establece como norma una humedad relativa.

 

Polvo: los errores debidos a polvo o mugre se observan con mayor frecuencia de lo esperado, algunas veces alcanzan el orden de 3 micrómetros. Para obtener medidas exactas se recomienda usar filtros para el aire que limiten  cantidad y el tamaño de s partículas de polvo ambiental.

 

Temperatura: en mayor o menor grado, todos los materiales que se componen tanto s piezas por medir como los instrumentos de medición, están sujetos a variaciones longitudinales debido a cambios de temperatura.

 

Error de paralaje:

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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).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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Error de Abbe:

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El principio de Abbe establece que la exactitud máxima es obtenida cuando los ejes de la escala y de medición son comunes. Esto es debido a que cualquier variación en el ángulo relativo (q) de la punta de medición de un instrumento, tal como la de un micrómetro tipo calibrador causa desplazamiento que no es medido sobre la escala del instrumento y esto es un error de Abbe (e=I-L en el diagrama). El error de rectitud del husillo o variación de la fuerza de medición pueden causar que q varié y el error se incrementa conforme lo hace R.

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Error por transmisión:

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En la transmisión del elemento sensible hasta el receptor se pueden producir errores tales como: atenuación de la señal, distorsión por fenómenos de retardo, pérdidas por fugas, etc.

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¿Qué es y qué se consigue con MSA?

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El Manual MSA desarrollado por la AIAG, trata con sistemas de medición, entendidos estos como el conjunto de instrumentos o gages, patrones, operaciones, métodos, dispositivos, software, personal, medio ambiente y supuestos usados para cuantificar una unidad de medida o preparar la evaluación de una característica o propiedad a ser medida. Es el proceso completo usado para obtener mediciones.

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  • Es un método para determinar qué tan bien están tus datos.

  • Es un método simple para ayudar en el mejoramiento de tu sistema de medida.

  • Un método simple para evaluar nuevos calibradores.

  • Un método simple para determinar qué elemento, si es que hay alguno, de su proceso de medida necesita mejorar antes de atacar el proceso real.

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¿Qué necesitamos evaluar?

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  • ¿Qué tipo de variables tenemos? (cuantitativa o cualitativa).

  • Si es cuantitativa, ¿Es discreta (valores enteros) o continua (valores fraccionarios)?

  • Cualitativa: La salida de esta variable es localizada en varias categorías. También llamada variable categórica. Ej. hombre/mujer, tipo de sangre, afiliación, política, etc.

  • Cuantitativa: La salida de esta variable son valores numéricos. Ej. Altura, peso, IQ, longitud, ancho, tiempo, etc.

Análisis del sistema de medición:

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El propósito de un análisis de medición es:

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  • Determinar la cantidad de variabilidad en la recolección de datos que es debida al sistema de medición.

  • Aislar las fuentes de variabilidad en el sistema de medición.

  • Evaluar si el sistema de medición es adecuado para usarlo en un proyecto más amplio o aplicación.

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Los componentes de un sistema de medición son:

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Precisión:

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  • Tendencia: Es la diferencia entre el valor promedio observado delas medidas y el valor correcto. El valor exacto es determinado por la precisión del instrumento  (típicamente calibración).

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Exactitud (Repetibilidad y reproducibilidad):

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  • Repetibilidad: Es la variabilidad del instrumento o prueba de medición cuando se utiliza con el mismo operador para medir la misma unidad.

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  • Reproducibilidad: Es la variabilidad que surge de diferentes operadores o periodos de tiempo.

Ejemplo 1: MSA (Análisis del sistema de medición)

March 15, 2017

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