Cómo determinar la precisión de un sensor de presión

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 MEDIDA DE PRESIÓN
Automática e Instrumentación
Julio 2010 / n.º 420
Una guía de orientación en la jungla de los datos de precisión
Cómo determinar la precisión
de un sensor de presión
Cuanto más precisa debe ser una medición, más
cara es la instrumentación utilizada. Por otro
lado, la falta de precisión puede resultar aún
más cara, en particular si afecta a la calidad
del producto. Por lo tanto, la precisión debe
jugar un papel importante en la selección de un
sensor. Sin embargo, sólo la persona capaz de
orientarse en la jungla de los datos de precisión
puede tomar la decisión correcta.
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E
l término precisión únicamente existe en el habla
de los usuarios. Desgraciadamente, no existe una definición
general de la palabra precisión porque
no existe una sola precisión. En la
documentación técnica de las empresas puede encontrarse una gran
variedad de datos que describen la
precisión de un aparato. Los factores
relevantes para la precisión de los
sensores de presión están definidos de
forma general y son válidos para todas
las normas. Sin embargo, apenas es
posible comparar los datos de diferentes fabricantes, ya que el fabricante
decide qué datos de precisión quiere
indicar en la hoja técnica. Incluso si
dos fabricantes utilizan los mismos
términos, no puede garantizarse que
éstos signifiquen lo mismo, porque
frecuentemente se omite información
complementaria. Dos aparatos que
parecen tener la misma precisión a
primera vista pueden diferir completamente si son examinados más
profundamente. Y también puede
ocurrir el caso contrario.
Alinealidad
Para muchos usuarios, la alinealidad
es la indicación más significativa y
por eso es mencionada a menudo. No
obstante, muchas veces la alinealidad
es llamada linealidad. La alinealidad
describe el grado de curvatura de
una curva característica o su grado de desviación de la linealidad.
Describe la desviación máxima de
la curva característica de una recta
de referencia.
Principalmente existen tres métodos para determinar esta recta de
referencia: el ajuste del valor límite,
el ajuste del valor mínimo (BFSL,
Best Fit Straight Line = línea recta
de adaptación óptima]) y el ajuste del
origen, siendo este último método el
menos frecuente.
En caso de alinealidad según ajuste
del punto límite, la recta de referencia pasa por el comienzo y final
de la curva característica. Con el
método BFSL, la recta de referencia
es la recta cuya máxima desviación
positiva y negativa es idéntica. La
alinealidad según ajuste del punto
límite produce el mayor error en
comparación al ajuste del valor mí-
■ Comparación.
nimo, pero es la más comprobable
para el usuario. La alinealidad según
ajuste del valor mínimo, sin embargo,
es la más significativa en muchos
casos. Describe el potencial de la
curva característica.
La diferencia actual entre la alinealidad según punto límite y según
método BFSL depende de la forma
típica de la curva característica de
un sensor de presión. La alinealidad
según punto límite puede alcanzar
hasta el doble.
Desgraciadamente, no puede constatarse en muchas hojas técnicas
según qué método se ha determinado
la alinealidad. Por eso, los datos muchas veces no pueden compararse
sin contactar al fabricante.
Valores típicos
Ningún aparato es idéntico al otro.
Lo mismo es válido para la precisión
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El error de medición es la mayor
desviación entre la curva característica actual y la recta ideal. La histéresis es definida como desviación
máxima de las curvas características
en ascenso y descenso. La no-reproducibilidad es la desviación mayor
obtenida en tres mediciones bajo
condiciones idénticas.
Rara vez el fabricante especifica el
error de medición, ya que siempre
es mayor que la alinealidad. Generalmente se indica la alinealidad y
adicionalmente se especifica el error
de medición al comienzo y final de la
gama de medición. Los dos últimos
son llamados desviación residual y
error de margen, siendo el margen la
diferencia entre valor inicial y final
del rango de medición.
■ Alinealidad.
■ Valores típicos.
de sensores de presión. En efecto,
la alinealidad de muchos aparatos
será menor que el valor máximo
especificado en la hoja técnica. Únicamente así puede garantizarse que
la desviación debida a tolerancias y
dispersiones no sobrepase un valor
máximo determinado. Esta precisión
(mejor) es denominada valor típico.
Por eso, las precisiones de muchos
modelos están marcados con “típ.”
No obstante, ningún fabricante
indica claramente cuántos aparatos cumplen esta precisión típica.
Generalmente, la precisión típica
corresponde al valor 1-sigma de la
distribución normal de Gauss. Es
decir, el 68,27% de los aparatos
cumplen el valor típico.
Para el usuario, la especificación
de una precisión típica significa
que el fabricante no garantiza que
el 100% de los aparatos suministrados cumplan la precisión indicada.
Dependiendo de la dispersión de los
valores medidos, el valor máximo
puede ser el doble o triple de grande
que el valor típico. Pero los valores
típicos no existen únicamente con referencia a alinealidades, sino también
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con muchas otras especificaciones
de la precisión.
Error de medición
El valor más fiable será el error de
medición. Puede determinarse fácil
y directamente de la curva característica y considera todos los errores
relevantes a temperatura ambiente,
tales como alinealidad, histéresis, noreproducibilidad y error de medición
en el comienzo y final del rango de
medición. Si el usuario opera su
aparato a temperatura ambiente, el
error de medición es el error actual
de la medición de presión.
■ Error de medición e histéresis.
Error de temperatura
No importa si se indica la alinealidad o el error de medición: ambos
describen un sensor de presión a
temperatura ambiente. Sin embargo, si la temperatura de trabajo es
superior o inferior, hay que añadir
un error de temperatura.
El error de temperatura aparece a
menudo como coeficiente de temperatura, relativo a un intervalo de
10 K. En este caso, la desviación
residual y el error de margen están
indicados por separado. Un aparato
con una precisión suficiente a temperatura ambiente puede tener el
doble de error, ya con una desviación
de 10 K.
El hecho de que hay que sumar
los coeficientes de temperatura de
punto cero y de margen para poder
calcular el error del valor final es
desconocido por la mayoría.
Y hay que tener en cuenta que
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■ Error de temperatura.
los errores de temperatura también
pueden ser el resultado de desviaciones de la temperatura del medio
o del ambiente.
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Estabilidad
Las indicaciones relativas a la precisión en las hojas técnicas normalmente describen el estado del aparato
al final del proceso de producción.
No obstante, el aparato puede estar
sometido a condiciones que puedan
afectar su precisión a largo plazo ya
en el momento en el que sale de la
fábrica o del almacén del fabricante
o durante el transporte.
La precisión de un aparato, aun
siendo éste muy preciso o de alta
calidad, cambia a lo largo de su vida
útil. Este cambio se llama variación
o estabilidad a largo plazo. La magnitud de esta variación depende de
manera decisiva de las condiciones
de uso, por ejemplo las presiones, las
temperaturas u otras influencias a
las que está sometido el aparato. En
muchos casos, la estabilidad tiene
una mayor influencia sobre el error
total que la alinealidad por ejemplo.
Unos valores el doble o triple de alto
son usuales.
Los datos de estabilidad en hojas
técnicas apenas pueden compararse.
Las normas diferentes describen
pruebas muy diferentes para determinar la estabilidad. En adición,
ninguna prueba es una copia real de
las condiciones de uso actuales. Y no
lo puede ser ya que las condiciones
difieren mucho de aplicación a aplicación. Las indicaciones con respecto
a la estabilidad, por consecuencia,
son únicamente válidas para el uso
bajo condiciones de laboratorio o de
referencia.
Incluso si un aparato es utilizado bajo condiciones de referencia
apenas es posible obtener datos
comparables, ya que no es posible
contraer el tiempo. Todos los intentos de simular un efecto de cámara
rápida mediante choques térmicos
u otros métodos siguen siendo sólo
intentos.
Utilización en la práctica
La histéresis y la no-reproducibilidad
son los únicos errores que hay que
aceptar. El resto de errores pueden
ser minimizados o eliminados con
cierto esfuerzo. Lo más fácil y claro es
el ejemplo de la desviación residual.
Sin mucho trabajo, el usuario puede
consultar la desviación residual en
estado sin presión e introducirla
como desplazamiento en su unidad
de evaluación.
Para eliminar el error de margen
hay que regular la presión al final
del rango de medición exactamente.
Frecuentemente no es posible, ya que
no hay ningún valor de referencia
de la presión. Para que el sensor de
presión no mida peor al final que
antes, la presión de referencia debe
ser tres veces más exacta que la
precisión deseada.
La alinealidad puede ser minimizada únicamente con cierto esfuerzo
por parte del usuario, por ejemplo,
eliminando los errores en el sistema
electrónico conectado basado en
puntos de referencia. También en
este caso hace falta un valor estándar
altamente preciso.
En algunas aplicaciones, sin embargo, todos estos errores son completamente irrelevantes; lo único
importante es la no-reproducibilidad.
Si, por ejemplo, la tarea consiste en
reglar varias veces la misma presión,
el error puede ser compensado fácilmente si se conoce; lo que queda es
la no-reproducibilidad y la estabilidad
a largo plazo.
La estimación del error de temperatura es relativamente fácil a
temperaturas de trabajo constantes,
pero si su aplicación cubre una gama
de temperatura más amplia, será más
difícil. Desgraciadamente, muchos
usuarios siguen pensando que los
sensores de presión no tienen ningún error de temperatura adicional
dentro de la gama de temperaturas
nominales. Pero la gama de temperaturas nominales es sólo la gama en
la cual son válidos los coeficientes
de temperatura.
Los fabricantes suelen recomendar
la calibración de los sensores de presión, es decir, comprobar si todavía
se cumplen sus especificaciones, una
vez al año. No se trata de reajustar el
aparato sino más bien de analizar la
modificación, es decir, la variación
del aparato. Si ésta es mayor que el
valor especificado por el fabricante,
puede ser un indicio de un defecto
del aparato. Cuanto más alta sea la
inestabilidad, más probable es un
defecto del sensor. En este caso ya no
puede garantizarse la seguridad en el
proceso si se continua utilizando el
aparato. Para esta comprobación no
hace falta mucho esfuerzo. Muchas
veces sólo es necesario controlar una
posible variación del punto cero en
estado sin presión. Si no es posible
examinar el aparato instalado o
desmontarlo para la comprobación,
deberá darse importancia a una
estabilidad muy buena y tenerla en
cuenta al definir las necesidades con
respecto a la precisión.
Desgraciadamente, éstas no son
todas las fuentes de error. Las vibraciones o interferencias electromagnéticas, la posición del sensor
en la instalación, la energía auxiliar
e incluso el peso de la unidad de
evaluación pueden afectar a la precisión de un sensor de presión de
forma negativa, y es por ello que se
recomienda la consulta individual de
un especialista en muchos casos.
Chassan Jalloul
www.wika.es