Exactitud Y Precision

INTRODUCCIÒN.

Los instrumentos de medición hacen posible la observación de los fenómenos físicos y su cuantificación. Ahora bien, estos instrumentos no son sistemas ideales sino reales, y por lo tanto tienen una serie de limitaciones que debemos tomar en cuenta para poder juzgar si afectan de alguna manera las medidas que estamos realizando, y poder determinar así mismo la veracidad de las anteriores. 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. Los instrumentos de medición son el medio por el que se hace esta lógica conversión.

CARACTERISTICAS DE INSTRUMENTOS DE MEDICIÒN.

Los instrumentos de medición hacen posible la observación de los fenómenos eléctricos y su cuantificación. Ahora bien, estos instrumentos no son sistemas ideales sino reales, y por lo tanto tienen una serie de limitaciones que debemos tomar en cuenta para poder juzgar si afectan de alguna manera las medidas que estamos realizando, y poder determinar así mismo la veracidad de las anteriores. Las características que definen el comportamiento de los instrumentos son las siguientes:

-Exactitud y precisión

-Error

-Corrección

-Resolución

-Sensibilidad

-Gama y escala

-Banda de frecuencia

-Linealidad

-Eficiencia

-Respuesta estática y dinámica

-Error dinámico

-Tiempo de respuesta

-Tiempo nulo

-Sobre alcance .

EXACTITUD Y PRECISION.

En primer lugar vamos a analizar la diferencia entre los términos precisión y exactitud . En general estas dos palabras son sinónimos, pero en el campo de las mediciones indican dos conceptos completamente diferentes. Se dice que el valor de un parámetro es muy preciso cuando está muy bien definido. Por otra parte, se dice que dicho valor es muy exacto cuando se aproxima mucho al verdadero valor.

Veamos este ejemplo:

En el reloj de pulsera de la Fig. 1, solo están marcadas las posiciones de las 12, las 3, las 6 y las 9.

Fig. 1.- Reloj de pulsera

Como podemos observar, este reloj aunque funcione correctamente y por lo tanto indique en cada momento la hora exacta , no tiene precisión , ya que resulta difícil leer los minutos, e imposible determinar los segundos. Supongamos ahora que tenemos un reloj digital muy preciso , como el de la Fig. 2, que en un momento dado indica las 12 horas, 15 minutos, 30 segundos, 3 décimas, 4 centésimas.

Fig. 2.- Reloj Digital

Ahora bien, si en realidad son las doce y media, este reloj no nos sirve de nada, porque aunque es muy preciso no tiene ninguna exactitud. Una vez aclarados estos conceptos vamos a analizar otros tres que están relacionados con ellos.

2.2. ERROR.

La exactitud la medimos en función del error. El error se define como la diferencia entre el valor indicado y el verdadero, el cual está dado por un elemento patrón.

E=I-V

donde

E= Error

I= Valor indicado

V= Valor verdadero

2.3. CORRECCION.

La corrección se define como la diferencia entre el valor verdadero y el valor indicado, esto es

C=V-I

Como podemos observar, la corrección tiene signo opuesto al error. Es conveniente determinar la curva de corrección para cada uno de los instrumentos que utilicemos. Para realizar esto, determinamos la corrección para distintos valores de la escala del mismo, graficamos los puntos obtenidos con respecto a los valores de dicha escala, y unimos los puntos obtenidos con líneas rectas. La curva de corrección de un voltímetro de 50V podría tener la forma presentada en la Fig. 3.

Fig. 3.-Gráfico de Corrección

2.4. RESOLUCIÒN.

Esta característica está relacionada con la precisión. La resolución de un instrumento es el menor incremento de la variable bajo medición que puede ser detectado con certidumbre por dicho instrumento. Por ejemplo, en el caso del reloj digital que vimos anteriormente, la resolución es de una centésima de segundo. Si tenemos un amperímetro con la escala mostrada en la Fig. 4, cada una de las divisiones corresponde a 1 Ma.

Fig. 4.- Escala de un miliamperímetro .

Como podemos determinar con certidumbre si la aguja se encuentra exactamente sobre uno de los segmentos o entre dos de ellos, la resolución es de 0.5 mA.

2.5. SENSIBILIDAD.

La sensibilidad de un instrumento es la relación entre la respuesta del instrumento (N° de divisiones recorridas) y la magnitud de la cantidad que estamos midiendo. Vamos a ver varios ejemplos. Para un miliamperímetro, la sensibilidad viene dada por el N° de divisiones que deflecta la aguja cuando por el instrumento circula 1 mA. Las unidades de este parámetro son div/mA. Si dos miliamperímetros tienen el mismo número de divisiones en su escala, pero el primero sufre una deflexión de 2 divisiones cuando circula 1 mA, mientras que el segundo deflecta 10 divisiones para la misma corriente, este último es cinco veces más sensible que el primero. Para un voltímetro, de acuerdo a la definición general, la sensibilidad viene dada por el N° de divisiones deflectadas cuando en sus extremos hay una caída de 1 Voltio. Para estos instrumentos se define además un parámetro especial denominado característica de sensibilidad , el cual viene expresado en Ohm/volt. La definición de este parámetro y su utilidad los veremos cuando estudiemos el voltímetro. Para un puente de Wheatstone, mostrado en la Fig. 5, que como definimos anteriormente es un instrumento capaz de medir resistencias por el método del cero, la sensibilidad viene dada por el número de divisiones que deflecta el instrumento sensor G cuando, una vez calibrado, la resistencia incógnita Rx varía en 1 Ω.

Fig. 5.- Puente de Wheatstone para determinar Rx

Para un potenciómetro, que es un instrumento capaz de medir voltajes por el método de detección de cero, la sensibilidad viene dada por el número de divisiones que deflecta el instrumento sensor cuando, una vez que se ha conseguido la condición de equilibrio, el voltaje incógnita varía cierta cantidad (1V; 0.1V; 1mV) dependiendo del instrumento.

2.6 GAMA Y ESCALA.

La gama de un instrumento se define como la diferencia entre la indicación mayor y la menor que puede ofrecer el instrumento. La gama puede estar dividida en varias escalas o constar de una sola. Por ejemplo, el amperímetro de la Fig. 6 tiene una gama de 0 a 5 mA, y una sola escala, mientras que el de la Fig. 7 tiene una gama de 0 a 500 mA, dividida en 5 escalas, las cuales van respectivamente de 0 a 0.05 mA; de 0 a 0.5 mA; de 0 a 5 mA; de 0 a 50 mA y de 0 a 500 mA.

Fig. 6.- Miliamperímetro simple .

Fig. 7.- Miliamperímetro de 5 escalas

2.7 BANDA DE FRECUENCIAS.

Los instrumentos pueden estar diseñados para realizar mediciones en régimen continuo (DC), o sobre señales alternas (AC), bien sea en el rango de frecuencias alrededor de 60 Hz, o en cualquier otro rango de frecuencias. Por lo tanto antes de introducir un instrumento en un determinado circuito es necesario conocer la banda de frecuencias en las que opera correctamente.

Si por ejemplo, introducimos un amperímetro diseñado para corriente continua en un circuito donde la corriente es sinusoidal, con una frecuencia 60Hz y valor pico de 5 mA, el instrumento indicará 0 Amp, porque la aguja tratará de oscilar entre -5 mA y 5 mA a 60 veces por segundo, y como el sistema mecánico no puede responder a esta frecuencia, se quedará en el punto medio, esto es, en cero. Por otra parte, cuando trabajamos con corriente alterna debemos tener cuidado de utilizar en cada caso un instrumento que pueda responder a la frecuencia de operación del circuito, ya que cada instrumento tiene un ancho de banda determinado. La mayoría de los instrumentos diseñados para medir señales alternas tienen una respuesta de frecuencia similar a la presentada en la Fig. 8. Esta gráfica se interpreta de la siguiente manera:

Fig. 8.- Respuesta de frecuencia de un instrumento.

Si la frecuencia de operación del circuito en el que se conecta el instrumento se encuentra entre f1 y f2, el instrumento responde en forma "normal" según sus especificaciones, y la lectura del instrumento se corresponde con la magnitud medida, dentro del rango de exactitud y precisión que posea dicho instrumento. Pero si la frecuencia es mayor que f2 o menor que f1, la respuesta del instrumento sufre cierto grado de atenuación, lo cual significa que la lectura que indica el instrumento

...