TEMARIO
CAPÍTULO 6. CALIBRACIÓN DE LOS INSTRUMENTOS 6.1. INTRODUCCIÓN. Se ha visto que los instrumentos industriales pueden medir, transmitir y controlar las variables que intervienen en un proceso. Un instrumento o una de sus partes pueden considerarse como dispositivos de conversión de señales (transductores) que pasan de una variable de entrada (presión, caudal, nivel, temperatura, etc.) a una o varias de las siguientes funciones de salida: indicación de la variable de entrada, lectura de un índice o de una pluma de registro; transmisión de la variable de entrada en señal neumática o eléctrica; fijación de la posición de una palanca o un vástago de una varilla interna del instrumento o del vástago del obturador de una válvula. Existirá una correspondencia entre la variable de entrada y de la salida, representando esta última el valor de la variable de entrada. Siempre que el valor representado corresponda exactamente al de la variable de entrada del instrumento se está efectuando una medición correcta. El error es universal e inevitable y acompaña a toda medida, aunque ésta sea muy elaborada, o aunque se efectúe un gran número de veces. Es decir, el valor verdadero no puede determinarse con completa exactitud y es necesario encontrar unos límites que lo definan, de modo que sea práctico calcular la tolerancia de la medida.
6.2. ERRORES EN LOS INSTRUMENTOS. Un instrumento representativo, se considera que esta bien calibrado cuando en todos los puntos de su campo de medida, la diferencia diferencia entre el valor real de la variable y el valor indicado o registrado o transmitido, está comprendido entre los límites determinados por la precisión del instrumento. En un instrumento ideal (sin error), la relación entre los valores reales de la variable comprendidos dentro del campo de medida, y los valores de lectura del aparato, es lineal. En la figura 6.1 puede verse esta relación.
Figura 6.1. Relación de calibración. En condiciones de funcionamiento estático, las desviaciones respecto a la relación lineal indicada, dan lugar a los errores de calibración de los instrumentos, suponiendo que estas desviaciones no superan la exactitud dada por el fabricante del instrumento se considerará que el instrumento está calibrado aunque no coincidiera exactamente a la curva recta ideal. Las desviaciones de la curva variable real-lectura de un instrumento típico, tal como lo muestra la figura 6.2, con relación a la recta ideal representan errores de medida del aparato. Esta curva puede descomponerse en tres, que representan individualmente los errores que pueden hallarse en forma aislada o combinada en los instrumentos.
Figura 6.2. Relación de medida real-lectura de un instrumento descalibrado. Error de cero.
Todas las lecturas están desplazadas en un mismo valor con relación a la recta representativa del instrumento. Este error puede ser positivo o negativo (ver figura 6.3). El punto de partida o base de la recta representativa cambia sin que varíe la inclinación o la forma de la curva.
Figura 6.3. Error de cero. Error de multiplicación. Todas las lecturas aumentan o disminuyen proporcionalmente con
relación a la recta representativa, tal como se observa en la figura 6.4, se observa que el punto base no cambia y que la desviación progresiva puede ser positiva o negativa.
Figura 6.4. Error de multiplicación. Error de angularidad .
La curva real coincide con los puntos 0 y 100 % de la recta representativa, pero se aparta de la misma en los puntos restantes. En la figura 6.5 puede verse un error de este tipo. El máximo de desviación suele estar hacia la mitad de la escala. Los instrumentos pueden ajustarse para corregir estos errores, si bien hay que señalar que algunos instrumentos, por su tipo de construcción, no pueden tener error de angularidad. La combinación de estos tres errores da lugar a la curva de relación de medida real-lectura representada en la figura 6.2.
Figura 6.5. Error de angularidad. 6.3. PROCEDIMIENTO GENERAL DE CALIBRACIÓN.
Para explicar el procedimiento general de calibración, considérese la desviación de la curva variable real v/s lectura de un instrumento típico, tal como lo muestra la figura 6.6a. Se puede apreciar que con respecto a la recta ideal el aparato presenta una curva de medición que combina los tres tipos de errores posibles (de cero, de multiplicación y de angularidad). Para este caso, el procedimiento de calibración contempla los siguientes pasos a seguir: 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 (figura 6.6b). 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 valor máximo de la variable (figura 6.6c). 3. Repetir los puntos 1 y 2 sucesivamente, hasta que las lecturas sean correcta en los valores mínimo y máximo (figuras 6.6 d y e). 4. Colocar la variable en el cincuenta por ciento del intervalo de medida, y en ese punto ajustar el tornillo de angularidad hasta mover el índice cinco veces el valor del error e la dirección del mismo (la curva real se aplana) (figura 6.6 f ). 5. Reajustar sucesivamente el tornillo de cero y el de multiplicación, hasta conseguir la exactitud deseada o requerida. (figuras 6.6 g, h, i). Si fuera necesario, efectuar una nueva corrección de angularidad.
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
(g) (h) (i) Figura 6.6. Procedimiento general de calibración. Lo dicho hasta ahora se refiere a los instrumentos convencionales neumáticos o electrónicos. En los instrumentos digitales “inteligentes”, en particular en los transmisores, la calibración se ve facilitada por la “inteligencia” proporcionada por el microprocesador incorporado en el instrumento. Éste guarda digitalmente e una EPROM los datos que proporcionan correcciones precisas de las no linealidades de los sensores ante variaciones en la temperatura y presión ambiente, para toda la vida útil del instrumento. Un comunicador portátil dotado de un visualizador de cristal líquido y teclado alfanumérico permite comprobar desde el propio transmisor, o bien desde el controlador, o desde cualquier punto de la línea de conexión (dos hilos), el estado de calibración del transmisor. Estos instrumentos presentan la ventaja de que no es necesaria su calibración. En todo caso, puede ajustarse el aparato enviando a través del teclado alfanumérico del comunicador el número de identificación del instrumento y los valores inferior y superior del campo de medida con los que se desea reajustar el aparato. Es evidente que el sistema de calibración presentado es general, referido a los instrumentos representativos. Existen otros procedimientos más rápidos incluidos en los manuales de operación de algunos instrumentos. Otros tipos de error provienen de la lectura del instrumento por el observador, y son: Error de paralaje . 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. Error de interpolación.
Se presenta cuando el índice no coincide exactamente con la graduación de la escala, y el observador redondea sus lecturas por exceso o por defecto.
Evidentemente, estos errores de paralaje e interpolación instrumentos de salida digital.
no existen en los
6.4. BIBLIOGRAFÍA.
[1]. Creus Solé Antonio; “Instrumentación Industrial”, 6ª edición; Marcombo S.A.; 1997. [2]. Creus Solé Antonio; “Instrumentos Industriales. Su ajuste y calibración”; 2ª edición; Marcombo S.A.
