La exactitud de un sensor de presión es uno de los criterios más importantes a la hora de seleccionar un instrumento de medida.
Una mayor exactitud suele implicar un coste superior, pero una medición insuficientemente precisa también puede generar costes importantes si afecta a la calidad del producto o al funcionamiento del proceso.
El problema es que el término «exactitud» no siempre se utiliza de la misma manera en las hojas técnicas. Dos sensores que aparentemente ofrecen una exactitud similar pueden presentar diferencias importantes cuando se analizan con detalle parámetros como la no linealidad, la histéresis, la repetibilidad, el error de temperatura o la estabilidad a largo plazo.
Por eso, para elegir un sensor de presión, no basta con comparar un único porcentaje.
¿Qué significa la exactitud de un sensor de presión?
El término «exactitud» se utiliza habitualmente para describir la calidad de una medición, pero en las hojas técnicas puede englobar diferentes parámetros.
Los fabricantes deciden qué valores indican y cómo los presentan. Incluso cuando dos fabricantes utilizan la misma terminología, no siempre significa que estén calculando la especificación exactamente de la misma forma.
Como resultado, dos sensores que muestran aparentemente la misma exactitud pueden comportarse de manera diferente en la práctica.
Para realizar una comparación correcta es necesario analizar qué errores están incluidos en el valor indicado y bajo qué condiciones se ha determinado.
1. No linealidad de un sensor de presión
La no linealidad es una de las especificaciones más utilizadas para describir la exactitud de un sensor.
Indica la máxima desviación entre la curva característica real del sensor y una línea recta ideal.
Existen diferentes métodos para establecer esta línea de referencia. Entre los principales se encuentran:
- ajuste de punto límite;
- ajuste de mejor línea recta o BFSL;
- ajuste de origen.
En el ajuste de punto límite, la línea ideal pasa por el inicio y el final de la curva.
En el método BFSL, la línea se posiciona de manera que las desviaciones positivas y negativas máximas sean equivalentes.
La no linealidad obtenida mediante el ajuste de punto límite suele ser superior a la calculada mediante BFSL. En algunos sensores, la diferencia puede llegar a ser considerable.
Por este motivo, dos valores de no linealidad solo pueden compararse correctamente si se conoce el método utilizado para calcularlos..
Figura 2 No linealidad de un sensor de presión
Valores típicos de un sensor de presión
No existen dos sensores exactamente iguales.
En una producción industrial, muchos instrumentos presentan una desviación inferior al valor máximo especificado. Esta desviación más favorable puede aparecer en la documentación como valor típico, normalmente identificado mediante la abreviatura «typ.».
Sin embargo, un valor típico no significa que todos los sensores entregados cumplan esa especificación.
El artículo original indica que, como aproximación, un valor típico puede corresponder al valor 1 sigma de una distribución de Gauss, es decir, aproximadamente al 68,27 % de los dispositivos.
Por tanto, cuando se compara la exactitud de sensores de presión, es fundamental distinguir entre:
- valor típico;
- valor máximo garantizado.
El valor máximo puede ser considerablemente superior al valor típico, dependiendo de la distribución de los resultados.
Figura 3. Valores típicos de un sensor de presión_
3. Error de medida
El error de medida es uno de los valores más útiles para conocer el comportamiento real de un sensor a temperatura ambiente.
Incluye distintos errores relevantes, como:
- no linealidad;
- histéresis;
- no repetibilidad;
- error al inicio del rango;
- error al final del rango.
El error de medida representa la mayor desviación entre la curva característica real y la línea de referencia.
La histéresis corresponde a la diferencia máxima entre las curvas obtenidas cuando la presión aumenta y cuando disminuye.
La no repetibilidad representa la mayor desviación obtenida al repetir varias mediciones en las mismas condiciones.
Los errores al inicio y al final del rango se conocen habitualmente como error de punto cero y error de intervalo.
El error de medida suele ser superior a la no linealidad, por lo que no siempre aparece directamente indicado en las hojas técnicas.
Fig 4. Error de medida y histéresis de un sensor de presión
4. Error de temperatura
Las especificaciones de no linealidad y error de medida se determinan normalmente a una temperatura de referencia.
Cuando la temperatura de trabajo aumenta o disminuye, debe considerarse también el error de temperatura del sensor de presión.
Este error puede indicarse mediante coeficientes de temperatura, normalmente diferenciando entre:
- coeficiente de temperatura del punto cero;
- coeficiente de temperatura del intervalo.
El efecto puede ser significativo. Un sensor con una exactitud adecuada a temperatura ambiente puede presentar un error considerablemente mayor cuando la temperatura se aleja de las condiciones de referencia.
Por ello, no debe interpretarse el rango nominal de temperatura como un rango en el que la exactitud permanece completamente constante.
Fig. 5 Error de temperatura de un sensor de presión
5. Estabilidad y deriva a largo plazo
La exactitud indicada en una hoja técnica describe normalmente el estado del sensor en condiciones determinadas.
Sin embargo, las características de un instrumento pueden cambiar durante su vida útil.
Esta evolución se denomina deriva a largo plazo o estabilidad a largo plazo.
Puede verse influida por:
- presión;
- temperatura;
- condiciones ambientales;
- condiciones reales de funcionamiento.
En determinadas aplicaciones, la estabilidad puede tener una influencia mayor en la desviación global que la propia no linealidad.
Esto hace que la estabilidad sea un criterio importante cuando el sensor debe mantener prestaciones fiables durante largos periodos.
¿Qué errores pueden corregirse?
No todos los errores tienen el mismo impacto ni pueden compensarse de la misma forma.
Por ejemplo, el error de punto cero puede identificarse cuando el sensor se encuentra sin presión y compensarse en el sistema de evaluación correspondiente.
Para corregir un error de intervalo, es necesario disponer de una presión de referencia suficientemente precisa.
La no linealidad también puede compensarse, pero requiere un mayor esfuerzo y una referencia de medida de alta precisión.
En otras aplicaciones, estos errores pueden ser menos importantes que la repetibilidad y la estabilidad.
Por ejemplo, cuando el objetivo consiste en controlar siempre la misma presión, puede compensarse una desviación conocida y concentrarse principalmente en la repetibilidad y la estabilidad a largo plazo.
¿Por qué es importante calibrar un sensor de presión?
La calibración permite comprobar cómo ha evolucionado el sensor durante su uso.
El artículo original señala que muchos fabricantes recomiendan calibrar los sensores de presión una vez al año para comprobar si siguen cumpliendo las especificaciones.
Durante la calibración no es necesariamente necesario reajustar el instrumento. El objetivo puede ser simplemente comprobar la deriva real.
Una desviación superior a la especificada puede indicar que el sensor ha cambiado de comportamiento.
En algunos casos, incluso una comprobación del punto cero sin presión puede aportar información útil sobre la estabilidad del instrumento.
Otros factores que afectan a la exactitud
La exactitud real de un sensor no depende únicamente de los valores principales indicados en la hoja técnica.
También pueden influir factores como:
- vibraciones;
- interferencias electromagnéticas;
- posición de montaje;
- alimentación eléctrica;
- carga del instrumento de evaluación.
Por ello, la selección del sensor debe basarse en las condiciones reales de la aplicación y no únicamente en una cifra de exactitud indicada en la documentación.
Cómo comparar la exactitud de dos sensores de presión
Antes de comparar dos sensores, conviene comprobar varios aspectos:
- Qué parámetro de exactitud está indicando cada fabricante.
- Si se trata de un valor típico o máximo.
- Qué método se utiliza para calcular la no linealidad.
- Si el valor incluye histéresis y no repetibilidad.
- Cómo afecta la temperatura.
- Qué estabilidad a largo plazo se especifica.
- En qué condiciones se han obtenido los valores.
Solo entonces puede realizarse una comparación técnica realmente útil.
Conclusión
La exactitud de un sensor de presión no puede resumirse siempre en un único porcentaje.
La no linealidad, el error de medida, la histéresis, la no repetibilidad, el error de temperatura y la estabilidad a largo plazo pueden influir de forma diferente en el comportamiento real del instrumento.
Por eso, la pregunta no debería ser únicamente «¿qué sensor es más exacto?», sino qué nivel de exactitud necesita realmente la aplicación y bajo qué condiciones debe mantenerse.
Comprender las especificaciones permite seleccionar un sensor adecuado sin pagar por prestaciones innecesarias ni asumir un nivel de error incompatible con el proceso.
FAQ
1. ¿Qué significa la exactitud de un sensor de presión?
La exactitud describe el grado de proximidad entre el valor medido y el valor esperado, pero en las hojas técnicas puede depender de diferentes parámetros como la no linealidad, la histéresis o la repetibilidad.
2. ¿Qué es la no linealidad de un sensor de presión?
Es la máxima desviación entre la curva característica real del sensor y una línea recta de referencia.
3. ¿Qué diferencia hay entre valor típico y valor máximo?
El valor típico representa el comportamiento habitual de una parte de los sensores, mientras que el valor máximo establece un límite de desviación especificado.
4. ¿Cómo afecta la temperatura a la exactitud?
Cuando la temperatura de funcionamiento se aleja de las condiciones de referencia, pueden aparecer errores adicionales de punto cero y de intervalo.
5. ¿Por qué es importante la estabilidad a largo plazo?
Porque las características del sensor pueden cambiar durante su vida útil debido a la presión, la temperatura y otras condiciones de funcionamiento.
Excelente documento.
Gracias Marcelo.
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