Los errores más comunes en un sistema de medición

Preguntas frecuentes

En la vida real cuando medimos estamos sujetos a cometer errores; es decir, durante el proceso de medición se presentan una serie de factores sistemáticos y aleatorios más allá de nuestro control que nos impiden determinar el verdadero valor de la magnitud de la característica sometida a medición.

Por ejemplo, micro variaciones en la temperatura que provocan que los componentes del instrumento de medición se contraigan y se dilaten haciendo variar el resultado de la medición, cambios en la presión atmosférica, en el procedimiento utilizado, la habilidad del personal que realiza la medición, etcétera.

Los errores de medición son desviaciones entre el valor medido y el valor verdadero o exacto de una magnitud. Existen varios tipos de errores de medición, entre ellos:

Error sistemático: También conocido como sesgo, este tipo de error proviene de una fuente constante o sistemática que afecta todas las mediciones en la misma dirección. Puede deberse a problemas de calibración, falta de linealidad del instrumento, interferencias externas o errores en el diseño o funcionamiento del equipo. Este error tiende a ser consistente y predecible, lo que significa que se puede corregir o compensar si se conoce su naturaleza y magnitud.

Error aleatorio: Este error fluctúa de forma impredecible y puede deberse a factores variables o imprecisos, como la precisión limitada del instrumento, la variabilidad en las condiciones ambientales o las limitaciones en la habilidad del operador. Los errores aleatorios tienden a ser aleatorios y no se pueden eliminar por completo, pero se pueden reducir mediante la repetición de las mediciones y el cálculo de promedios.

Error de lectura: Este error ocurre debido a la imprecisión en la interpretación de la lectura de un instrumento de medición. Puede deberse a la falta de precisión en la alineación del ojo con la escala o la falta de resolución en la lectura del instrumento. Se puede minimizar mediante una adecuada capacitación del operador y la utilización de técnicas de lectura adecuadas.

Error de paralaje: Este error se produce cuando la posición del observador afecta la lectura del instrumento. Ocurre cuando el observador no está directamente alineado con la escala del instrumento y se produce un desplazamiento aparente de la lectura. Se puede reducir asegurándose de que el observador esté correctamente alineado con la escala y utilizando instrumentos con sistemas de mira o dispositivos que minimicen el efecto del paralaje.

La combinación de estos tipos de errores puede afectar la precisión y confiabilidad de las mediciones. Por eso, es fundamental identificar y minimizar estos errores a través de la calibración regular de los instrumentos, la capacitación del personal y el uso de técnicas adecuadas de medición y lectura.

En la figura siguiente, si el punto negro representa el resultado de una medición en particular “RM” y la línea vertical negra el valor verdadero convencional del mesurando “VVC”, entonces el error de medición o error absoluto “E” es la flecha negra horizontal.

Pensemos en que verdaderamente una parte mide 49.96 unidades; sin embargo esto no lo sabemos, por lo que queremos medir la parte para conocer su valor. Pensemos que medimos la parte con un instrumento de medición una sola vez y el instrumento nos indica una lectura de 49.91. Sin duda el sistema de medición ha cometido un error, pues en vez de indicar el valor verdadero de la parte (49.96) indica un valor diferente (49.91).

Supongamos ahora que volvemos a medir la misma parte, con el mismo instrumento, con la misma persona, con el mismo método y en esta segunda ocasión la lectura nos indica que la medición es de 49.93. Sin duda nuevamente el sistema de medición se ha equivocado, pues ha medido -0.03 unidades por debajo del valor verdadero de la parte.

Supongamos finalmente que repetimos el mismo ejercicio un total de 20 veces, obteniendo las mediciones mostradas enseguida.

De lo anterior es fácil observar que en cada medición se han cometido errores, por lo que nos podemos hacer válidamente la siguiente pregunta: ¿La calidad de las mediciones hechas por este sistema de medición es suficientemente buena como para decidir si el producto de nuestras líneas de producción es bueno o malo?

Ésta es la pregunta que se debe contestar al realizar el análisis de los sistemas de medición de nuestras organizaciones.

Por su naturaleza estadística los errores de medición se pueden clasificar en dos diferentes categorías: errores sistemáticos y errores aleatorios.

Es el error que siempre se presenta de igual manera cada vez que se ejecuta una medición. Cuando la medición se realiza en condiciones idénticas este error siempre tiene el mismo valor. Está íntimamente relacionado con la exactitud del sistema de medición.

Por ejemplo, supongamos que cada vez que se mide la misma característica de calidad a la misma pieza exactamente bajo las mismas condiciones de medición, el resultado invariablemente arroja como lectura el valor verdadero menos alguna constante.

El error sistemático se puede eliminar a través de ajustes y compensaciones hechos normalmente a los instrumentos de medición.

El error sistemático se mide como la diferencia entre el promedio que resultaría de un número infinito de mediciones del mismo mesurando en condiciones de repetibilidad y su valor verdadero.

En otras palabras, se mide múltiples veces la misma característica de calidad (mesurando) a la misma pieza exactamente en condiciones idénticas de medición y el error sistemático es la diferencia que existe entre el promedio de esas mediciones y el valor verdadero de la característica medida.

Notemos que para la cuantificación del error sistemático es necesario conocer el valor convencionalmente verdadero del mesurando; es decir, el error sistemático relaciona el promedio de las mediciones con el valor convencionalmente verdadero.

Se define la exactitud como la cercanía de las mediciones respecto al valor verdadero o al valor de referencia aceptado. Se relaciona con el promedio de las mediciones repetidas. Es decir, al medir la exactitud de un sistema de medición se está evaluando su error sistemático.

El error aleatorio es el que se presenta durante el proceso de medición debido a eventos únicos, irrepetibles e imposibles de eliminar durante el proceso de medición. Lo más que puede hacerse para mantenerlo bajo control es establecer métodos, procedimientos y condiciones adecuadas para el proceso de

medición con la esperanza de minimizarlo, sin embargo jamás será eliminado. Este error está íntimamente relacionado con la precisión del sistema de medición.

El error aleatorio de cuantifica a través de la diferencia entre el resultado de la medición y el promedio que se obtendría de los resultados de un número infinito de mediciones efectuadas sobre el mismo mesurando en condiciones de repetibilidad; es decir, usando los mismos instrumentos, el mismo personal, los mismos métodos y procedimientos de medición.

En la siguiente figura, si el punto negro representa el resultado de una medición en particular “RM” y el promedio de las mediciones hechas se representa por “PM”, entonces el error aleatorio EA = RM – PM.

Notemos que para la cuantificación del error aleatorio no se requiere para nada el valor convencionalmente verdadero del mesurando, pues en este caso la medición no se compara contra éste, sino que el error aleatorio mide que tan “consistente” o “repetible” es la medición, independientemente si ésta “le atina” o no al valor verdadero del mesurando.

Se define la precisión o fidelidad como la cercanía entre sí que tienen las mediciones repetidas. Se relaciona con la variación que tienen las mediciones repetidas. Es decir, al medir la precisión de un sistema de medición se está evaluando su error aleatorio.

Un sistema de medición adecuado debe minimizar las probabilidades de cometer los siguientes errores:

Las evaluaciones de los diferentes sistemas de medición se hacen bajo los siguientes conceptos.

Los elementos de medición son componentes o dispositivos utilizados para medir una magnitud o variable específica. Algunos de los elementos de medición más comunes incluyen:

Sensores: Son dispositivos que detectan y convierten una magnitud física, como temperatura, presión, luz, fuerza o movimiento, en una señal eléctrica o electrónica que puede ser procesada y medida. Por ejemplo, termopares para medir temperatura, células de carga para medir fuerza.

Transductores: Son dispositivos que convierten una magnitud o señal de un tipo a otro. Por ejemplo, los transductores de corriente convierten una corriente eléctrica en una señal proporcional de voltaje.

Indicadores: Son aparatos que muestran la magnitud medida. Pueden ser analógicos, como escalas con agujas o dial, o digitales, como pantallas LCD.

Los elementos de medición son esenciales para obtener datos precisos y confiables en diferentes aplicaciones y campos.

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