Los instrumentos PATRON en calibración: conceptos y características

Como lo definimos anteriormente, una calibración refiere a revisar y ajustar de un instrumento su salida de modo que corresponda exactamente (o sea proporcional) a su entrada a través de un rango específico. Para calibrar un instrumento, debemos tener conocimiento de las cantidades de entrada y/o salida asociadas al instrumento bajo prueba.

A un dispositivo usado como referencia para comparar su respuesta frente a la respuesta de un instrumento es llamado «calibration standard» o «patrón». En palabras simples, un patrón es algo que nosotros podemos utilizar para comparar un instrumento calibrado. Por tanto, cualquier calibración podrá solo ser tan buena como el patrón que estemos usando.

Los patrones o «calibration standards» se pueden dividir en dos categorías: patrones usados para «producir» un cantidad física precisa (por ejemplo presión, temperatura, voltaje, corriente, etc.), y patrones usados para simplemente «medir» una cantidad física con un alto grado de precisión. Un ejemplo de la primera categoría sería el uso de agua en ebullición (al nivel del mar) para «producir» una temperatura de 100 grados Celsius (212 grados Fahrenheit) para calibrar un indicador de temperatura, mientras que un ejemplo de la segunda categoría sería el uso de un termómetro de precisión de laboratorio para medir alguna fuente arbitraria de temperatura en comparación con el indicador de temperatura que estamos calibrando.

En laboratorios de metrología, los últimos estándares se basan en las constantes fundamentales de la naturaleza, y se llaman normas intrínsecas. Un ejemplo moderno de un estándar intrinsecos para el tiempo es el llamado reloj atómico, que utiliza átomos aislados de Cesio para producir frecuencias las cuales son inherentemente fijas y reproducibles en todo el mundo. Los talleres de instrumentación dentro de las industrias o fábricas en realidad no podrían pagar los costos asociados para tener normas intrínsecas, por lo que deben recurrir a otro tipo de dispositivos para propósitos de calibración. Idealmente, se hace una cadena de calibración para cualquier dispositivo desde el instrumento en taller hasta una norma intrínseca o laboratorio de metrología primaria en el país.

Los instrumentos patrón usados para calibración en los talleres de instrumentación, deben ser enviados periódicamente a los laboratorios de metrología para su re-calibración o re-estandarización, donde su exactitud es revisada comparándola con otro (de mejor precisión) patrón los cuales son comparados con otros estándares de calibración de nivel mucho más alto y en última instancia se contrastan con los normas intrínsecas. En casa paso de calibración en «cadena», hay un grado progresivo de incertidumbre. Las normas intrínsecas proseen la MENOR cantidad de incertidumbre, mientras que los instrumentos de campo (por ejemplo transmisores de presión, temperatura, etc.) presentan la mayor incertidumbre.

Es importante que el grado de incertidumbre en la exactitud de un instrumento patrón sea SIGNIFICATIVAMENTE menor que el grado de incertidumbre  que nosotros esperamos tener en el instrumento que estamos calibrando, de otra manera de nada serviría realizar la calibración. Esta razón de incertidumbres es llamada Test Uncerainty Ratio (Razón de incertidumbre de prueba) o TUR. Una buena regla es mantener un TUR de al menos 4:1 (idealmente sería de 10:1 o mejor), donde el instrumento patrón es muchas veces más exacto (menos incertidumbre) que los instrumentos de campo que estamos calibrando con el mismo.

He sido personalmente testigo de la confusión y pérdida de tiempo que genera tratar calibrar instrumentos de campo para una pequeña incertidumbre mientras que el instrumento patrón tiene una incertidumbre similar. En un caso, el instrumentista intento calibrar un transmisor de presión neumático con una tolerancia de +-0.25% de span usando un patrón que solo tenía +-1% en el mismo span.

Lo que debemos aprender aquí es que siempre nos aseguremos que el patrón usado para calibrar sea de exactitud confiable (la suficiente). Ningún instrumento patrón es perfecto, perfección no es lo que necesitamos. Nuestra meta es ser lo suficientemente preciso para que la calibración sea confiable en los límites especificados.

En los siguientes artículos hablaremos de los instrumentos patrón mas usados en los talleres de instrumentación para calibrar.