Dominando a medición: a túa guía definitiva para o erro absoluto, relativo e de escala completa (%FS)

Algunha vez miraches a folla de especificacións deapresióntransmisor,afluxometro, ouasensor de temperaturaeViches unha liña de valores como "Precisión: ±0,5 % FS"? É unha especificación común, pero que significa realmente para os datos que estás a recoller? Significa que cada lectura está dentro do 0,5 % do valor real? Como se pode ver, a resposta é un pouco máis complexa e comprender esta complexidade é crucial para calquera persoa involucrada na enxeñaría, a fabricación e a medición científica.

O erro é unha parte inevitable do mundo físico. Ningún instrumento é perfecto. A clave é comprender a natureza do erro, cuantificalo e asegurarse de que estea dentro dos límites aceptables para a súa aplicación específica. Esta guía desmitificará os conceptos básicos.ofmediciónerroComeza coas definicións fundamentais e logo amplíase con exemplos prácticos e temas relacionados cruciais, transformándote de alguén que só le as especificacións a alguén que as entende de verdade.

 

Que é o erro de medición?

No seu corazón,erro de medición é a diferenza entre unha cantidade medida e o seu valor realPensa niso como a brecha entre o mundo tal e como o ve o teu instrumento e o mundo tal e como é realmente.

Erro = Valor medido – Valor verdadeiro.

O "valor verdadeiro" é un concepto teórico. Na práctica, o valor verdadeiro absoluto nunca se pode coñecer con perfecta certeza. No seu lugar, utilízase un valor verdadeiro convencional. Este é un valor proporcionado por un estándar de medición ou instrumento de referencia que é significativamente máis preciso (normalmente de 4 a 10 veces máis preciso) que o dispositivo que se está a probar. Por exemplo, ao calibrar unportátilpresióncalibre, o "valor real convencional" obteríase dun sistema de alta precisión,de laboratoriopresióncalibrador.

Comprender esta ecuación sinxela é o primeiro paso, pero non conta toda a historia. Un erro de 1 milímetro é insignificante ao medir a lonxitude dunha tubaxe de 100 metros, pero é un fallo catastrófico ao mecanizar un pistón para un motor. Para obter unha imaxe completa, necesitamos expresar este erro de xeitos máis significativos. Aquí é onde entran en xogo os erros absolutos, relativos e de referencia.

Recompilación de tres erros comúns de medición

Analicemos as tres formas principais de cuantificar e comunicar o erro de medición.

1. Erro absoluto: a desviación bruta

O erro absoluto é a forma de erro máis simple e directa. Tal e como se define no documento orixinal, é a diferenza directa entre a medición e o valor real, expresada nas unidades da propia medida.

Fórmula:

Exemplo:

Estás a medir o caudal nunha tubaxe cunverdadeirocaudalof50 m³/h, eo teumedidor de fluxole50,5 m³/h, polo que o erro absoluto é 50,5 – 50 = +0,5 m³/h.

Agora, imaxina que estás a medir un proceso diferente cun caudal real de 500 m³/h e que o teu caudalímetro marca 500,5 m³/h. O erro absoluto segue sendo de +0,5 m³/h.

Cando é útil? O erro absoluto é esencial durante a calibración e as probas. Un certificado de calibración adoita enumerar as desviacións absolutas en varios puntos de proba. Non obstante, como mostra o exemplo, carece de contexto. Un erro absoluto de +0,5 m³/h parece moito máis significativo para o caudal menor que para o maior. Para comprender esa importancia, necesitamos un erro relativo.

2. Erro relativo: o erro no contexto

O erro relativo proporciona o contexto que lle falta ao erro absoluto. Expresa o erro como unha fracción ou porcentaxe do valor real que se está a medir. Isto indica o grande que é o erro en relación coa magnitude da medición.

Fórmula:

Exemplo:

Repasemos o noso exemplo:

Para o caudal de 50 m³/h: Erro relativo = (0,5 m³/h / 50 m³/h) × 100 % = 1 %

Para o caudal de 500 m³/h: Erro relativo = (0,5 m³/h / 500 m³/h) × 100 % = 0,1 %

De súpeto, a diferenza é moito máis clara. Aínda que o erro absoluto foi idéntico en ambos os escenarios, o erro relativo mostra que a medición foi dez veces menos precisa para o caudal máis baixo.

Por que é importante isto? O erro relativo é un indicador moito mellor do rendemento dun instrumento nun punto de funcionamento específico. Axuda a responder á pregunta "Que tan boa é esta medición agora mesmo?". Non obstante, os fabricantes de instrumentos non poden enumerar un erro relativo para cada valor posible que se poida medir. Necesitan unha única métrica fiable para garantir o rendemento do seu dispositivo en toda a súa capacidade operativa. Ese é o traballo do erro de referencia.

3. Erro de referencia (%FS): o estándar da industria

Esta é a especificación que se ve con máis frecuencia nas follas de datos: precisión expresada como porcentaxeofCompletoEscala (%FS), tamén coñecido como erro de referencia ou erro de rango. En lugar de comparar o erro absoluto co valor medido actual, compárao co rango (ou span) total do instrumento.

Fórmula:

O rango de medición (ou span) é a diferenza entre os valores máximos e mínimos que o instrumento está deseñado para medir.

O exemplo crucial: comprender o %FS

Imaxinemos que comprasatransmisor de presiónconas seguintes especificacións:

• Rango: de 0 a 200 bares

• Precisión: ±0,5 % da escala completa

Paso 1: Calcular o erro absoluto máximo admisible.

Primeiro, atopamos o erro absoluto ao que corresponde esta porcentaxe: erro absoluto máximo = 0,5 % × (200 bar – 0 bar) = 0,005 × 200 bar = ±1 bar.

Este é o cálculo máis importante, que nos indica que, independentemente da presión que esteamos a medir, a lectura deste instrumento garante que estará dentro de ±1 bar do valor real.

Paso 2: Vexa como isto afecta á precisión relativa.

Agora, vexamos o que significa este erro de ±1 barra en diferentes puntos do rango:

• Medición dunha presión de 100 bar (50 % do rango): a lectura podería estar entre 99 e 101 bar. O erro relativo neste punto é (1 bar / 100 bar) × 100 % = ±1 %.

• Medición dunha presión de 20 bar (10 % do rango): a lectura podería estar entre 19 e 21 bar. O erro relativo neste punto é (1 bar / 20 bar) × 100 % = ± 5 %.

• Medición dunha presión de 200 bar (100 % do rango): a lectura podería estar entre 199 e 201 bar. O erro relativo neste punto é (1 bar / 200 bar) × 100 % = ±0,5 %.

Isto revela un principio crítico da instrumentación: a precisión relativa dun instrumento é mellor na parte superior do seu rango e peor na inferior.

Conclusión práctica: como elixir o instrumento axeitado?

A relación entre a %FS e o erro relativo ten un profundo impacto na selección do instrumento.Canto menor sexa o erro de referencia, maior será a precisión global do instrumentoNon obstante, tamén podes mellorar a precisión da medición simplemente escollendo o rango correcto para a túa aplicación.

A regra de ouro para o dimensionamento das medicións é seleccionar un instrumento no que os valores operativos típicos se atopen na metade superior (idealmente, os dous terzos superiores) do seu rango de escala completa. Vexamos un exemplo:

Imaxina que o teu proceso funciona normalmente a unha presión de 70 bar, pero pode ter picos de ata 90 bar. Estás a considerardoustransmisores, ambos cunha precisión de ±0,5 % FS:

• Transmisor A: Rango 0-500 bar

• Transmisor B: Rango 0-100 bar

Calculemos o erro potencial para o seu punto de funcionamento normal de 70 bar:

Transmisor A (0-500 bar):

• Erro absoluto máximo = 0,5 % × 500 bar = ±2,5 bar.

• A 70 bares, a lectura podería diferir en 2,5 bares. O erro relativo real é (2,5 / 70) × 100 % ≈ ±3,57 %. Este é un erro significativo!

Transmisor B (0-100 bar):

• Erro absoluto máximo = 0,5 % × 100 bar = ±0,5 bar.

• A 70 bar, a lectura podería diferir só en 0,5 bar. O erro relativo real é (0,5 / 70) × 100 % ≈ ±0,71 %.

Ao elixir o instrumento co rango "comprimido" axeitado para a súa aplicación, mellorou a precisión da medición no mundo real por un factor de cinco, mesmo se ambos os instrumentos tiñan a mesma clasificación de precisión "%FS" nas súas follas de datos.

Precisión vs. precisión: unha distinción fundamental

Para dominar completamente a medición, é esencial outro concepto: a diferenza entre exactitude e precisión. A xente adoita usar estes termos indistintamente, pero na ciencia e na enxeñaría significan cousas moi diferentes.

Precisióniscomounha medición está preto do valor realRelaciónase co erro absoluto e relativo. Un instrumento preciso, de media, dá a lectura correcta.

Precisióniscomovarias medidas próximas da mesma cousa están entre siRefírese á repetibilidade ou consistencia dunha medición. Un instrumento preciso dá case a mesma lectura cada vez, pero esa lectura non é necesariamente a correcta.

Aquí está a analoxía do obxectivo:

• Preciso e preciso: Todos os teus disparos están agrupados no centro da diana. Isto é o ideal.

• Preciso pero impreciso: Todos os teus disparos están agrupados, pero están na esquina superior esquerda do obxectivo, lonxe da diana. Isto indica un erro sistemático, como unha mira telescópica desalinhada nun rifle ou un sensor mal calibrado. O instrumento é repetible pero está constantemente equivocado.

• Preciso pero impreciso: Os teus disparos están dispersos por todo o obxectivo, pero a súa posición media é o centro da diana. Isto indica un erro aleatorio, onde cada medición flutúa de forma imprevisible.

• Nin preciso nin preciso: Os disparos están esparexidos aleatoriamente por todo o obxectivo, sen consistencia.

Un instrumento cunha especificación do 0,5 % da escala de seguridade afirma a súa precisión, mentres que a precisión (ou repetibilidade) adoita aparecer como un elemento separado na folla de datos e adoita ser un número menor (mellor) que a súa precisión.

Conclusión

Comprender os matices do erro é o que diferencia un bo enxeñeiro dun grande.

En resumo, dominar o erro de medición require pasar dos conceptos básicos á aplicación práctica. O erro absoluto proporciona a desviación bruta, o erro relativo sitúaa no contexto da medición actual e o erro de referencia (%FS) ofrece unha garantía estandarizada do erro máximo dun instrumento en todo o seu rango. A conclusión clave é que a precisión especificada dun instrumento e o seu rendemento no mundo real non son o mesmo.

Ao comprender como un erro fixo de %FS afecta á precisión relativa en toda a escala, os enxeñeiros e técnicos poden tomar decisións informadas. Seleccionar un instrumento co rango axeitado para a aplicación é tan crucial como a súa clasificación de precisión, garantindo que os datos recollidos sexan un reflexo fiable da realidade.

A próxima vez que revises unha folla de datos e vexas unha clasificación de precisión, saberás exactamente o que significa. Podes calcular o erro potencial máximo, comprender como ese erro afectará o teu proceso en diferentes puntos operativos e tomar unha decisión informada que garanta que os datos que recollas non sexan só números nunha pantalla, senón un reflexo fiable da realidade.

Contacta cos nosos expertos en medición