7) Errores en los sistemas de medida y su análisis
Al tomar una medida existen muchas posibilidades de que el valor medido se acerque al valor real, sin embargo resulta utópico intentar conseguir exacta y precisamente el valor real, debido a los usuales errores. Generalmente al medir se cometen errores por las condiciones externas, por los instrumentos de medición, y el mismo observador que realiza la medida; esto genera 2 tipos principales de errores: por medidas directas y por medidas indirectas.
Los errores de medición directa son los que se obtienen directamente del instrumento sin pasar por una ecuación matemática. Pueden ser de 3 clases: errores sistemáticos, errores aleatorios y errores de exactitud. Los errores sistemáticos se deben a características, generalmente externas, que afectan el proceso de una determinada manera, al medir varias veces con un instrumento se obtiene el mismo valor aunque no sea el real. Estos errores se pueden corregir (calibración), y cuando no, se pueden establecer ecuaciones matemáticas que permitan obtener un valor más cercano. Los errores aleatorios se refieren al instrumento, y a las variaciones de la magnitud ante varias medidas realizadas consecutivamente. Para eliminar el error se establece un promedio entre las medidas y una desviación estándar; a partir de estos valores se puede obtener un valor más cercano al real.
Los errores de medida indirecta se dan cuando después de haber medido una serie de variables y determinado su error se utilizan ecuaciones matemáticas para determinar una propiedad del elemento o proceso. El ejemplo más común es la densidad, que primero se mide la masa y el volumen, se miden sus respectivos errores, y por último se divide la masa entre el volumen y se calcula el error de propagación por los errores directos.
Por lo tanto, para hacer un análisis detallado de los valores obtenidos en una medición, es sumamente importante que se realice un análisis de cada uno de los errores y la influencia de este sobre el error medido.
8) Incertidumbre de las Medidas
Al medir se deben expresar los resultados con su magnitud, unidad e incertidumbre, de esta manera proporciona más información. Toda medida, por más prevención de errores que se realice, lleva consigo una porción de incertidumbre que también brinda información. Por ejemplo, en un sistema de aviación no es lo mismo que altímetro mida con una incertidumbre de 2mm a que mida una con una incertidumbre de 2m. Como resulta obvio, mientras menor sea el valor de la incertidumbre la medida se asemeja más a su valor real. Para disminuir la incertidumbre de un instrumento generalmente se recurre a la calibración que consiste en medir una variable cuyo valor ya es conocido mediante una referencia confiable y luego comparar ambos valores. Esto se debe hacer varias veces con distintos valores subiendo y bajando, y corregir los valores si es posible, sino, se deben medir las desviaciones.
9) Error Sistemático
Un error sistemático se repite varias veces si se mide bajo las mismas condiciones. Por lo general, los errores sistemáticos se dan por variables externas o por la falta de información de la persona que realiza la medición y su variación es determinable. Son errores repetitivos mientras la variable culpable no se altere, y la magnitud de la medida varía en proporción a la variable. Es posible, por lo tanto, establecer ecuaciones matemáticas que permitan conocer el valor real de la medida tomada por medio de experiencias previas donde se mide un valor ya conocido (calibración). Generalmente, se dispone el sistema de medición de tal manera que los errores sistemáticos sean resueltos dentro del mismo procesamiento de este. Por lo cual, los errores sistemáticos disminuyen su probabilidad mientras en instrumento de medición este calibrado y de ahí viene su importancia.
10) Error Aleatorio
Un error aleatorio es el que produce valores cercanos más no iguales en cada medición. Por ejemplo, si midiendo el largo de una pared a la misma temperatura, con el mismo metro, y bajo las mismas condiciones se obtienen 3m, 3.02m y 2.99m se puede asegurar que el error es aleatorio. Es decir, el valor medido cambia ligeramente entre las mediciones aunque no se alteren las condiciones externas. Para considerar un error como aleatorio debe poseer una característica fundamental: mientras más medidas se tomen, además de notar que todas son muy cercanas y no varían en el tiempo, la desviación estándar debe disminuir. Por este motivo el error aleatorio se elimina tomando varias medidas, y mientras mayor sea el número de medidas tomadas menor será el error obtenido. Por medio de la calibración, entonces, es posible determinar aproximadamente los errores aleatorios probables de cada instrumento.
11) Errores Estáticos y Errores Dinámicos
En este punto vale la pena aclarar que existen 2 tipos de señales que se pueden medir: constantes en el tiempo y las variables en el tiempo. Para valores constantes el error es estático, es decir, se analizan los errores punto a punto del sensor, dentro de la categoría de error estático también se encuentran las señales muy lentas. Para señales variables en el tiempo se utiliza el error dinámico que considera la respuesta dinámica del sensor, sus tiempos de subida y bajada, el retardo y la velocidad de cambio. Generalmente dicho error dinámico solo se analiza desde el punto de vista de la amplitud y por eso a esto también se lo denomina error dinámico.
12) Forma de expresar los errores
Existen 3 maneras de expresar los errores. No hay que confundir, la clasificación de los errores descrita anteriormente con la forma de presentarlos. En primer lugar está en el error absoluto, y el error relativo (que en determinadas ocasiones se utiliza de manera porcentual); sin embargo, también existe el error de fondo de escala que es mucho menos utilizado. El error de fondo de escala se encarga de dividir el error absoluto de entre el fondo escala del instrumento, de alguna manera se obtienen resultados proporcionales a los del valor absoluto, pero su escala permite determinar la importancia de estos.
12.1) Error Absoluto
El error absoluto es la resta absoluta del valor medido con el valor real. Sin embargo, como es obvio, es imposible que el ser humano logre menor el valor real sin cierto porcentaje de error y por lo tanto este error se calcula con base en estimaciones. Este error resulta útil ya que marca que tan alejados (o cerca) del valor real se encuentra la medida, y permite fácilmente encontrar los errores sistemáticos del instrumento. Por definición el error absoluto siempre es positivo y su magnitud depende de las unidades en las cuales se mida.
También resulta importante conocer el concepto de error relativo, que divide el valor obtenido en el valor absoluto entre el valor real. Esto permite que se tenga una aproximación de cuan mala (o buena) fue la medida con respecto a la medida real. Generalmente, el error relativo se multiplica por cien y se lo denomina error relativo porcentual. En la actualidad se intenta que los errores obtenidos para estudiantes no supere el 5%, y para profesionales no supere el 2 o 1%.
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