RESOLUCIÓN, DISCRIMINACIÓN Y SENSIBILIDAD

RESOLUCIÓN, DISCRIMINACIÓN Y SENSIBILIDAD

En este artículo analizaremos una de las primeras características a tener en cuenta en todo estudio de los sistemas de medición.

La mayoría de la gente habla de resolución, discriminación, sensibilidad y legibilidad de un instrumento o sistema de medición como si todos estos términos fueran iguales pero cuando profundizamos el análisis aparecen las diferencias de criterio.

Por esto es que vamos a repasar las definiciones formales de las normas o guías de metrología más comúnmente utilizadas.

RESOLUCIÓN

Según el Vocabulario Internacional de Metrología (VIM), 3ra edición, punto 4.14, la resolución es la mínima variación de la magnitud medida que da lugar a una variación perceptible de la indicación correspondiente.

El VIM también indica el punto 4.15 que la resolución de un dispositivo visualizador, es la mínima diferencia entre indicaciones visualizadas, que puede percibirse de forma significativa.

DISCRIMINACIÓN

Según el Vocabulario Internacional de Metrología (VIM), 3ra edición, punto 4.16, el umbral de discriminación, es la máxima variación del valor de la magnitud medida que no causa variación detectable de la indicación correspondiente.

Según MSA, 4ta edición, página 55 la discriminación de un instrumento es la cantidad de cambio de un valor de referencia que un instrumento puede detectar y fielmente indicar. Esto también se conoce como legibilidad o resolución. La medida de esta capacidad es típicamente el valor de la graduación más pequeña en la escala del instrumento.

SENSIBILIDAD

Según MSA, 4ta edición, página 17 la sensibilidad de un instrumento es la señal de entrada más pequeña que resulta en una señal de salida detectable. Es la capacidad de respuesta del sistema de medición a los cambios en la característica medida. 

Hay un tema común en estas definiciones y es que todas están expresadas en la misma magnitud y unidades que mide el instrumento, es decir si el instrumento mide longitud en milímetros; la resolución, la sensibilidad o la discriminación están expresadas en milímetros de longitud.  Si el instrumento mide masa en gramos; la resolución, la sensibilidad o la discriminación están expresadas en gramos de masa.

La diferencia es que en algunos casos se habla de menor variación de los valores reales (señal de entrada) que pueden ser detectados o indicados (señal de salida). Y otros hablan de menor valor que puede percibirse (señal de salida). Unos expresan esta característica sobre los valores de entrada (valores reales) y otros sobre los valores de salida (valores indicados por el instrumento). En la práctica el resultado es el mismo salvo que el instrumento sea defectuoso o no este correctamente diseñado.

Pensemos de esta forma; que existe una resolución “visible” que es la resolución indicada por el instrumento, que no depende de nada más y otra que es la resolución efectiva del instrumento que depende de muchas causas internas del instrumento y además de la resolución “visible” o “indicada” porque solo se puede leer a través de ella.

Resumiendo:

Sensibilidad = Resolución  → Resolución Efectiva

Discriminación = Resolución de un dispositivo visualizador → Resolución Indicada

De acuerdo a lo dicho anteriormente para un sistema de medición tenemos una resolución efectiva y una resolución indicada. Y en ambos casos, están expresadas en la misma magnitud y unidades que el sistema de medición utiliza.

¿Cuándo un sistema de medición tiene una resolución adecuada?

El criterio de evaluación, para determinar si una resolución es adecuada o no, es que la resolución debe pequeña con respecto al rango de utilización del sistema de medición. Los rangos de utilización de los sistemas de medición dependen del uso del instrumento.

El criterio de evaluación, para determinar si una resolución es adecuada o no, es que la resolución debe pequeña con respecto al rango de utilización del sistema de medición. Los rangos de utilización de los sistemas de medición dependen del uso del instrumento.

Los sistemas de medición se utilizan para:

a)

Determinar si un producto cumple con las especificaciones. Esto se llama “Control de Producto”. El rango de utilización seria la Tolerancia de la Especificación de Producto.

b)

Poder controlar los procesos de producción. Esto se llama “Control de Proceso”. El rango de utilización seria la Variación Total del Proceso. Esto es consistente con la filosofía de la mejora continua (es decir, el enfoque de proceso).

Si un sistema de medición es utilizado para el control de los procesos, la  resolución efectiva debería ser una fracción de la variación total de proceso. En la práctica la resolución efectiva debería ser menor o igual al 10% de la variación total de proceso.

Resolución Efectiva ≤ 10 % de la Variación Total del Proceso

Esta verificación se puede realizar durante la puesta a punto de los procesos de producción comparando la variabilidad del proceso con la variabilidad del sistema de control, durante las pruebas de capacidad de proceso y R&R del instrumento.

Estas reglas deben ser consideradas como un punto de partida para 

determinar la resolución ya que no incluye otras fuentes  de variabilidad del sistema de medición.

La resolución de un instrumento no adecuada impacta en la variabilidad del sistema de medición porque para variaciones pequeñas del producto o para variaciones pequeñas del proceso el valor indicado de medición del instrumento muestra variaciones diferentes.

¿Por qué es importante definir y verificar la resolución de un sistema de medición?

Los errores de un sistema de medición se pueden agrupar en dos tipos:

a)

Errores sistemáticos

b)

Errores aleatorios

Los errores aleatorios se pueden determinar durante los ensayos como dispersión de distintas mediciones bajo ciertas condiciones.  Básicamente esta dispersión se calcula como una desviación estándar. Esta dispersión está provocada por la resolución indicada, la resolución efectiva, la repetibilidad, la reproducibilidad y la estabilidad.

Si se desea que los errores aleatorios no sobrepasen cierto nivel  y sabiendo que dentro de los errores aleatorios están incluidas las variaciones provocadas por la resolución, es fundamental que en etapas tempranas del diseño se determine un valor máximo de resolución y este porcentaje debe ser menor a otros porcentajes, como el de R&R que generalmente se especifica menor o igual al 10% o 15%.

¿De qué depende la resolución efectiva de un sistema de medición?

La resolución indicada está determinada por el diseño del calibre. Y la resolución efectiva depende de:

a) La resolución indicada

b) La calidad de fabricación

c) El estado de mantenimiento

d) Las condiciones ambientales de funcionamiento del instrumento

Los factores que afectan la resolución efectiva son:

a) Capacidad para amortiguar un instrumento

b) Habilidad del operador

c) Capacidad de repetición del dispositivo de medición

d) Capacidad para proporcionar un funcionamiento libre de deriva en el caso de electrónica o calibradores neumáticos

e) Condiciones en las que el instrumento se está utilizando como temperatura ambiente, suciedad, humedad y vibraciones