15.1 El instrumento es parte del proceso
Una medición no depende solamente del objeto. El instrumento, el método, las condiciones y la persona u programa que interpreta la indicación influyen en el resultado.
Una regla, una balanza y un termómetro están diseñados para clases de magnitudes diferentes. Incluso entre instrumentos de la misma clase, uno puede cubrir valores mayores y otro distinguir cambios más pequeños.
Conocer sus características permite responder una pregunta esencial: ¿este instrumento es adecuado para el mensurando y para el propósito de la medición?
15.2 Instrumento, sensor y sistema de medición
Un instrumento de medición es un dispositivo utilizado para realizar mediciones. Un sensor es un elemento del sistema directamente afectado por la magnitud que se mide.
Un sistema de medición puede reunir uno o más instrumentos y otros dispositivos para producir valores dentro de intervalos especificados.
En un instrumento sencillo varias etapas pueden encontrarse dentro del mismo dispositivo.
15.3 Indicación y resultado
La indicación es el valor proporcionado por el instrumento o sistema. Puede aparecer como una posición sobre una escala, un número en pantalla, una señal eléctrica o un dato digital.
La indicación no siempre coincide directamente con el resultado final. Puede necesitar una corrección, una conversión de unidad, una curva de calibración o el promedio de varias lecturas.
Registrar solamente el número mostrado puede ser insuficiente si después necesitamos reconstruir cómo se obtuvo el resultado.
15.4 Alcance e intervalo de medición
El intervalo de medición es el conjunto de valores que el instrumento puede medir con una incertidumbre instrumental especificada y bajo condiciones definidas. En muchos ámbitos también se habla de rango o alcance de medición.
Un termómetro cuyo intervalo es de −20 °C a 120 °C no debe utilizarse para afirmar una temperatura de 180 °C. Fuera del intervalo, la respuesta puede saturarse, volverse no lineal o incluso dañar el instrumento.
El límite inferior del intervalo no es necesariamente el límite de detección. Un instrumento puede mostrar cero sin ser capaz de detectar arbitrariamente pequeñas cantidades.
15.5 Intervalo nominal e intervalo útil
La escala o pantalla puede permitir ciertas indicaciones nominales, pero el intervalo en el que se garantizan características metrológicas puede ser más reducido.
Por ejemplo, un sensor puede producir señales entre 0 y 5 V, aunque el fabricante garantice las mediciones solo para temperaturas entre 10 °C y 90 °C y bajo determinadas condiciones ambientales.
Por eso no basta con observar los números extremos impresos. Debemos consultar especificaciones, condiciones de operación y límites permitidos.
15.6 Resolución
La resolución es el menor cambio de la cantidad medida que produce un cambio perceptible en la indicación correspondiente.
En una regla con divisiones de 1 mm, la resolución de la escala mostrada suele asociarse a 1 mm. En una pantalla digital que cambia de 20,3 °C a 20,4 °C, la resolución de la indicación es 0,1 °C.
La resolución puede depender del ruido, la fricción y del propio valor medido. Mostrar muchos decimales no garantiza que el sistema pueda resolver cambios de ese tamaño.
15.7 Sensibilidad
La sensibilidad de un sistema de medición es el cociente entre el cambio de la indicación y el cambio correspondiente de la cantidad medida:
Si un sensor cambia su salida 0,05 V cuando la temperatura aumenta 1 °C, su sensibilidad es 0,05 V/°C.
La sensibilidad puede variar a lo largo del intervalo. En una curva indicación–mensurando, corresponde localmente a la pendiente.
15.8 Resolución no es sensibilidad
La resolución indica el cambio mínimo distinguible. La sensibilidad indica cuánto cambia la salida ante un cambio de entrada. Son propiedades relacionadas, pero diferentes.
| Propiedad | Pregunta | Ejemplo |
|---|---|---|
| Intervalo | ¿Qué valores puede medir? | 0 °C a 100 °C |
| Resolución | ¿Qué cambio mínimo distingue? | 0,1 °C |
| Sensibilidad | ¿Cuánto cambia la salida por cambio de entrada? | 0,05 V/°C |
Un sistema puede amplificar mucho una señal y tener alta sensibilidad, pero el ruido puede limitar su resolución efectiva.
15.9 Escalas analógicas
En un instrumento analógico, la indicación se obtiene a partir de la posición de un índice sobre una escala. Para leerla debemos identificar:
- Los valores de dos marcas numeradas consecutivas.
- La cantidad de intervalos entre esas marcas.
- El valor de cada división.
- La unidad y cualquier factor multiplicador indicado.
La mirada debe ubicarse de forma adecuada para reducir el paralaje. Los espejos presentes en algunos instrumentos ayudan a alinear el índice con su reflejo.
15.10 Instrumentos digitales
Un instrumento digital presenta valores discretos. Si muestra una cifra decimal en °C, puede cambiar en pasos de 0,1 °C, pero esa resolución de pantalla no informa por sí sola la exactitud ni la incertidumbre.
También puede existir una resolución interna diferente de la mostrada. El equipo puede promediar, filtrar o redondear datos antes de presentarlos.
Cuando un programa recibe el valor, debe conservar la unidad, la marca temporal, el estado del sensor y posibles indicadores de fuera de rango.
15.11 Saturación, umbral y zona muerta
La saturación ocurre cuando la salida deja de aumentar de la forma esperada aunque la entrada continúe creciendo. Es habitual al superar el intervalo operativo.
El umbral de discriminación se relaciona con el mayor cambio que no produce un cambio detectable en la indicación. Una zona muerta es un intervalo máximo en el que la entrada puede variar en ambos sentidos sin cambiar la indicación.
Estas propiedades muestran por qué un instrumento real no puede modelarse siempre como una función perfecta y continua.
15.12 Exactitud, precisión y resolución
Un instrumento con mayor resolución no es automáticamente más exacto. Puede distinguir cambios pequeños y, al mismo tiempo, presentar un desplazamiento sistemático.
La exactitud describe cercanía entre un valor medido y un valor verdadero del mensurando; no es una cantidad a la que se asigna simplemente un número. La precisión se relaciona con la cercanía entre indicaciones o valores obtenidos en mediciones repetidas.
Estos conceptos y la incertidumbre se desarrollarán en el tema 16. Por ahora, debemos evitar usar “precisión” como sinónimo de cantidad de decimales.
15.13 Elegir un instrumento
La elección depende del objetivo, no de cuál instrumento muestra más cifras. Debemos considerar:
- Mensurando y unidad requerida.
- Valores mínimos y máximos esperados.
- Resolución necesaria para tomar decisiones.
- Incertidumbre permitida.
- Tiempo de respuesta y frecuencia de muestreo.
- Condiciones ambientales y posible interacción con el objeto.
- Calibración, trazabilidad, costo y seguridad.
Un instrumento de intervalo estrecho puede ofrecer mejor resolución, pero quedar inutilizable si el valor sale de ese intervalo.
15.14 Laboratorio interactivo de instrumentos
Elegí uno de tres sensores y modificá la temperatura de referencia. Compará intervalo, resolución, sensibilidad, indicación cuantizada y señal de salida.
Seleccionar un sensor
Los sensores son modelos didácticos con diferentes compromisos entre intervalo y detalle.
El sensor distingue indicaciones en pasos de 1 °C. La referencia se redondea a la indicación disponible más cercana.
La “temperatura de referencia” de la actividad permite observar el comportamiento, pero en una medición real el valor verdadero no suele conocerse. La simulación no modela incertidumbre, ruido ni tiempo de respuesta.
15.15 Registrar las características en JavaScript
const sensor = {
magnitud: "temperatura Celsius",
unidad: "°C",
minimo: 0,
maximo: 200,
resolucion: 1,
sensibilidadVPorC: 0.01
};
function estaDentroDelIntervalo(valor, instrumento) {
return valor >= instrumento.minimo &&
valor <= instrumento.maximo;
}
console.log(estaDentroDelIntervalo(23.46, sensor));El resultado es true. En un sistema real también guardaríamos identificador, calibración, condiciones de operación y códigos de estado.
15.16 Errores frecuentes
- Medir fuera del intervalo: una indicación extrema puede ser saturación, no el valor real.
- Confundir resolución con exactitud: más dígitos no garantizan menor error.
- Confundir sensibilidad con resolución: una es una razón de cambios y la otra, un cambio mínimo distinguible.
- Ignorar las condiciones: temperatura, humedad, vibración o alimentación pueden afectar la respuesta.
- No registrar estados: un número fuera de rango no debe almacenarse como lectura válida.
- Elegir siempre el intervalo mayor: puede perderse el detalle necesario.
15.17 Ejercicios propuestos
- Una balanza trabaja de 0 g a 500 g y cambia en pasos de 0,1 g. Identificá intervalo y resolución.
- Un sensor produce 2,5 V a 50 °C y 3,0 V a 60 °C. Calculá su sensibilidad media.
- Explicá por qué un termómetro de −10 °C a 50 °C no es adecuado para medir agua hirviendo.
- Dos instrumentos tienen igual resolución, pero uno indica siempre 2 unidades de más. ¿La resolución permite detectar el problema?
- Elegí entre una regla de 30 cm con divisiones de 1 mm y un calibre de 15 cm con resolución 0,02 mm para medir una puerta y el diámetro de un tornillo.
Ver soluciones y explicaciones
- Intervalo: 0 g a 500 g. Resolución de indicación: 0,1 g.
- (3,0 V − 2,5 V)/(60 °C − 50 °C) = 0,05 V/°C.
- La temperatura esperada está fuera de su intervalo; la indicación podría saturarse o no cumplir sus especificaciones.
- No. La resolución describe cambios distinguibles; el desplazamiento sistemático requiere comparación o calibración.
- La regla es apropiada para la puerta por su alcance; el calibre, para el tornillo por su resolución y geometría.
15.18 Ideas para recordar
- Un sistema de medición puede integrar sensor, conversión, procesamiento e indicación.
- El intervalo establece qué valores pueden medirse bajo condiciones definidas.
- La resolución es el menor cambio que causa un cambio perceptible en la indicación.
- La sensibilidad es la razón entre el cambio de indicación y el cambio del mensurando.
- Resolución, sensibilidad, exactitud y precisión no son sinónimos.
- La elección del instrumento debe responder al propósito y a las condiciones de la medición.
En el próximo tema estudiaremos exactitud, precisión, error e incertidumbre.
Fuente de referencia: Vocabulario Internacional de Metrología (VIM), JCGM.