Cuando realizamos una medición con un multímetro, un calibre, un termómetro o cualquier otro instrumento, es habitual mirar el número que aparece en la pantalla y asumir que ese es simplemente el valor de la magnitud que estamos midiendo.
Pero toda medición tiene limitaciones.
Si un multímetro indica:
5,02 V
eso no significa necesariamente que la tensión sea exactamente 5,020000… V.
El resultado depende del instrumento, del rango seleccionado, de las puntas de prueba, de las condiciones ambientales e incluso de la manera en que realizamos la medición.
En el vídeo de este artículo comparto algunos consejos sobre cómo obtener mejores resultados en las mediciones. Este tema también nos permite comprender una diferencia muy importante entre resolución, precisión y exactitud.
Medir No Es Simplemente Leer un Número
Una medición es una comparación entre una magnitud y una referencia.
El NIST define la medición como un proceso experimental que produce un valor que puede atribuirse razonablemente a la magnitud que queremos determinar.
Por lo tanto, cuando obtenemos:
R = 1,003 Ω
debemos preguntarnos:
¿Con qué instrumento se ha medido? ¿En qué rango? ¿En qué condiciones? ¿Con qué incertidumbre?
Cuanto más exigente sea la aplicación, más importantes serán estas preguntas.
Precisión, Exactitud y Resolución No Son lo Mismo
Estos conceptos se confunden con frecuencia.
Imagina que realizamos varias mediciones de la misma magnitud.
Precisión
La precisión está relacionada con la proximidad entre los resultados de mediciones repetidas.
Por ejemplo:
5,01 V 5,01 V 5,02 V 5,01 V 5,01 V
Los resultados están muy agrupados.
El NIST caracteriza la repetibilidad mediante la concordancia entre mediciones sucesivas realizadas en las mismas condiciones.
Exactitud
La exactitud está relacionada con lo cerca que se encuentra el resultado de una medición del valor de referencia.
Podemos tener un instrumento que indique constantemente:
5,20 V 5,20 V 5,20 V 5,20 V
cuando el valor de referencia es:
5,00 V
Presenta una repetibilidad excelente, pero existe una desviación importante respecto al valor de referencia.
Fluke también distingue estos conceptos: una mayor precisión está relacionada con la repetibilidad, mientras que una mayor exactitud significa obtener una lectura más cercana al valor considerado verdadero o al valor de referencia.
¿Qué Es la Resolución?
La resolución es la variación más pequeña que un instrumento puede indicar.
Imagina dos multímetros.
El primero muestra:
5,0 V
El segundo:
5,023 V
El segundo tiene mayor resolución.
Pero aquí hay una trampa:
más decimales no significan automáticamente una mayor exactitud.
Un instrumento puede mostrar muchos dígitos y seguir teniendo una incertidumbre de medición considerable.
Las especificaciones del instrumento nos indican qué representan realmente esos dígitos.
Selecciona Correctamente el Rango del Multímetro
Esta es una de las formas más sencillas de obtener una lectura con mejor resolución.
Supongamos que queremos medir aproximadamente:
1,25 V
Si utilizamos un rango muy superior al valor medido, podemos perder resolución.
En un ejemplo presentado por Fluke, diferentes rangos ofrecen distintas resoluciones:
| Rango | Resolución |
|---|---|
| 300,0 mV | 0,1 mV |
| 3,000 V | 1 mV |
| 30,00 V | 10 mV |
| 300,0 V | 100 mV |
Por lo tanto, cuando el instrumento permite seleccionar el rango manualmente, normalmente elegimos el rango más bajo que pueda admitir con seguridad el valor medido. En los multímetros con selección automática de rango, el propio instrumento intenta seleccionar uno adecuado.
Naturalmente, cuando no conocemos el valor aproximado de la magnitud que vamos a medir, comenzamos de una manera segura y apropiada para el instrumento y la aplicación.
Tener Más Dígitos Tampoco lo Soluciona Todo
Existen multímetros de:
3½ dígitos 4½ dígitos 5½ dígitos 6½ dígitos …
y también especificaciones expresadas en cuentas (counts).
Los multímetros de banco pueden alcanzar resoluciones muy superiores a las de los multímetros portátiles convencionales. Keysight, por ejemplo, ofrece actualmente instrumentos de banco de entre 5½ y 8½ dígitos, dependiendo de la categoría del equipo.
Esto es importante para determinadas aplicaciones.
Pero de nada sirve comprar un instrumento con una resolución extremadamente alta si después lo utilizamos de forma incorrecta.
Lee las Especificaciones de Exactitud
En los multímetros digitales es habitual encontrar una especificación como:
±(0,5 % de la lectura + 2 dígitos)
Esto significa que el error permitido no es simplemente:
±0,5 %
También existe una contribución asociada a los dígitos menos significativos.
Fluke presenta, por ejemplo, una especificación hipotética de:
±(2 % + 2)
y muestra que una lectura de 100,0 V podría corresponder, dentro de esa especificación, a un intervalo aproximado de entre 97,8 y 102,2 V.
Por lo tanto, nunca debemos interpretar todos los dígitos de la pantalla como igualmente fiables sin conocer las especificaciones del instrumento.
El Contacto de las Puntas de Prueba Marca la Diferencia
Una fuente de error extremadamente común no se encuentra dentro del multímetro.
Está aquí:
MULTÍMETRO
│
↓
CABLES
│
↓
PUNTAS DE PRUEBA
│
↓
CONTACTO
│
↓
CIRCUITOLas puntas oxidadas, los conectores flojos, los contactos inestables o una presión de contacto variable pueden afectar a la medición.
Esto resulta especialmente evidente cuando medimos resistencias muy bajas.
Realiza una Prueba Sencilla con las Puntas
Configura el multímetro para medir resistencia y pon en contacto las dos puntas de prueba.
Lo ideal sería obtener:
0 Ω
pero podríamos encontrar:
0,2 Ω
por ejemplo.
Esta resistencia puede incluir contribuciones de los:
cables + conectores + puntas + contactos.
Ahora imagina que intentamos medir una resistencia de:
0,5 Ω
La resistencia del propio sistema de medición deja de ser despreciable.
Algunos instrumentos ofrecen funciones de compensación o técnicas específicas para medir resistencias bajas.
Cuatro Hilos Pueden Ser Mejores que Dos
Al medir resistencias muy bajas, los laboratorios y los instrumentos de banco pueden utilizar la técnica de cuatro hilos, también conocida como medición Kelvin.
De forma simplificada:
corriente
↓
┌───────────┐
───────┤ ├───────
│RESISTENCIA│
───────┤ ├───────
└───────────┘
↑
tensión
Un par de conductores transporta la corriente, mientras que el otro mide la tensión.
De esta manera, se puede reducir considerablemente la influencia de la resistencia de los cables sobre el resultado.
Para las mediciones habituales en el banco de trabajo, esto no siempre es necesario, pero demuestra un principio importante:
el propio sistema de medición puede afectar al resultado.
El Multímetro También Forma Parte del Circuito
Cuando conectamos un instrumento a un circuito, este no es completamente invisible desde el punto de vista eléctrico.
Al medir tensión, queremos que el voltímetro tenga una impedancia de entrada suficientemente elevada para que interfiera lo menos posible en el circuito.
Al medir corriente, el amperímetro se conecta en serie e introduce cierta resistencia interna.
Por lo tanto:
CIRCUITO ORIGINAL
↓
añadimos el instrumento
↓
CIRCUITO + INSTRUMENTOEn situaciones habituales, esta influencia puede ser pequeña.
En circuitos de alta impedancia o en mediciones más delicadas, puede llegar a ser significativa.
No Sujetes Determinadas Partes con los Dedos
Al medir resistencias elevadas, nuestro propio cuerpo puede crear un camino eléctrico adicional.
Imagina:
punta ── RESISTENCIA ── punta
↑ ↑
dedo dedoPuedes acabar colocando una resistencia asociada a tu cuerpo en paralelo con el componente.
En determinados rangos de medición, esto puede modificar la lectura.
Por lo tanto, especialmente al medir resistencias elevadas, evita tocar simultáneamente las partes metálicas de las puntas y los terminales.
La Temperatura También Modifica los Valores
Los componentes electrónicos no tienen necesariamente el mismo valor a cualquier temperatura.
Una resistencia tiene un coeficiente de temperatura.
Los sensores, los semiconductores y otros dispositivos pueden presentar variaciones todavía más significativas.
El propio instrumento también tiene unas condiciones ambientales especificadas bajo las cuales alcanza la exactitud declarada. La documentación de Keysight destaca que las especificaciones de exactitud solo tienen sentido cuando van acompañadas de las condiciones en las que son válidas, incluidos factores como la temperatura, la humedad y el tiempo transcurrido desde la calibración.
Esto explica por qué las mediciones metrológicas requieren condiciones mucho más controladas que una medición habitual en el banco de trabajo.
Deja que la Lectura se Estabilice
No todas las magnitudes alcanzan instantáneamente su valor final.
Podemos observar algo como esto:
5,17 5,11 5,08 5,06 5,05 5,05 5,05
Si registramos inmediatamente:
5,17
podríamos estar midiendo un transitorio y no la condición que realmente queríamos analizar.
Por eso necesitamos comprender:
qué estamos midiendo y cuándo debemos realizar la lectura.
Esto se aplica a los instrumentos eléctricos, la temperatura, la masa, las dimensiones y muchas otras magnitudes.
Realiza Más de una Medición
Otra práctica interesante consiste en repetir la medición.
En lugar de:
MEDIR → ANOTAR → TERMINAR
podemos hacer:
MEDIR
↓
REPETIR
↓
COMPARAR
↓
COMPROBAR LA CONSISTENCIASi obtenemos:
10,01 10,02 10,01 10,02
tenemos una situación muy diferente de:
9,72 10,34 9,89 10,28
Repetir las mediciones ayuda a identificar la variabilidad del proceso. El NIST considera precisamente la dispersión de una serie de mediciones como uno de los datos que pueden contribuir a evaluar la incertidumbre.
Pero Calcular la Media No Elimina Todos los Errores
Imagina un instrumento con un error sistemático.
Mide repetidamente:
10,20 10,21 10,20 10,20 10,21
cuando el valor de referencia está próximo a:
10,00
Calcular la media de mil mediciones no eliminará necesariamente esa desviación.
Esto nos ayuda a comprender la diferencia entre:
errores aleatorios y efectos sistemáticos.
El NIST señala que la incertidumbre de una medición puede incluir contribuciones tanto de efectos aleatorios como sistemáticos.
Compara Instrumentos Cuando Tenga Sentido
Un experimento sencillo en el banco de trabajo consiste en medir la misma fuente de alimentación con dos multímetros.
Por ejemplo:
MULTÍMETRO A → 5,01 V
MULTÍMETRO B → 5,07 V
¿Cuál es el correcto?
Esta comparación, por sí sola, no nos permite saberlo.
Quizá A esté más cerca del valor de referencia.
Quizá B.
Quizá ambos estén dentro de sus respectivas especificaciones.
Pero la comparación resulta útil porque nos recuerda que el número mostrado por un instrumento no es una verdad absoluta.
Para determinar correctamente la exactitud, necesitamos una referencia conocida y un proceso de calibración.
Calibrar Es Diferente de Simplemente Comparar
En aplicaciones profesionales, los instrumentos pueden calibrarse utilizando patrones con una trazabilidad conocida.
Esto crea una cadena de comparaciones:
INSTRUMENTO
↓
PATRÓN DE REFERENCIA
↓
PATRONES DE NIVEL SUPERIOR
↓
REFERENCIAS METROLÓGICASNo necesitamos convertir todos los bancos de trabajo domésticos en laboratorios de metrología.
Pero conocer este concepto cambia nuestra manera de interpretar una lectura.
¿Cuántos Decimales Debo Anotar?
Una regla práctica importante es:
no atribuyas a un resultado más precisión de la que puede ofrecer tu proceso de medición.
Si el instrumento y el método no justifican:
12,347891 V
no existe ninguna ventaja científica en registrar seis decimales simplemente porque un cálculo haya producido ese número.
Los dígitos registrados deben ser coherentes con la resolución y la incertidumbre de la medición.
Esto Se Aplica a Mucho Más que a los Multímetros
Los mismos principios se aplican cuando utilizamos:
calibres, micrómetros, balanzas, termómetros, osciloscopios, frecuencímetros o cualquier otro instrumento.
Por ejemplo, al utilizar un calibre:
posición correcta
+
presión adecuada
+
superficies limpias
+
instrumento adecuado
↓
mejor mediciónCon un termómetro:
posición del sensor
+
tiempo de estabilización
+
características de la superficie
+
condiciones ambientales
↓
mejor mediciónLa técnica de medición importa tanto como el instrumento.
Mira los Consejos en el Vídeo
En el vídeo siguiente comparto algunos consejos sobre cómo obtener mediciones más precisas con un multímetro u otros instrumentos.
El objetivo no es convertir una medición sencilla en un procedimiento de laboratorio.
Se trata de desarrollar un hábito importante:
antes de confiar en un número, comprender cómo se ha obtenido.
Un Instrumento Mejor Ayuda, pero la Técnica Sigue Siendo Importante
Comprar un multímetro más caro puede ofrecer:
mayor exactitud, mayor resolución, mejor estabilidad y más funciones.
Pero eso no corrige automáticamente una medición mal realizada.
Podemos resumir una buena medición de la siguiente manera:
INSTRUMENTO ADECUADO
+
RANGO ADECUADO
+
BUENAS PUNTAS Y CONTACTOS
+
TÉCNICA CORRECTA
+
CONDICIONES CONOCIDAS
+
REPETICIÓN CUANDO SEA NECESARIO
↓
RESULTADO MÁS FIABLEEste es, quizás, el punto más importante.
Medir bien no significa simplemente tener un buen instrumento. Significa saber utilizarlo y conocer las limitaciones de la medición que estamos realizando.
Para profundizar en el uso de instrumentos, las pruebas de componentes y las técnicas de diagnóstico en el banco de trabajo, explora también la sección de Banco de Trabajo, Instrumentación y Mantenimiento.