CALIBRACION DE UN DINAMOMETRO

La calibración de un sensor con fuerzas estáticas

En esta parte sólo se trata la calibración de un sensor con fuerzas estáticas. No se tiene en cuenta el aspecto dinámico.

Como la relación entre la fuerza aplicada a un dinamómetro y la medición de su señal de salida no se puede determinar con precisión en el momento de su fabricación ni mediante cálculo, es necesario realizar una calibración del dinamómetro. Esta operación consiste en establecer la relación precisa entre la fuerza aplicada al dinamómetro - “magnitud de entrada” - y la señal eléctrica que suministra - “magnitud de salida".

Concretamente, la operación consiste en aplicar al dinamómetro fuerzas conocidas con precisión y obtener los valores proporcionados por el equipo electrónico asociado al sensor. Los resultados obtenidos se aportan en forma de una tabla de valores o de un polinomio matemático que permiten al usuario del dinamómetro conocer el valor de la fuerza a partir de la indicación suministrada por el equipo electrónico asociado. La determinación de la incertidumbre asociada también forma parte de la calibración. Ésta se establece de conformidad con la “Guía para la expresión de la incertidumbre de medición”, elaborada por la Oficina Internacional de Pesos y Medidas (BIPM).

La calibración se realiza generalmente aplicando el protocolo definido por la norma internacional ISO 376. La norma ASTM E74 constituye también un protocolo propio en Estados Unidos. También se pueden definir otros protocolos de calibración en función de la utilización del dinamómetro y del nivel de incertidumbre que se busque.

La calibración de un dinamómetro debe efectuarse con fuerzas de referencia en la unidad de fuerza (el Newton), tal y como lo define el Sistema Internacional de Unidades (SI). La trazabilidad de este sistema de unidades únicamente queda garantizada por los laboratorios de calibración que aplican la norma ISO 17025, acreditados por uno de los organismos nacionales de acreditación (SMB, COFRAC, DKD, UKAS...).

Aplicación de los esfuerzos al sensor

El banco de calibración debe poder aplicar fuerzas unidireccionales en el eje de esfuerzo del sensor. A tales efectos, el eje mediante el cual el banco aplica las fuerzas debe materializarse, y el sensor debe estar centrado en este eje. Esto queda garantizado por un montaje mecánico estricto del sensor sobre el banco de calibración.

Independientemente de su calidad metrológica, un banco de calibración no genera nunca esfuerzos perfectamente unidireccionales. En el sensor también se aplican componentes de esfuerzo y de pares parásitos, debidos a las imperfecciones del banco. Las indicaciones suministradas por el dinamómetro se encuentran afectadas según la sensibilidad del sensor con respecto a dichos esfuerzos. La señal eléctrica aumenta o disminuye según la dirección de estos componentes parásitos. Ahora bien, la dirección de éstos son generalmente constantes para una fuerza dada del banco de calibración. La importancia de la interacción entre el dinamómetro calibrado y los esfuerzos parásitos generados por el banco de calibración se hace evidente mediante un procedimiento particular.

Se realizan varias series de aplicación de esfuerzos y, entre cada serie, el sensor gira alrededor de su eje de esfuerzo, en un ángulo que representa una vuelta completa, dividida por el número de series de medición, es decir, un ángulo de

• 180° para 2 series
• 120° para 3 series
• o 90° para 4 series

La media de los resultados obtenidos en un cojinete de carga dado suprime una gran parte de la influencia de los esfuerzos parásitos y su dispersión (o reproductibilidad) y es un buen indicador de esta influencia.

Por último, la respuesta del sensor a las peticiones depende enormemente de la forma en que las tensiones aplicadas se reparten por el interior del sensor. A tales efectos, las características geométricas y funcionales de las piezas mecánicas de unión con el banco de calibración son esenciales y condicionan los resultados de la calibración. Por consiguiente, deben definirse y describirse con precisión.

Dispositivo eléctrico asociado al sensor

Deben tenerse en cuenta dos casos, dependiendo de si el sensor cuenta con un dispositivo eléctrico asociado o no :

• Sensor de fuerza y electrónica de medición

  En el primer caso, deben definirse las condiciones de ajuste de la cadena de medición. Si esta cadena está provista de un dispositivo de calibrado, éste debe ser activado, recuperado y, eventualmente, ajustado en función de las necesidades del usuario. Si se efectúa un ajuste del calibrado, esto implicará una pérdida de la trazabilidad de las mediciones efectuadas con el dinamómetro y deberán recuperarse los valores del calibrado obtenidos antes y después de su ajuste. Una modificación del calibrado después de la calibración invalida esta calibración.

• Sensor de fuerza única

  Cuando sólo hay que calibrar el sensor, el laboratorio de calibración le asocia un dispositivo de medición que permite alimentar eléctricamente el sensor y medir la señal de salida. Las características y los ajustes de estos dispositivos de alimentación y de medición deben definirse con precisión, de acuerdo con el usuario del sensor. Hay que precisar las conexiones eléctricas realizadas. Debe garantizarse la trazabilidad de las mediciones eléctricas en el Sistema Internacional de Unidades (SI). Los resultados de la calibración no se aplicarán a menos que el usuario asocie al sensor una cadena de medición que presente características y ajustes similares a los obtenidos durante la calibración, con una garantía similar a la de la trazabilidad eléctrica.

  En todos los casos, el usuario del dinamómetro debe integrar en el cálculo de la incertidumbre las fuerzas medidas con este dinamómetro los componentes que tienen en cuenta la sustitución del dispositivo eléctrico asociado al sensor.