Axis IV (Lab Measures/Vital Signs) Serum Creatinine
METHODS Data Source
Las principales características de funcionamiento de un instrumento de me- dida son su campo de medida y las relativas a la incertidumbre de sus lectu- ras. En este apartado se estudia cómo se expresa y evalúa la incertidumbre instrumental, considerando el proceso de medida, la expresión de su resulta- do y la calibración del instrumento.
La magnitud que es objeto de una medida, evaluada en el estado en el que se encuentra el sistema medido durante la propia medida, se denomina
mensurando o mesurando. La acción de medir con el instrumento implica
una interacción inevitable con el sistema medido, denominada carga ins- trumental. Si el instrumento no interfiriera con el valor de la magnitud que
se mide, se obtendría el valor no perturbado de la magnitud y esta sería la mejor medida de dicha magnitud. Pero incluso entonces, dado que para des-
cribir el estado del sistema durante la medida haría falta una cantidad ilimi- tada de información, habría una incertidumbre inevitable en la descripción de la magnitud medida, denominada incertidumbre intrínseca del mensu- rando.
El resultado de una medida, o simplemente una medida (M), es el
conjunto de valores atribuidos a un mensurando, que comprende: un valor (V), la incertidumbre correspondiente (U, del inglés uncertainty) y la uni-
dad de medida ([M]),
[ ]
= ±M V U M (1.6)
El valor V se denomina valor medido y, aunque es simplemente el elemento
medio del conjunto asignado para representar el mensurando, se denomina también valor del mensurando. Pero, dada la incertidumbre intrínseca del mensurando, éste no viene representado por un valor sino por un intervalo de valores, de entre los que V no es el valor más representativo, sino que es
simplemente un valor cómodo que permite expresar el conjunto de la forma
V ± U, que equivale a [V – U, V + U]. El mejor estimador del valor del
mensurando es el resultado de la medida, M, suponiendo que sea compatible
con todas las demás medidas del mismo mensurando. Dos o más medidas
del mismo mensurando son compatibles cuando hay un solapamiento ade-
cuado de sus intervalos. La compatibilidad de resultados de medidas obteni- das con diferentes instrumentos y métodos se asegura mediante la trazabili- dad, que es la propiedad del resultado de una medida (o del valor de un
patrón), que permite relacionarla con referencias establecidas (generalmente patrones nacionales o internacionales), mediante una cadena ininterrumpida de comparaciones, todas ellas con incertidumbres establecidas.
Laincertidumbre de medida U es un parámetro asociado al resultado
de una medida que caracteriza la dispersión de los valores que podrían razo- nablemente ser atribuidos al mensurando. (Obsérvese que el término incerti- dumbre se está utilizando en este apartado con dos significados: el común, como duda sobre la validez de un valor, y el técnico, como parámetro espe- cífico para cuantificar dicha duda). Si un mensurando se mide muchas ve- ces, se obtendrá un conjunto de valores, de modo que a partir de uno de es- tos valores no se puede saber cuál era realmente el mensurando, porque otros mensurandos podían haber producido el mismo valor. Si a partir de los valores atribuibles al mensurando se define un intervalo que contiene, por ejemplo, el 95 % de dichos valores, se puede tomar como incertidumbre de medida U, la mitad de la anchura de dicho intervalo. Se dice entonces que U
ternativa, en lugar de definir un intervalo de valores, se podría calcular la desviación típica de todos los valores atribuibles al mensurando, y entonces tomar como incertidumbre de medida U dicha desviación típica o un múlti-
plo de ella, obtenido al multiplicarla por el denominado factor de cobertura, k. (Para una distribución de valores gaussiana (normal), k = 2 da un interva-
lo que tiene un nivel de confianza del 95,45 %).
La relación que existe, bajo unas condiciones especificadas, entre la
indicación o valor leído, que es la salida del instrumento, y el resultado de la
medida, se establece, por referencia a patrones (Cuadro 1.1, al final de este Capítulo), mediante un conjunto de operaciones que constituyen la calibra- ción del instrumento. Dicha relación se describe mediante el diagrama de calibración (figura 1.10) que es una banda de un plano de coordenadas defi-
nido por el eje de las indicaciones del instrumento (R, del inglés reading),
en unidades de salida, y el eje de los resultados de las medidas (M), en uni-
dades de medida. Este diagrama representa la respuesta del instrumento a los diferentes valores del mensurando, y no tiene que ser necesariamente un gráfico; puede presentarse en forma de tabla o mediante una relación alge- braica. En los instrumentos generadores, el diagrama de calibración se redu- ce a un segmento paralelo al eje M o a un conjunto discreto de tales seg-
mentos.
La curva que une los puntos medios de los intervalos que representan el resultado de la medida se denomina curva de calibración, y da la relación
entre la indicación (lectura) de un instrumento y el valor indicado del men- surando. En el caso de una medida directa única, el valor indicado se toma como el valor de medida (V). Cuando la curva de calibración es una línea
recta que pasa por cero, su pendiente se denomina constante del instrumen- to. En los instrumentos cuyo indicador está diseñado de tal forma que, si se
elige una unidad de salida apropiada, los números que expresan la indica- ción (R) coinciden con aquellos que expresan el valor de la medida (V), la
curva de calibración es una línea recta de pendiente unidad, como en el caso de la figura 1.10. El cociente entre el cambio en la indicación y el corres- pondiente cambio en el valor del mensurando se denomina sensibilidad del instrumento (S = ΔR/ΔV). Si la curva de calibración no es lineal, la sensibi-
Figura 1.10 Diagrama de calibración de un instrumento de medida general.
Para construir el diagrama de calibración se aplican mensurandos de valor de medida Vj, conocidos con una incertidumbre claramente inferior a
la del instrumento (valores verdaderos convencionales, o simplemente valo- res convencionales, valores asignados o valores de referencia), y se determi-
nan los segmentos ΔRj que representan el rango de valores leídos que se
puede esperar obtener, a un nivel de confianza dado, en las mediciones efec- tuadas sobre todo el rango de condiciones de funcionamiento especificadas. La incertidumbre en el valor de Vj se considera despreciable si es inferior al
10 % de la incertidumbre del instrumento o a la componente de la incerti- dumbre debida a la cuantificación de las lecturas, que es la fracción evalua- ble mínima de la división de escala para las indicaciones analógicas, y la unidad del último dígito estable para las indicaciones digitales.
El diagrama de calibración viene afectado por las variaciones de di- versas magnitudes que no son objeto de la medida, denominadas magnitu- des de influencia. Estas magnitudes pueden surgir en el sistema de medida,
en el propio instrumento o en el entorno (temperatura, humedad, presión atmosférica, factores mecánicos—posición, vibraciones—, factores eléctri- cos—tensión y frecuencia de red, campos electromagnéticos). La diferencia entre los valores indicados para el mismo valor del mensurando cuando una magnitud de influencia toma sucesivamente dos valores diferentes, se de- nomina variación (debida a una magnitud de influencia). El cociente entre
una variación debida a una magnitud de influencia y el cambio de esa mag- nitud de influencia se denomina coeficiente de influencia. La figura 1.11
describe la situación resultante para una medida directa única, e indica que el diagrama de calibración empleado para obtener el resultado a partir de la indicación del instrumento debe corresponder a las condiciones de funcio- namiento reales. Muchos instrumentos actuales incorporan sensores capaces de medir las principales magnitudes de influencia y microprocesadores con programas que pueden corregir su influencia. Esas magnitudes dejan enton- ces de ser consideradas como magnitudes de influencia por el usuario. Pero, en general, la indicación no es el valor del mensurando. El resultado de una medida está relacionado con la indicación del instrumento y con los valores de corrección obtenidos mediante una calibración y mediante el uso de un modelo.
Figura 1.11 Obtención del resultado de una medida a partir de la indicación del instrumento en
una medida directa única. Las magnitudes de influencia pueden proceder del entorno y también del propio instrumento y del sistema medido.
Laverificación de calibración es el conjunto de operaciones utilizadas
para verificar si las indicaciones de un instrumento, bajo condiciones especi- ficadas, se corresponden con un conjunto dado de mensurandos conocidos, dentro de los límites del diagrama de calibración pertinente. La diferencia entre la indicación de un instrumento durante su verificación y la indicación del instrumento de referencia, se denomina desviación. El conjunto de ope-
raciones realizadas sobre un instrumento para que suministre indicaciones dadas que correspondan a valores dados del mensurando, se denomina ajus- te del instrumento. Si una indicación nula del instrumento deber correspon-
der a un valor nulo del mensurando, se habla de ajuste del cero. Obsérvese,
pues, que no es lo mismo obtener el diagrama de calibración que verificar la calibración, y que los ajustes se hacen en el instrumento, no en sus indica- ciones (por ejemplo, mediante correcciones). La tabla 1.1 muestra el parale- lismo entre estos conceptos.
Tabla 1.1 Diferencias entre la calibración y la verificación de calibración de un instrumento.
Operación Diferencia entre valores indicados Acción
Calibración Variación Corrección (en la indicación) Verificación de
calibración
Desviación Ajuste (del instrumento)
La mitad de la longitud del segmento definido por la intersección del diagrama de calibración con las paralelas al eje M, es la incertidumbre ins- trumental absoluta del instrumento (figura 1.10). Esta incertidumbre incluye
los efectos debidos a la cuantificación de los valores leídos. Si el instrumento se utiliza en las denominadas condiciones de referencia para las magnitudes de influencia, la incertidumbre del instrumento se denomina incertidumbre instrumental intrínseca, y tiene su menor valor admisible. La incertidumbre
instrumental en las condiciones de funcionamiento asignadas se denomina
incertidumbre instrumental de funcionamiento. El diagrama de calibración
en las condiciones de funcionamiento será siempre más ancho que en las con- diciones de referencia. Todas estas incertidumbres vienen establecidas por el fabricante.
El campo (o rango) de medida (measuring range) es el segmento del
eje de valores medidos (M) para el que está definida la curva de calibración
cifican los límites de incertidumbre del instrumento. Los límites inferior y superior del campo de medida se denominan a veces capacidad mínima y máxima (o alcance), respectivamente. La diferencia algebraica entre los va-
lores del límite superior e inferior del rango de medida se denomina interva- lo de medida. Por ejemplo, un voltímetro con un rango entre 100 V y 1000 V
tiene un intervalo de medida de 900 V y un alcance de 1000 V. Un instru- mento puede tener varios rangos de medida y distintas características en cada uno de ellos.