Configuración de un laboratorio de calibración: Prácticas recomendadas para cableado y cables de prueba

La gestión de cables tiene un papel importante (pero a menudo olvidado) en la configuración de un laboratorio de calibración. Los cables y cables que no se gestionan o mantienen correctamente pueden introducir incertidumbres que influyen en las mediciones y, en última instancia, en la precisión de la calibración.

De hecho, una gestión incorrecta de los cables y los cables es la principal causa de errores de medición en el laboratorio. Sin embargo, la configuración de un laboratorio de calibración siguiendo las prácticas recomendadas para la gestión de cables ayuda a eliminar estos errores. En este artículo, abordaremos cómo los cables y los cables de prueba se relacionan con la calibración, cómo elegirlos, las mejores prácticas para su mantenimiento y mucho más.

¿Cuál es la función del cableado y los cables de prueba en la calibración?

Los cables de prueba son el enlace eléctrico entre el calibrador y la unidad en pruebas (UUT). Aunque puede que no piense en los cables como instrumentos eléctricos en un laboratorio de calibración, pueden introducir variables como la resistencia, inductancia y capacitancia, así como absorción dieléctrica, lo que puede afectar a las mediciones. La interferencia de campos electromagnéticos (EMF) también puede ser un factor si el cable no está correctamente protegido.

La elección de los cables y conductores correctos, la selección de los conectores adecuados e incluso la gestión de los cables son factores clave para una calibración precisa. Una inversión en los cables y conectores correctos podría ahorrarle horas que podría dedicar a solucionar errores de medición.

Cómo elegir los conductores y cables de prueba adecuados

En metrología de precisión lo que quiere es realizar las conexiones más sencillas posibles, utilizando conectores, adaptadores o cables fabricados con los mismos materiales. A la hora de elegir los conductores y cables de prueba para la configuración del laboratorio de calibración, hay varios factores que se deben tener en cuenta. A continuación las revisaremos.

1. Elegir el material del conector

El aspecto más importante a la hora de elegir el conector es su tipo de metal. Deberá asegurarse de que el conector utiliza el mismo metal que el cable. El motivo de que tenga que ser así es que el uso de metales diferentes puede provocar distintos problemas como tensiones térmicas, especialmente en mediciones de CC de tensión de bajo nivel; a esto también se lo denomina "efecto Seebeck".

Siempre que sea posible, elija conectores y cables de cobre puro para reducir las incertidumbres debidas a la temperatura. Para obtener los mejores resultados, utilice conectores de baja temperatura, de cobre telurio o chapados en oro y evite los niquelados.

2. Elegir conductores y cables

Aunque los metrólogos utilizan muchos tipos de cables, los tres tipos más comunes son los multiconexión, las puntas de prueba y los cables coaxiales. Repasémoslos todos a continuación para que pueda elegir el mejor tipo de cable para la configuración de su laboratorio de calibración.

Cables multiconexión

Los cables multiconexión son más adecuados para conexiones calibrador-a-multímetro digital (DMM), calibrador-a-UUT y mediciones de transferencia. Normalmente tienen el mismo tipo de conector (a menudo uno de tipo banana) en cada extremo. Son fáciles de obtener y se pueden apilar fácilmente muchos de ellos, lo que le permite realizar varias conexiones si es necesario.

Por lo general, los equipos baratos no tienen apantallamiento, por lo que no son adecuados para algunas mediciones de precisión. Además, las pestañas metálicas que se encuentran dentro de los enchufes de plátano pueden aflojarse con el tiempo, lo que conduce a errores de medición.

Puntas de prueba

Las puntas de prueba permiten realizar mediciones directas y precisas si se colocan en una placa de circuitos u otro circuito. También suelen incluir muchos accesorios, como pinzas de cocodrilo, que ofrecen más opciones de conexión y facilitan, por ejemplo, la conexión a zonas de difícil acceso de un dispositivo de prueba. 

Sin embargo, no todas las sondas de prueba son iguales. Las sondas de mejor calidad suelen incorporar características de seguridad que las hacen más fiables, como protecciones retráctiles y clips accesorios compatibles.

Cables coaxiales

Los cables coaxiales son fáciles de conectar y gestionar, y normalmente proporcionan un buen apantallamiento, lo que puede reducir los errores de medición. Están disponibles con muchos tipos de conectores de extremos, por ejemplo, el conector macho recto N-TYPE, BNC o SMA, y son una buena opción para utilizarlos cuando la UUT tiene un conector coaxial. También puede utilizar un adaptador para utilizar cables coaxiales con conectores tipo banana. 

La mayoría de los cables coaxiales utilizan un trenzado de alambre fino como conductor externo y tienen una cobertura de entre el 80% y el 98%. Algunos cables del mercado utilizan un apantallamiento de lámina en lugar de un trenzado para aumentar la cobertura al 100%, pero son más caros y más susceptibles a sufrir daños. 

A pesar de su amplia cobertura y facilidad de uso, los cables coaxiales también pueden presentar una capacitancia elevada, lo que puede reducir la calidad de la señal. Algunos también tienen un radio de curvatura especificado, y seguir este radio de curvatura es crucial para garantizar que no se dañe el apantallamiento.

3. Elija el nivel de apantallamiento correcto

Los diferentes tipos de cableado pueden ayudar a evitar la captación de señales no deseadas en el circuito. Aunque no hay un apantallamiento correcto o incorrecto, los diferentes tipos de apantallamiento son mejores en ciertas situaciones. Tenga en cuenta la cantidad de apantallamiento que necesita para su aplicación y si el apantallamiento es eficaz al tener en cuenta las interferencias electroestáticas y magnéticas.

Prácticas recomendadas para el mantenimiento de cables y electrodos en su laboratorio de calibración

Antes de iniciar cualquier trabajo de calibración, debe considerar la configuración del cableado como parte de toda la configuración del laboratorio de calibración. Estos son los elementos clave que se deben tener en cuenta: 

• Seguridad: Todos los cables y conductores que utilice deben tener la tensión o corriente nominal correcta para la aplicación.
• Calificaciones de categoría: Los cables de prueba tienen una clasificación de categoría que va de la Categoría I a la Categoría IV. Asegúrese de utilizar cables con la clasificación adecuada.
• Precisión: La diferencia entre medir con un multímetro de 3,5 dígitos o con un multímetro de 8,5 dígitos es significativa, y los requisitos de cableado varían.
• Factores ambientales: ¿En qué entorno se van a usar los cables? ¿Está controlado? ¿Existen influencias externas, como campos magnéticos o electrostáticos, que puedan afectar a la incertidumbre de la medición?

Cuidado y limpieza de los conectores

Mantener los conectores limpios y en buen estado de funcionamiento es fundamental para realizar mediciones precisas, y es especialmente importante cuando se toman mediciones de radiofrecuencia (RF) o microondas.

Mantenga el interior de los conectores limpio y libre de suciedad y residuos utilizando alcohol isopropílico, también conocido como isopropanol, para eliminar el polvo o la contaminación. También puede utilizar aire comprimido de una lata de aerosol, pero evite utilizar líneas de aire de fábrica, ya que pueden estar contaminadas con aceite del compresor.

Minimice el impacto de la temperatura

Mientras que el uso de metales diferentes puede provocar la generación de EMF termoeléctricos, las diferentes temperaturas entre los cables y la UUT también pueden dar lugar a campos EMF, pero de tipo termoeléctrico. Para evitarlo, espere a realizar mediciones hasta que la temperatura de cada unidad y cable coincida con la temperatura ambiente del área circundante. También puede proteger la zona de medición de corrientes de aire cubriendo las juntas y los terminales con material aislante térmico. Asimismo, evite manipular los cables cerca de las juntas al cambiar las conexiones.

Reduzca la radiación electromagnética o estática

La radiación suele proceder de algo que puede estar presente en el entorno, fuera de la medición. Entre estos pueden encontrarse ruido eléctrico que proviene de líneas de transmisión de potencia u otros equipos como motores, ventiladores de refrigeración o sistemas de aire acondicionado. Los equipos de comunicaciones como los puntos de acceso Wi-Fi e incluso los teléfonos móviles utilizados en el laboratorio también pueden producir señales de alto nivel cerca de los instrumentos, lo que provoca problemas incluso con las mediciones de CC de baja frecuencia.

El apantallamiento puede mitigar estos efectos y eliminar la radiación del entorno o del equipo. La mayoría de los instrumentos bien diseñados tienen un apantallamiento interno adecuado, aunque este puede no estar presente en los modelos de menor coste. El uso de cables apantallados también puede ayudar a evitar la radiación e incrementar la precisión de las mediciones.

Aunque el apantallamiento puede ayudar con los problemas de medición derivados de la radiación o las interferencias electromagnéticas, es igual de importante conocer y manejar con cuidado el entorno y el equipo.

• Asegúrese de que el cableado de la red eléctrica del laboratorio pasa por un conducto metálico conectado a tierra.
• Proteja los circuitos de alimentación primaria con una conexión a tierra de línea de alimentación, proteja los circuitos digitales con la alimentación digital común y utilice apantallamiento in situ, como una pantalla de Faraday para circuitos analógicos sensibles.
• Asegúrese de que los dispositivos fluorescentes y la iluminación LED tienen carcasas metálicas conectadas a tierra para reducir las interferencias.
• Tenga cuidado al tener equipos innecesarios cerca durante las mediciones sensibles.

Una forma rápida de comprobar si hay interferencias es realizar algunas mediciones de CA de bajo nivel, como lecturas de milivoltios. Si está viendo resultados inesperadamente altos, es posible que esté detectando interferencias. Puede intentar apagar los equipos cercanos para comprobar si mejoran los resultados. Esto puede proporcionarle una indicación de la fuente de la interferencia.

Acoplamientos y bucles magnéticos

Los bucles grandes en el cableado son más susceptibles a captar interferencias que los bucles estrechos. Al mantener los cables cerca, se minimiza la diferencia de tensión y se reduce la posibilidad de detectar interferencias. Los cables coaxiales son especialmente eficaces, ya que los conductores de corriente funcionan de forma concéntrica, cancelando los campos eléctricos y magnéticos. 

Un campo magnético debe atravesar un bucle perpendicularmente para inducir corriente, de modo que colocar los cables en ángulos rectos con respecto al campo magnético puede minimizar las interferencias. Los pares trenzados también ayudan a reducir el área de bucle y son especialmente beneficiosos cuando se trabaja con altas corrientes. Además, agregar protección alrededor de los cables o alejarlos de posibles fuentes de interferencia también puede ayudar a aminorar la influencia del campo magnético.

Colocación o apilamiento del instrumento

La colocación del instrumento, como el apilamiento, también puede afectar a las lecturas. Por ejemplo, un instrumento como un transformador de red puede irradiar campos magnéticos con una frecuencia de 50 o 60 hercios, que pueden irradiar a través de la caja del instrumento y a otro instrumento. Si obtiene lecturas inusuales, intente reorganizar la configuración para ver si hay alguna mejora.

Conexiones a tierra

Los bucles de tierra procedentes de una conexión a tierra deficiente o inadecuada pueden provocar errores de medición; esta disposición podría permitir que parte de la corriente de señal fluya a través del bucle de conexión a tierra de seguridad de la red eléctrica.

A continuación se muestran algunos consejos para reducir el riesgo de que se produzcan bucles de tierra:

• Conecte la alimentación eléctrica del calibrador y la UUT al mismo receptáculo.
• Si es posible, conecte a otro circuito cualquier equipo que esté introduciendo grandes cantidades de corriente en el enchufe de seguridad a tierra.
• Mantenga las interconexiones del sistema lo más cortas posible con cables de baja resistencia para reducir las impedancias resistivas y reactivas. El cable coaxial es ideal, especialmente para señales de RF.
• Nunca maneja el equipo donde alguien haya quitado el tapón de seguridad o lo haya omitido con un adaptador de tres a dos clavijas, ya que elimina la protección frente a descargas eléctricas.

Apantallamiento del instrumento

La protección de su instrumento con una pantalla de Faraday garantiza que los circuitos de medición sensibles eviten problemas de acoplamiento electrostático o acoplamiento de campo eléctrico. El uso de un material como el mu-metal también puede proteger de los efectos magnéticos.

¿Qué conductores o cables de prueba Fluke son los mejores para su laboratorio de calibración?

Los mejores productos en lo que a conductores o cables de prueba respecta dependerán del tipo de mediciones que realice en el laboratorio.

Los mejores cables para medir la tensión de CC

Aplicaciones de baja resistencia: Utilice cables de baja tensión y EMF para obtener el mejor rendimiento. Los elementos térmicos que resultan de metales diferentes afectan más fácilmente a las mediciones de CC. Recomendamos utilizar un cable de cobre o una orejeta de pala firmemente fijada a los bornes de conexión en lugar de utilizar clavijas tipo banana.

Aplicaciones de alta resistencia: Para aplicaciones de alta resistencia, utilice un cable con una resistencia de aislamiento muy elevada y cables con conector tipo banana de buena calidad. El recubrimiento de politetrafluoroetileno suele ser la mejor opción de aislamiento.

Los mejores cables para medir la tensión de CA

La capacitancia del cable tiene un mayor impacto en las mediciones de CA, por lo que es importante elegir un cable con la capacitancia más baja posible. Un cable de par trenzado aislado, apantallado y de buena calidad con una capacitancia inferior a 0,656 picofaradios por cm (20 picofaradios por pie) funciona bien para minimizar la capacitancia y evitar que las EMF afecten a la medición.

Solo debe utilizar cables coaxiales en situaciones de precisión moderada, ya que los cables coaxiales tienen una capacitancia elevada.

Conclusión

Conocer los factores que los cables de prueba y los conectores pueden introducir en la precisión de las mediciones y la calibración, y mitigar esos factores mediante la selección y gestión de cables, garantiza una calibración más precisa y evita muchos potenciales problemas de medición.

¿Desea obtener más información sobre la importancia de los cables y cables de prueba para la calibración? Consulte estos recursos: