Calibración de células de carga: procedimiento, clases e intervalos

Qué comprueba la calibración de una célula de carga

Una calibración aplica fuerzas conocidas al dispositivo de medición de fuerza y registra la salida en cada una. El dispositivo puede ser la célula sola, la célula con su amplificador o toda la cadena hasta el indicador. DKD-R 3-3 los trata como tres objetos de calibración distintos (3.1), porque el certificado de un transductor calibrado sin su amplificador solo se aplica directamente con un amplificador idéntico (apartado 8).

El resultado depende de lo que se haya calibrado. Un equipo con indicador propio recibe un error de indicación en unidades de fuerza. Un transductor solo recibe un coeficiente de transmisión, por ejemplo en mV/V por newton (DKD-R 3-3, apartado 7). La misma prueba muestra también lo bien que se repiten las lecturas, cuánto difieren las fuerzas descendentes de las ascendentes, cómo deriva la salida bajo una fuerza constante y si la célula vuelve a cero.

Comparar esos resultados con un límite y registrar un Cumple o un No cumple es una verificación frente a una especificación. Un certificado puede incluir tanto los valores medidos como esa declaración.

• Calibración frente a verificación

Las normas: ISO 376, ASTM E74, OIML R 60 y DKD-R 3-3

ISO 376:2011 es la norma internacional para los instrumentos de medición de fuerza que se usan para verificar máquinas de ensayo uniaxial. Se aplica a los instrumentos que determinan la fuerza a partir de la deformación elástica de un elemento cargado y establece cómo clasificarlos. ISO indica que la edición de 2011, la edición 4, está vigente.

ASTM E74-18(2026) es la práctica estadounidense para calibrar los instrumentos de medición de fuerza que se usan para verificar máquinas de ensayo. La mayoría de los laboratorios de fuerza de EE. UU. trabajan con ella, y el NIST indica que también lo hace. El manual de acreditación NVLAP del NIST (HB 150-2e2024, D.1.2) exige a los laboratorios de fuerza seguir ASTM E74, ISO 376 o ambas.

DKD-R 3-3 es la guía de calibración del servicio alemán de calibración, publicada por el PTB. La edición 03/2024, revisión 1, es gratuita. Abarca los equipos que miden la fuerza por deformación elástica y que pueden cargarse en subida y en bajada, con cuatro secuencias de calibración graduadas por esfuerzo. La más completa se basa en ISO 376. Ya no fija clases propias.

OIML R 60-1:2021 es la recomendación de metrología legal para las células de carga que se usan en instrumentos de pesaje. Fija las clases de exactitud y los límites de error que un diseño debe cumplir para su aprobación de modelo, así que no es un procedimiento de calibración rutinaria.

La guía de calibración n.º 4 de EURAMET, versión 3.0 (2022), trata la incertidumbre en las calibraciones de fuerza según ISO 376 y otras. La Guide to the Measurement of Force, escrita por el NPL y el Institute of Measurement and Control y reeditada en 2025, es una referencia práctica gratuita.

Qué significan las clases de ISO 376

ISO 376 clasifica un instrumento de medición de fuerza como clase 00, 0,5, 1 o 2, y la clase 00 es la mejor. La clase se basa en varias magnitudes medidas en conjunto, entre ellas la reproducibilidad, la repetibilidad, la interpolación, el error de cero y la fluencia o la reversibilidad. Para mantener una clase, un instrumento debe cumplir todos los criterios de esa clase.

El análisis puede seguir dos caminos (guía EURAMET n.º 4, 6.1). Un instrumento clasificado para interpolación puede usarse en cualquier punto de su rango, calculando la fuerza con una ecuación ajustada. Un instrumento clasificado para fuerzas específicas solo puede usarse en las fuerzas de calibración. Comprueba cuál indica tu certificado antes de leer la célula entre puntos de calibración.

EURAMET calcula el peor caso para un instrumento que apenas cumple una clase. La tabla muestra los límites que hay detrás de esa cifra y el resultado, sin la contribución de la temperatura. Un instrumento real puede estar por debajo de este límite.

• Cómo elaborar un presupuesto de incertidumbre de medida
• Calculadora del presupuesto de incertidumbre de medida

Rangos de carga de ASTM E74: Class AA y Class A

ASTM E74 funciona de otra manera. Ajusta una ecuación de calibración a los datos y calcula un factor de límite inferior, o LLF, una estimación estadística del error en las fuerzas obtenidas con esa ecuación. La guía de EURAMET (6.2) describe los dos rangos de carga normalizados: Class AA empieza en 2000 veces el LLF y Class A en 400 veces el LLF.

Para una célula con un LLF de 2 N, el rango Class A empieza en 800 N y el rango Class AA en 4000 N. Las fuerzas por debajo de ese límite inferior quedan fuera del rango de carga de esa clase.

Pesos muertos o comparación: cómo elegir la referencia

Una máquina de pesos muertos cuelga masas conocidas en el campo gravitatorio terrestre. La fuerza es F = Mg(1 - ρa/ρw), donde M es la masa verdadera, g la aceleración local de la gravedad y ρa y ρw las densidades del aire y de las pesas (NIST HB 150-2e2024, D.1.4.1.6). Un patrón primario según ASTM E74 no tiene palancas, multiplicadores hidráulicos ni contrapesos entre las pesas y el instrumento (D.1.4.1.2).

Una calibración por comparación coloca la célula en serie con uno o varios transductores de fuerza de referencia y los carga juntos, normalmente en una máquina de ensayo o un bastidor de comparación. Es más rápida y alcanza fuerzas que una pila de pesos muertos no puede dar, con mayor incertidumbre. La referencia necesita su propia calibración vigente. El NIST usa máquinas de pesos muertos hasta 4,45 MN, la mayor de sus seis, y comparación por encima de eso.

¿Cuánto mejor debe ser la referencia? La Guide to the Measurement of Force (7.5.1) sugiere una incertidumbre de la máquina de calibración tres veces mejor que la exactitud que se exige al sistema. ISO 376 va más lejos y vincula cada clase a una incertidumbre máxima de la fuerza aplicada, que aparece en la tabla de clases anterior.

• Calculadora de TUR y TAR
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Preparación: toda la cadena, temperatura, precargas y alineación

Calibra toda la cadena siempre que puedas. La Guide to the Measurement of Force (7.5.1) aconseja usar los mismos cables, instrumentos y fuentes de alimentación que en servicio. Si el laboratorio usa su propio indicador, el certificado debe decirlo y la intercambiabilidad corre a cargo del propietario (DKD-R 3-3, apartado 5).

Deja que todo alcance el equilibrio térmico. DKD-R 3-3 (apartado 4) sigue a ISO 376: una temperatura estable dentro de ±1 K en algún punto entre 18 °C y 28 °C, con 19 °C a 23 °C recomendados en Alemania. El manual NVLAP del NIST recomienda 23 °C (D.1.3.2). Mantén la cadena encendida hasta que se estabilice y lee la señal de cero del transductor sin carga en una posición definida. Un cambio respecto a la última calibración puede revelar una sobrecarga (apartado 5).

Calibra cada sentido de fuerza por separado. Después de cada montaje o cambio de sentido, precarga a la fuerza máxima durante al menos 1 minuto y lee el cero unos 30 segundos después de que el transductor quede totalmente descargado. DKD-R 3-3 pide tres precargas si la célula está diseñada para tracción y compresión, y dos si carga en un solo sentido o si el propietario puede indicar el sentido de su último uso (apartado 5).

Carga la célula en su eje y con los accesorios que se usan en servicio. Las piezas de montaje forman parte del objeto de calibración y deben seguir el anexo A de ISO 376 o reproducir las condiciones de uso (DKD-R 3-3, 3.3). El NIST sitúa la alineación exacta del eje del transductor en primer lugar entre sus procedimientos básicos de calibración de fuerza.

Escalones de fuerza: cuántos y en qué orden

Reparte los escalones de fuerza de forma uniforme por el rango. DKD-R 3-3 (apartado 5) pide al menos 3 escalones por serie, sin contar el cero, o al menos 5 si se quiere una ecuación de tercer grado, por ejemplo en 20, 40, 60, 80 y 100 %. Espera el mismo tiempo en cada escalón, al menos 30 segundos, y no leas antes de 30 segundos desde el inicio del cambio de fuerza. Registra la señal sin carga antes y después de cada serie.

ISO 376 es el método más completo. La guía de EURAMET (6.1) basa una clasificación para interpolación en al menos 32 valores de deflexión, es decir, cuatro series crecientes de ocho escalones de fuerza. Su ejemplo del anexo A usa 10 escalones y seis series, con el instrumento a 0°, 120° y 240°.

Menos series significan apoyarse más en otros conocimientos, como una calibración anterior según ISO 376 o la hoja de datos (DKD-R 3-3, apartado 5). DKD-R 3-3 deja claro que las secuencias reducidas no pueden dar una incertidumbre menor que el procedimiento completo sobre el mismo objeto (apartado 1). Aproxímate a cada fuerza desde el mismo sentido y deja que se estabilice. Si te pasas de un escalón, retrocede más allá de él y vuelve a aproximarte (Guide to the Measurement of Force, 7.5.2).

• Hoja de trabajo como se encontró y como se dejó con puntos de ensayo en todo el rango

Histéresis, fluencia y retorno a cero

La histéresis es la diferencia de salida entre fuerza creciente y decreciente a una misma fuerza. Suele ser mayor cerca de la mitad del rango (Guide to the Measurement of Force, 3.5). ISO 376 llama a esta magnitud reversibilidad. Una célula usada solo con fuerzas crecientes no necesita un término de reversibilidad en su incertidumbre, pero una que mide en bajada sí lo necesita (guía EURAMET n.º 4, 7.1).

La fluencia es el cambio de salida en el tiempo tras un escalón de fuerza. Los fabricantes suelen indicar el mayor cambio durante un tiempo fijado después de pasar de cero a la fuerza nominal, por ejemplo el 0,03 % de la salida nominal en 30 minutos. La recuperación de fluencia es el mismo efecto al retirar la fuerza (Guide to the Measurement of Force, 3.5). La medida de fluencia de EURAMET para ISO 376 es el cambio de salida entre 30 y 300 segundos después de aplicar o retirar la fuerza máxima, respecto a la deflexión a fuerza máxima.

El retorno a cero compara la señal sin carga antes y después de aplicar una fuerza. ISO 376 lo expresa como un error de cero, la diferencia entre esas lecturas respecto a la deflexión a fuerza máxima (guía EURAMET n.º 4, 6.1). Compáralo con calibraciones anteriores. Según NVLAP, una sobrecarga que cambia la salida a fuerza cero un 1 % o más obliga a recalibrar antes de seguir usando el instrumento (HB 150-2e2024, D.1.4.4.2).

• OIML R 60-1:2021 limita la fluencia de las células de carga para básculas: en un ensayo de 30 minutos a carga máxima, el cambio no puede superar 0,7 veces el error máximo permitido para esa carga (5.5.1).
• El cambio entre los 20 y los 30 minutos no puede superar 0,15 veces ese error (5.5.1).
• La salida a carga mínima debe volver a menos de 0,5 v de su lectura inicial tras el ensayo de fluencia, siendo v el escalón de verificación de la célula (5.5.2).

Células de carga en básculas: clases de OIML R 60

OIML R 60-1:2021 clasifica las células de carga para instrumentos de pesaje en cuatro clases de exactitud, A, B, C y D, según el número de escalones de verificación en que pueden dividirse (5.1.1, 5.1.2). La designación habitual une la clase con ese número en miles: C3 significa clase C con 3000 escalones.

Los límites de error se expresan en escalones de verificación y se amplían con la carga. Según la tabla 4, una célula de clase C puede desviarse 0,5 v hasta una carga de 500 v, 1,0 v hasta 2000 v y 1,5 v hasta 10 000 v, cada valor multiplicado por un factor de reparto de 0,7 salvo que el fabricante declare otro. Estos límites incluyen la histéresis, así que se aplican tanto en subida como en bajada (5.3).

OIML R 60 aprueba el diseño de una célula. Una vez dentro de una báscula, lo que se calibra o verifica con pesas de ensayo es la báscula completa.

• Calibración de básculas

En la máquina o en el banco

La Guide to the Measurement of Force (7.4) describe tres opciones. La preferida para una baja incertidumbre mantiene el transductor instalado de forma permanente y lo compara a intervalos con un patrón de transferencia colocado en serie. Un transductor desmontable puede ir a un laboratorio, lo que da una calibración exacta de la célula pero no recoge los efectos de la instalación, como el rozamiento, las relaciones de palanca y la alineación.

La tercera opción, una célula instalada de forma permanente sin calibración periódica, se apoya en un gran margen inicial. Una calibración periódica por shunt y la comprobación de uno o varios puntos, incluido el cero, dan cierta confianza, pero cualquier declaración de trazabilidad tiene que tener en cuenta la incertidumbre de la calibración por shunt.

Un laboratorio ofrece condiciones de referencia estables. El trabajo in situ se elige por comodidad o coste, o para calibrar en las condiciones exactas de uso (7.5.1). En cualquier caso, reproduce lo mejor posible las condiciones de apoyo de la aplicación.

Lecturas como se encontró, ajuste y una célula de carga fuera de tolerancia

La calibración y el ajuste son operaciones distintas. Acuerda primero si el equipo puede ajustarse y pide resultados como se encontró además de después del ajuste, ya que la Guide to the Measurement of Force (7.5.1) advierte de que la información como se encontró puede ser vital para la trazabilidad del proceso.

Si un resultado como se encontró queda fuera de su límite, la célula estuvo fuera de tolerancia durante una parte desconocida del tiempo transcurrido desde su última calibración correcta. El apartado 7.1.5.2 de ISO 9001 espera que revises lo que midió y resuelvas lo que pueda estar mal. En una célula de carga, mira las máquinas de ensayo verificadas con ella, los resultados de ensayo que dieron esas máquinas y cualquier pesada o decisión sobre producto basada en sus lecturas.

• Qué hacer cuando un instrumento no supera la calibración
• Lecturas como se encontró y como se dejó

Cada cuánto calibrar una célula de carga

ISO 376:2011 permite hasta 26 meses una vez demostrada la estabilidad. ASTM E74-18 limita el intervalo a 24 meses, con criterios de estabilidad del 0,032 % para Class AA y del 0,16 % para Class A, según exponen metrólogos de fuerza del National Institute of Standards (NIS) de Egipto en un artículo de 2026 sobre la validez de las mediciones de fuerza. Son topes, no objetivos.

La Guide to the Measurement of Force (7.5.1) dice que se parta de la especificación de estabilidad a largo plazo del fabricante. Alarga el periodo si varias calibraciones no muestran cambios apreciables de sensibilidad y acórtalo si muestran cambios importantes. Un trato brusco, un uso frecuente o prolongado y el entorno pueden pedir un intervalo más corto, y la decisión corresponde al usuario.

Recalibra antes, sea cual sea la fecha, tras una reparación o modificación que pueda cambiar la curva de calibración y tras una sobrecarga que desplace la salida a fuerza cero un 1 % o más (NIST HB 150-2e2024, D.1.4.4). Entre calibraciones, la Guide sugiere comprobaciones periódicas del cero y de un punto bien definido. Registra el motivo de cualquier cambio de intervalo. ILAC-G24:2022 / OIML D 10:2022 enumera los factores a tener en cuenta, entre ellos la deriva y la severidad de uso (5.1).

• Cómo fijar los intervalos de calibración
• Comprobaciones intermedias entre calibraciones
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• Calculadora de tasa de deriva e intervalo de calibración

Qué debe incluir el certificado y el registro

Un certificado de calibración de fuerza sigue el apartado 7.8 de ISO/IEC 17025:2017 y añade contenido propio de la fuerza, que figura en el apartado 8 de DKD-R 3-3 y en D.1.6 de NVLAP HB 150-2e2024. Guarda los mismos datos en una calibración interna para que otra persona pueda repetirla.

• La identidad del transductor o de la cadena y los accesorios de introducción de fuerza usados.
• La norma o la secuencia seguida, como ISO 376 o la secuencia B de DKD-R 3-3, y el origen de cualquier contribución tomada de conocimientos previos.
• La máquina de calibración de fuerza usada y su incertidumbre.
• El sentido de la fuerza y la temperatura, con sus límites durante la calibración.
• La tensión de alimentación, el cableado (4 hilos o 6 hilos), la longitud de cable y los ajustes del amplificador.
• Las fuerzas aplicadas, las deflexiones, la ecuación ajustada y sus desviaciones, y la incertidumbre.
• La señal de cero del transductor sin carga.
• Cuando se dé una clase o una declaración de conformidad, la regla usada y el origen de los límites.
• Los resultados como se encontró y como se dejó, la fecha, quién hizo el trabajo y la próxima fecha de vencimiento.

• Plantilla de certificado de calibración (Excel)
• Requisitos del certificado de calibración

Dónde encaja Axiospec

Axiospec es un software de gestión de calibraciones. Guarda cada célula de carga y cada transductor de fuerza con su historial de calibraciones, sus certificados y su próxima fecha de vencimiento, y cada calibración indica el patrón de referencia usado. Un registro de calibración admite hasta 100 puntos de ensayo. Cada punto tiene su valor nominal, su tolerancia como banda absoluta, como porcentaje del nominal o como porcentaje del alcance, si se leyó en sentido ascendente o descendente, y las lecturas como se encontró y como se dejó. El certificado que genera Axiospec incluye esos puntos.

En una calibración interna, una lectura final fuera de su tolerancia fija el resultado en No cumple, y registrar un Cumple de todos modos exige un motivo por escrito. Un No cumple pone la célula en cuarentena. Un No cumple, o un Cumple con una lectura como se encontró fuera de tolerancia, te pide anotar lo que midió la célula desde su última calibración correcta, y los que aún no estén escritos aparecen en Requiere atención. Axiospec no realiza la calibración, no ajusta la curva ni elige la clase o el intervalo. Eso queda en tus manos o en las de tu laboratorio.

El plan gratuito cubre hasta 50 instrumentos activos. Un espacio de trabajo nuevo empieza con una prueba de 45 días de Professional, con capacidad para 1500 instrumentos activos y sin tarjeta de crédito. Cargamos tus registros existentes sin coste en todos los planes.

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