CALIBRACIÓN DE TERMOMETROS
JULIO CÉSAR VARGAS CASTRO
ESCUELA TECNOLÓGICA INSTITUTO TÉCNICO CENTRAL LA SALLE ESPECIALIZACIÓN EN INSTRUMENTACION INDUSYTRIAL, DEP. ESPECIALIZACIONES INSTRUMENTACION INUSTRIAL 2010
CALIBRACIÓN DE TERMOMETROS
JULIO CESAR VARGAS CASTRO
Calibración de equipos de medida de temperatura
Profesor: ING. Miguel Alfonso Morales Granados
ESCUELA TECNOLÓGICA INSTITUTO TÉCNICO CENTRAL LA SALLE ESPECIALIZACIÓN EN INSTRUMENTACION INDUSYTRIAL, DEP. ESPECIALIZACIONES INSTRUMENTACION INUSTRIAL 2010
INTRODUCCIÓN
Para poder tomar medidas de temperatura exactas, es necesario tener un termómetro debidamente calibrado, se deben hacer calibraciones rutinarias de los termómetros para asegurar un control efectivo de la temperatura. Muchos termómetros pueden ser calibrados de una manera fácil y con gran precisión antes de calibrar hay que asegurarse de revisar el termómetro y las instrucciones del fabricante para poder verificar que se puede calibrar. Un termómetro que no se encuentre correctamente calibrado, es de poca utilidad, la única forma de tener confianza en un termómetro es teniendo su certificado de calibración, es así que podemos estar seguros que la información indicada en el termómetro significa algo. Un termómetro debería ser calibrado basándose en la escala ITS90 o en otra escala como la IPTS – 68, o la IPTS – 48.
CALIBRACIÓN DE TERMÓMETROS
La temperatura está basada en la termodinámica de un sistema perfecto, como por ejemplo un gas ideal y de esto resulta la escala termodinámica de temperatura medida en grados KELVIN (k) la cual es inalcanzable. Lo que se puede hacer es la tomar la segunda mejor opción y utilizar los sistemas termodinámicos imperfectos para lograr una escala de temperatura de trabajo, tan cercana como podamos de la ideal. Esta Escala es la Escala internacional de Temperatura de 1990 (ITS-90) y se mide en grados Celsius para temperaturas arriba de los 0 grados y en grados Kelvin o Celsius y para temperaturas por debajo de cero grados Celsius. (1° C = 1° K). Un termómetro debería ser calibrado basándose en la escala ITS90 o en otra escala como la IPTS – 68, o la IPTS – 48. La escala ITS90 al igual que las anteriores escalas, contienen valores de temperatura en grados Celsius con aceptación internacional, que hacen referencia a fenómenos físicos reproducibles y que siempre ocurren a la misma temperatura, un ejemplo claro podría ser la temperatura de solidificación de un metal puro. Existen varios métodos de calibración de termómetros.
METODO 1 La forma más simple y precisa de calibrar termómetros es utilizando los puntos fijos que se muestran en la Tabla 1, pero existe el inconveniente de estar limitados a una pequeña selección de puntos sobre un rango de temperatura y debe tenerse cuidado en establecer una verdadera trazabilidad a estándares nacionales. de -200 a 1100 grados Celsius. En la Tabla 1 se indica los puntos fijos con su valor asignado de temperatura en el rango indicado.
PUNTO FIJO
Argón Mercurio Agua Galio Indio Estaño Zinc Aluminio Plata Oro
TERMOMETRO CARACTERISTI TEMPERATORA INTERPOLACIO CA FISICA °C N Triple punto -189,3442 SPRT Triple punto -38,8344 SPRT Triple punto 0.010 SPRT Punto de fusión 29,7646 SPRT Punto de 156,5985 SPRT solidificación Punto de 231,928 SPRT Solidificación Punto de 419,527 SPRT Solidificación Punto de 660,323 SPRT Solidificación Punto de 961,78 SPRT Solidificación Punto de 1064,18 RT solidificación Tabla 1.
Notas: •
SPRT: Termómetro estándar de resistencia de platino
•
RT: Termómetro de
•
Triple punto: Estados sólido, liquido, y gaseoso en equilibrio
Para llevar a cabo mediciones entre estos puntos, se han designado los tipos de termómetros indicados en la Tabla 1. Estos han sido calibrados en los puntos fijos dentro de un rango definido, para luego interpolar entre los puntos fijos. Para calibrar un termómetro de trabajo en un punto lejano al del punto fijo, se debe realizar la medición con el termómetro SPRT y luego con el termómetro de trabajo para comparar ambas mediciones. Para esto se debe poner ambos termómetros en el mismo volumen isotérmico suficientemente
grande para garantizar que ambos termómetros están a la misma temperatura que el volumen que los contiene. A partir de los métodos definidos para la escala ITS-90, se establecen los dos métodos para calibrar termómetros: El de puntos fijos y el método de comparación. METODO 2 Este método está basado en el uso de celdas Slim o celdas delgadas. Estas celdas dan mayor versatilidad para llevar a cabo las calibraciones. Se utilizan en la calibración del sistema kaye de sensores inteligentes, ampliamente usado en la industria de la alimentación y la farmacéutica. El sensor kaye es un termómetro de resistencia que envía señales eléctricas a través de la interfaz. Se ha desarrollado un sistema para la calibración de estos sensores que logra los mejores resultados, usando las celdas indicadas en la Tabla 2. CELDAS DELGADAS Mercurio Agua Galio Estaño Zinc
FIJAS PROPIEDAD FÍSICA Punto triple Punto triple Punto de fusión Punto de solidificación Punto de solidificación Tabla 2.
TEMPERATURA ITS 90 °C -38,8344 0,010 29,7646 231,928 419,527
METODO 3 Este método se caracteriza por las calibraciones trazables. En calibración, una medición trazable es aquella en que desde el comienzo hasta el fin de la calibración esta puede ser identificable con valores patrón. Este método consiste en realizar varias comparaciones escalonadas con los diferentes patrones establecidos.
METODO DE ALCANCE
Este procedimiento es de aplicación para todos los termómetros de lectura directa en un rango de temperatura ambiente hasta 230 ºC. Quedan considerados como termómetros de lectura directa termómetros de mercurio, termómetros digitales o analógicos con sondas, termómetros de expansión bimetálicos siempre y cuando incorporen el indicador. Se pueden incluir aquí otros tipos de termómetros en ausencia de un procedimiento de calibración específica para ellos y con las modificaciones oportunas de los pasos a realizar. PRERREQUISITOS Y PRECAUCIONES Los equipos patrones a utilizar deberán encontrarse dentro del periodo de validez de calibración. Si no están disponibles los equipos patrón a utilizar se sustituirán por otros de similar incertidumbre. Comprobar el buen estado de funcionamiento del sistema extractor de vapores de silicona para minimizar los problemas de inhalación de los mismos. Efectuar una inspección visual del equipo a calibrar para localizar cualquier posible anomalía: p. ejemplo en los termómetros de columna comprobar que la columna de mercurio no está partida; en el caso de que lo esté, enfriar el termómetro con hielo o en un frigorífico y sacudirlo enérgicamente hasta reunir todo el mercurio. Limpiar los termómetros antes de introducirlos en el baño, ya que, podrían contaminar el fluido del baño termostático. Para los termómetros de columna atender al tipo de medida del termómetro: Termómetros de columna de inmersión total son aquellos que para realizar las lecturas se sumergen en un medio hasta la división que ha de ser leída, Figura 1.
Termómetros de columna de inmersión parcial son aquellos que para realizar sus lecturas sólo se sumerge parte de su columna en el medio (la zona especificada por el fabricante, generalmente la zona sin graduar), Figura 2.
Fig.1 Inmersión total
El tipo de medida "inmersión total" o "inmersión parcial" es indicado por el fabricante en las especificaciones. No se pueden utilizar para medir en diferentes condiciones dado que las lecturas serán erróneas. En el baño de temperatura no es aconsejable forzar la subida de la temperatura, puesto que se originarían mayores inestabilidades. En los termómetros de columna los cambios en el volumen del bulbo son producto del comportamiento del vidrio. Estos cambios pueden originar errores importantes en la medida.
Fig.2 Inmersión parcial
Calentando hasta altas temperaturas el bulbo se expande de su estado inicial, y después de un corto periodo de tiempo, aparece una condición de equilibrio correspondiente a esa temperatura. Si el termómetro es enfriado lentamente, el volumen del vidrio recobrará su estado inicial y la lectura en "el punto de hielo" no cambiará. Si el termómetro fuera enfriado rápidamente el bulbo retendría una porción de su condición de expansión, y la lectura del punto de hielo sería más baja que antes de su calentamiento. Este fenómeno es conocido como "cero o depresión del punto de hielo". Los termómetros que son calentados a altas temperaturas se recobran de su depresión del punto de hielo en una dirección impredecible y frecuentemente esta no ocurre hasta después de algunos años. Los termómetros hasta 100?C recobran el volumen inicial en 2 ó 3 días. Así pues, siempre que se tenga sospecha de que un termómetro de columna ha podido sufrir una depresión del punto de hielo, realizar antes de la calibración las siguientes operaciones: a) Conectar la alimentación del baño e introducir el termómetro en el mismo. b) Seleccionar en el baño hasta la temperatura más alta en el rango de utilización del termómetro. c) Una vez estabilizada la temperatura esperar dos o tres horas. d) Desconectar el baño y dejarlo enfriar. e) Una vez alcanzada la temperatura ambiente en el baño sacar el termómetro del mismo. Ya está listo para comenzar la calibración. La colocación de los termómetros de columna será de forma vertical y la lectura se hará en el plano horizontal a la indicación.
EQUIPOS PATRONES Y ACCESORIOS - Termómetro patrón
- Sonda patrón - Baño termostático auxiliar hasta 230?C - Termómetro auxiliar. Rango de Tª ambiente a 100 ºC o similar.
Como accesorio de este procedimiento y para cada equipo, se utilizará la Ficha de Instrucciones de Calibración del mismo. DESCRIPCIÓN DEL MÉTODO La medida de referencia se obtendrá tomando la lectura del equipo patrón. Las lecturas se tomarán una vez que se haya estabilizado la temperatura en el baño. Se tomarán lecturas en 5 puntos repartidos dentro de todo el rango del termómetro o en el rango de utilización del mismo. Se comenzará seleccionando en el baño las diferentes temperaturas de calibración, desde la más baja a la más alta. Las operaciones a realizar para efectuar la calibración son las siguientes: 1.- Introducir la sonda patrón en el baño de temperatura a una profundidad mínima de 10 cm. 2.- Conectar la alimentación del baño y de la sonda patrón. 3.- Conectar el sistema extractor de vapores de silicona cuando se alcancen temperaturas en las que el riesgo de inhalación sea significativo. 4.- Procedimiento específico : Termómetros de columna de inmersión parcial: a) La sujeción del termómetro se hará utilizando los soportes adecuados.
b) Sumergir el termómetro hasta la longitud indicada por el fabricante. c) Se modificará la altura de inmersión de la sonda patrón para conseguir que la parte central del bulbo del termómetro se encuentre a la misma altura que el centro de la parte sensora de la sonda patrón.
d) El termómetro se colocará lo más cerca posible de la sonda patrón pero sin llegar a tocarse. e) La colocación del termómetro será de forma vertical. f) La lectura en el termómetro se hará después que su capilar indicador se haya estabilizado, tomándose simultáneamente la lectura de la sonda patrón. g) Ir seleccionando las distintas temperaturas a las cuales se desea efectuar la calibración. NOTA: Caso de realizar la calibración conjuntamente de varios termómetros éstos se introducirán junto con la sonda patrón, de forma que ésta se encuentre en el centro de todos ellos, situándose los termómetros lo más próximo posible sin llegar a tocarse entre sí ni con la sonda patrón. Ver figura 3.
Fig. 3 Calibración conjunta de varios termómetros
Termómetros de columna de inmersión total: a) La sujeción del termómetro se hará utilizando los soportes adecuados. b) Seleccionar en el baño el valor correspondiente a la temperatura en la que se desea efectuar la medida. c) Sumergir el termómetro en el baño hasta la división correspondiente a la temperatura que se desea medir. d) La colocación del termómetro será de forma vertical. e) El termómetro se colocará lo más cerca posible de la sonda patrón, pero sin llegar a tocarse. f) Se modificará la profundidad de inmersión de la sonda patrón para conseguir que la parte central del bulbo del termómetro a calibrar se encuentre a la misma profundidad que el centro de la parte sensora de la sonda patrón. g) Una vez que la altura del capilar indicador del termómetro se haya estabilizado se comprueba si está por encima o por debajo del nivel del baño. - Si la indicación está por encima del nivel del baño proceder a sumergir ligeramente el termómetro (junto con la sonda patrón) del baño. - Si la indicación está por debajo del nivel del baño proceder a sacar ligeramente el termómetro (junto con la sonda patrón) del baño. h) Esperar hasta que la altura del capilar indicador se haya estabilizado. A continuación tomar simultáneamente la lectura del termómetro a calibrar y de la sonda patrón.
i) Si la longitud del termómetro a calibrar fuera excesiva y no pudiera sumergirse en el baño la profundidad suficiente (no se pueden realizar los apartados f) y g), a la lectura de temperatura obtenida en el termómetro a calibrar habría que introducirle un factor de corrección obtenido según se indica en el ANEXO " determinación del factor de corrección para termómetros de longitud excesiva " j) Anotar las lecturas obtenidas por la sonda patrón y por el termómetro a calibrar (junto con la corrección realizada en el caso de que haya sido necesario) en la hoja de datos (Anexo I). k) Repetir los apartados a) hasta j) para el resto de temperaturas a las cuales se desea hacer la calibración. Resto de termómetros:
a) Sumergir el centro de la parte sensora del termómetro a calibrar a la misma profundidad que el centro de la parte sensora de la sonda patrón. b) Seleccionar la temperatura en el baño a la cual se desea efectuar la calibración. c) Esperar a que la indicación de temperatura en el termómetro a calibrar se haya estabilizado. d) Tomar simultáneamente la lectura del termómetro a calibrar y de la sonda patrón e) Anotar dichas lecturas en la hoja de datos (Anexo I) f) Repetir los apartados b)...e) para el resto de temperaturas a las que se desea efectuar la calibración. 5. Una vez alcanzada la temperatura más alta y realizar la medida correspondiente, desconectar la alimentación de la sonda patrón y del baño.
NO SACAR LOS TERMOMETROS NI LA SONDA PATRON DEL BAÑO, HASTA QUE ESTE SE ENFRIE Y LA TEMPERATURA SE ENCUENTRE PROXIMA A LA DEL AMBIENTE.
