MÉTODOS DE CALIBRACIÓN

  Estás en > Matemáticas y Poesía > Tutoriales y Manuales > Métodos

PROCEDIMIENTO DE CALIBRACION PARA TERMÓMETROS DE LECTURA DIRECTA

 
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 ºC 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 ºC
    - 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.

DATOS y CÁLCULOS. TRATAMIENTO DE LOS RESULTADOS

Se calcula para cada punto de calibración la diferencia entre el valor indicado por el patrón y el indicado por el termómetro. Este es el error absoluto o corrección de calibración.

    \( \triangle_{xi} = x_{oi} - x_i \)
donde:
    Δxi = corrección de calibración en el punto i
    xoi = valor indicado por el patrón en el punto de calibración i.
    xi = valor indicado por el termómetro a calibrar en el punto de calibración i.
La incertidumbre de calibración del termómetro mesurando es el valor de la extensión que cubren todos aquellos valores que pudiesen ser el verdadero valor de una magnitud, sabemos que tiene varios componentes y será debida a las siguientes contribuciones:
    Io Incertidumbre del termómetro patrón, dada por el laboratorio exterior de calibración.

    D Deriva del equipo indicada por el fabricante (< ± 0,5 mk/año) o estimada según sucesivas calibraciones.

    C Coeficiente de temperatura del termómetro patrón indicado por el fabricante como ± 0,5 mk/ºC. Si en la sala de metrología se tiene un ambiente controlado de 20 ± 2ºC, la variación máxima de temperatura que tomaremos, será _t = 4ºC, lo que nos da un coeficiente Ct = 4ºC x 0,5 mk/ºC = ± 2 mk.

    R Repetibilidad de la sonda patrón, indicada por el fabricante y que, en nuestro caso, vale ± 25 mk.

    E Estabilidad. Variación de temperatura en el tiempo, de acuerdo con la calibración del baño termostático.

    U Uniformidad. Variación de temperatura en la distancia de acuerdo con la calibración del baño termostático.

    F Incertidumbre por resolución del termómetro mesurando (tomamos F = Div/5)
con todo ello tendremos:
    \( \displaystyle I_{cal} = k\sqrt{\left(\frac{I_o}{w}\right)^2 + \frac{1}{3}\left(D^2 + C^2 + R^2 + E^2 + U^2 + F^2 \right) } \)
Donde:

k - Factor de incertidumbre (k=2)
w - Factor de incertidumbre del certificado de calibración del termómetro patrón.

La incertidumbre de medida (con k = 2) para el termómetro calibrado, debida exclusivamente a este, y siempre que se den las condiciones nominales específicas en el certificado de calibración y se efectúen las correcciones del mismo es la siguiente:
    \( \displaystyle I_{correc} = k\sqrt{\left(\frac{I_o}{k}\right)^2 + \frac{G^2}{3}} \)
Donde G es la deriva estimada o especificada por el fabricante del termómetro mesurando.

En el primer caso, tomamos G = (1/5) de la división de escala.

Si no se efectúan las correcciones del certificado, a la incertidumbre anterior se le sumarán linealmente la máxima de las desviaciones.
    I = ± [Icorrec + máx (Δxi)]
CRITERIOS DE ACEPTACIÓN

Para obtener la conformidad del equipo se tendrá en cuenta que su incertidumbre de medida cumple lo dicho en el MEU0100 "CRITERIOS METROLOGICOS PARA EFECTUAR UNA MEDIDA".

ANEXO

Determinación del factor de corrección para termómetros de longitud excesiva. Ver anexo.
 



tema escrito por: José Antonio Hervás