Cuando realizamos una calibración de temperatura, es importante que se lleve a cabo de la manera más exacta. Debemos considerar que al calibrar un sensor, cualquier medición que realicemos en el futuro estará limitada por la exactitud de esa calibración.

Cuando calibramos un sensor de temperatura usando un bloque seco o un baño de calibración, pueden surgir errores ocasionados por la homogeneidad de la temperatura, la geometría del sensor, antigüedad de los insertos utilizados, entre otras cosas.

En este artículo te contaremos los factores más comunes que contribuyen en la generación de errores durante la calibración de temperatura y cómo podemos evitar los más perjudiciales para minimizar la incertidumbre en la calibración.

La calibración de sensores de temperatura normalmente requiere crear un “presupuesto de incertidumbre” (puedes ver un ejemplo al final de esta nota). Este presupuesto de incertidumbre representa el error máximo de calibración del sensor para una aplicación en específico.

La lista de factores que contribuyen a la incertidumbre de calibración total en la calibración de temperatura es larga e incluye lo siguiente:

  • Variación espacial en la temperatura (gradiantes axiales y radiales)
  • Carga térmica en la unidad de calibración.
  • Resolución
  • Estabilidad térmica
  • Histéresis
  • Tipo y antigüedad del inserto utilizado
  • Ajuste de curva de error

Ahora veamos a detalle cada uno de los factores:

Reducción de error debido a gradiente axial

Las leyes de la termodinámica indican que incluso en un entorno cuidadosamente controlado, el espacio alrededor de cualquier fuente de calor contendrá un gradiente de temperatura.

Los dispositivos de calibración de temperatura tienen como objetivo minimizar esta variación espacial de la temperatura por cualquier medio posible, sin embargo, es imposible eliminar esto. Lo mejor que se puede lograr es maximizar la homogeneidad de la temperatura en el volumen de espacio alrededor del sensor que se está calibrando.

En un mundo ideal, los sensores de calor se calibrarían en baños líquidos que contengan fluido de baja viscosidad agitado rápidamente para lograr una homogeneidad en temperatura muy alta alrededor del sensor. Pero, el tamaño de los baños líquidos, los problemas de seguridad asociados con el aceite caliente y el potencial de contaminar los sensores con aceite de silicón significan que los baños líquidos a menudo no son una solución práctica para muchas aplicaciones.

Por estas razones, un calibrador de bloque seco es a menudo la solución preferida cuando se realiza la calibración en el sitio.

Por lo general, los sensores de temperatura tienen un radio relativamente pequeño en comparación con su longitud. Y es por esto, que el error debido al gradiente de temperatura radial es normalmente muy pequeño, típicamente 0.01 °C.

El error debido al gradiente axial (es decir, el gradiente de temperatura a lo largo de la longitud del sensor) es generalmente mucho mayor y está influenciado adicionalmente por los efectos de diferentes cargas y diferentes temperaturas.

Minimización de errores de gradiente axial con compensación de carga dinámica

La forma más efectiva de minimizar los errores debidos al gradiente axial es elegir un calibrador con un diseño de doble zona con compensación de carga dinámica (DLC).

Mientras que muchos calibradores de bloque seco tienen una sola zona de calentamiento, los calibradores de bloque seco de doble zona usan dos zonas de calentamiento para compensar la pérdida de calor. Al incorporar sensores adicionales dentro del inserto junto con la unidad bajo prueba, la diferencia de temperatura entre las dos zonas se puede medir constantemente, lo que permite un control dinámico sobre la salida térmica de cada calentador, compensando así las pérdidas de calor y minimizando el gradiente de temperatura.

El resultado es un sistema de bloque seco que puede informar al usuario sobre la distribución de la temperatura interna y que se comporta como un baño líquido con respecto a la homogeneidad térmica.

La distribución superior del calor dentro de los sistemas DLC los hace perfectamente adecuados para probar sensores de gran diámetro y pueden ahorrar tiempo al permitir la calibración de múltiples sensores simultáneamente. Nuestras pruebas muestran que la incertidumbre total en la calibración del sensor (a un intervalo de confianza del 95 %) se puede reducir de 0.185 °C a 0.034 °C (ver abajo el presupuesto de incertidumbre).

AMETEK es un productor líder mundial de instrumentos de calibración de temperatura. La gama de calibradores de temperatura RTC contiene los calibradores de temperatura portátiles más avanzados y exactos hasta la fecha. Cuentan con un intervalo que cubre temperaturas de -100 a 700 °C con 7 modelos diferentes, cada uno con DLC y control de temperatura de doble o triple zona para una homogeneidad de temperatura inmejorable incluso cuando se prueban grandes sensores o múltiples sensores a la vez.

Ejemplo de presupuesto de incertidumbre

 

Todas las cantidades están en °C

El calibrador de temperatura JOFRA RTC-159 de AMETEK


Referencia:

Ametek Articles, Error Contributors in Temperature Calibration, USA,
octubre 2019 Disponible en https://www.ametekcalibration.com/knowledge/library/articles/error-contributors-in-temperature-calibration 


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