La calibración de termómetros es clave para la precisión en los circuitos de medición aplicables en diferentes industrias. Cada instrumento de medición de temperatura cuenta con un sensor como componente fundamental con una señal de salida proporcional a la temperatura aplicada. Cuando la temperatura del sensor cambia, la salida también cambiará en consecuencia.
Hay varios tipos de sensores de temperatura que tienen diferentes señales de salida. Algunos tienen una salida de resistencia, algunos tienen una señal de voltaje y otros tienen una señal digital y muchos más. En la práctica, la señal del sensor generalmente se conecta a un transmisor de temperatura, que convertirá la señal en un formato que sea más fácil de transferir para distancias más largas, al sistema de control (DCS, SCADA).
La señal estándar de 4 a 20 mA se ha utilizado durante décadas, ya que una señal de corriente se puede transferir a distancias más largas y la corriente no cambia incluso si hay algo de resistencia a lo largo de los cables. Hoy en día se adoptan transmisores con señales digitales o incluso señales inalámbricas.
Medición de la salida del sensor de temperatura
Como la mayoría de los sensores de temperatura tienen una salida eléctrica, esa salida debe medirse de alguna manera y para ello se necesita tener un dispositivo de medición de salida, resistencia o voltaje, por ejemplo. El dispositivo de medición a menudo muestra una cantidad eléctrica (resistencia, voltaje), no temperatura. Por lo tanto, es necesario saber cómo convertir esa señal eléctrica en un valor de temperatura.
La mayoría de los sensores de temperatura tienen estándares internacionales que especifican cómo calcular la conversión eléctrica/temperatura con el uso de una tabla o una fórmula. Si tienen un sensor no estándar, es posible que deban obtener esa información del fabricante del sensor.
También hay dispositivos de medición que pueden mostrar la señal del sensor de temperatura directamente como temperatura. Estos dispositivos también miden la señal eléctrica (resistencia, voltaje) y tienen las tablas de sensores (o polinomios/fórmulas) programadas en el interior, por lo que la convierten en temperatura. Por ejemplo, los calibradores de temperatura suelen admitir los sensores RTD (detector de temperatura de resistencia) y termopar (T/C) más comunes utilizados en la industria de procesos.
Dado que el sensor de temperatura mide la temperatura, necesitarán tener una temperatura conocida para sumergir el sensor y calibrarlo. No es posible simular la temperatura, pero deben crear una temperatura real utilizando una fuente de temperatura.
Pueden generar una temperatura precisa o pueden usar un sensor de referencia calibrado para medirla. Por ejemplo, pueden insertar el sensor de referencia y el sensor a calibrar en un baño líquido, preferiblemente uno agitado, y pueden realizar la calibración en ese punto de temperatura. Alternativamente, se puede usar una fuente de bloque seco.
Para la calibración de termómetros industrial y profesional, generalmente se utilizan baños de temperatura o bloques secos. Estos se pueden programar para calentar o enfriar la temperatura en un determinado punto de ajuste. En algunas aplicaciones industriales, es una práctica común reemplazar los sensores de temperatura a intervalos regulares y no calibrar los sensores regularmente.
Cosas por tener en cuenta para calibrar sensores de temperatura
Los diferentes sensores tienen distintas estructuras mecánicas y diferente robustez mecánica.
Los sensores SPRT (termómetro de resistencia de platino estándar) más precisos, utilizados como sensores de referencia en laboratorio de metrología, son muy frágiles. Si un SPRT toca algo para que pueda escuchar cualquier sonido, el sensor debe verificarse antes de seguir usándolo.
Afortunadamente, la mayoría de los sensores de temperatura industriales son robustos y sobrevivirán al manejo normal. Hay algunos sensores industriales que se hacen muy robustos y luego pueden soportar un manejo bastante rudo. Si no están seguros de la estructura del sensor que deben calibrar, es mejor tener precauciones adicionales. porque los choques mecánicos, un cambio muy rápido en la temperatura puede ser un obstáculo para el sensor y dañarlo o afectar la precisión.
Los termopares generalmente no son tan sensibles como las sondas RTD.
Preparaciones
Normalmente no hay tantos preparativos, pero hay algunas cosas a tener en consideración. Primero, se realiza una inspección visual para ver que el sensor se ve bien y asegurarse de que no se haya doblado o dañado, y que los cables se vean bien. La contaminación externa puede ser un problema, por lo que es bueno saber dónde se ha utilizado el sensor y qué tipo de medio ha estado midiendo. Es posible que deban limpiar el sensor antes de la calibración, especialmente si planean usar un baño líquido para el proceso.
La resistencia de aislamiento de un sensor RTD se puede medir antes de la calibración. Esto es para asegurarse de que el sensor no esté dañado y que el aislamiento entre el sensor y el chasis sea lo suficientemente alto. Una caída en la resistencia de aislamiento puede causar un error en las mediciones y es un signo de daño en el sensor.
Fuente de temperatura
Como ya mencionamos, deben tener una fuente de temperatura para calibrar un sensor de temperatura. Simplemente no es posible simular la temperatura. Para fines industriales, un bloque seco de temperatura se usa más comúnmente. Es práctico y portátil y, por lo general, lo suficientemente preciso.
Para necesidades de mayor precisión, se puede usar un baño líquido, el que no suele ser fácilmente portátil, pero puede usarse en condiciones de laboratorio. Para el punto cero centígrado, a menudo se usa un baño de hielo agitado que es bastante simple y asequible, pero proporciona una buena precisión para el punto cero.
Para las temperaturas más precisas, se utilizan celdas de punto fijo que son muy precisos, pero también muy caros. Por tanto, se utilizan principalmente en laboratorios de metrología industrial precisos y acreditados.
Sensor de temperatura de referencia
Es necesario conocer con un grado muy alto de precisión la temperatura de la fuente de calor. Los bloques secos y los baños líquidos ofrecen un sensor de referencia interno que mide la temperatura, pero para obtener resultados más precisos, deben utilizar un sensor de temperatura de referencia por separado que se inserte en la misma temperatura que los sensores que se van a calibrar. Ese tipo de sensor de referencia medirá con mayor precisión la temperatura.
Naturalmente, el sensor de referencia debe tener una calibración trazable válida y ser lo más similar posible en comparación con el sensor a calibrar, para garantizar que se comporten de la misma manera durante los cambios de temperatura.
El sensor de referencia y de calibrar deben sumergirse a la misma profundidad en la fuente de temperatura. Por lo general, todos los sensores están sumergidos en el fondo de un bloque seco. Al usar celdas de punto fijo, no necesitan ningún sensor de referencia, porque la temperatura se basa en fenómenos físicos y es muy precisa por su naturaleza.
Estabilización
La temperatura cambia bastante lentamente y siempre deben esperar lo suficiente para estabilizar todas las piezas a la temperatura objetivo. Cuando insertan el sensor en una temperatura, siempre tomará un tiempo antes de que la temperatura del sensor haya alcanzado esa temperatura y se haya estabilizado.
Su sensor de referencia y el de calibrar pueden tener características termodinámicas muy diferentes, especialmente si son mecánicamente desiguales. A menudo, una de las mayores incertidumbres relacionadas con la calibración de temperatura puede ser que la calibración se realiza demasiado rápido. Si calibran con mayor frecuencia tipos similares de sensores, es aconsejable realizar algunas pruebas de tipo para conocer el comportamiento de esos sensores.
Mango del sensor de temperatura
La parte del mango del sensor, o la unión de transición, generalmente tiene un límite de lo caliente que puede estar. Si se calienta demasiado, el sensor puede dañarse. Asegúrense de conocer las especificaciones de los sensores que calibran.
Si calibran a altas temperaturas, se recomienda usar un escudo de temperatura para proteger el mango del sensor.
Rango de temperatura calibrado
Con los sensores de temperatura, es bastante común que no se calibre todo el rango de temperatura del sensor. La parte superior del rango es algo que debe tener cuidado al calibrar. Por ejemplo, un sensor RTD puede desplazarse permanentemente si lo calibran a una temperatura demasiado alta.
Además, los puntos más fríos del rango de temperatura del sensor pueden ser difíciles de calibrar, por lo tanto, se recomienda calibrar el rango de temperatura en el que se va a utilizar el sensor.
Puntos de calibración
En la calibración industrial, deben elegir suficientes puntos de calibración para ver que el sensor es lineal. A menudo es suficiente calibrar de tres a cinco puntos en todo el rango. Dependiendo del tipo de sensor, es posible que necesiten tomar más puntos, si sabe que el sensor puede no ser lineal.
Si calibran sensores de platino y planeen calcular coeficientes basados en los resultados de la calibración, necesitarán calibrar a puntos de temperatura adecuados para poder calcular los coeficientes. Desafortunadamente, la mayoría de los sensores de temperatura no se pueden ajustar o recortar. Entonces, si encuentran un error en la calibración, no pueden ajustarlo, en su lugar, deberán usar coeficientes para corregir la lectura del sensor. En algunos casos, pueden compensar el error del sensor en otras partes del circuito de medición de temperatura.
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