I. OBJETIVO

Este procedimiento tiene por finalidad establecer y definir la sistemática a seguir en las calibraciones de termómetros por comparación directa.

II. ALCANCE

Este procedimiento es aplicable a todos los termómetros (bimetálicos, termómetros termales llenos de líquido, termopares, RTD).

III. RESPONSABILIDADES

Es responsable el instrumentista de realizar la calibración de los termómetros existentes en las distintas áreas de la planta San José Iturbide, de acuerdo a éste método.

Es responsable cada departamento dar seguimiento al programa de calibración de instrumentos (termómetros), notificar al área de metrología las altas y bajas de instrumentos.

Es responsabilidad del usuario del buen uso y manejo de estos instrumentos, con el fin de tener lecturas confiables y dar disponibilidad para las verificaciones del mismo.

Es responsabilidad del Supervisor de metrología verificar los datos obtenidos de calibración del instrumento.

Es responsabilidad del supervisor de metrología capacitar conforme a este procedimiento a su personal a cargo y personal de nuevo ingreso al área de metrología.

IV. GENERALIDADES

• Termómetro: Instrumento propio para medir la temperatura de los cuerpos.

• El método de calibración por comparación directa se hace con ayuda de termómetro patrón de resistencia de platino.

• Calibración: Conjunto de operaciones que establecen, bajo condiciones especificas, la relación entre los valores indicados por un instrumento de medición o los valores representados por una medida materializada y los valores correspondientes de la magnitud, realizada por los patrones. Es el proceso para establecer bajo condiciones específicas, la desviación (error) de un instrumento de medición con respecto de un patrón conocido. De esta manera determinar los factores de corrección para este instrumento.

• Resolución: La menor diferencia de indicación de un dispositivo visualizador que puede percibirse de forma significativa.

• Verificación de termómetros: proceso de probar que un termómetro da cumplimiento a especificaciones oficiales o normativas.

• Termopar es un dispositivo para la medición de temperatura basado en efectos termoeléctricos. Es un circuito formado por dos conductores de metales diferentes, unidos en sus extremos y entre cuyas uniones existe una diferencia de temperatura, que origina una fuerza electromotriz efecto Seebeck. La fuerza electromotriz generada por el termopar esta en función de la temperatura entre la unión fría y caliente, pero mas específicamente, esta es generada como un resultado de los gradientes de temperatura de los cuales existen a lo largo de la longitud de los conductores.

• RTD: Los termómetros de resistencia eléctrica se fundamentan en el principio de que la resistencia eléctrica de los materiales dependen de la temperatura, y varían de modo casi lineal al valor de esta.

• Termómetros bimetalicos: Termómetros hechos de un elemento metálico (generalmente una tira muy delgada) de alta expansión soldado a otra que tiene una forma y dimensiones muy semejantes a la primera pero que es de baja expansión y que sufre una deflexión al cambiar la temperatura; estos componentes metálicos forman una espiral de múltiples capas, que tiende a cancelar el movimiento longitudinal y lo transforma en movimiento rotatorio que mueve una aguja que señala sobre una escala la equivalencia en temperatura (algunos de ellos muestran en un display la temperatura registrada).

• Los termómetros de liquido en vidrio se clasifican según su profundidad de inmersión:

1. Los termómetros de inmersión Total: Están diseñados para medir correctamente valores de temperatura cuando el bulbo y toda la columna de liquido se sumerge en el medio donde se requiere determinar la temperatura

2. Los termómetros de inmersión Parcial: Esta diseñado de tal manera que mida correctamente valores de temperatura, cuando el bulbo y una porción especificada del capilar son sumergidos en el medio. La línea de inmersión nos indica la profundidad de inmersión de estos termómetros.

3. Los termómetros de inmersión Completa: Están diseñados para medir correctamente sumergidos completamente dentro del medio, su aplicación no es muy frecuente ya que en ocasiones el medio no es transparente y fácil de introducirlo completamente.

• Los termómetros de liquido en vidrio deben calibrarse desde el punto mas bajo hasta el punto mas alto seleccionado, esto con el fin de que la expansión del bulbo sea gradual, las lecturas se toman cundo el baño se ha estabilizado.

V. METODO

1.0 Materiales y Equipo:

• Baño liquido de temperatura controlada con funcionamiento en el margen de calibración del termómetro, caracterizados en estabilidad y uniformidad, que deben ser coherentes con la incertidumbre de calibración esperada. También puede ser necesario un baño de hielo.

• Termómetro de referencia certificado (de resistencia, de columna de líquido de precisión, digitales, etc.) con incertidumbre de calibración de, al menos, un orden de magnitud inferior a la incertidumbre de calibración esperada.

• Sistema óptico de lectura (lentes, catalejo, cámara de vídeo conectada a un monitor, etc.) para la lectura de la indicación de los termómetros.

• Registradores de las condiciones ambientales del laboratorio (temperatura, presión, humedad) adecuados para el margen de presión, temperatura y humedad a las que habitualmente se encuentra el laboratorio.

• Agua desmineralizada• Glicerina (u otro líquido oleoso semejante).• Hielo

2.0 Limpieza

El termómetro a calibrar deberá estar identificado con, al menos, un número de serie. Si no lo estuviera, y antes de iniciar la calibración, se procederá a su identificación por el laboratorio, asociando en el lugar del termómetro que se considere más apropiado un número identificativo de la forma que determine el laboratorio (p. e. una etiqueta).

2.1 Antes de realizar la calibración de los termómetros, debe realizarse una limpieza con franela blanca humedeciéndola con alcohol isopropílico, para eliminar grasas y suciedad en el vástago del termómetro, termopar o RTD; así como también hacer una revisión visual para detectar algún posible daño en el cuerpo y/o de la carátula de termómetros bimetálicos.

Realice una inspección visual del termómetro de liquido en vidrio mediante una lupa, esto permitirá si es posible calibrarlo o si debe ser rechazado. Las razones por las que puede ser rechazado son las siguientes:

• Ruptura o rapadura del capilar que impida visualizar la columna del líquido.• Deformación en el capilar de vidrio• Que la escala del termómetro sea uniforme y visible a fin de evitar errores en

su lectura, en caso contrario, se dará de baja definitiva del listado y se notificara al área.

Si el termómetro de líquido en vidrio cuenta con separaciones de una parte del líquido en la columna principal o burbujas de gas, se procede a los siguientes métodos: Golpear ligeramente el termómetro contra la mano o un material suave (una esponja) manteniéndolos verticalmente. Método de enfriamiento consiste en colocar el bulbo del termómetro en una sustancia fría y contraer toda la columna de líquido en el bulbo. La columna se reunirá cuando se coloque el termómetro a temperatura ambiente. Se recomienda una mezcla de sal, hielo y agua.

Si no se logra eliminar la separación o la burbuja se dará de baja definitivamente tal Termómetro de liquido en vidrio.

2.2 Realice la limpieza de las partes electrónicas de los indicadores de temperatura aplicándole el limpiador de tarjetas electrónicas, utilizando el envase verticalmente a 15 cm. de la superficie que se desea limpiar revisando que las tarjetas queden libres de grasa y polvo.

2.3 Realice la limpieza de las partes plásticas de la cubierta del equipo utilizando una franela blanca limpia y seca aplicándole la espuma limpiadora de carcazas, directamente en el equipo.

2.4 Toma de lecturas.

• Cuando la columna de líquido o bimetalico se encuentra señalando exactamente o muy próximamente a una división de la escala: la lectura será el valor que esta represente.

• Cuando la columna de líquido o bimetalito se encuentre entre dos divisiones sin tener una proximidad definida por ninguna de ellas, se tomara la correspondiente a la división inmediata superior.

3.0 Proceso de calibración

3.1. Secuencia de las operaciones objeto del procedimiento

1) En general, durante la calibración, las medidas de la temperatura se harán cuando el baño de líquido de temperatura controlada se encuentre estable y uniforme, lo que debe comprobarse en cada punto de calibración. El laboratorio, debe tener caracterizados

previamente sus baños que tendrán valores asignados de estabilidad y uniformidad a los que se va a hacer referencia en este procedimiento (la forma particular de caracterización de un baño no es objeto de este procedimiento).

2) Debe asegurarse una profundidad de inmersión adecuada del termómetro a calibrar y los patrones.. Además se procurará colocar los termómetros a calibrar y los patrones en la zona central del baño (zona caracterizada en uniformidad), próximos y sin tocarse entre sí.

3) Calibración del termómetro en los puntos elegidos empezando por el punto más bajo de la escala. Durante la calibración se debe mantener el termómetro en vertical, para evitar errores de lectura debidos al paralaje (en los termómetros de líquido en vidrio) y se debe vibrar el termómetro, para evitar errores de lectura relacionados con la tensión superficial entre menisco y el vidrio. También se verificará durante la calibración la no existencia de saltos en el desplazamiento de la columna de líquido por el capilar del termómetro.

3.2 Procedimiento de calibración

a) Seleccionar la temperatura a la que se desee calibrar el termómetro. Para ello escoger cinco puntos que abarquen la escala del termómetro a calibrar. Se recomienda realizar la calibración a temperaturas crecientes.

b) Se comienza la calibración con la medida en 0 °C, si este valor no estuviese incluido en la escala se medirá el de temperatura más baja. Se debe procurar que ni los patrones ni los termómetros a calibrar toquen el fondo o las paredes del baño. Se deben situar en la zona caracterizada del baño en uniformidad y a veces puede ser útil utilizar un homogeneizador (bloque metálico, p. e.) para ganar en uniformidad en temperatura. La calibración se realizará en puntos de temperaturas crecientes que cubran como mínimo el 80% de la escala (es conveniente tomar cinco o más puntos), En nuestro caso tomamos 5 puntos.

El proceso de lectura que se repetirá para cada punto de calibración, consiste en:

1) Lectura del patrón, tp. 2) Lectura del termómetro a calibrar, tx. Para termómetros de líquidos en vidrio, se utiliza el sistema óptico e intentando separar cada división de escala del termómetro en, al menos, cinco partes.

3) Esperar que la temperatura se estabilice y leer la indicación de temperatura en ambos termómetros, 5 veces, de forma alternativa y dejando unos 5 minutos entre lecturas. Anotar las indicaciones del patrón (tp) y las indicaciones del termómetro a calibrar (tx).

4.0 Cálculo del error sistemático y de la incertidumbre de medida Los cálculos descritos se realizan para cada una de las temperaturas de calibración.

a) Calcular la media (tp) y (tx). El valor medio del termómetro patrón (tp) se ha de corregir por la desviación (si existe) indicada en el certificado.

b) Calcular la desviación típica (sp) y (sx)

c) Calcular el error sistemático (ES) o corrección

ES = tp – tx

c) Calcular la incertidumbre combinada expandida para una probabilidad de cobertura de aproximadamente el 95% (Uc) aplicando la siguiente ecuación:

Uc = 2 x √sp2+ sx2 + 0,084 x rp2 + 0,084 x rx2 + 0,25 x Up2

En el anexo 1 se detalla el origen y significado de los términos de esta ecuación.

5.0 Criterio de aceptación

5.1 Evaluar los resultados de las correcciones, si la suma del valor absoluto de la corrección (ES) con la incertidumbre (Uc) es menor ó igual al error máximo tolerado del entonces coloque su etiqueta de calibración. De lo contrario reajuste el instrumento y calibre nuevamente.

5.2 Realice el ajuste del instrumento de acuerdo con, el manual del fabricante.

5.3 Para los termómetros el usuario, debe tomar en cuenta la diferencia de las lecturas del instrumento en relación al patrón para corregirlas. Como se muestra en el ejemplo:

INFORMACIÓN EN EL CERTIFICADO ACCIONES DEL USUARIO

Lectura del instrumento

Indicación del patrón

error Corrección de la lectura

Lectura corregida

5.7 5.9 -0.2 -0.2 5.9

5.4 Cambie el instrumento si no se puede ajustar ó reparar y el equipo se de baja

VI. REFERENCIAS

CC-501 "Elaboración y control de procedimientos, Métodos Generales y Formatos" NOM-CH-70-1993 Instrumentos de Medición- Termómetros Bimetálicos de carátula.Publicación técnica del CNM-MED-PT-002 Guía BIPM/ISO para la expresión de la incertidumbre en las mediciones.

VII. CONTROL DE CAMBIOS

Versión Fecha Registro de Cambio

VII. ANEXOS

Anexo 1. Cálculo de la incertidumbre

Las medidas realizadas con el termómetro, tienen las siguientes fuentes de incertidumbre (u):

a) Incertidumbre asociada a la dispersión de las lecturas sp y sx se calcula a partir de la desviación típica (s) de 5 medidas repetidas.

b) Incertidumbre asociada a la resolución (ur): la resolución del termómetro patrón (rp) y la del termómetro a calibrar (rX) ocasionan errores aleatorios de redondeo. La amplitud de la distribución de posibles errores es igual a la resolución y, en ese intervalo, cualquier valor tiene las mismas probabilidades de producirse (distribución rectangular o uniforme). En este tipo de distribución, la desviación típica es igual a la amplitud de la distribución dividida por la raíz cuadrada de 12.

Incertidumbre asociada a la resolución del termómetro patrón

urp = rp / √12 = 0,29 rp

Incertidumbre asociada a la resolución del termómetro a calibrar

urx = rx / √12 = 0,29 rx

c) La incertidumbre asociada a la calibración del termómetro patrón: Se calcula a partir de los datos que proporciona el certificado del termómetro patrón. La incertidumbre expandida (generalmente para el 95% de confianza) con un valor del factor de cobertura empleado (habitualmente kp = 2) es:

d) La incertidumbre combinada típica (uc) se calcula a partir de la suma de cuadrados de las incertidumbres de cada componente:

uc = √sp2+ sx2 + urp2 + urx2 + up2

uc = √sp2+ sx2 + 0,084 x rp2 + 0,084 x rx2 + 0,25 x Up2

e) La incertidumbre combinada expandida (Uc) para el intervalo de confianza de aproximadamente el 95% resulta de multiplicar la anterior por el factor de cobertura 2.

Uc = 2 x √sp2+ sx2 + 0,084 x rp2 + 0,084 x rx2 + 0,25 x Up2

Anexo 2

Temperaturas de verificación para termómetros

Nota:

Los intervalos de medición mostrados corresponden al 15, 30, 45, 60, 75 y 90% si se tratara de otro intervalo se calculara las temperaturas de verificación de acuerdo con estos porcentajes aplicados a la temperatura máxima que pueda ser leida en el termómetro (no se tomara en cuenta la escala negativa).

Anexo 3

Anexo 4