Termómetros de radiación: Trazabilidad e incertidumbre en la calibración
En el mundo de la metrología, la calibración de termómetros de radiación es un proceso crítico para garantizar mediciones precisas y confiables de temperatura en diversas aplicaciones. Este proceso es aún más vital en entornos donde la exactitud es esencial, como la industria de la salud, la investigación científica y la fabricación de alta tecnología. En este artículo de Suministros en Metrologia se explorara el desarrollo de procedimientos de calibración para termómetros de radiación, con un enfoque en la trazabilidad y el control de la incertidumbre.
Sobre el Sistema de Referencia
Un aspecto fundamental en la calibración de termómetros de radiación es el uso de un sistema de referencia confiable. Esto se puede lograr mediante el empleo de un termómetro de contacto patrón. La calibración de este termómetro patrón puede llevarse a cabo en puntos fijos de la EIT-90 o mediante comparación. Es crucial que el rango de temperaturas cubierto en la calibración del termómetro de contacto patrón sea lo suficientemente amplio como para abarcar todas las temperaturas de los servicios ofrecidos por el laboratorio de calibración.
Tipos de Termómetros de Contacto
Los termómetros de contacto patrón pueden ser de varios tipos, incluyendo termopares, termistores o RTD. Es importante que estos termómetros de contacto patrón sean capaces de lograr la precisión requerida, como se especifica en la norma NMX-EC-17025-IMNC-2018. Además, se debe prestar atención al diámetro y la longitud de sus tallos para asegurar que sean adecuados para su uso en las fuentes de calibración y minimizar las pérdidas de calor.
Emisividad Efectiva de la Fuente
La emisividad efectiva de la fuente utilizada en las calibraciones debe ser mayor que 0.9. Para determinarla, se pueden utilizar varios métodos, como el cálculo basado en la emisividad espectral medida en la superficie de la fuente o la medición directa. La emisividad efectiva es esencial para la determinación precisa de la temperatura de referencia en las calibraciones.
Calibración de Termómetros de Radiación Patrón
Además de los termómetros de contacto patrón, los termómetros de radiación patrón también son fundamentales en el proceso de calibración. El intervalo de temperaturas cubierto en la calibración del termómetro de radiación patrón debe ser igualmente amplio para abarcar todas las temperaturas de los servicios proporcionados por el laboratorio.
Consideraciones Importantes
Para garantizar la precisión de las mediciones, se deben considerar varios factores clave. Esto incluye la distancia focal del termómetro de radiación patrón, el tiempo de estabilización de las lecturas, el estudio del efecto termal de fondo (ETF), la capacidad de ajuste de emisividad a 1.0 y la similitud en la respuesta espectral entre el termómetro de radiación patrón y los termómetros de radiación que se calibran.
Control de Deriva y Uniformidad de Temperatura
El laboratorio de calibración debe tener políticas y procedimientos para controlar la deriva de sus patrones y garantizar que estén calibrados regularmente. Además, la uniformidad de la temperatura dentro del área efectiva de la fuente es crucial para evitar errores en las mediciones, y se debe mantener por debajo del 10% de contribución a la incertidumbre total.
Ajuste de Emisividad
Los termómetros de radiación que se calibran deben permitir un ajuste de emisividad a 1.00. Este ajuste es crucial para garantizar mediciones precisas y confiables. La emisividad efectiva de la fuente utilizada en las calibraciones también debe ser mayor que 0.9, como se mencionó anteriormente, y su determinación debe basarse en métodos específicos, ya sea calculando la emisividad espectral o midiendo directamente la emisividad.
Distancia Focal y Campo Visual
Es esencial conocer la distancia focal de los termómetros de radiación que se calibran, así como los diámetros de sus campos visuales a esa distancia. Esto permite determinar si el diámetro efectivo utilizado en las calibraciones es lo suficientemente grande como para minimizar la influencia del efecto termal de fondo (ETF). Esta tabla proporciona orientación sobre cuántas veces el diámetro del área efectiva de la fuente debe ser mayor que el diámetro del campo visual especificado para minimizar el ETF.
Accesorios para el Montaje
Para llevar a cabo calibraciones precisas, se requieren accesorios adecuados para el montaje de los termómetros de radiación. Estos accesorios desempeñan un papel crucial en la sujeción firme de los instrumentos y en la reproducción del montaje en cualquier momento distinto al de la calibración. La sujeción debe garantizar que no se pierda la posición ajustada y que los termómetros estén orientados hacia la fuente de manera consistente.
Método de Calibración de termómetros de radiación
El método de calibración de termómetros de radiación utilizado se basa en la comparación de los valores indicados por el termómetro de radiación que se calibra con los valores de temperatura de radiancia de la fuente determinados mediante el termómetro patrón. Este modelo de medición se fundamenta en la ley de radiación de Planck, específicamente en la EIT-90.
Mensurando y Magnitudes de Influencia
En el proceso de calibración, se evalúa el error de medición de los termómetros de radiación calibrados en relación con las temperaturas de calibración. El mensurando se define como el error de medición a cada una de las temperaturas de calibración, calculado como la diferencia entre los valores indicados por el termómetro de radiación calibrado y los valores de temperatura de radiancia de referencia determinados por el termómetro patrón.
Además, se deben considerar diversas magnitudes de influencia en todas las calibraciones, además de las particulares a cada laboratorio de calibración. Estas magnitudes de influencia son fundamentales para estimar la incertidumbre de las mediciones y garantizar su precisión y confiabilidad.
Realización de la Calibración de termómetros de radiación
El proceso de calibración de termómetros de radiación implica una serie de etapas clave. Los termómetros de radiación deben aclimatarse a las condiciones del laboratorio durante al menos 24 horas antes de la calibración, y se deben mantener condiciones ambientales específicas en cuanto a temperatura y humedad relativa. Además, se deben limpiar los lentes de los termómetros si es necesario, siguiendo las indicaciones del fabricante o del cliente.
Instalación de los Instrumentos
Los termómetros de radiación se instalan en soportes que permiten orientarlos hacia el centro de la fuente de radiación. La distancia de medición debe ser igual a la distancia focal de sus sistemas ópticos. Es esencial garantizar un enfoque adecuado y que la dirección de medición coincida con el eje de geometría de la fuente.
Dirección Apuntada por los Termómetros de Radiación
En caso de que la dirección apuntada por el dispositivo de centrado de los termómetros de radiación no coincida con el centro de la región de la superficie de la fuente donde se obtienen indicaciones invariables, se debe llegar a un acuerdo con el cliente sobre cuál dirección se utilizará para la calibración. Esta elección debe ser documentada en el reporte de la calibración.
Toma de Lecturas y Análisis de Datos
El proceso de calibración implica la toma de lecturas y el análisis de datos de acuerdo con los procedimientos del laboratorio. Se deben realizar correcciones a las mediciones del patrón y estimar la incertidumbre del error obtenido, teniendo en cuenta las magnitudes de influencia y las condiciones específicas de la calibración.
Requerimientos Técnicos para la Calibración
Es importante tener en cuenta que este documento no abarca todos
Los requerimientos técnicos para calibrar termómetros de radiación. Los requerimientos técnicos aplicables se encuentran en documentos adicionales. El procedimiento de calibración debe incluir información detallada que permita reproducir la calibración y establecer criterios de aceptación o rechazo.
En resumen…
La calibración de termómetros de radiación es esencial para garantizar mediciones precisas de temperatura en una variedad de aplicaciones. A través de procedimientos rigurosos y atención meticulosa a los detalles, se logra la trazabilidad de las mediciones y se mejora la confiabilidad de los resultados. Factores como el ajuste de emisividad, la distancia focal y el campo visual son críticos para minimizar errores. Los laboratorios de calibración deben seguir estándares y procedimientos establecidos para garantizar la calidad de sus servicios. Por lo que solo puede ser realizado por expertos, como los que puedes encontrar en Suministros en Metrología, la calibración de termómetros de radiación es un paso fundamental en la metrología que respalda la toma de decisiones precisas en diversas industrias.
