NUEVAS CAPACIDADES DE MEDICIÓN ACREDITADAS; TERMOPARES. Mauricio Araya C. Juan Carlos Soto R.

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1 NUEVAS CAPACIDADES DE MEDICIÓN ACREDITADAS; TERMOPARES Mauricio Araya C. Juan Carlos Soto R. 11 diciembre 2015

2 INTRODUCCIÓN Los termopares son los sensores más ampliamente usados en la industria para la medición de temperatura, por lo que el LCPN-T se dio la tarea durante parte del 2014 y el 2015 de acreditar este servicio de calibración. Esta presentación muestra los aspectos más relevantes del procedimiento postulado ante el organismo de acreditación alemán (DAkkS) bajo el cual se sustentan las mejores capacidades de medición del país.

3 RESUMEN ALCANCE PROCEDIMIENTO DE CALIBRACIÓN MODELO DE MEDICIÓN Y CÁLCULO DE INCERTIUDMBRE CONCLUSIÓN: MCM

4 ALCANCE RESUMEN

5 ALCANCE La extensión de las capacidades de medición para la calibración de termopares cubre un amplio rango de temperaturas Calibración de termopares y sistemas indicadores de temperatura que usen un termopar cómo sensor, medidas en una fuente de calor con temperatura controlada, en el rango de -80 C a 1100 C Alcance hasta el 2015 Alcance a partir del 2016

6 El LCPN-T cuenta con una serie de equipamiento, patrones de referencia y medios de comparación para la calibración de termopares. SE ADQUIRIÓ NUEVO EQUIPAMIENTO Baño Líquido Horno de Pozo Seco Multímetro Digital

7 EQUIPAMIENTO NUEVO: Baño Líquido Baño Líquido Fluke Modelo 7381 Rango de Trabajo: -80 C a 110 C Rango de Uso: -80 C a 0 C

8 EQUIPAMIENTO NUEVO: Multímetro Digital Multímetro Agilent modelo 34872A Sistema de Medición para la calibración de termopares

9 EQUIPAMIENTO NUEVO: Multímetro Digital Las conexiones de la tarjeta del multímetro tienen un efecto menor sobre la incertidumbre asociada a las mediciones de voltaje. Estudios realizados, muestran que el efecto de estas conexiones tienen una incertidumbre asociada de u(k=1) = 0,4 µv (a 1100 C, esto corresponde a u(k=1) = 0,05 C) La principal fuente de incertidumbre asociada a las mediciones de voltaje corresponde a las especificaciones del multímetro (a 1100 C, esto corresponde a u(k=1) = 0,14 C)

10 EQUIPAMIENTO NUEVO: Horno Horizontal Horno Marca CARBOLITE Mejorado Rango de Trabajo: 20 C a 1200 C Rango de Uso: 700 C a 1100 C Interior de la Fuente CARBOLITE

11 EQUIPAMIENTO NUEVO: Horno Horizontal Mediciones realizadas en el horno Carbolite muestran incertidumbres menores a 0,19 C en el rango entre 500 C y 1100 C. Un ejemplo se muestra para una temperatura de 1100 C (medición realizada por un tiempo mayor 1 hora)

12 EQUIPAMIENTO NUEVO: Horno Horizontal Estudios realizados al horno Carbolite asociados a las principales fuentes de incertidumbre asociadas al horno (estabilidad, homogeneidad axial, homogeneidad radial) en el rango entre 500 C y 1100 C se muestran a continuación: A una temperatura de 1100 C la estabilidad del horno es responsable del 14,4 % de la MCM postulada, mientras que la homogeneidad del horno (radial y axial) es responsable de un 50 % de la incertidumbre de la MCM postulada.

13 RESUMEN PROCEDIMIENTO DE CALIBRACIÓN

14 PROCEDIMIENTO DE CALIBRACIÓN El proceso de calibración se desarrolla en orden ascendente de temperaturas. Para cada punto de calibración se realizan 3 mediciones para evaluar la repetibilidad del termopar bajo calibración, según la siguiente secuencia: 1.- una vez estabilizada la fuente de calor, se realizan 10 mediciones del patrón y del termopar o sistema bajo calibración. 2.- se retira el termopar o sistema bajo calibración y se espera que alcance temperatura ambiente; luego se introduce el termopar a la fuente de calor y se repite 1. El proceso anterior se repite hasta tener 3 conjuntos de mediciones que permitirán obtener una incertidumbre debido a la repetibilidad del termopar o sistema bajo calibración:

15 PROCEDIMIENTO DE CALIBRACIÓN: Correcciones Radiales Cuando los gradientes radiales en el horno son importantes, se puede utilizar el siguiente esquema para estimar la corrección debido a la diferencia de temperaturas entre pozos:

16 RESUMEN MODELO DE MEDICIÓN Y CÁLCULO DE INCERTIUDMBRE

17 MODELO DE MEDICIÓN Termopar bajo Calibración

18 MODELO DE MEDICIÓN Termómetro de Referencia

19 MODELO DE MEDICIÓN Fuente de Calor

20 MODELO DE MEDICIÓN

21 MODELO DE MEDICIÓN Para las mediciones de un termopar sólo (sin indicador), se utiliza el siguiente modelo de medición para la fem del termopar:

22 CALCULO DE INCERTIDUMBRE La incertidumbre asociada al error del instrumento bajo calibración se obtiene directamente a partir del modelo de calibración: Modelo de Medición Incertidumbre estándar combinada Incertidumbre Expandida

23 CALCULO DE INCERTIDUMBRE En forma equivalente, para las mediciones directas de la fem del termopar bajo calibración, la incertidumbre se obtiene directamente a partir del modelo de calibración: Incertidumbre estándar combinada La incertidumbre de Tc se estima a partir de la siguiente ecuación: donde los coeficientes Cvc tienen en general la siguiente forma:

24 RESUMEN CONCLUSIÓN: MCM

25 Utilizando este modelo de modelo de medición con su respectivo cálculo de incertidumbre, el LCPN-T postuló las siguientes Capacidades de Medición y Calibración

26 CONCLUSIÓN Se espera que a comienzos del 2016, estas nuevas MCM se encuentren oficialmente reconocidas bajo la acreditación DAkkS, por lo que las mediciones realizadas en Chile con termopares en el rango entre -80 C y 1100 C sean reconocidas internacionalmente bajo el Acuerdo de Reconocimiento Mutuo.

27 NUEVAS CAPACIDADES DE MEDICIÓN ACREDITADAS; TERMOPARES Mauricio Araya C. Juan Carlos Soto R. 11 diciembre 2015

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