PC 024 PROCEDIMIENTO PARA LA CALIBRACIÓN DE INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN DE PRESIÓN ABSOLUTA (BARÓMETROS)

Transcripción

1 PC 024 PROCEDIMIENTO PARA LA CALIBRACIÓN DE INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN DE PRESIÓN ABSOLUTA (BARÓMETROS) LEONARDO DE LA CRUZ LABORATORIO DE FUERZA Y PRESION

2 Contenido 1. INTRODUCCIÓN 2. TIPOS DE PRESIÓN 3. PRESIÓN ATMOSFÉRICA 4. TRAZABILIDAD 5. INSTRUMENTOS PARA MEDICION DE PRESIÓN ABSOLUTA (BARÓMETROS) 6. PROCEDIMIENTO DE CALIBRACIÓN 7. DETERMINACION DE ERROR DE INDICACION 8. ESTIMACIÓN DE LA INCERTIDUMBRE 9. EJEMPLO DE CALIBRACION DE BAROMETRO 10. EXPRESION DE RESULTADOS

3 1. INTRODUCCION P F A

4 Presión Atmosférica Presión Relativa (manométrica) Presión absoluta (atmosférica + relativa ) Vació Absoluta Presión Negativa o Vacío Presión Diferencial PC 024 PROCEDIMIENTO PARA LA CALIBRACIÓN DE INSTRUMENTOS 2. TIPOS DE PRESIÓN TIPOS DE PRESION Presión atmosférica Presión cero absoluto Figura 1 Tipos de Presión

5 3. PRESIÓN ATMOSFÉRICA Presión que ejerce la atmósfera que rodea la tierra sobre todos los objetos que se hallan en contacto con ella.

6 4. TRAZABILIDAD P F A

7 5. INSTRUMENTOS DE MEDICION DE PRESIÓN ABSOLUTA (BARÓMETROS)

8 6. PROCEDIMIENTO DE CALIBRACIÓN Objetivo Campo de Aplicación Definiciones Fundamento del método Instrumentos y Equipos de Medición Condiciones de calibración Secuencia de Calibración Resultados Reporte de Certificado de Calibración

9 CAMPO DE APLICACIÓN Este procedimiento se aplica en el proceso de calibración de instrumentos de medición de presión absoluta (barómetros) de indicación analógica o digital con errores máximos permitidos mayores o iguales a 0,10 kpa (1 hpa),paraintervalode indicaciones de 50 kpa a 110 kpa (500 hpa a 1100 hpa). OBJETIVO Este procedimiento establece las acciones que debe efectuar el metrólogo durante el proceso de calibración de instrumentos de medición de presión absoluta (barómetros).

10 FUNDAMENTO DEL MÉTODO La calibración de barómetros analógicos o digitales quenoposeenunpuertodeconexióndelínease basa en el método de comparación directa, elcual consiste en comparar las indicaciones del barómetro a calibrar respecto a las indicaciones dadas en el patrón utilizado, estando el barómetro dentro de una cámara de presión aislada (cámara barométrica), en la cual se puede variar la presión absoluta de forma continua y controlada.

11 INSTRUMENTOS Y EQUIPOS DE MEDICIÓN Instrumento de medición de presión absoluta de intervalo de indicaciones de 50 kpa a 110 kpa; con error máximo permitido mayor o igual 0,025 kpa (0,25 hpa)

12 MATERIALES Y/O EQUIPOS AUXILIARES Termómetro para temperatura ambiente, con incertidumbre expandida de 0,5 C o mejor. Higrómetro, con incertidumbre expandida de 3 %HR o mejor. Barómetro, con incertidumbre expandida de 1 hpa o mejor. Bomba de vacío y válvula regulación. Cámara barométrica.

13 CONDICIONES DE CALIBRACIÓN Temperatura ambiente : 20 C ± 2 C Humedad relativa del aire : no mayor a 80 % La variación de la temperatura ambiente durante la calibración no deberá ser mayor a 1 C/h. Si las condiciones ambientales no cumplen con los requisitos de este procedimiento no se debe realizar la calibración. Antes de la calibración del barómetro, éste deberá permanecer en el laboratorio no menos de 6 horas para que alcance su estabilidad térmica.

14 CONSIDERACIONES GENERALES Previo al proceso de calibración de barómetros, se debe revisarelmanualdel instrumento con la finalidad de tomar las medidas y cuidados mínimos que se deberán tener al usar el instrumento a calibrar. En el formato F 002 se anotarán los datos y observaciones concernientes a la calibración del barómetro. El barómetro a calibrar se debe colocar dentro de la cámara barométrica la cual debe ser cerrada completamente para evitar variaciones de presión. Se recomienda caracterizar su cámara barométrica para determinar los valores de variación de presión, los cuales se recomienda que sean no mayor a 0,3 hpa en 20 segundos.

15 CONSIDERACIONES GENERALES La calibración se efectuará en por lo menos tres valores de presión dentro del intervalo de indicaciones comprendido entre 50 kpa a 110 kpa (500 hpa a 1100 hpa), estos valores en algunos casos son fijados por el usuario del barómetro. Para barómetros con indicación analógica subdividir la escala para tomar lecturas con una mejor resolución. El error máximo permitido del instrumento patrón deberá ser por lo menos tres veces mejor que el error máximo permitido del barómetro a calibrar.

16 SECUENCIA DE LAS MEDICIONES Realizar la conexión del patrón a la cámara barométrica. Seleccionar los valores de presión a calibrar. Colocar el barómetro a calibrar dentro de la cámara barométrica, la posición del barómetro dentro de la cámara será aquella que permita su uso y/o aquella que se indique en el manual del barómetro a calibrar. Cerrar la cámara barométrica verificando que el sistema quede completamente aislado y no presente variaciones de presión. Registrar las condiciones ambientales iniciales. Iniciar el proceso de calibración para lo cual se debe buscar los valores de presión de menor a mayor valor.

17 SECUENCIA DE LAS MEDICIONES Para el caso de barómetros analógicos o digitales de cambio instantáneo de presión, buscar y fijar los valores de presión a calibrar en el instrumento patrón, anotando en dicho momento la indicación dada en el instrumento a calibrar. Realizar este proceso cinco veces para cada valor de presión a calibrar (ver figura 2). p r e c a r g a Serie 1 Serie 2 Serie 3 Serie 4 Serie 5 Figura 2. Series de Calibración

18 SECUENCIA DE LAS MEDICIONES Para el caso de barómetros digitales de cambio de presión lenta (cada 1; 5; 10; 15; etc. minutos) buscar y fijar el valor de presión solicitado en el instrumento patrón. Luego de haber logrado aproximar al valor solicitado y/o punto de calibración seleccionado, esperar el cambio de presión en el barómetro a calibrar, en dicho instante anotar ambos valores de presión (barómetro y patrón). Realizar este proceso cinco veces para cada valor de presión a calibrar (ver figura 2). En la calibración de barómetros analógicos hacer vibrar ligeramente la cámara barométrica junto con el barómetro a calibrar antes de registrar la indicación para eliminar el error de fricción de la aguja indicadora. Registrar las condiciones ambientales finales.

19 7. DETERMINACIÓN DE ERRORES DE INDICACIÓN El error de indicación para cada valor de presión seleccionada estará dado por la siguiente ecuación: E i I X i Xi_ corrección_ resolución I P i Pi_ corrección_ resolución certificado _ patrón deriva_ patrón Camara_ Barométrica g h a l Nota: E ( E 1 E 2 E 5 3 E 4 E 5 ) i 5 E i i 1 5 E i E I Xi I Pi : Error de Indicación del barómetro : Error de Indicación promedio del barómetro : Indicación de presión del barómetro a calibrar : Indicación de presión del instrumento patrón

20 certificad o _ patrón : Corrección debido al patrón según certificado deriva _ patrón Camara _ Barométtrica : Corrección debido a la deriva del patrón : Corrección por estabilidad de la cámara barométrica Xi _ corrección_ resolución : Corrección por resolución del barómetro a calibrar Pi _ corrección_ resolución a g l h : Corrección por resolución del patrón : Densidad del aire : Aceleración de la gravedad local : Altura entre el barómetro a calibrar y el instrumento patrón

21 CORRECCIÓN DEBIDO A LA ESTABILIDAD DE LA CÁMARA BAROMÉTRICA: La corrección debido a la variación de presión en la cámara podría ser considerada cero; sin embargo se deberá estimar un valor de estabilidad de la cámara para poder considerarla como aporte a la estimación de la incertidumbre. Se recomienda caracterizar la cámara a diferentes valores de presión, determinando la variación de presión en un periodo de tiempo de no más de 20 segundos.

22 CORRECCIÓN DEBIDO AL PATRÓN SEGÚN CERTIFICADO : Utilizar los datos del certificado y se recomienda hacer el uso de análisis de mínimos cuadrados para determinar la curva de mejor ajuste. CORRECCIÓN DEBIDO A LA DERIVA DEL PATRÓN: La corrección debido a la deriva del patrón se obtiene de la máxima variación de los errores entre dos periodos consecutivos. CORRECCIÓN POR DIFERENCIA DE ALTURA: La corrección por diferencia de altura entre el barómetro a calibrar y el patrón estará dada por la ecuación : ó ó

23 7. ESTIMACIÓN DE LA INCERTIDUMBRE Para la estimación de la incertidumbre del error de indicación se parte de la siguiente ecuación: E i I X i Xi _ corrección _ resolución I P i Pi _ corrección _ resolución certificado _ patrón deriva _ patrón Camara _ Barométrica g h a l Certificado del Patrón Deriva del patrón Indicación del patrón Repetibilidad Corrección por Temperatura Densidad del fluido Diferencia de altura Aceleración de la gravedad Estabilidad de la cámara barométrica U ( E ) Indicación del IBC Repetibilidad corrección por temperatura Figura 3 Diagrama causa efecto para la estimación de la incertidumbre

24 FUENTES DE INCERTIDUMBRE IDENTIFICACIÓN TIPO A, criterio estadístico TIPO B, criterio no estadístico Fuentes de Incertidumbre PATRON IBC AMBOS Resolución Resolución Error Deriva Variación de Temperatura Deriva Variación de Temperatura Certificado Corrección de Columna Estabilidad de la Cámara

25 COMPONENTES DE INCERTIDUMBRE EN LA CALIBRACIÓN DE BARÓMETROS Magnitud X i Estimación x i Incertidumbre típica Distribución Coeficiente de sensibilidad Incertidumbre Repetibilidad E u E ) Normal 1 u E ) i ( i ( i Resolución del patrón =0 Pi _ corrección _ resolución ó _ 12 Rectangular 1 ó _ 2 3 Calibración del patrón Corrección _ del _ error U cert u( cert ) Normal 1 k 2 u ) Normal 1 ( Corrección _ del _ error u( Certificado _ Patrón ) Deriva del patrón Resolución del instrumento a calibrar Estabilidad de la cámara barométrica Variación X altura deriva 0 _ patrón =0 Xi _ corrección _ resolución deriva _ patrón 3 ó _ 12 0 u ) Camara _ barométric a a g l h ( Camara _ barométric a a g l h 3 Rectangular 1 Rectangular 1 deriva _ patrón 3 ó _ 2 3 Rectangular 1 u( Camara _ barométric a ) Rectangular 1 a g l h 3 Error Incertidumbre combinada del error 2

26 8. EJEMPLO DE CALIBRACIÓN DE BARÓMETRO REGISTRO DE MEDICION CALIBRACION DE BAROMETROS Exp. XXXXX H.T. XXX Fecha : 2017-XX-XX Intrumento de Medición Interrvalo de Indicaciones Resolución Marca INSTRUMENTO DE MEDICI 794 hpa a 1050 hpa 1 mbar TRACEABLE Modelo 4195CC (*) Número de Serie Procedencia CHINA Error Maximo Permitido 5 mbar Instrumento Patrón LFP Certificado INACAL/DM Diferencia de Altura (mm) 200 Calibración efectuada según PC LFP 007 Condiciones de Calibración T. Inicial 19,5 C H.R 57,0 % P. Atm. 994,0 mbar T. Final 19,6 c H.R 58,0 % P. Atm. 995,2 mbar Serie 1 Serie 2 Serie 3 Serie 4 Serie 5 Valor de Presión Solicitado : Valor de Presión Solicitado : Valor de Presión Solicitado : Valor de Presión Solicitado : Valor de Presión Solicitado : IX IP IX IP IX IP IX IP IX IP ( mbar ) ( mbar ) ( mbar ) ( mbar ) ( mbar ) ( mbar ) ( mbar ) ( mbar ) ( mbar ) ( mbar ) , , , , , , , , , , , , , , ,9 Observaciones: Condiciones Ambientales : LFP (*) Dato dado en una etiqueta pagada al instrumento Metrólogo 1 Metrólogo 2 Metrólogo Supervisor F-002

27 DATOS DEL PATRÓN Intervalo de Indicación Resolución Clase de Exactitud Error Máximo Permitido Incertidumbre (k=2) Deriva u(ecuación) : 0 mbar a 1050 mbar : 0,1 mbar : 0,07% F.S. : 0,7 mbar : 0,07 mbar : 0,30 mbar : 0,01 mbar DATOS DEL BARÓMETRO A CALIBRAR Intervalo de Indicación Resolución Error Máximo Permitido : 794 mbar a 1050 mbar : 1 mbar (se puede sub dividir en 1 parte) : 5 mbar

28 Magnitud X i Estimación x i ( mbar ) Incertidumbre típica (mbar) Distribución Coeficiente de sensibilidad Repetibilidad 4 0,04 Normal 1 Resolución del patrón Calibración del patrón 0 0,03 Rectangular 1 0 0,04 Normal 1 0,01 Normal 1 Incertidumbre (mbar) 0,04 0,03 0,04 0,01 Porcentaje en peso (%) Deriva del 0,14 0 0,17 Rectangular 1 17,57 deriva_ patrón patrón Resolución del 0,29 0 0,29 Rectangular 1 75,39 instrumento a calibrar Estabilidad de la cámara Camara 0 _ barométrica 0,06 Rectangular 1 0,06 3,23 barométrica Variación X g h 0 altura a l 1,43 0,81 1,43 0,09 0,01 Rectangular 1 0,01 0,09 Error Incertidumbre combinada del error (mbar) 0, ,00 Incertidumbre Expandida U (k=2) (mbar) 0,668 (**)

29 RESULTADOS (*) El valor reportado del error para el valor de presión de 975 mbar será de 4 mbar. (**) La incertidumbre expandida para la presión de 975 mbar será de 1 mbar lo cual se logra aproximando por exceso con la finalidad de expresar con la misma cantidad de decimales que se puede tomar la lectura.

30 9. EXPRESIÓN DE RESULTADOS Indicación del Instrumento Patrón Indicación Barómetro A Calibrar Error Incertidumbre Error Máximo Permitido (*) ( mbar ) ( mbar ) ( mbar ) ( mbar ) ± ( mbar ) (*) Información tomada de su manual. GRÁFICO INDICACIÓN VS ERROR Error ±U, en mbar 6 5 EMP EMP 6 Indicación de Instrumento a Calibrar, en mbar

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