Laboratorio de Termometría de Contacto

Unidad y su realización

Debido a la creciente necesidad de mejora en la exactitud de medida de la temperatura, a finales del siglo XIX se acordó una escala internacional de temperatura. En su primera reunión tras la “Convención del Metro”, la Conferencia General de Pesas y Medidas (CGPM) en 1887 estableció la “Escala Normal de Hidrógeno”. En 1927 la CGPM adoptó la primera Escala Internacional de Temperatura y en 1937 el Comité Internacional de Pesas y Medidas (CIPM) creó el Comité Consultivo de Termometría que debería preparar los borradores de las revisiones de las Escalas que adoptaría la CGPM. La última revisión y que está en vigor en la actualidad es la Escala Internacional de Temperatura de 1990 (EIT-90).

La unidad básica de la magnitud física temperatura termodinámica, símbolo T, es el kelvin, símbolo K, definido como la fracción 1/273,16 de la temperatura termodinámica del punto triple del agua.

Teniendo en cuenta la forma en que se han venido definiendo anteriormente las escalas de temperatura, es práctica corriente la expresión de una temperatura por su diferencia a 273,15 K (punto de fusión del hielo). Una temperatura termodinámica T, expresada de esta manera, se denomina temperatura Celsius símbolo t, definida por:

t/°C  = T/K - 273,15

La unidad de temperatura Celsius es el grado Celsius, símbolo °C, que es, por definición, igual en magnitud al kelvin. La diferencia de temperatura se puede expresar en kelvin o en grado Celsius.

La Escala Internacional de Temperatura de 1990 define a la vez la Temperatura Kelvin Internacional, símbolo T₉₀, y la Temperatura Celsius Internacional, símbolo t₉₀. La relación entre T₉₀ y t₉₀ es la misma que existe entre T y t, es decir:

t₉₀ /°C  = T₉₀ /K - 273,15

La unidad de la magnitud física T₉₀ es el kelvin, símbolo K y la de la magnitud física t₉₀, el grado Celsius, símbolo °C; son las mismas unidades que para la temperatura termodinámica T y para la temperatura Celsius t.

La EIT-90 se extiende desde 0,65 K hasta la temperatura más elevada que sea posible medir a partir de la ley de Planck para una radiación monocromática, comprendiendo diversos rangos y subrangos.

Los Laboratorios de Termometría de Contacto del Centro Español de Metrología realizan, mantienen y diseminan la EIT-90 en el rango comprendido del punto triple del mercurio (-189,344 2 ºC) al punto de solidificación de la plata (961,78 ºC).

A nivel industrial en la gran mayoría de los casos, e incluso para un gran número de laboratorios acreditados, necesitando trazabilidad de sus medidas a la EIT-90, no requieren su precisión. Para solventar este problema de aproximación a la EIT-90, existen diversos métodos más prácticos que la materialización directa de la misma. Para una realización formal de la Escala, debe medirse el instrumento de interpolación apropiado en los puntos fijos correspondientes al rango de calibración, éste termómetro podrá ser utilizado para interpolar la temperatura entre los puntos fijos de acuerdo con las ecuaciones definidas por la Escala y podrá servir como patrón de referencia en calibraciones por comparación de otros termómetros. La calibración por comparación consiste en la comparación directa de la respuesta de un termómetro, calibrado previamente, con la de aquellos en proceso de calibración a varias temperaturas en un medio isotermo adecuado (baño, horno, criostato, etc). Entre los principales termómetros usados como patrones secundarios se encuentran el termómetro de resistencia de platino industrial (pt-100), el termistor, el termómetro de columna de líquido y el termopar. Éste último tiene especial importancia, sobre todo a temperaturas superiores a 600 ºC, ya que es más robusto y su uso es más sencillo y preciso que el de otros sensores de temperatura que trabajan en esos rangos.

Mantenimiento de la unidad

Los principales instrumentos necesarios para realizar, mantener y diseminar la EIT-90 son las células de puntos fijos y los termómetros de resistencia de platino patrones (TRPP). Conjuntamente, es necesario disponer de medios isotermos adecuados (hornos, baños y criostatos) para la realización de mesetas y de puentes comparadores de resistencia y resistencias eléctricas patrón para efectuar las medidas.

Los parámetros de influencia que afectan a los resultados de las medidas son muy variados y es necesario que se encuentren bajo control para mantener la EIT-90 de forma fiable. Asimismo es imprescindible su cuantificación para el cálculo de las incertidumbres de calibración de los temómetros.

Trazabilidad

 El CEM dispone de un grupo de células de referencia de todos los puntos fijos que cubren el rango de -189,344 2 ºC a 961,78 ºC, de las cuales, las correspondientes a puntos de solidificación son abiertas para permitir la medida de presión absoluta. Estas células son las que, mediante su participación en comparaciones internacionales aseguran la equivalencia de las medidas del CEM con las del resto de Laboratorios Nacionales (en http://kcdb.bipm.org pueden consultarse los resultados de las últimas comparaciones).

Tras la participación en una Comparación Internacional, los resultados deben transferirse al grupo de células de trabajo de los distintos puntos fijos. Estas son las utilizadas en las calibraciones habituales de termómetros. Para ello, el CEM ha diseñado procedimientos que permiten realizar esta transferencia con el menor nivel de incertidumbre.

Como el tiempo que transcurre entre comparaciones internacionales es amplio, debido a la complejidad de su desarrollo; el CEM ha establecido comparaciones periódicas intermedias entre sus células de trabajo y de referencia, en las que se incluyen estudios de las mesetas de fusión y solidificación para determinar los parámetros de repetibilidad de la transición de fase y determinación de meseta, necesarios en el cálculo de la incertidumbre de las correcciones asignadas a las células de trabajo.

El control de la calidad de las calibraciones de TRPP se realiza mediante la determinación de diversos parámetros, de forma que, se pueda asegurar que el termómetro en calibración está dentro de las incertidumbres estimadas y que la realización, por parte del CEM, de cada uno de los puntos fijos utilizados es equivalente al del resto de Institutos Nacionales de Metrología.

Principales actividades y objetivos

Las principales actividades del son las encaminadas al mantenimiento y diseminación de la EIT-90. A la par se llevan a cabo actividades de desarrollo para profundizar en el conocimiento de los métodos empleados para realizar la Escala, así como el estudio de las principales fuentes de incertidumbre que la afectan.

Entre sus actividades también se cuentan las relacionadas con los registradores de temperatura y termómetros para el transporte, almacenamiento, distribución y control de productos a temperatura controlada,

Los laboratorios de termometría de contacto participan en varios proyectos europeos de investigación en metrología en diversas temáticas, no sólo relacionadas con la diseminación de la unidad si no también orientados a temas medioambientales e industriales.

Servicios

• Calibraciones:
  • Calibraciones de células del punto triple del agua.
  • Calibraciones de termómetros de resistencia de platino patrones en los rangos y subrangos de la EIT-90 comprendidos desde el punto triple del mercurio al punto de solidificación de la plata.
  • Calibración de termómetros por comparación en baños de líquido entre - 80 °C y 250 °C.
  • Calibración de termómetros por comparación en cámara de aire entre 0 °C y 50 °C.
  • Calibración de termopares de metales nobles en puntos fijos entre 0 °C y 1084 °C
• Asesorias a instituciones y empresas sobre implantación de sistemas de calidad en laboratorios de calibración o elaboración de procedimientos.
• Cursos generales y cursos a medida basados en las necesidades particulares del solicitante.