Calibra il termometro

La calibrazione dei termometri è il processo che garantisce che un termometro fornisca misurazioni accurate della temperatura. Ciò avviene confrontando le letture del termometro con uno standard di riferimento (ad esempio, un punto fisso di temperatura) o una fonte di temperatura nota (calibrazione di confronto). L’obiettivo della calibrazione è quello di identificare eventuali deviazioni o errori e di regolarli, se necessario, in modo che il termometro fornisca misurazioni accurate.

Metodi per calibrare i termometri

Esistono fondamentalmente due metodi diversi per calibrare i termometri: La calibrazione con il metodo del confronto e la calibrazione a punti di temperatura fissi.

Calibra il termometro utilizzando il metodo di confronto

La legge di Zeroth afferma che se due sistemi sono in equilibrio termico con un terzo sistema, sono anche in equilibrio termico tra loro. Sulla base di questo teorema, si può concludere che se un termometro calibrato indica la stessa temperatura della temperatura reale in un bagno di calibrazione e anche il termometro da calibrare indica questa temperatura, entrambi i termometri misurano la stessa temperatura. Tuttavia, questo vale solo a condizione che esista uno stato di equilibrio, cosa che non sempre accade nel mondo reale.

Il metodo del confronto è una delle tecniche più comuni ed efficienti per calibrare i termometri. Il termometro da testare viene confrontato con un termometro di riferimento di alta precisione di cui è garantita l’accuratezza di misurazione e la tracciabilità rispetto a standard nazionali o internazionali.

Procedura di calibrazione del termometro

1. 
   Preparazione della calibrazione: – Il termometro da testare e il termometro di riferimento vengono preparati.
   Entrambi devono essere puliti e in perfette condizioni. – Un dispositivo di calibrazione stabile, come un bagno di calibrazione o un calibratore a secco, viene impostato sulla temperatura target. Questi dispositivi garantiscono una distribuzione omogenea e stabile della temperatura.
2. 
   Definire i punti di temperatura: – La calibrazione viene solitamente effettuata in diversi punti di calibrazione all’interno del campo di misura del termometro, ad esempio a 0 °C, 50 °C e 100 °C. I punti possono variare a seconda dell’applicazione. I punti possono variare a seconda dell’applicazione.
3. 
   Eseguire una misurazione comparativa: – Entrambi i termometri vengono inseriti contemporaneamente nel dispositivo di calibrazione, assicurandosi che siano alla stessa temperatura. In questo modo si riducono al minimo i gradienti di temperatura e si ottengono risultati precisi.
   – Non appena la temperatura nel dispositivo di calibrazione è stabile, vengono registrati i valori misurati dei termometri di riferimento e di prova.
4. 
   Analisi delle deviazioni: – Calibrazione significa “rilevare una deviazione”. Viene determinata la differenza tra i valori visualizzati del termometro di riferimento e del termometro da calibrare. Queste deviazioni vengono documentate e possono essere utilizzate per la regolazione, se necessario.

Vantaggi del metodo di confronto

• Alta precisione: grazie all’utilizzo di un termometro di riferimento preciso e di un’apparecchiatura di calibrazione stabile, i risultati sono molto affidabili.
• Flessibilità: il metodo è adatto a diversi tipi di termometri, compresi quelli a liquido, a resistenza o a infrarossi.
• Efficienza: è possibile calibrare più termometri contemporaneamente, il che rende il metodo particolarmente economico nella pratica.

Aree di applicazione tipiche

Il metodo di confronto è spesso utilizzato nei laboratori di prova, nell’industria e nei laboratori di calibrazione, soprattutto quando è richiesta un’elevata precisione. È ideale per le calibrazioni di routine e per l’assicurazione della qualità nei processi in cui la misurazione precisa della temperatura è fondamentale.

Calibrazione di termometri a punti di temperatura fissi

Quando si calibrano i termometri a punti fissi di temperatura, lo standard di temperatura non è un termometro di riferimento calibrato ma un cosiddetto punto fisso di temperatura. Questi punti fissi di temperatura vengono utilizzati come temperature di riferimento per la scala di temperatura ITS-90 e per la calibrazione dei termometri.

La Scala Internazionale di Temperatura del 1990 (ITS-90) definisce la scala di temperatura di nove punti fissi nell’intervallo compreso tra -189,3442°C (punto triplo dell’argon) e 961,78°C (punto di solidificazione dell’argento). Questi punti fissi rappresentano gli stati di equilibrio termodinamico durante le transizioni di fase delle sostanze pure.

Un esempio di punto fisso è il punto triplo dell’acqua, in cui l’acqua di elevata purezza è presente a 0,01°C allo stato solido, liquido e gassoso. Questo stato può essere utilizzato in una cella per il punto triplo dell’acqua per calibrare i termometri a questa temperatura definita.

Ogni quanto tempo è necessario calibrare un termometro?

Non esiste una risposta assoluta o definitiva a questa domanda. La frequenza con cui i termometri vengono calibrati dipende generalmente da vari fattori:

1. Uso previsto del termometro: un termometro utilizzato in applicazioni critiche come la medicina o l’industria alimentare può avere bisogno di essere calibrato più frequentemente di un semplice termometro domestico.
2. Requisiti di precisione: Alcuni processi richiedono una precisione di temperatura molto elevata. In questi casi, la calibrazione regolare è essenziale.
3. Condizioni ambientali: I termometri utilizzati in condizioni estreme (ad esempio, temperature molto elevate) possono essere più soggetti a imprecisioni e devono quindi essere controllati più frequentemente.
4. Risultati delle calibrazioni precedenti: Se durante le ultime calibrazioni non sono state rilevate deviazioni o sono state rilevate solo deviazioni minori, è possibile prolungare l’intervallo tra le calibrazioni. Tuttavia, se ad ogni calibrazione vengono rilevate deviazioni significative, la frequenza di calibrazione deve essere aumentata.

Come regola generale, i termometri critici dovrebbero essere calibrati almeno una volta all’anno. Tuttavia, in alcuni settori o per determinate applicazioni, potrebbe essere necessaria una calibrazione più frequente, ad esempio ogni tre o sei mesi. È sempre una buona idea includere un controllo e una calibrazione regolari nel programma di manutenzione per assicurarsi che il termometro funzioni correttamente.

Anche gli standard e le linee guida possono essere utilizzati come guida nella definizione dei cicli di taratura. Ad esempio, la norma DIN EN ISO/IEC 17025 è uno standard internazionale che specifica i requisiti di competenza dei laboratori di prova e taratura. Se un laboratorio è accreditato secondo questo standard, significa che possiede le competenze tecniche e ha istituito un sistema di gestione che garantisce la produzione di risultati coerenti e validi.

La taratura degli strumenti di misura, compresi i termometri, è una parte importante di questo standard. Alcuni dei punti principali della DIN EN ISO/IEC 17025 riguardanti la calibrazione sono:

1. Requisiti generali: I laboratori devono assicurarsi che tutte le apparecchiature che possono influenzare i risultati siano calibrate e/o qualificate.
2. Intervalli: lo standard non prescrive intervalli di calibrazione specifici. I laboratori devono invece utilizzare la loro gestione del rischio per determinare la frequenza delle calibrazioni.
3. Tracciabilità: le calibrazioni devono essere riconducibili a standard nazionali o internazionali.
4. Registri: I laboratori devono conservare le registrazioni delle calibrazioni, compresi i dettagli del metodo, dell’operatore, delle condizioni ambientali, degli intervalli di conferma, dei risultati e delle eventuali deviazioni.

L’ente di accreditamento tedesco (DAkkS) dispone di ulteriori documenti e regolamenti che contengono requisiti e raccomandazioni specifiche per la taratura in diverse aree. Se un laboratorio in Germania è accreditato secondo la norma DIN EN ISO/IEC 17025, deve anche rispettare i regolamenti DAkkS pertinenti.

Un laboratorio accreditato secondo la norma DIN EN ISO/IEC 17025 deve avere una politica e una procedura chiare per la calibrazione delle proprie apparecchiature. Tuttavia, la frequenza esatta della calibrazione è determinata dal laboratorio stesso, in base alla sua gestione del rischio e ai requisiti specifici del suo accreditamento.

Standard nazionali e internazionali per la calibrazione dei termometri

La calibrazione dei termometri svolge un ruolo importante nella tecnologia di misurazione, soprattutto nei settori in cui è richiesta una misurazione precisa della temperatura. Gli standard nazionali e internazionali forniscono chiare linee guida per effettuare e documentare queste calibrazioni.

Standard internazionali

• ISO/IEC 17025: questo standard definisce i requisiti generali per la competenza dei laboratori di taratura. Garantisce che i risultati delle tarature siano comparabili e tracciabili a livello internazionale.
• ITS-90: la Scala Internazionale di Temperatura del 1990 fornisce un riferimento per la calibrazione dei termometri definendo i punti fissi della temperatura. Definisce inoltre i termometri standard a resistenza di platino (SPRT) come strumento di interpolazione.
• IEC 60584: questo standard regola le termocoppie e le loro tensioni termoelettriche, importanti per misurare con precisione la temperatura.
• IEC 60751: la norma descrive i requisiti delle termoresistenze al platino (RTD), spesso utilizzate in applicazioni di alta precisione.

Standard e direttive nazionali

• DIN EN ISO 9001: questo standard si concentra sui sistemi di gestione della qualità e si applica anche ai processi di calibrazione in vari settori industriali.
• Linee guida DKD: Le linee guida del servizio di taratura tedesco forniscono istruzioni specifiche per i laboratori di taratura in Germania. Queste linee guida integrano la ISO 17025 e definiscono procedure e metodi specifici.
• Linee guida EURAMET: A livello europeo, EURAMET fornisce linee guida metrologiche che supportano i laboratori e i centri di taratura nell’esecuzione di tarature coerenti e tracciabili.

Importanza della tracciabilità

Tutti gli standard citati sottolineano l’importanza della tracciabilità quando si calibrano i termometri, ovvero la possibilità di risalire alle calibrazioni in base agli standard internazionali. Questo garantisce che le misurazioni della temperatura siano comparabili in tutto il mondo.

Rispettando questi standard e linee guida, le aziende garantiscono che i loro termometri soddisfino i più alti standard di accuratezza e affidabilità – un importante prerequisito per la garanzia di qualità in molti settori.

Suggerimenti per una calibrazione di successo del termometro

Suggerimento 1: Un termometro misura solo la propria temperatura.

L’affermazione “Un termometro misura solo la propria temperatura” si riferisce a un principio fondamentale per la calibrazione dei termometri.

Quando utilizzi un termometro per misurare la temperatura di qualcosa, che sia l’aria, un liquido o un corpo solido, quello che stai misurando in realtà è quanto è caldo o freddo IL TERMOMETRO stesso. Il termometro raggiunge l’equilibrio termico con il mezzo che sta misurando. Ciò significa che assume la stessa temperatura del mezzo.

Un semplice esempio è il termometro a mercurio. Il mercurio nel termometro si espande e si contrae in base al calore o al freddo. Se lo immergi in acqua calda, il mercurio si espande perché si sta riscaldando. Se lo immergi in acqua fredda, si contrae perché si raffredda. In entrambi i casi, il termometro sta misurando quanto è caldo o freddo il mercurio, non l’acqua direttamente. Ma poiché il mercurio raggiunge rapidamente l’equilibrio termico con l’acqua, il termometro mostra effettivamente la temperatura dell’acqua.

Lo stesso principio si applica a termometri digitali, PT100 (termometri a resistenza), termocoppie e altri. Tutti reagiscono alle variazioni di temperatura modificando la propria temperatura e quindi visualizzando o misurando questo valore.

È importante notare che per una misurazione accurata della temperatura, il termometro e l’oggetto da misurare devono avere il tempo sufficiente per raggiungere l’equilibrio termico. In caso contrario, la misurazione potrebbe essere imprecisa.

Suggerimento 2: le termocoppie effettuano sempre una misurazione differenziale

Una termocoppia è costituita da due metalli diversi uniti a un’estremità. Se la temperatura di questo punto di connessione (chiamato “punto di misura” o “giunzione calda”) è diversa da quella dell’altra estremità dei due metalli (chiamata “giunzione di riferimento” o “giunzione fredda”), si crea una tensione tra questi due punti. Questa tensione è nota come stress termoelettrico e dipende dalla differenza di temperatura tra le due estremità e dalle proprietà specifiche dei materiali dei due metalli.

Ciò significa che una termocoppia misura sempre la differenza di temperatura tra il punto di misurazione e la giunzione di riferimento. Per determinare la temperatura assoluta del punto di misurazione, è necessario conoscere la temperatura del giunto di riferimento. Questa giunzione di riferimento è spesso raffreddata a una temperatura nota (ad esempio 0°C per una cosiddetta giunzione di riferimento esterna) oppure viene utilizzata la temperatura ambiente come riferimento, ad esempio per le miniprese.

Una termocoppia quindi non misura direttamente una temperatura assoluta, ma una differenza di temperatura tra due punti. Per ottenere una misurazione della temperatura assoluta, è necessario conoscere la temperatura di uno dei due punti.

Suggerimento 3: Le termometrie a resistenza misurano sempre troppo caldo

Le termometri a resistenza, spesso chiamate Pt100 o Pt1000 (dove i numeri indicano la resistenza nominale a 0°C), utilizzano la resistenza dipendente dalla temperatura di un metallo, solitamente il platino, per misurare le temperature. Quando una corrente elettrica attraversa un resistore, questo si riscalda. Questo è un risultato diretto della legge di Ohm, secondo la quale la potenza elettrica P attraverso un resistore R è descritta come P = I^2 × R, dove I è la corrente che attraversa il resistore.

Nelle termoresistenze, una corrente di misurazione viene inviata attraverso il resistore di platino per misurare la resistenza (e quindi la temperatura). Tuttavia, è proprio questa corrente di misurazione – soprattutto se è troppo alta – che può portare a un significativo riscaldamento del resistore di misurazione. Questo riscaldamento falsifica il risultato della misurazione, poiché il sensore diventa più caldo dell’ambiente reale da misurare. Di conseguenza, la termoresistenza indica una temperatura troppo alta.

Per misurazioni o applicazioni precise, il riscaldamento causato dalla corrente di misura deve essere preso in considerazione e compensato.

Fonti

• Walter Blanke: La scala internazionale di temperatura del 1990: ITS-90
• Frank Bernhard: Manuale di misurazione della temperatura tecnica, 2a edizione
• Thomas Klasmeier: Libro da tavolo “Temperatura”, edizione 3