A Escala Internacional de Temperatura de 1990 (ITS-90) é uma escala de temperatura mundialmente reconhecida estabelecida pela Comissão Internacional de Pesos e Medidas (CIPM). Ele serve como um padrão global para medições precisas de temperatura e é baseado no conceito de temperatura termodinâmica. O ITS-90 é uma versão revista da anterior Escala Internacional de Temperatura Prática de 1968 (IPTS-68).
No ITS-90, vários pontos fixos de temperatura definidos com precisão e métodos de interpolação são usados para determinar as temperaturas. Pontos fixos de temperatura são as temperaturas de transições de fase de certas substâncias, como solidificação ou pontos triplos.
O ITS-90 utiliza a escala Kelvin (K) como unidade, substituindo a escala Celsius utilizada no IPTS-68. No entanto, ambas as unidades ainda estão em uso, com 1 grau Kelvin e 1 grau Celsius sendo do mesmo tamanho e o ponto zero Celsius sendo 273,15 K.
Para converter da escala Kelvin (K) para a escala Celsius (°C), basta subtrair 273,15 da temperatura em Kelvin: T(°C) = T(K) – 273,15.
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Pontos fixos de temperatura do ITS-90
A Escala Internacional de Temperatura de 1990 (ITS-90) utiliza vários “pontos fixos de temperatura” como temperaturas definidas. Um ponto fixo de temperatura é uma temperatura que é caracterizada por um evento físico específico e reprodutível, como uma mudança de fase de uma determinada substância.
A Escala Internacional de Temperatura de 1990 (ITS-90) usa pontos triplos, pontos de fusão e pontos de solidificação:
- Ponto triplo: O ponto triplo de uma substância é a temperatura e pressão únicas em que as três fases de uma substância – sólida, líquida e gasosa – podem existir em equilíbrio. Com esta combinação especial de temperatura e pressão, uma substância pode existir simultaneamente como sólido, líquido e gás. Um exemplo bem conhecido de um ponto triplo é o da água, que é alcançado a uma temperatura de 0,01 °C (273,16 K) e uma pressão específica de 611,657 pascals.
- Ponto de fusão: O ponto de fusão é a temperatura na qual uma substância sólida começa a derreter e se transforma em estado líquido. Esta temperatura é específica para cada tecido e é medida sob pressão normal. O ITS-90, por exemplo, usa o ponto de fusão do gálio, que é de 29,7646 °C.
- Ponto de solidificação: O ponto de solidificação é a temperatura na qual um líquido começa a solidificar e muda para um estado sólido. O ponto de solidificação do alumínio, por exemplo, é de 660,323 °C.
Aqui estão as principais luminárias de temperatura usadas pelo ITS-90:
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Pontos fixos de temperatura precisos para termómetros
A Klasmeier oferece pontos fixos de temperatura de alta precisão de acordo com ITS-90 para a calibração de termômetros da ISOTECH. Essas células de ponto fixo estão disponíveis em vários projetos e permitem resultados de medição confiáveis e repetíveis em laboratórios e aplicações de pesquisa.
As gamas de calibração do ITS-90
A Escala Internacional de Temperatura de 1990 (ITS-90) não só especifica os pontos fixos de temperatura que definem as temperaturas correspondentes às quais os termómetros são calibrados, mas também as gamas de calibração correspondentes.
Por definição, existem duas gamas: uma para a gama de temperaturas negativas, que começa em cerca de 13 K e se estende até ao ponto triplo da água a 0,01 °C, e outra para a gama de temperaturas positivas. Este último começa no ponto triplo da água a 0,01 °C (ou na faixa do ponto triplo de mercúrio a -38,8344 °C até o ponto de fusão do gálio a 29,7646 °C) e se estende até o ponto de solidificação da prata a 961,78 °C.
Dependendo da faixa de temperatura, os parâmetros para a função de desvio ITS-90 são definidos. Na faixa do ponto triplo de argônio até a solidificação da prata, os parâmetros a, b, c e d são usados. Esta faixa de temperatura também é a faixa prática usada em laboratórios de calibração para calibrar termômetros. Em áreas extremas a temperaturas muito baixas, como o triplo ponto de oxigênio, há também o parâmetro ci, mas este só é usado nessas temperaturas extremas.
O gráfico apresenta uma representação visual das correspondentes temperaturas ITS 90 nos pontos fixos de temperatura, bem como as temperaturas correspondentes. Por exemplo, a temperatura do ponto de solidificação do alumínio é de 660,323 °C.
É importante saber que com termômetros calibrados nos pontos fixos de temperatura ITS-90, você não deve extrapolar, apenas interpolar.
Isso significa que, se uma temperatura de cerca de 500 °C deve ser medida, por exemplo, então o ponto de calibração mais alto deve ser o ponto de solidificação do alumínio a 660,323 °C e não o ponto de solidificação do zinco a 419,527 °C. Porque a 419 °C você teria que extrapolar para os 500 °C. Portanto, o intervalo é sempre escolhido para que a temperatura a ser medida possa ser calculada por interpolação.
As áreas de calibração correspondentes são esquematicamente mostradas no gráfico. Em nosso exemplo, isso significaria que, se quisermos medir a 500 °C, teríamos que usar a faixa de calibração até o ponto de solidificação do alumínio a 660,323 °C e calibrar de acordo para alumínio, zinco, estanho e no ponto triplo da água. Esta seria a segunda faixa de calibração da direita na ilustração.
Os pontos brancos representam os pontos fixos de temperatura necessários para a calibração. Os pontos fixos de temperatura durante a solidificação do índio e no ponto de fusão do gálio não seriam, portanto, necessários. Não estão incluídos na calibração e no subsequente cálculo da curva característica – ou seja, a função de desvio e a função de referência da Escala Internacional de Temperatura de 1990 (ITS-90).
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Calibração de RTDs de platina padrão (SPRT)
A Klasmeier oferece calibrações acreditadas de acordo com a norma DIN EN ISO/IEC 17025 (DAkkS) para termómetros padrão de resistência à platina (SPRT). Essas calibrações são realizadas em pontos fixos ITS-90, que garantem alta precisão e confiabilidade. São utilizados pontos fixos de temperatura fina e grande, e os termómetros a partir de uma profundidade de imersão de 300 mm podem ser calibrados.
Utilizar o ITS-90 no dia-a-dia
A Escala Internacional de Temperatura de 1990 (ITS-90) é utilizada quase diariamente no dia-a-dia de um laboratório de calibração de temperatura. No entanto, os usuários muitas vezes não estão cientes deste fato, como a matemática do ITS-90 são incorporados nos medidores de temperatura e pontes de medição e executado em segundo plano.
É importante entender que a temperatura não pode ser medida diretamente, mas é calculada, por exemplo, pela resistência de um material. O ITS-90 contém a base matemática para calcular as temperaturas a partir das medições de resistência dos termómetros normais (SPRT) do ITS-90.
Coloca-se frequentemente a questão de saber como é que o ITS-90 pode ser utilizado de forma sensata como uma curva característica no trabalho quotidiano de um laboratório.
Portanto, neste post do blog, vou usar um exemplo para mostrar como o ITS-90 pode ser usado para calcular a temperatura correspondente a partir de resistências medidas. Nos meus seminários, gosto de explicar este exemplo em pormenor.
O ITS-90 usa os chamados valores W, que representam a razão entre a resistência medida e o último valor conhecido do ponto triplo da água. Com a ajuda deste valor W calculado e das funções de referência e desvio derivadas do ITS-90, as temperaturas podem ser determinadas. O cálculo do valor W é feito de acordo com a seguinte fórmula:
R(T90) representa a resistência medida à temperatura T90, e R(273,16 K) representa a resistência no ponto triplo da água (mais precisamente a 273,16 Kelvin).
Na etapa de cálculo seguinte, são necessárias as funções de referência (10a e 10b) e a função de desvio (14), que foram definidas de acordo com a ITS-90 (Escala Internacional de Temperatura de 1990). Utilizamos apenas as funções que são relevantes para a nossa gama de temperaturas.
Funções de referência:
A função de referência é usada com os seguintes parâmetros:
A função de desvio é a seguinte:
As equações e tabelas são retiradas da publicação do ITS-90 por Walter Blanke (ver referências).
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Calibração de pontos fixos de temperatura
A Klasmeier oferece calibrações acreditadas de acordo com a norma DIN EN ISO/IEC 17025 (DAkkS) para pontos fixos de temperatura. Estes são feitos comparando-os com células de referência de alta precisão e termómetros de resistência normal (SPRT). Vários pontos fixos de temperatura são calibrados de acordo com o ITS-90, como ponto triplo de água, mercúrio e pontos de fusão de gálio.
Exemplo de cálculo ITS-90
Digamos que você meça um valor de resistência de 31,1428 ohms. O certificado de calibração fornece as seguintes informações:
R(0,01°C) = 25,1648 ohms
a = -1,6093e-03
B = 1,9911E-03
Primeiro, calcule o valor W:
W(t90) = R(t90) / R(0,01°C)
W(t90) = 31,1428 Ohm / 25,1648 Ohm
W(t90) = 1,23755404
Em seguida, você pode usar a função de desvio (14) para calcular o valor Wr(t90):
Wr(t90) = 1,237824
Com o valor determinado, pode agora calcular a temperatura t90 utilizando a função de referência (10b):
t90 = 60,1873°C
Desta forma, a temperatura correspondente pode ser calculada a partir do valor da resistência medida.
Onde comprar o ITS-90
A Escala Internacional de Temperatura de 1990 (ITS-90) pode ser obtida em vários locais:
- O documento original alemão: Cobertor, Walter. A Escala Internacional de Temperatura de 1990: ITS-90. Physikalisch-Technische Bundesanstalt, Wirtschaftsverlag NW, Verlag für Neue Wissenschaft, Braunschweig, 1989. [ISBN 3-89429-040-4].
- Uma versão digital do documento original está disponível no National Institute of Standards and Technology (NIST). Pode encontrar o documento aqui.
- Site da PTB: A implementação do ITS-90 na Alemanha e mais informações podem ser encontradas no site da Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB). Clique aqui para acessar o site do PTB.
- Wikipédia: O artigo da Wikipédia sobre ITS-90 fornece uma boa visão geral e pode ser um bom lugar para começar para aqueles que são novos no tópico. Clique aqui para ler o artigo da Wikipédia.
- ITS-90 Sítio Web: Esta página fornece muitas informações úteis sobre o ITS-90 e é um ótimo recurso para quem quer saber mais sobre o tema. Clique aqui para o site do ITS-90.
Fontes:
- Walter Blanke: A Escala Internacional de Temperatura de 1990: ITS-90
- Thomas Klasmeier: Table Book “Temperatura”, Edição 3