Calibração de temperatura

A calibração de temperatura é um processo importante em muitas indústrias que garante a precisão e a confiabilidade dos instrumentos de medição de temperatura. A temperatura é monitorada em uma ampla gama de aplicações, seja fabricação, medicina, pesquisa ou geração de energia. Medições imprecisas podem levar a erros de produção, riscos de segurança e aumento de custos. A calibração de temperatura garante que os instrumentos de medição de temperatura forneçam valores corretos, comparando-os com um dispositivo de referência certificado. Este processo permite o cumprimento das normas de qualidade e requisitos legais.

Assim, a calibração de temperatura não significa apenas verificar um medidor, mas também inclui validação e documentação para garantir que as medições sejam rastreáveis e reprodutíveis.

O que é calibração de temperatura?

A calibração da temperatura refere-se ao processo pelo qual um dispositivo de medição de temperatura é verificado para garantir que fornece leituras precisas e confiáveis. É comparado a um dispositivo de referência cuja temperatura é conhecida com precisão para detetar desvios. Isso garante a precisão do medidor.

Importância e aplicação na indústria

Em várias indústrias, como a farmacêutica, alimentar, química e automóvel, a medição precisa da temperatura é importante. Os processos de produção, as condições de armazenamento e os controlos de qualidade dependem frequentemente de dados precisos sobre a temperatura. Medições imprecisas podem ter um impacto significativo na qualidade, segurança e eficiência do produto. Portanto, calibrações regulares são importantes para minimizar as fontes de erro e garantir a conformidade com as regulamentações legais e normas internacionais, como a DIN EN ISO/IEC 17025.

Visão geral dos diferentes métodos de calibração

Existem vários métodos de calibração de temperatura, que diferem dependendo da aplicação e requisitos. Os métodos mais comuns incluem o método de comparação, que compara um termómetro a calibrar com um termómetro de referência preciso. A calibração de ponto fixo, que usa pontos de temperatura definidos, como pontos de solidificação de metais ou o ponto triplo de água, é o segundo método de calibração de temperatura.

Objetivos da calibração da temperatura

A calibração de temperatura tem vários objetivos importantes:

• Precisão: Garantir que os instrumentos de medição forneçam valores precisos e consistentes.
• Segurança: Prevenção de erros críticos de segurança que possam ocorrer devido a medições imprecisas, especialmente na medicina e na indústria.
• Eficiência: Melhorar a eficiência dos processos de produção, uma vez que instrumentos de medição defeituosos podem levar a períodos de inatividade da produção ou a defeitos de qualidade.

As calibrações também garantem que as medições são rastreáveis, ou seja, podem ser rastreadas até padrões e normas internacionais.

Noções básicas de medição de temperatura

Diferentes métodos de medição de temperatura

Existem vários métodos de medição de temperatura, que variam dependendo da aplicação e do requisito de precisão. Os mais comuns são:

• IDT: Aproveite o aumento da resistência de materiais como a platina (por exemplo, PT100) com o aumento da temperatura.
• Termopares: Junte dois metais diferentes que criam uma tensão proporcional à temperatura.

Princípios Físicos de Medição de Temperatura

A maioria dos dispositivos de medição de temperatura usa propriedades físicas que mudam com a temperatura, como resistência elétrica (RTDs), tensão térmica (termopares) ou radiação (infravermelho). Estas alterações são registadas e convertidas em valores de temperatura.

Incertezas de medição e fatores de influência

As incertezas de medição são desvios inevitáveis e quantificáveis nos resultados das medições. Eles são causados por vários fatores, como a precisão do dispositivo de medição, interferência externa ou condições ambientais. A incerteza descreve o intervalo em que o valor real da variável medida se encontra com uma certa probabilidade.

A calibração da temperatura tenta minimizar essas incertezas e torná-las compreensíveis. Na Alemanha, são utilizados procedimentos normalizados para este efeito, que são definidos pelo organismo alemão de acreditação (DAkkS) e pelo DKD (Serviço Alemão de Calibração) como parte do Guia para a Expressão da Incerteza na Medição (GUM).

O GUM é um documento reconhecido internacionalmente que fornece a base metodológica para a determinação de incertezas de medição. Tem em conta erros sistemáticos e aleatórios. Contém modelos matemáticos para calcular incertezas e torná-las transparentes. A abordagem GUM documenta a incerteza nas medições. Isso torna os resultados da calibração rastreáveis e comparáveis.

A DAkkS garante que os laboratórios de calibração na Alemanha cumprem as normas e procedimentos descritos na GUM e credencia esses laboratórios de acordo com a norma DIN EN ISO/IEC 17025.

Métodos de calibração da temperatura

Existem vários métodos de calibração de termômetros: o método de comparação usa um termômetro de referência para detetar desvios, enquanto a calibração de ponto fixo usa pontos fixos de temperatura precisos de acordo com o ITS-90 para garantir a mais alta precisão.

Calibração da temperatura de acordo com o método de comparação

O método de comparação é uma das técnicas de calibração mais utilizadas e caracteriza-se pela sua flexibilidade e facilidade de execução. O termómetro a calibrar é comparado com um termómetro de referência já calibrado.

Ambos os dispositivos são colocados em um ambiente estável, como um banho de calibração ou calibrador de bloco. A diferença entre as leituras indica o desvio do termômetro a ser calibrado. Este método é frequentemente usado em aplicações industriais porque cobre uma ampla faixa de temperatura e é adequado para uma ampla gama de dispositivos de medição de temperatura.

Calibração da temperatura nos pontos fixos de temperatura do ITS-90

A calibração de ponto fixo oferece a mais alta precisão na calibração de temperatura e é baseada na Escala Internacional de Temperatura de 1990 (ITS-90). Esta escala define uma série de pontos fixos reconhecidos internacionalmente nos quais estados físicos (transições de fase), como fusão ou solidificação, representam temperaturas definidas com precisão. O ponto fixo mais importante é o ponto triplo de água (0,01°C). A calibração de ponto fixo compara o termômetro diretamente com essas temperaturas definidoras, permitindo resultados altamente precisos.

O ITS-90 fornece uma base precisa para a calibração de temperatura devido aos seus pontos fixos de temperatura e é usado principalmente em aplicações científicas e metrológicas. A alta precisão e rastreabilidade de acordo com padrões reconhecidos internacionalmente fazem da calibração de ponto fixo o método de escolha para aplicações laboratoriais precisas. No entanto, é limitado em sua aplicação devido ao aparato complexo e condições especializadas.

Os pontos fixos da Escala Internacional de Temperatura de 1990 (ITS-90) usados na calibração de pontos fixos incluem, mas não estão limitados a:

• Ponto triplo de argônio: -189,3442 °C
• Ponto triplo de mercúrio: -38,8344 °C
• Ponto triplo de água: 0.01 °C
• Ponto de fusão do gálio: 29,7646 °C
• Ponto de solidificação do índio: 156,5985 °C
• Ponto de solidificação do estanho: 231.928 °C
• Ponto de solidificação do zinco: 419.527 °C
• Ponto de solidificação do alumínio: 660.323 °C
• Ponto de solidificação da prata: 961,78 °C

Normas e Padrões em Calibração de Temperatura

DIN EN ISO/IEC 17025: Requisitos para laboratórios de calibração

DIN EN ISO/IEC 17025 especifica os requisitos gerais de competência dos laboratórios de ensaio e calibração. Inclui critérios de competência técnica, qualidade dos resultados de calibração e rastreabilidade das medições. Os laboratórios acreditados para esta norma cumprem as normas internacionalmente reconhecidas e garantem resultados de medição fiáveis.

Informações complementares:
Acreditação de acordo com a norma DIN EN ISO/IEC 17025

ITS-90 (Escala Internacional de Temperatura de 1990)

O ITS-90 define pontos de ancoragem de temperatura precisos que são usados em todo o mundo para calibrar instrumentos de medição de temperatura. Assegura que as medições podem ser rastreadas de acordo com normas internacionalmente reconhecidas.

Além disso, o ITS-90 define o SPRT (Standard Platinum Resistance Thermometer) como um instrumento de interpolação que é usado entre os pontos fixos. Os SPRTs oferecem a mais alta precisão e são usados em calibrações precisas para referência e para medir temperaturas precisas.

Informações complementares:
A Escala Internacional de Temperatura de 1990 (ITS-90)

Importância da rastreabilidade na metrologia

A rastreabilidade significa que os resultados das medições podem ser rastreados até normas nacionais ou internacionais, como o ITS-90. Isso garante que as medições sejam comparáveis em qualquer lugar do mundo. Calibrações rastreáveis oferecem garantia de que os medidores atendem aos padrões.

Diretrizes DKD

As diretrizes DKD (Serviço Alemão de Calibração) são um conjunto de diretrizes técnicas que especificam requisitos e procedimentos específicos para calibração em várias faixas de medição, incluindo temperatura. Estas diretrizes fornecem instruções detalhadas sobre como realizar calibrações e avaliar a incerteza de medição. Eles complementam a norma DIN EN ISO/IEC 17025 e servem como orientação prática para laboratórios de calibração para garantir resultados consistentes e rastreáveis.

As diretrizes DKD são particularmente úteis em áreas especializadas de metrologia e promovem uma abordagem uniforme à calibração.

Informações complementares:
Serviço alemão de calibração DKD

Diretrizes de calibração Euramet

A EURAMET (European Association of National Metrology Institutes) é uma organização que promove a cooperação entre institutos nacionais de metrologia na Europa. Estabelece normas europeias e coordena projetos de investigação para garantir a exatidão e a uniformidade das medições em toda a Europa. A EURAMET desempenha um papel central no desenvolvimento de métodos de calibração e medição, bem como na rastreabilidade dos resultados das medições de acordo com as normas internacionais, incluindo a calibração da temperatura. Uma parte importante do seu trabalho são os chamados programas EMRP e EMPIR, que apoiam a investigação metrológica.

Informações complementares:
EURAMET E.V. – ASSOCIAÇÃO EUROPEIA DOS INSTITUTOS NACIONAIS DE METROLOGIA

Dispositivos de calibração de temperatura

IDT (PT100, PT1000 e SPRT)

Os RTDs medem a temperatura através da resistência de um fio (geralmente platina). O tipo mais comum é um PT100: Tem uma resistência de 100 ohms a 0°C, amplamente utilizado em aplicações industriais.

Outro tipo é o SPRT (Standard Platinum Resistance Thermometer), que é usado especificamente para calibrações de alta precisão em laboratórios. Os SPRTs são definidos pelo ITS-90. São instrumentos de referência precisos utilizados em muitos processos. Eles são calibrados nos pontos fixos de temperatura do ITS-90. Eles oferecem estabilidade muito alta e baixa incerteza de medição e são importantes para a rastreabilidade precisa das medições de temperatura de acordo com os padrões internacionais.

Termopares

Os termopares são constituídos por dois fios metálicos diferentes ligados numa extremidade. A diferença de temperatura entre as duas extremidades cria uma tensão que é proporcional à temperatura. Os termopares são frequentemente utilizados em aplicações industriais e diferem em tipos:

• Tipo K (Chromel Alumel): -200°C a +1372°C, universalmente aplicável, estável e amplamente utilizado. Atenção: Efeito Tipo K!
• Tipo J (Constantan de ferro): -40°C a +750°C, design mais antigo, comum na indústria.
• Tipo T (cobre constantano): -200 °C a +400 °C, adequado para baixas temperaturas.
• Tipo E (constante de Chromel): -200 °C a +1000 °C, alta sensibilidade.
• Tipo N (Nicrosil-Nisil): -200 °C a +1300 °C, alta estabilidade a altas temperaturas.
• Tipo S, R (Platina-Ródio): Termopares precisos de metais preciosos, alta precisão
• Tipo B (platina-ródio): Intervalos de temperatura muito elevados até +1700 °C, utilizados na metalurgia e em laboratórios.
• Tipo Au/Pt (Gold-Platinum): Medições extremamente precisas até +1000 °C, principalmente em aplicações de laboratório.
• Tipo Pt/Pd (platina-paládio): Faixa de medição de até +1500 °C, em aplicações de alta precisão.

Os termopares mais comuns, como o tipo K, J, T, N, S, R, B, são padronizados pela IEC 60584. Esta norma define as tabelas de tensão térmica, tolerâncias e intervalos de temperatura de cada tipo.

A IEC 62460 é decisiva para os termopares especializados Au/Pt e Pt/Pd. Esta norma abrange os requisitos e as tabelas de tensão térmica destes termopares de metais preciosos de alta precisão utilizados em aplicações científicas e metrológicas.

Termómetros / Indicadores Digitais

Termômetros digitais e dispositivos de exibição são usados para medição precisa de termopares e termômetros de resistência (RTDs). Estão disponíveis em várias classes de precisão e abrangem uma vasta gama de aplicações, desde aplicações industriais simples a medições científicas de alta precisão.

Esses dispositivos também precisam ser calibrados regularmente para garantir a precisão. A calibração pode ser feita de duas maneiras:

1. Individualmente elétrico: O instrumento de exibição digital é calibrado isoladamente.
2. Como uma cadeia de medição: A calibração é realizada em conjunto com o sensor de temperatura conectado (termopar ou RTD) como uma cadeia de medição completa.

Essa calibração garante uma medição confiável e rastreável.

Calibradores de bloco

Os calibradores de bloco são dispositivos portáteis que produzem temperaturas estáveis. Eles são adequados para calibração no local de termômetros e termopares em uma ampla faixa de temperatura. Podem ser utilizados de forma flexível e são ideais para aplicações industriais.

Os calibradores de bloco são dispositivos portáteis e versáteis projetados especificamente para calibrar dispositivos de medição de temperatura, como termopares, termômetros de resistência e termômetros digitais. Eles consistem em um bloco sólido de metal que é aquecido eletricamente ou resfriado para criar uma fonte de temperatura estável. O bloco tem orifícios nos quais são inseridos os sensores de temperatura a serem calibrados.

Um circuito de controle interno garante uma temperatura precisa e constante dentro do bloco, criando um ambiente de calibração estável. As temperaturas geradas geralmente cobrem uma faixa de cerca de -35°C a +1200°C, tornando-as adequadas para várias aplicações industriais e laboratoriais.

Os calibradores de bloco têm muitas vantagens:

1. Portabilidade: Os calibradores de bloco são compactos e portáteis, tornando-os ideais para calibrações no local.
2. Ampla faixa de temperatura: Eles oferecem grande flexibilidade, pois podem produzir temperaturas baixas e altas.
3. Tempos de resposta rápidos: permitem mudanças rápidas de temperatura e, portanto, uma calibração eficiente.
4. Facilidade de uso: Os calibradores de bobina são frequentemente projetados para serem fáceis de usar, com controles digitais de temperatura e estabilidade.
5. Versatilidade: Você pode calibrar diferentes tipos de dispositivos de medição de temperatura, incluindo termopares, RTDs (Detetores de Temperatura de Resistência) e termômetros digitais.

Embora os calibradores de bloco sejam adequados para muitas tarefas de calibração, eles oferecem menor precisão em comparação com banhos de calibração ou calibrações de ponto fixo, especialmente em temperaturas extremamente altas ou baixas. Para aplicações que exigem a mais alta precisão, como em laboratórios de metrologia, outros métodos, como calibração de ponto fixo, são preferíveis.

Banhos de Calibração

Os banhos de calibração são banhos líquidos (por exemplo, com óleo, água ou etanol) que garantem uma calibração muito precisa dos instrumentos de medição de temperatura. Eles fornecem um ambiente de temperatura extremamente estável e são usados em laboratórios para obter maior precisão do que os calibradores de bloco.

Fornos de calibração

Os fornos de calibração são projetados para calibração em altas temperaturas, geralmente até 1200°C. Eles fornecem um ambiente preciso e controlado para a calibração do termômetro.

Estes dispositivos são particularmente adequados para aplicações onde a precisão das calibrações em calibradores de bloco não é suficiente. A calibração com fornos de calibração é menos móvel do que com calibradores de bloco e muitas vezes requer um ambiente de laboratório especial. Além disso, não são adequados para temperaturas muito baixas.

Os fornos de calibração consistem em uma câmara de forno aquecida eletricamente que garante uma distribuição uniforme da temperatura no interior. Os sensores a calibrar são inseridos no forno, onde são expostos a uma temperatura estável por um longo período de tempo. A temperatura é controlada com precisão através de circuitos de controlo incorporados. Os termómetros a calibrar são então comparados com termómetros de referência calibrados.