Calibração de temperatura

A calibração de temperatura é um processo importante em muitas indústrias, que garante a precisão e a fiabilidade dos equipamentos de medição de temperatura. A temperatura é monitorizada numa variedade de aplicações, seja na produção, na medicina, na investigação ou na produção de energia. Medições imprecisas podem levar a erros de produção, riscos de segurança e custos acrescidos. A calibração de temperatura garante que os equipamentos de medição de temperatura fornecem valores corretos, comparando-os com um equipamento de referência certificado. Este processo permite o cumprimento das normas de qualidade e dos requisitos legais.

A calibração de temperatura não significa apenas verificar um equipamento de medição, mas também inclui a validação e a documentação, para garantir que as medições são rastreáveis e reproduzíveis.

O que é a calibração de temperatura?

Calibração de temperatura refere-se ao processo em que um equipamento de medição de temperatura é verificado para garantir que fornece leituras precisas e fiáveis. É comparado com um equipamento de referência, cuja temperatura é exatamente conhecida, para determinar desvios. Desta forma, é garantida a precisão do equipamento de medição.

Importância e aplicação na indústria

Em inúmeros setores industriais, como o farmacêutico, o alimentar, o químico e o automóvel, uma medição de temperatura precisa é importante. Os processos de produção, as condições de armazenamento e os controlos de qualidade dependem muitas vezes fortemente de dados de temperatura precisos. Medições imprecisas podem ter um impacto significativo na qualidade, segurança e eficiência do produto. Por conseguinte, as calibrações regulares são importantes para minimizar as fontes de erro e garantir o cumprimento das normas legais e dos padrões internacionais, como a DIN EN ISO/IEC 17025.

Visão geral dos diferentes métodos de calibração

Existem diferentes métodos para a calibração de temperatura, que diferem consoante a aplicação e os requisitos. Os métodos mais comuns incluem o método de comparação, em que um termómetro a ser calibrado é comparado com um termómetro de referência preciso. A calibração de ponto fixo, em que são utilizados pontos de temperatura definidos, como os pontos de solidificação de metais ou o ponto triplo da água, é o segundo método de calibração de temperatura.

Objetivos da calibração de temperatura

A calibração de temperatura prossegue vários objetivos importantes:

• Precisão: Garantir que os equipamentos de medição fornecem valores precisos e consistentes.
• Segurança: Prevenir erros críticos de segurança que possam surgir de medições imprecisas, especialmente na medicina e na indústria.
• Eficiência: Melhorar a eficiência dos processos de produção, uma vez que equipamentos de medição defeituosos podem levar a falhas de produção ou defeitos de qualidade.

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

Princípios básicos da medição de temperatura

Diferentes métodos de medição de temperatura

Existem vários métodos para a medição de temperatura, que variam consoante a aplicação e o requisito de precisão. Os mais comuns são:

• Termómetros de resistência (RTDs): Utilizam o aumento da resistência de materiais como a platina (por exemplo, PT100) com o aumento da temperatura.
• Termopares: Juntam dois metais diferentes que geram uma tensão proporcional à temperatura.

Princípios físicos da medição de temperatura

A maioria dos equipamentos de medição de temperatura utiliza propriedades físicas que se alteram com a temperatura, como a resistência elétrica (RTDs), a tensão térmica (termopares) ou a 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. Surgem devido a vários fatores, como a precisão do equipamento de medição, interferências externas ou condições ambientais. A incerteza descreve o intervalo em que o valor real da grandeza de medição se encontra com uma certa probabilidade.

Na calibração de temperatura, tenta-se minimizar e tornar rastreáveis estas incertezas. Para tal, são utilizados na Alemanha procedimentos normalizados, que são definidos pela Agência Alemã de Acreditação (DAkkS) e pelo DKD (Serviço Alemão de Calibração) no âmbito do Guia para a Expressão da Incerteza na Medição (GUM).

O GUM é um documento reconhecido internacionalmente que estabelece os princípios metodológicos para a determinação das incertezas de medição. Considera tanto os erros sistemáticos como os aleatórios. Contém modelos matemáticos para calcular e tornar transparentes as incertezas. Através da abordagem GUM, a incerteza nas medições é documentada. Desta forma, os resultados da calibração são rastreáveis e comparáveis.

A DAkkS garante que os laboratórios de calibração na Alemanha cumprem as normas e os procedimentos descritos no GUM e acredita estes laboratórios de acordo com a DIN EN ISO/IEC 17025.

Métodos de calibração de temperatura

Existem diferentes métodos de calibração de termómetros: O método de comparação utiliza um termómetro de referência para determinar desvios, enquanto a calibração de ponto fixo utiliza pontos fixos de temperatura precisos de acordo com a ITS-90 para garantir a máxima precisão.

Calibração de 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 fácil execução. Neste método, o termómetro a ser calibrado é comparado com um termómetro de referência já calibrado.

Ambos os equipamentos são colocados num ambiente estável, como um banho de calibração ou um calibrador de bloco. A diferença entre os valores medidos indica o desvio do termómetro a ser calibrado. Este método é frequentemente utilizado em aplicações industriais, uma vez que abrange uma grande faixa de temperatura e é adequado para uma variedade de equipamentos de medição de temperatura.

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

A calibração de ponto fixo oferece a maior precisão na calibração de temperatura e baseia-se na Escala Internacional de Temperatura de 1990 (ITS-90). Esta escala define uma série de pontos fixos reconhecidos internacionalmente, nos quais os estados físicos (transições de fase), como a fusão ou a solidificação, representam temperaturas exatamente definidas. O ponto fixo mais importante é o ponto triplo da água (0,01 °C). Na calibração de ponto fixo, o termómetro é comparado diretamente com estas temperaturas definidoras, o que permite obter resultados extremamente precisos.

A ITS-90 oferece, através dos seus pontos fixos de temperatura, uma base precisa para a calibração de temperatura e é utilizada principalmente em aplicações científicas e metrológicas. A alta precisão e a rastreabilidade a padrões reconhecidos internacionalmente tornam a calibração de ponto fixo o método de eleição para aplicações laboratoriais precisas. No entanto, a sua aplicação é limitada devido aos equipamentos dispendiosos e às condições especializadas.

Os pontos fixos da Escala Internacional de Temperatura de 1990 (ITS-90), que são utilizados na calibração de ponto fixo, incluem, entre outros:

• Ponto triplo do árgon: -189,3442 °C
• Ponto triplo do mercúrio: -38,8344 °C
• Ponto triplo da 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 na calibração de temperatura

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

A DIN EN ISO/IEC 17025 estabelece os requisitos gerais para a competência de laboratórios de ensaio e calibração. Abrange critérios para a competência técnica, a qualidade dos resultados da calibração e a rastreabilidade das medições. Os laboratórios acreditados de acordo com esta norma cumprem padrões reconhecidos internacionalmente e garantem resultados de medição fiáveis.

Mais informações:
Acreditação de acordo com a DIN EN ISO/IEC 17025

ITS-90 (Escala Internacional de Temperatura de 1990)

A ITS-90 define pontos fixos de temperatura precisos, que são utilizados mundialmente para a calibração de equipamentos de medição de temperatura. Garante que as medições são rastreáveis a padrões reconhecidos internacionalmente.

Além disso, a ITS-90 define o SPRT (Termómetro de Resistência de Platina Padrão) como um instrumento de interpolação, que é utilizado entre os pontos fixos. Os SPRTs oferecem a máxima precisão e são utilizados em calibrações precisas como referência e para medir temperaturas precisas.

Mais informações:
A Escala Internacional de Temperatura de 1990 (ITS-90)

Importância da rastreabilidade na metrologia

Rastreabilidade significa que os resultados das medições podem ser rastreados até padrões nacionais ou internacionais, como a ITS-90. Isto garante que as medições são comparáveis em todo o mundo. As calibrações rastreáveis oferecem a segurança de que os equipamentos de medição cumprem os padrões.

Diretrizes DKD

As diretrizes DKD (Serviço Alemão de Calibração) são uma coleção de diretrizes técnicas, que estabelecem requisitos e procedimentos específicos para a calibração em diferentes áreas de medição, incluindo a temperatura. Estas diretrizes fornecem instruções detalhadas sobre a realização de calibrações e a avaliação da incerteza de medição. Complementam a norma DIN EN ISO/IEC 17025 e servem como um guia prático para os laboratórios de calibração, a fim de garantir resultados consistentes e rastreáveis.

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

Mais informações:
Serviço Alemão de Calibração DKD

Diretrizes de calibração Euramet

EURAMET (Associação Europeia de Institutos Nacionais de Metrologia) é uma organização que promove a cooperação dos institutos nacionais de metrologia na Europa. Define normas europeias e coordena projetos de investigação para garantir a precisão 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 a padrões internacionais, incluindo a calibração de temperatura. Uma parte importante do seu trabalho são os chamados programas EMRP e EMPIR, que apoiam a investigação metrológica.

Mais informações:
EURAMET E.V. – ASSOCIAÇÃO EUROPEIA DE INSTITUTOS NACIONAIS DE METROLOGIA

Equipamentos para calibração de temperatura

Termómetros de resistência (PT100, PT1000 e SPRT)

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

Outro tipo é o SPRT (Termómetro de Resistência de Platina Padrão), que é especialmente utilizado para calibrações de alta precisão em laboratórios. Os SPRTs são definidos pela ITS-90. São instrumentos de referência precisos, que são utilizados em muitos processos. São calibrados nos pontos fixos de temperatura da ITS-90. Oferecem uma estabilidade muito alta e uma baixa incerteza de medição e são importantes para a rastreabilidade precisa das medições de temperatura a padrões internacionais.

Termopares

Os termopares consistem em dois fios de metal diferentes, que são ligados numa extremidade. A diferença de temperatura entre as duas extremidades gera 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 (Ferro-Constantan): -40 °C a +750 °C, design mais antigo, frequentemente utilizado na indústria.
• Tipo T (Cobre-Constantan): -200 °C a +400 °C, adequado para baixas temperaturas.
• Tipo E (Chromel-Constantan): -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 de metal precioso precisos, alta precisão
• Tipo B (Platina-Ródio): Faixas de temperatura muito altas até +1700 °C, utilizado na metalurgia e em laboratórios.
• Tipo Au/Pt (Ouro-Platina): Medições extremamente precisas até +1000 °C, principalmente em aplicações laboratoriais.
• Tipo Pt/Pd (Platina-Paládio): Faixa de medição até +1500 °C, em aplicações de alta precisão.

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

Para os termopares especializados Au/Pt e Pt/Pd, a IEC 62460 é relevante. Esta norma trata dos requisitos e das tabelas de tensão térmica destes termopares de metal precioso de alta precisão, que são utilizados em aplicações científicas e metrológicas.

Termómetros digitais / Dispositivos de visualização

Os termómetros digitais e os dispositivos de visualização são utilizados para a medição precisa de termopares e termómetros de resistência (RTDs). Estão disponíveis em diferentes classes de precisão e cobrem uma ampla gama de aplicações, desde aplicações industriais simples até medições científicas de alta precisão.

Estes equipamentos também devem ser calibrados regularmente para garantir a precisão. A calibração pode ser realizada de duas formas:

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

Esta calibração garante uma medição fiável e rastreável.

Calibradores de bloco

Os calibradores de bloco são equipamentos portáteis, que geram temperaturas estáveis. São adequados para a calibração no local de termómetros e termopares numa grande faixa de temperatura. São flexíveis e ideais para aplicações industriais.

Os calibradores de bloco são equipamentos portáteis e versáteis, que foram especialmente desenvolvidos para a calibração de equipamentos de medição de temperatura, como termopares, termómetros de resistência e termómetros digitais. Consistem num bloco de metal sólido, que é aquecido ou arrefecido eletricamente para gerar uma fonte de temperatura estável. O bloco tem orifícios, nos quais os sensores de temperatura a serem calibrados são inseridos.

Um circuito de controlo interno garante uma temperatura precisa e constante dentro do bloco, criando assim um ambiente de calibração estável. As temperaturas geradas cobrem frequentemente uma faixa de cerca de -35 °C a +1200 °C, o que os torna adequados para várias aplicações industriais e laboratoriais.

Os calibradores de bloco têm muitas vantagens:

1. Portabilidade: Os calibradores de bloco são compactos e portáteis, o que os torna ideais para calibrações no local.
2. Ampla faixa de temperatura: Oferecem uma alta flexibilidade, uma vez que podem gerar tanto temperaturas baixas como altas.
3. Tempos de resposta rápidos: Permitem mudanças rápidas de temperatura e, assim, uma calibração eficiente.
4. Fácil utilização: Os calibradores de bloco são frequentemente projetados para serem fáceis de utilizar, com controlos digitais para temperatura e estabilidade.
5. Versatilidade: Pode calibrar vários tipos de equipamentos de medição de temperatura, incluindo termopares, RTDs (Detetores de Temperatura Resistivos) e termómetros digitais.

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

Banhos de calibração

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

Fornos de calibração

Os fornos de calibração destinam-se à calibração a altas temperaturas, muitas vezes até 1200 °C. Oferecem um ambiente preciso e controlado para a calibração de termómetros.

Estes equipamentos são particularmente adequados para aplicações em que 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 requer frequentemente um ambiente laboratorial específico. Além disso, não são adequados para temperaturas muito baixas.

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