Calibrazione della temperatura

La calibrazione della temperatura è un processo importante in molti settori che garantisce l’accuratezza e l’affidabilità dei dispositivi di misurazione della temperatura. La temperatura viene monitorata in numerose applicazioni, sia in ambito manifatturiero che medico, di ricerca o di produzione di energia. Misurazioni imprecise possono causare errori di produzione, rischi per la sicurezza e un aumento dei costi. La calibrazione della temperatura assicura che i dispositivi di misurazione della temperatura forniscano letture accurate confrontandoli con un dispositivo di riferimento certificato. Questo processo consente di rispettare gli standard di qualità e i requisiti legali.

La calibrazione della temperatura, quindi, non significa solo controllare un dispositivo di misurazione, ma include anche la convalida e la documentazione per garantire che le misure siano tracciabili e riproducibili.

Che cos’è la calibrazione della temperatura?

La calibrazione della temperatura è il processo di verifica di un dispositivo di misurazione della temperatura per assicurarsi che fornisca letture accurate e affidabili. Viene confrontato con un dispositivo di riferimento la cui temperatura è nota con precisione per individuare le deviazioni. In questo modo si garantisce l’accuratezza del dispositivo di misurazione.

Importanza e applicazione nel settore

La misurazione precisa della temperatura è importante in numerosi settori industriali, come quello farmaceutico, alimentare, chimico e automobilistico. I processi di produzione, le condizioni di conservazione e il controllo della qualità dipendono spesso da dati precisi sulla temperatura. Misure imprecise possono avere un impatto significativo sulla qualità, la sicurezza e l’efficienza dei prodotti. Le calibrazioni regolari sono quindi importanti per ridurre al minimo le fonti di errore e garantire la conformità alle normative legali e agli standard internazionali, come la DIN EN ISO/IEC 17025.

Panoramica dei diversi metodi di calibrazione

Esistono diversi metodi per la calibrazione della temperatura, che variano a seconda dell’applicazione e dei requisiti. I metodi più comuni includono il metodo del confronto, in cui un termometro da calibrare viene confrontato con un termometro di riferimento preciso. La calibrazione a punto fisso, in cui si utilizzano punti di temperatura definiti, come il punto di solidificazione dei metalli o il punto triplo dell’acqua, è il secondo metodo di calibrazione della temperatura.

Obiettivi di calibrazione della temperatura

La calibrazione della temperatura ha diversi obiettivi importanti:

• Accuratezza: assicurati che i dispositivi di misurazione forniscano valori precisi e coerenti.
• Sicurezza: prevenzione degli errori critici per la sicurezza che potrebbero derivare da misurazioni imprecise, soprattutto in medicina e nell’industria.
• Efficienza: migliorare l’efficienza dei processi di produzione, in quanto i dispositivi di misura difettosi possono causare interruzioni della produzione o difetti di qualità.

Le calibrazioni garantiscono anche la tracciabilità delle misure, cioè la possibilità di risalire a standard e norme internazionali.

Le basi della misurazione della temperatura

Diversi metodi di misurazione della temperatura

Esistono diversi metodi di misurazione della temperatura, che variano a seconda dell’applicazione e dei requisiti di precisione. I più comuni sono

• Termometri a resistenza (RTD): Sfruttano l’aumento della resistenza di materiali come il platino (ad esempio PT100) all’aumentare della temperatura.
• Termocoppie: combinano due metalli diversi che generano una tensione proporzionale alla temperatura.

Principi fisici della misurazione della temperatura

La maggior parte dei dispositivi di misurazione della temperatura utilizza proprietà fisiche che cambiano con la temperatura, come la resistenza elettrica (RTD), la tensione termoelettrica (termocoppie) o la radiazione (infrarossi). Queste variazioni vengono registrate e convertite in valori di temperatura.

Incertezze di misurazione e fattori di influenza

Le incertezze di misura sono deviazioni inevitabili e quantificabili nei risultati delle misurazioni. Sono causate da vari fattori come l’accuratezza del dispositivo di misurazione, le interferenze esterne o le condizioni ambientali. L’incertezza descrive l’intervallo in cui si trova il valore effettivo della variabile misurata con una certa probabilità.

La calibrazione della temperatura cerca di ridurre al minimo queste incertezze e di renderle riproducibili. In Germania si utilizzano procedure standardizzate, definite dall’Ente di Accreditamento Tedesco (DAkkS) e dal DKD (Servizio di Taratura Tedesco) come parte della Guida all’Espressione dell’Incertezza di Misura (GUM).

Il GUM è un documento riconosciuto a livello internazionale che specifica i principi metodologici per determinare le incertezze di misura. Prende in considerazione sia gli errori sistematici che quelli casuali. Contiene modelli matematici per calcolare le incertezze e renderle trasparenti. L’approccio GUM documenta l’incertezza delle misure. Questo rende i risultati della calibrazione tracciabili e confrontabili.

Il DAkkS assicura che i laboratori di taratura in Germania siano conformi agli standard e alle procedure descritte nel GUM e accredita questi laboratori in conformità alla norma DIN EN ISO/IEC 17025.

Metodi di calibrazione della temperatura

Esistono diversi metodi di calibrazione dei termometri: il metodo di confronto utilizza un termometro di riferimento per determinare le deviazioni, mentre la calibrazione a punto fisso utilizza punti fissi di temperatura precisi in conformità con l’ITS-90 per garantire la massima precisione.

Calibrazione della temperatura secondo il metodo del confronto

Il metodo del confronto è una delle tecniche di calibrazione più utilizzate e si caratterizza per la sua flessibilità e facilità di implementazione. Il termometro da calibrare viene confrontato con un termometro di riferimento già calibrato.

Entrambi i dispositivi vengono posizionati in un ambiente stabile, come un bagno di calibrazione o un calibratore a blocchi. La differenza tra i valori misurati indica la deviazione del termometro da calibrare. Questo metodo è spesso utilizzato nelle applicazioni industriali perché copre un ampio intervallo di temperature ed è adatto a una varietà di dispositivi di misurazione della temperatura.

Calibrazione della temperatura sui punti fissi dell’ITS-90

La calibrazione a punto fisso offre la massima precisione nella calibrazione della temperatura e si basa sulla Scala Internazionale di Temperatura del 1990 (ITS-90). Questa scala definisce una serie di punti fissi riconosciuti a livello internazionale in cui gli stati fisici (transizioni di fase), come la fusione o la solidificazione, rappresentano temperature definite con precisione. Il punto fisso più importante è il punto triplo dell’acqua (0,01°C). Durante la calibrazione del punto fisso, il termometro viene confrontato direttamente con queste temperature di definizione, il che consente di ottenere risultati estremamente precisi.

Grazie ai suoi punti fissi di temperatura, l’ITS-90 fornisce una base accurata per la calibrazione della temperatura e viene utilizzato principalmente in applicazioni scientifiche e metrologiche. L’elevata accuratezza e la tracciabilità rispetto a standard riconosciuti a livello internazionale rendono la calibrazione a punti fissi il metodo preferito per le applicazioni di laboratorio più precise. Tuttavia, la sua applicazione è limitata a causa della complessità delle apparecchiature e delle condizioni specifiche.

I punti fissi della Scala Internazionale di Temperatura del 1990 (ITS-90), che vengono utilizzati nella calibrazione dei punti fissi, includono, tra gli altri:

• Punto triplo dell’argon: -189,3442 °C
• Punto triplo del mercurio: -38,8344 °C
• Punto triplo dell’acqua: 0,01 °C
• Punto di fusione del gallio: 29,7646 °C
• Punto di solidificazione dell’indio: 156,5985 °C
• Punto di solidificazione dello stagno: 231,928 °C
• Punto di solidificazione dello zinco: 419,527 °C
• Punto di solidificazione dell’alluminio: 660,323 °C
• Punto di solidificazione dell’argento: 961,78 °C

Norme e standard nella calibrazione della temperatura

DIN EN ISO/IEC 17025: Requisiti per i laboratori di taratura

La norma DIN EN ISO/IEC 17025 specifica i requisiti generali per la competenza dei laboratori di prova e taratura. Include criteri per la competenza tecnica, la qualità dei risultati di calibrazione e la tracciabilità delle misure. I laboratori accreditati in conformità a questo standard soddisfano gli standard riconosciuti a livello internazionale e garantiscono risultati di misurazione affidabili.

Ulteriori informazioni:
Accreditamento secondo la norma DIN EN ISO/IEC 17025

ITS-90 (Scala Internazionale di Temperatura del 1990)

L’ITS-90 definisce punti fissi di temperatura precisi che vengono utilizzati in tutto il mondo per calibrare i dispositivi di misurazione della temperatura. Garantisce la tracciabilità delle misure in base a standard riconosciuti a livello internazionale.

Inoltre, l’ITS-90 definisce l’SPRT (termometro standard a resistenza di platino) come uno strumento di interpolazione da utilizzare tra i punti fissi. Gli SPRT offrono la massima accuratezza e vengono utilizzati nelle calibrazioni precise come riferimento e per misurare temperature precise.

Ulteriori informazioni:
Scala internazionale di temperatura del 1990 (ITS-90)

L’importanza della tracciabilità nella tecnologia di misura

Tracciabilità significa che i risultati delle misurazioni possono essere ricondotti a standard nazionali o internazionali, come l’ITS-90. Questo garantisce che le misurazioni siano confrontabili in qualsiasi parte del mondo. Le calibrazioni tracciabili offrono la certezza che i dispositivi di misurazione siano conformi agli standard.

Linee guida DKD

Le linee guida DKD (Servizio Tedesco di Taratura) sono una raccolta di linee guida tecniche che definiscono i requisiti e le procedure specifiche per la taratura in varie aree di misurazione, compresa la temperatura. Queste linee guida forniscono istruzioni dettagliate per l’esecuzione di calibrazioni e la valutazione dell’incertezza di misura. Esse integrano lo standard DIN EN ISO/IEC 17025 e fungono da guida pratica per i laboratori di taratura per garantire risultati coerenti e tracciabili.

Le linee guida DKD sono particolarmente utili nelle aree specializzate della tecnologia di misurazione e promuovono un approccio uniforme alla calibrazione.

Ulteriori informazioni:
Servizio di calibrazione tedesco DKD

Linee guida per la calibrazione Euramet

EURAMET (Associazione Europea degli Istituti Nazionali di Metrologia) è un’organizzazione che promuove la cooperazione tra gli istituti nazionali di metrologia in Europa. Stabilisce standard europei e coordina progetti di ricerca per garantire l’accuratezza e l’uniformità delle misurazioni in tutta Europa. EURAMET svolge un ruolo centrale nello sviluppo di metodi di calibrazione e misurazione e nella tracciabilità dei risultati delle misurazioni rispetto agli standard internazionali, compresa la calibrazione della temperatura. Una parte importante del suo lavoro è rappresentata dai programmi EMRP ed EMPIR, che sostengono la ricerca metrologica.

Ulteriori informazioni:EURAMET E.V. – ASSOCIAZIONE EUROPEA DEGLI ISTITUTI NAZIONALI DI METROLOGIA

Dispositivi per la calibrazione della temperatura

Termometri a resistenza (PT100, PT1000 e SPRT)

Le termoresistenze misurano la temperatura attraverso la resistenza di un filo (spesso di platino). Il tipo più comune è la PT100: ha una resistenza di 100 ohm a 0°C, molto utilizzata nelle applicazioni industriali.

Un altro tipo è l’ SPRT (termometro a resistenza al platino standard) , utilizzato specificamente per tarature di alta precisione nei laboratori. Gli SPRT sono definiti dall’ITS-90. Sono strumenti di riferimento accurati utilizzati in molti processi. Sono calibrati sui punti fissi di temperatura dell’ITS-90. Offrono stabilità molto elevata e bassa incertezza di misura e sono importanti per la precisa tracciabilità delle misurazioni della temperatura rispetto agli standard internazionali.

Termocoppie

Le termocoppie sono costituite da due fili metallici diversi collegati a un’estremità. La differenza di temperatura tra le due estremità genera una tensione proporzionale alla temperatura. Le termocoppie sono spesso utilizzate nelle applicazioni industriali e sono disponibili in diversi tipi:

• Tipo K (Cromel-Alumel): Da -200 °C a +1372 °C, applicabile universalmente, stabile e ampiamente utilizzato. Attenzione: effetto del tipo K!
• Tipo J (ferro-costantana): Da -40 °C a +750 °C, design più vecchio, spesso utilizzato nell’industria.
• Tipo T (rame-costantana): Da -200 °C a +400 °C, adatto alle basse temperature.
• Tipo E (cromel-constantan): Da -200 °C a +1000 °C, alta sensibilità.
• Tipo N (Nicrosil-Nisil): Da -200 °C a +1300 °C, elevata stabilità alle alte temperature.
• Tipo S, R (platino-rodio): Termocoppie di precisione in metallo prezioso, ad alta accuratezza
• Tipo B (platino-rodio): intervalli di temperatura molto elevati, fino a +1700 °C, utilizzati in metallurgia e nei laboratori.
• Tipo Au/Pt (oro-platino): misurazioni estremamente accurate fino a +1000 °C, principalmente in applicazioni di laboratorio.
• Tipo Pt/Pd (platino-palladio): Campo di misura fino a +1500 °C, per applicazioni di alta precisione.

Le termocoppie più comuni come quelle di tipo K, J, T, N, S, R, B sono standardizzate dalla norma IEC 60584. Questo standard definisce le tabelle di tensione termoelettrica, le tolleranze e gli intervalli di temperatura dei singoli tipi.

La norma IEC 62460 è autorevole per le termocoppie specializzate Au/Pt e Pt/Pd. Questa norma tratta i requisiti e le tabelle di tensione termoelettrica di queste termocoppie in metalli preziosi di alta precisione utilizzate in applicazioni scientifiche e metrologiche.

Termometri digitali / indicatori

I termometri e gli indicatori digitali sono utilizzati per la misurazione precisa di termocoppie e termoresistenze (RTD). Sono disponibili in varie classi di accuratezza e coprono un’ampia gamma di applicazioni, dalle semplici applicazioni industriali alle misurazioni scientifiche di alta precisione.

Questi dispositivi devono essere calibrati regolarmente per garantire la precisione. La calibrazione può essere effettuata in due modi:

1. Elettrico individuale: lo strumento con display digitale è calibrato in modo isolato.
2. Come catena di misura: la calibrazione viene eseguita insieme al sensore di temperatura collegato (termocoppia o RTD) come una catena di misura completa.

Questa calibrazione garantisce una misurazione affidabile e tracciabile.

Calibratori a blocchi

I calibratori a blocco sono dispositivi portatili che generano temperature stabili. Sono adatti alla calibrazione in loco di termometri e termocoppie in un ampio intervallo di temperature. Possono essere utilizzati in modo flessibile e sono ideali per le applicazioni industriali.

I calibratori a blocco sono dispositivi portatili e versatili progettati appositamente per la calibrazione di dispositivi di misurazione della temperatura come termocoppie, termoresistenze e termometri digitali. Sono costituiti da un blocco di metallo solido che viene riscaldato o raffreddato elettricamente per creare una fonte di temperatura stabile. Il blocco presenta dei fori in cui vengono inseriti i sensori di temperatura da calibrare.

Un circuito di controllo interno assicura una temperatura accurata e costante all’interno del blocco, creando un ambiente di calibrazione stabile. Le temperature generate coprono spesso un intervallo compreso tra -35 °C e +1200 °C, rendendoli adatti a diverse applicazioni industriali e di laboratorio.

I calibratori a blocchi hanno molti vantaggi:

1. Portabilità: i calibratori a blocco sono compatti e portatili, il che li rende ideali per le calibrazioni in loco.
2. Ampio intervallo di temperature: offrono un elevato grado di flessibilità, in quanto possono generare sia basse che alte temperature.
3. Tempi di risposta rapidi: Consentono rapidi cambiamenti di temperatura e quindi una calibrazione efficiente.
4. Semplicità di utilizzo: i calibratori a blocco sono spesso progettati per essere di facile utilizzo, con controlli digitali per la temperatura e la stabilità.
5. Versatilità: puoi calibrare diversi tipi di dispositivi di misurazione della temperatura, tra cui termocoppie, RTD (rilevatori di temperatura a resistenza) e termometri digitali.

Sebbene i calibratori a secco siano adatti per molte attività di calibrazione, offrono una precisione inferiore rispetto ai bagni di calibrazione o alle calibrazioni a punto fisso, soprattutto a temperature estremamente alte o basse . Per le applicazioni che richiedono la massima precisione, come nei laboratori metrologici, sono preferibili altri metodi come la calibrazione a punto fisso.

Bagni di calibrazione

I bagni di calibrazione sono bagni liquidi (ad esempio con olio, acqua o etanolo) che garantiscono una calibrazione molto precisa dei dispositivi di misurazione della temperatura. Forniscono un ambiente di temperatura estremamente stabile e vengono utilizzati nei laboratori per ottenere una maggiore precisione rispetto ai calibratori a blocco.

Forni di calibrazione

I forni di calibrazione sono destinati alla calibrazione a temperature elevate, spesso fino a 1200°C. Forniscono un ambiente preciso e controllato per la calibrazione dei termometri.

Questi dispositivi sono particolarmente adatti per applicazioni in cui la precisione delle tarature nei calibratori a pozzo non è sufficiente. La calibrazione con forni di calibrazione è meno mobile rispetto ai calibratori a blocco secco e spesso richiede un ambiente di laboratorio speciale. Inoltre, non sono adatti a temperature molto basse.

I forni di calibrazione sono costituiti da una camera riscaldata elettricamente che garantisce una distribuzione uniforme della temperatura all’interno. I sensori da calibrare vengono inseriti nel forno, dove sono esposti a una temperatura stabile per un lungo periodo di tempo. La temperatura viene controllata con precisione tramite circuiti di controllo integrati. I termometri da calibrare vengono poi confrontati con termometri di riferimento calibrati.