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 una varietà di applicazioni, sia nella produzione, nella medicina, nella ricerca o nella produzione di energia. Misurazioni imprecise possono portare a errori di produzione, rischi per la sicurezza e costi maggiori. La calibrazione della temperatura garantisce che i dispositivi di misurazione della temperatura forniscano valori corretti confrontandoli con un dispositivo di riferimento certificato. Questo processo consente di rispettare gli standard di qualità e i requisiti legali.

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

Cos’è la calibrazione della temperatura?

La calibrazione della temperatura si riferisce al processo di verifica di un dispositivo di misurazione della temperatura per garantire che fornisca letture accurate e affidabili. Viene confrontato con un dispositivo di riferimento, la cui temperatura è nota con precisione, per determinare le deviazioni. Ciò garantisce l’accuratezza del dispositivo di misurazione.

Importanza e applicazione nell’industria

In numerosi settori industriali, come quello farmaceutico, alimentare, chimico e automobilistico, una misurazione precisa della temperatura è importante. I processi di produzione, le condizioni di stoccaggio e i controlli di qualità dipendono spesso fortemente da dati di temperatura accurati. Misurazioni imprecise possono avere un impatto significativo sulla qualità del prodotto, sulla sicurezza e sull’efficienza. Pertanto, le calibrazioni regolari sono 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 differiscono a seconda dell’applicazione e dei requisiti. I metodi più comuni includono il metodo di confronto, in cui un termometro da calibrare viene confrontato con un termometro di riferimento preciso. La calibrazione a punto fisso, in cui vengono utilizzati punti di temperatura definiti, come i punti di solidificazione dei metalli o il punto triplo dell’acqua, è il secondo metodo per la calibrazione della temperatura.

Obiettivi della calibrazione della temperatura

La calibrazione della temperatura persegue diversi obiettivi importanti:

• Accuratezza: Garantire che i dispositivi di misurazione forniscano valori precisi e coerenti.
• Sicurezza: Prevenire errori critici per la sicurezza che potrebbero derivare da misurazioni imprecise, in particolare in medicina e nell’industria.
• Efficienza: Migliorare l’efficienza dei processi di produzione, poiché dispositivi di misurazione difettosi possono portare a interruzioni della produzione o difetti di qualità.

Le calibrazioni garantiscono inoltre che le misurazioni siano tracciabili, ovvero che possano essere ricondotte a standard e norme internazionali.

Principi di base della misurazione della temperatura

Diversi metodi di misurazione della temperatura

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

• Termometri a resistenza (RTD): Sfruttano l’aumento della resistenza di materiali come il platino (ad esempio, PT100) con l’aumentare della temperatura.
• Termocoppie: Uniscono 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 termotensione (termocoppie) o la radiazione (infrarossi). Queste variazioni vengono rilevate e convertite in valori di temperatura.

Incertezze di misurazione e fattori di influenza

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

Nella calibrazione della temperatura, si cerca di ridurre al minimo e rendere comprensibili queste incertezze. In Germania, vengono utilizzati processi standardizzati, definiti dall’Ente tedesco di accreditamento (DAkkS) e dal DKD (Servizio tedesco di taratura) nell’ambito della Guida all’espressione dell’incertezza nella misurazione (GUM).

La GUM è un documento riconosciuto a livello internazionale che stabilisce i principi metodologici per la determinazione delle incertezze di misurazione. Considera sia gli errori sistematici che quelli casuali. Contiene modelli matematici per calcolare e rendere trasparenti le incertezze. Attraverso l’approccio GUM, l’incertezza nelle misurazioni viene documentata. In questo modo, i risultati della calibrazione sono tracciabili e comparabili.

Il DAkkS garantisce che i laboratori di calibrazione in Germania rispettino le norme e le procedure descritte nella GUM e accredita questi laboratori in conformità alla 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 secondo l’ITS-90 per garantire la massima precisione.

Calibrazione della temperatura secondo il metodo di confronto

Il metodo di confronto è una delle tecniche di calibrazione più utilizzate e si distingue per la sua flessibilità e facilità di esecuzione. In questo metodo, 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 blocco. La differenza tra i valori misurati indica la deviazione del termometro da calibrare. Questo metodo viene spesso utilizzato in applicazioni industriali, poiché copre un ampio intervallo di temperature ed è adatto a una varietà di dispositivi di misurazione della temperatura.

Calibrazione della temperatura ai punti fissi di temperatura 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). Nella calibrazione a punto fisso, il termometro viene confrontato direttamente con queste temperature definenti, il che consente di ottenere risultati estremamente precisi.

L’ITS-90, attraverso i suoi punti fissi di temperatura, offre una base precisa per la calibrazione della temperatura ed è utilizzata principalmente in applicazioni scientifiche e metrologiche. L’elevata precisione e la tracciabilità a standard riconosciuti a livello internazionale rendono la calibrazione a punto fisso il metodo di scelta per applicazioni di laboratorio precise. Tuttavia, a causa delle complesse apparecchiature e delle condizioni specializzate, la sua applicazione è limitata.

I punti fissi della Scala internazionale di temperatura del 1990 (ITS-90), utilizzati nella calibrazione a punto fisso, includono tra l’altro:

• 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 calibrazione

La DIN EN ISO/IEC 17025 stabilisce i requisiti generali per la competenza dei laboratori di prova e di calibrazione. Comprende criteri per la competenza tecnica, la qualità dei risultati di calibrazione e la tracciabilità delle misurazioni. I laboratori accreditati secondo questa norma soddisfano 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, utilizzati in tutto il mondo per la calibrazione dei dispositivi di misurazione della temperatura. Garantisce che le misurazioni siano tracciabili a standard riconosciuti a livello internazionale.

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

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

Importanza della tracciabilità nella metrologia

La tracciabilità significa che i risultati delle misurazioni possono essere ricondotti a standard nazionali o internazionali come l’ITS-90. Ciò garantisce che le misurazioni siano comparabili in tutto il mondo. Le calibrazioni tracciabili offrono la sicurezza 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 stabiliscono requisiti e procedure specifiche per la calibrazione in diversi settori di misurazione, compresa la temperatura. Queste linee guida forniscono istruzioni dettagliate per l’esecuzione delle calibrazioni e la valutazione dell’incertezza di misurazione. Integrano la norma DIN EN ISO/IEC 17025 e servono come guida pratica per i laboratori di calibrazione, al fine di garantire risultati coerenti e tracciabili.

Le linee guida DKD sono particolarmente utili in aree specializzate della metrologia e promuovono un approccio uniforme alla calibrazione.

Ulteriori informazioni:
Servizio tedesco di taratura DKD

Linee guida per la calibrazione Euramet

EURAMET (European Association of National Metrology Institutes) è un’organizzazione che promuove la collaborazione degli 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, nonché nella tracciabilità dei risultati di misurazione a standard internazionali, compresa la calibrazione della temperatura. Una parte importante del suo lavoro sono i cosiddetti programmi EMRP e EMPIR, che supportano la ricerca metrologica.

Ulteriori informazioni:
EURAMET E.V. – EUROPEAN ASSOCIATION OF NATIONAL METROLOGY INSTITUTES

Dispositivi per la calibrazione della temperatura

Termometri a resistenza (PT100, PT1000 e SPRT)

I termometri a resistenza misurano la temperatura attraverso la resistenza di un filo (spesso platino). Il tipo più comune è un PT100: ha una resistenza di 100 ohm a 0°C, ampiamente utilizzato in applicazioni industriali.

Un altro tipo è l’SPRT (termometro a resistenza di platino standard), che viene utilizzato appositamente per calibrazioni di alta precisione nei laboratori. Gli SPRT sono definiti dalla norma ITS-90. Sono strumenti di riferimento accurati, utilizzati in molti processi. Vengono calibrati ai punti fissi di temperatura dell’ITS-90. Offrono un’elevata stabilità e una bassa incertezza di misurazione e sono importanti per la tracciabilità precisa delle misurazioni della temperatura a 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 vengono spesso utilizzate in applicazioni industriali e si differenziano in tipi:

• Tipo K (Chromel-Alumel): da -200 °C a +1372 °C, universalmente applicabile, stabile e ampiamente utilizzato. Attenzione: effetto 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 per basse temperature.
• Tipo E (Chromel-Costantana): da -200 °C a +1000 °C, alta sensibilità.
• Tipo N (Nicrosil-Nisil): da -200 °C a +1300 °C, alta stabilità alle alte temperature.
• Tipo S, R (Platino-Rodio): Termocoppie in metalli preziosi accurate, alta precisione
• Tipo B (Platino-Rodio): Intervalli di temperatura molto elevati fino a +1700 °C, utilizzato in metallurgia e laboratori.
• Tipo Au/Pt (Oro-Platino): Misurazioni estremamente accurate fino a +1000 °C, principalmente in applicazioni di laboratorio.
• Tipo Pt/Pd (Platino-Palladio): Intervallo di misurazione fino a +1500 °C, in applicazioni di alta precisione.

Le termocoppie più comuni come i tipi K, J, T, N, S, R, B sono standardizzate dalla norma IEC 60584. Questa norma definisce le tabelle di termotensione, le tolleranze e gli intervalli di temperatura dei singoli tipi.

Per le termocoppie specializzate Au/Pt e Pt/Pd, la norma di riferimento è la IEC 62460. Questa norma tratta i requisiti e le tabelle di termotensione di queste termocoppie in metalli preziosi di alta precisione, utilizzate in applicazioni scientifiche e metrologiche.

Termometri digitali / Dispositivi di visualizzazione

I termometri digitali e i dispositivi di visualizzazione servono per la misurazione precisa di termocoppie e termometri a resistenza (RTD). Sono disponibili in diverse classi di precisione e coprono un’ampia gamma di applicazioni, dalle semplici applicazioni industriali alle misurazioni scientifiche di alta precisione.

Anche questi dispositivi devono essere calibrati regolarmente per garantire l’accuratezza. La calibrazione può essere eseguita in due modi:

1. Singolarmente elettricamente: Lo strumento di visualizzazione digitale viene calibrato isolatamente.
2. Come catena di misurazione: La calibrazione viene eseguita insieme al sensore di temperatura collegato (termocoppia o RTD) come catena di misurazione completa.

Questa calibrazione garantisce una misurazione affidabile e tracciabile.

Calibratori a blocco

I calibratori a blocco sono dispositivi portatili che generano temperature stabili. Sono adatti per la calibrazione in loco di termometri e termocoppie su un ampio intervallo di temperature. Sono flessibili e ideali per applicazioni industriali.

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

Un circuito di controllo interno garantisce una temperatura precisa e costante all’interno del blocco, creando così un ambiente di calibrazione stabile. Le temperature generate coprono spesso un intervallo da circa -35 °C a +1200 °C, il che li rende adatti a varie applicazioni industriali e di laboratorio.

I calibratori a blocco 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’elevata flessibilità, poiché possono generare sia temperature basse che alte.
3. Tempi di risposta rapidi: Consentono rapidi cambi di temperatura e quindi una calibrazione efficiente.
4. Facilità d’uso: I calibratori a blocco sono spesso progettati per essere facili da usare, con controlli digitali per la temperatura e la stabilità.
5. Versatilità: consentono di calibrare diversi tipi di strumenti di misurazione della temperatura, tra cui termocoppie, RTD (Resistance Temperature Detectors) e termometri digitali.

Sebbene i calibratori a blocco siano adatti a 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 accuratezza, come nei laboratori di metrologia, sono preferibili altri metodi come la calibrazione a punto fisso.

Bagni di calibrazione

I bagni di calibrazione sono bagni di liquidi (ad esempio, con olio, acqua o etanolo) che garantiscono una calibrazione molto precisa degli strumenti di misurazione della temperatura. Offrono un ambiente a 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 progettati per la calibrazione ad alte temperature, spesso fino a 1200 °C. Offrono un ambiente preciso e controllato per la calibrazione dei termometri.

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

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