AUTOMATIZACIÓN DEL PROCESO DE CALIBRACIÓN DE...

AUTOMATIZACIÓN DEL PROCESO

DE CALIBRACIÓN DE RTDs

MEDIANTE LABVIEW TITULACIÓN: Ingeniería Técnica Industrial en Electrónica Industrial

AUTOR: David Castellví Calzas DIRECTOR: Pedro Jesús Iñiguez Galbete

FECHA: Septiembre de 2012

Sistema Virtual de Calibración en Temperatura ÍNDICE GENERAL

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MEDIANTE LABVIEW

1. ÍNDICE GENERAL


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2. Memoria descriptiva ................................................................pág. 10

2.1. Objeto ......................................................................................................pág. 12

2.2. Alcance ....................................................................................................pág. 13

2.3. Antecedentes............................................................................................pág. 14

2.4. Definiciones y acrónimos ........................................................................pág. 15

2.5. Normas y referencias ...............................................................................pág. 17

2.6. Fundamentos teóricos..............................................................................pág. 19

2.6.1. Metrología ........................................................................................pág. 19

2.6.2. Trazabilidad metrológica y organismos competentes ......................pág. 20

2.6.2.1. Organismos nacionales...............................................................pág. 21 2.6.2.2. Organismos europeos .................................................................pág. 23 2.6.2.3. Organismos internacionales .......................................................pág. 23

2.6.3. Laboratorios de calibración ............................................................pág. 24

2.6.3.1. La norma internacional...............................................................pág. 25 2.6.3.2. Consideraciones generales..........................................................pág. 25 2.6.3.3. Criterios de aplicación................................................................pág. 27

2.6.4. Calibración en temperatura.............................................................pág. 28

2.6.4.1. Generalidades .............................................................................pág. 28 2.6.4.2. Normativas de aplicación ...........................................................pág. 29 2.6.4.3. Métodos de calibración...............................................................pág. 34 2.6.4.4. Tipos de sensores de temperatura...............................................pág. 36 2.6.4.5. Sensor de temperatura resistivo (PRT).......................................pág. 37

2.6.4.5.1. PRTs patrones (SPRT) ......................................................pág. 38 2.6.4.5.2. PRTs de uso industrial (PRTI) ..........................................pág. 39 2.6.4.5.3. Medida de resistencia de una PRT ....................................pág. 41

2.6.4.6. Medios isotermos........................................................................pág. 43

2.6.4.6.1. Características ...................................................................pág. 44 2.6.4.6.2. Especificaciones ................................................................pág. 48

2.6.4.7. Termómetros digitales de lectura directa ...................................pág. 52

2.6.4.7.1. Características ...................................................................pág. 53 2.6.4.7.2. Especificaciones ................................................................pág. 54

2.6.4.8. La incertidumbre como resultado de una calibración.................pág. 60

2.6.4.8.1. Incertidumbre de las estimaciones de entrada...................pág. 61 2.6.4.8.2. Incertidumbre de la estimación de salida ..........................pág. 62 2.6.4.8.3. Contribuciones a la incertidumbre ....................................pág. 64 2.6.4.8.4. Coeficiente de sensibilidad................................................pág. 69

2.6.5. LabVIEW 2011 ................................................................................pág. 71

2.6.5.1. Características.............................................................................pág. 72

2.7. Requisitos de diseño ................................................................................pág. 76

2.8. Análisis de soluciones .............................................................................pág. 77

2.9. Resultados finales....................................................................................pág. 79

2.10. Planificación ............................................................................................pág. 81


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3. Memoria de cálculo ..................................................................pág. 82

3.1. Introducción..............................................................................................pág. 84

3.2. Cálculo de coeficientes an y bn de una SPRT...........................................pág. 85

3.3. Conversión Resistencia – Temperatura de una SPRT..............................pág. 89

3.4. Cálculo de coeficientes R0, A, B y C de una PRTI caracterizada ............pág. 91

3.5. Conversión Resistencia – Temperatura de una PRTI...............................pág. 94

3.6. Consideraciones de una PRTI clasificada ................................................pág. 96

4. Anexos........................................................................................pág. 99

4.1. El SVC-T..................................................................................................pág. 101

4.1.1. Introducción...................................................................................pág. 101

4.1.2. Introducción de datos, parámetros y especificaciones ..................pág. 101

4.1.3. Configuración de los instrumentos................................................pág. 112

4.1.4. Proceso de calibración...................................................................pág. 117

4.1.4.1. Verificaciones previas ..............................................................pág. 117 4.1.4.2. Ubicación de las PRT en los MIC ............................................pág. 118 4.1.4.3. Lectura de una PRT..................................................................pág. 118 4.1.4.4. Diagrama de flujo del proceso..................................................pág. 119

4.1.5. Tratamiento de resultados..............................................................pág. 131

4.1.5.1. Tratamiento para la clasificación .............................................pág. 134 4.1.5.2. Tratamiento para la caracterización .........................................pág. 137

4.1.6. Creación de los Informes de Calibración ......................................pág. 140

4.1.6.1. Controles ActiveX....................................................................pág. 142

4.1.7. Informes de calibración .................................................................pág. 149

4.2. Manual de usuario ....................................................................................pág. 156

4.2.1. Introducción...................................................................................pág. 156 4.2.2. Procedimiento PMI-XXX..............................................................pág. 156

4.3. El montaje en imágenes............................................................................pág. 171


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ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1: Esquema jerárquico de la infraestructura metrológica española.............pág. 22

Figura 2: Relación de Resistencia Vs. Temperatura según IEC 60751..................pág. 35

Figura 3: Montaje del hilo sensor de una SPRT sobre soporte aislante .................pág. 38

Figura 4: Varios modelos de PT100 de Hart Scientifics ........................................pág. 39

Figura 5: Detalle macro del sensor de una PT100..................................................pág. 40

Figura 6: Detalle de las cuatro conexiones de una PT100......................................pág. 40

Figura 7: Detalle macro de una conexión de una PT100........................................pág. 40

Figura 8: Detalle macro de una conexión de una PT100 sin cubierta de resina.....pág. 40

Figura 9: Montaje a 2 hilos de una PRT.................................................................pág. 41

Figura 10: Montaje a 3 hilos de una PRT...............................................................pág. 42

Figura 11: Montaje a 4 hilos de una PRT...............................................................pág. 43

Figura 12: Ejemplo de baño de pozo seco..............................................................pág. 44

Figura 13: Ejemplo de baños de pozo húmedo ......................................................pág. 45

Figura 14: Relación de fluidos típicos para baño húmedo .....................................pág. 46

Figura 15: Características térmicas de los fluidos más comunes ...........................pág. 47

Figura 16: Esquema de un conector serie DB-9 pin...............................................pág. 48

Figura 17: Especificaciones técnicas del baño húmedo Hart 7320........................pág. 49

Figura 18: Esquema eléctrico de un baño Hart 7320.............................................pág. 50

Figura 19: Especificaciones técnicas del baño húmedo Hart 6331........................pág. 51

Figura 20: Termómetro digital Hart 1560 “Black Stack” .............................................pág. 53

Figura 21: Especificaciones del Hart 1560 “Black Stack” ....................................pág. 54

Figura 22: Anidamiento de módulos en el termómetro digital...............................pág. 54

Figura 23: Tipos de conversiones de las lecturas realizadas ..................................pág. 54

Figura 24: Display del Hart 1560 “Black Stack” ...................................................pág. 55

Figura 25: Listado del menú y submenús del Hart 1560 “Black Stack”................pág. 56

Figura 26: Conexión de una SPRT al módulo Hart 2560......................................pág. 57

Figura 27: Especificaciones del módulo Hart 2560...............................................pág. 57

Figura 28: Esquema de terminales del Hart 2560..................................................pág. 58

Figura 29: Estructura externa de los módulos Hart 2562 y 2568...........................pág. 58

Figura 30: Conectores y conexiones para los módulos Hart 2562 y 2568.............pág. 58

Figura 31: Especificaciones de los módulos Hart 2562 y 2568.............................pág. 59

Figura 32: Ejemplo de montaje y conexionado de sondas y termómetro...............pág. 60 Figura 33: Precisión del módulo Hart 2560 a un año.............................................pág. 65

Figura 34: Precisión de los módulos Hart 2562 y 2568 a un año ..........................pág. 67

Figura 35: Relación Tª vs. R de una PRT...............................................................pág. 70

Figura 36: Ejemplo de diagrama de bloques de LabVIEW....................................pág. 74

Figura 37: Ejemplo de panel frontal de LabVIEW ................................................pág. 74

Figura 38: Measure & Automation de NI...............................................................pág. 75

Figura 39: Diagrama de Gantt por meses ...............................................................pág. 81


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Figura 40: Recta que pasa por los dos límites del subrango 5 (ITS-90)................pág. 86

Figura 41: Relación Tª vs. R de una PRTI ............................................................pág. 91

Figura 42: Característica de una PRTI respecto al estándar..................................pág. 96

Figura 43: DdB del módulo de captura de datos del operario ...............................pág. 102

Figura 44: DdB del módulo de captura de condiciones ambientales ....................pág. 102

Figura 45: PF del módulo de especificaciones para el SP5...................................pág. 103

Figura 46: DdB del módulo de especificaciones para el SP1................................pág. 104

Figura 47: PF de especificaciones de los MIC ......................................................pág. 105

Figura 48: PF de especificaciones del termómetro Hart 1560..............................pág. 106

Figura 49: PF de verificación de datos introducidos para el Hart 1560................pág. 106

Figura 50: DdB de comprobación de fechas de vencimiento................................pág. 107

Figura 51: DdB de introducción de datos de la SPRT...........................................pág. 108

Figura 52: PF de introducción de datos de la SPRT..............................................pág. 108

Figura 53: PF de introducción de la tabla de calibración de la SPRT...................pág. 109

Figura 54: PF de elección del canal de conexión del EBP1 ..................................pág. 110

Figura 55: PF de un canal de conexión para un EBP ya ocupado.........................pág. 110

Figura 56: PF de elección del tipo de calibración del EBP1 .................................pág. 111

Figura 57: PF resumen de los parámetros introducidos para 4 EBPs....................pág. 111

Figura 58: DdB de configuración del Baud Rate del termómetro Hart 1560.......pág. 113

Figura 59: DdB del subVI COM Term para comunicación con el Hart 1560......pág. 114

Figura 60: DdB para lecturas a 4 hilos de los módulos del Hart 1560 .................pág. 115

Figura 61: DdB para lectura en ohmios del canal de la SPRT ..............................pág. 116

Figura 62: DdB para lectura en ohmios del canal del EBP1 .................................pág. 116

Figura 63: PF ejemplo de una lectura de prueba tras las configuraciones ............pág. 117

Figura 64: Inmersión vs. error de la SPRT Rosemount 162-CE............................pág. 118

Figura 65: DdB del subVI “lectura en resistencia del canal N”..........................pág. 119

Figura 66: DdB de captura y almacenado de una lectura de la SPRT...................pág. 119

Figura 67: Diagrama de flujo del proceso de calibración implementado..............pág. 120

Figura 68: DdB de elección del MIC adecuado para el primer SP........................pág. 121

Figura 69: DdB de detección de un fallo de comunicación con el MIC ...............pág. 122

Figura 70: DdB de elección del MIC para los SP restantes...................................pág. 123

Figura 71: PF durante el alcance de la ventana de estabilidad ..............................pág. 124

Figura 72: DdB para verificación del alcance de la ventana de estabilidad ..........pág. 125

Figura 73: PF durante la estabilización del MIC...................................................pág. 126

Figura 74: DdB de lecturas de la SPRT durante la estabilización del MIC ..........pág. 127 Figura 75: DdB para la implementación de la secuencia de lectura......................pág. 128

Figura 76: PF durante la secuencia de lectura .......................................................pág. 129

Figura 77: DdB para control del margen de tolerancia y de la ventana ................pág. 129

Figura 78: DdB para almacenar los resultados de una secuencia de lectura .........pág. 129

Figura 79: DdB para verificar iteraciones pendientes o modificar parámetros.....pág. 130

Figura 80: DdB para la conversión de R a Tª de una SPRT..................................pág. 131


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Figura 81: DdB para el cálculo de coeficientes de la SPRT..................................pág. 131

Figura 82: DdB para el cálculo de Wr(T90) en el subrango 5 .................................pág. 132

Figura 83: DdB para cálculo de variables de la tabla 12.......................................pág. 132

Figura 84: DdB para obtener los coeficientes ITS-90 del subrango 5...................pág. 133

Figura 85: DdB para la conversión de R a Tª según ITS-90 .................................pág. 133

Figura 86: DdB para la conversión de R a Tª según IEC 60751 ...........................pág. 134

Figura 87: DdB para la verificación de la clase 1/3B en el SP1............................pág. 135

Figura 88: DdB para la asignación de clase a una PRTI ......................................pág. 136

Figura 89: DdB para el cálculo de las correcciones de la PRTI............................pág. 137

Figura 90: DdB para el cálculo de las tolerancias de la PRTI...............................pág. 137

Figura 91: DdB para el cálculo de coeficientes para una PRTI.............................pág. 138

Figura 92: DdB para la obtención del coeficiente R0 de una PRTI.......................pág. 138

Figura 93: DdB para obtener los coeficientes A, B y C de una PRTI...................pág. 139

Figura 94: DdB que genera la matriz A para el cálculo de coeficientes ...............pág. 139

Figura 95: DdB para el cálculo del término (2,2) de la matriz A ..........................pág. 139

Figura 96: DdB que genera el vector B para el cálculo de coeficientes................pág. 140

Figura 97: DdB para calcular los coeficientes α, δ y β de una PRTI....................pág. 140 Figura 98: DdB para generar los informes de calibración con ActiveX ...............pág. 143

Figura 99: DdB para abrir la hoja 1 de una plantilla de Excel ..............................pág. 144

Figura 100: DdB para cargar datos en la hoja 1 ....................................................pág. 144

Figura 101: DdB del SubVI “Genera Nuevo Reporte de Datos”.........................pág. 145

Figura 102: DdB del subVI “Genera Tabla”........................................................pág. 145

Figura 103: DdB ejemplo para insertar datos en una casilla de cualquier hoja.....pág. 146

Figura 104: DdB para almacenar las lecturas en la hoja 2 ....................................pág. 147

Figura 105: DdB que fija el path, guarda y cierra el informe de calibración ........pág. 148

Figura 106: DdB para el cierre de la plantilla de Excel.........................................pág. 149

Figura 107: Montaje completo: vista frontal .........................................................pág. 171

Figura 108: Montaje completo: vista lateral..........................................................pág. 171

Figura 109: Montaje completo: vista diagonal ......................................................pág. 172

Figura 110: PC con el SVC-T en ejecución + conexiones usb-serie.....................pág. 172

Figura 111: Conexión de las PRT al Hart 1560 “Black Stack”.............................pág. 173

Figura 112: Distribución de los medios isotermos en la campana de seguridad...pág. 173

Figura 113: Vista superior de los medios isotermos de pozo húmedo ..................pág. 174

Figura 114: Ubicación de las PRT en el Hart 7320..............................................pág. 174

Figura 115: Ubicación de las PRT en el Hart 7320 (2).........................................pág. 175

Figura 116: Ubicación de las PRT en el Hart 7320 (3).........................................pág. 175


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ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1: Coeficientes de las funciones de referencia e inversa de la EIT-90........pág. 32

Tabla 2: Ecuaciones de desviación de la ETI-90...................................................pág. 33

Tabla 3: Cronología de métodos aplicados en las EIT-90.....................................pág. 33

Tabla 4: Algunos puntos fijos establecidos en la EIT-90......................................pág. 34

Tabla 5: Clases de tolerancia según IEC 60751 ....................................................pág. 36

Tabla 6: Características de un baño de pozo seco .................................................pág. 44

Tabla 7: Características de un baño de pozo húmedo ...........................................pág. 47

Tabla 8: Grados efectivos de libertad vs. factor de cobertura ...............................pág. 64

Tabla 9: Resultados de un cálculo de incertidumbres para SP = -10 ºC ...............pág. 69

Tabla 10: Resultados de un certificado de calibración real de una SPRT.............pág. 85

Tabla 11: Tratamiento para ajuste por mínimos cuadrados...................................pág. 87

Tabla 12: Ejemplo de los resultados de calibración de una PRTI.........................pág. 91

Tabla 13: Tabla de resultados modificada para una caracterización .....................pág. 92

Tabla 14: Coeficientes obtenidos de la caracterización de una PRTI ...................pág. 93

Tabla 15: Coeficientes y valores del estándar IEC 60751.....................................pág. 94

Tabla 16: Ejemplo de tabla de calibración para la clasificación de una PRTI ......pág. 96

Tabla 17: Clases de tolerancias de la norma IEC 60751 .......................................pág. 97

Tabla 18: Resultados de un certificado de calibración (Rosemount 162-CE) .......pág. 107

Sistema Virtual de Calibración en Temperatura MEMORIA DESCRIPTIVA

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MEDIANTE LABVIEW

2. MEMORIA DESCRIPTIVA


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ÍNDICE

2.1. Objeto ......................................................................................................pág. 12

2.2. Alcance....................................................................................................pág. 13

2.3. Antecedentes ...........................................................................................pág. 14

2.4. Definiciones y abreviaturas .....................................................................pág. 15

2.5. Normas y referencias...............................................................................pág. 17

2.6. Fundamentos teóricos..............................................................................pág. 19

2.6.1. Metrología ........................................................................................pág. 19

2.6.2. Trazabilidad y organismos competentes ..........................................pág. 20

2.6.2.1. Organismos internacionales........................................................pág. 21 2.6.2.2. Organismos europeos .................................................................pág. 23 2.6.2.3. Organismos nacionales...............................................................pág. 23

2.6.3. Laboratorios de calibración ..............................................................pág. 24

2.6.3.1. La norma internacional...............................................................pág. 25 2.6.3.2. Consideraciones generales..........................................................pág. 25 2.6.3.3. Criterios de aplicación................................................................pág. 27

2.6.4. Calibración en temperatura ..............................................................pág. 28

2.6.4.1. Generalidades .............................................................................pág. 28 2.6.4.2. Normativas de aplicación ...........................................................pág. 29 2.6.4.3. Métodos de calibración...............................................................pág. 34 2.6.4.4. Tipos de sensores de temperatura...............................................pág. 36 2.6.4.5. Sensor de temperatura resistivo (PRT).......................................pág. 37

2.6.4.5.1. PRTs patrones (SPRT) ...................................................pág. 38 2.6.4.5.2. PRTs de uso industrial (PRTI) .......................................pág. 39 2.6.4.5.3. Medida de resistencia de una PRT .................................pág. 41

2.6.4.6. Medios isotermos........................................................................pág. 43

2.6.4.6.1. Características ................................................................pág. 44 2.6.4.6.2. Especificaciones .............................................................pág. 48

2.6.4.7. Termómetros digitales de lectura directa ...................................pág. 52

2.6.4.7.1. Características ................................................................pág. 53 2.6.4.7.2. Especificaciones .............................................................pág. 54

2.6.4.8. La incertidumbre como resultado de una calibración.................pág. 60

2.6.4.8.1. Incertidumbre de las estimaciones de entrada................pág. 61 2.6.4.8.2. Incertidumbre de la estimación de salida .......................pág. 62 2.6.4.8.3. Contribuciones a la incertidumbre..................................pág. 64 2.6.4.8.4. Coeficiente de sensibilidad.............................................pág. 69

2.6.5. LabVIEW 2011 ................................................................................pág. 71

2.6.5.1. Características.............................................................................pág. 72

2.7. Requisitos de diseño................................................................................pág. 76

2.8. Análisis de soluciones .............................................................................pág. 77

2.9. Resultados finales....................................................................................pág. 79

2.10. Planificación ............................................................................................pág. 81


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2.1. Objeto

El objeto del presente proyecto es el desarrollo e implementación de un sistema de calibración automático para sensores de temperatura resistivos. El diseño de la solución aportada deberá ser conciso y no dejar lugar a ambigüedades, de manera que permitirá mejorar las condiciones actuales de calibración de este tipo de instrumentos. Asimismo, permitirá mantener la trazabilidad de las medidas obtenidas durante el proceso para un control más óptimo de los instrumentos calibrados, a medio y a largo plazo. Este proyecto, además, simplificará las tareas a desarrollar por el operario del laboratorio en comparación con el método actual de calibración. Esta simplificación se refiere tanto a la fase previa de preparación del proceso como al tratamiento de los datos obtenidos y la creación de los correspondientes informes, disminuyendo la contribución de errores humanos que afecten a los resultados de la calibración. Con el fin de facilitar la interacción del operario con el software de calibración, se diseñará una interficie gráfica cómoda y sencilla de interpretar. También se diseñará un sistema de detección de errores que advierta al operario de los posibles percances acaecidos durante el proceso, otorgándole el poder de decisión en los casos oportunos. Para todo ello, será imprescindible:

- Adquirir y aplicar correctamente los conceptos y cálculos matemáticos utilizados en el ámbito de la metrología, así como los relacionados con la trazabilidad metrológica.

- Conocer y asimilar todos los rasgos y consideraciones de vital importancia que

caracterizan una calibración en temperatura, de acuerdo con las normativas de aplicación en este tipo de procesos.

- Familiarizarse con los instrumentos que intervienen en el proceso: el termómetro

digital, los medios isotermos y las distintas sondas de temperatura resistivas.

- Aprender cómo funciona la herramienta de programación LabView, y sus peculiaridades.

- Diseñar un software de control de acuerdo con los requisitos, la normativa y los

procedimientos internos de la empresa.

- Realizar diversas pruebas a lo largo del desarrollo del programa que comprueben y verifiquen el correcto funcionamiento de cada una de las partes del proceso.


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2.2. Alcance

El alcance del presente proyecto incluye el diseño y desarrollo de un software de control que optimice y facilite las calibraciones de sondas de temperatura resistivas realizadas en el laboratorio de Termometría de la Central Nuclear Vandellòs II, perteneciente al departamento de Mantenimiento de Instrumentación. Gran parte de la documentación implicada en el proceso se verá modificada. A raíz del nuevo software diseñado, el procedimiento que regula dicha calibración se verá adaptado a las nuevas características y funcionalidades. Asimismo, los informes generados incluirán todas las medidas realizadas durante el proceso de calibración, así como las distintas contribuciones a la incertidumbre para cada punto de consigna. El equipo necesario para la realización de la calibración también se verá alcanzado. Se prescindirá de ciertos equipos hardware, indispensables en el procedimiento existente, de manera que se simplificará el montaje necesario para llevar a cabo la calibración.


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2.3. Antecedentes

La Central Nuclear Vandellòs II inició su operación comercial en Marzo del año 1988. Ya desde sus inicios, en el laboratorio de termometría se realizaban este tipo de calibraciones de manera manual, en sintonía con las tecnologías de la época. Este hecho las convertía en un proceso tedioso y poco preciso. Con la implantación de la electrónica digital, la posibilidad de automatizar el proceso permitió unas calibraciones más precisas. Previamente a la propuesta de realización del presente proyecto, el laboratorio ya dispone de un software comercial para este tipo de calibraciones. Este software consta de dos programas distintos pero relacionados entre sí: el HART 9932 Calibrate-It para el proceso de calibración y el HART 9933 TableWare para la obtención de coeficientes. Este conjunto de software presenta ciertas funcionalidades poco prácticas que no facilitan el trabajo por parte de los operarios y contribuyen a la posible introducción de errores en los resultados del proceso. Los informes generados por HART 9932 únicamente presentan los resultados finales de la calibración, sin tener acceso a los datos obtenidos a lo largo del proceso que permitan trazar los resultados. Este software no realiza un cálculo de incertidumbres de la calibración, elemento vital para poder validar dicha calibración y verificar que todos los datos obtenidos en las mediciones son coherentes. Además, el informe final sólo puede ser visualizado a través del propio programa, de manera que el operario debe trasladar los resultados manualmente al informe de resultados del procedimiento interno. Para obtener los coeficientes de las distintas sondas mediante el HART 9933, deben introducirse en el programa las correspondientes tablas de calibración manualmente. Una vez obtenidos, se trasladan al termómetro digital y al informe de resultados de manera manual. Todo este proceso conlleva una posible fuente de error de transcripción. La configuración de los distintos módulos que conforman el termómetro digital, el HART 1560 Black Stack, se realiza manualmente por el operario, lo cual implica otra posible fuente de error durante la configuración del equipo. Finalmente, se debe considerar que la dependencia de un software de código cerrado para este tipo de calibraciones las convierte en un proceso rígido, poco flexible ante modificaciones sustanciales que tengan por fin mejorar los resultados obtenidos en la calibración o adaptarla a posibles modificaciones en los procedimientos internos del laboratorio.


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2.4. Definiciones y acrónimos

- BIPM: Oficina Internacional de Pesas y Medidas.

- CEM: Centro Español de Metrología.

- CIEMAT: Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas.

- CIPM: Comité Internacional de Pesas y Medidas.

- Coeficiente de sensibilidad: define el grado en que una estimación de salida se ve afectada por variaciones en la estimación de entrada.

- Desviación típica experimental: raíz cuadrada positiva de la varianza experimental.

- DdB: Diagrama de Bloques de LabVIEW.

- Distribución de probabilidad: función que da la probabilidad de que una variable aleatoria adopte cualquier valor o pertenezca a un determinado conjunto de valores.

- EBP: Equipo bajo pruebas.

- EIT-90: Escala Internacional de Temperatura de 1990 (ITS-90).

- ENAC: Entidad Nacional de Acreditación.

- Estimación de entrada: valor estimado de una magnitud de entrada utilizado en la evaluación del resultado de una medición.

- Estimación de salida: resultado de una medición calculado por la función modelo a partir de las estimaciones de entrada.

- Factor de cobertura: factor numérico utilizado como multiplicador de la incertidumbre típica de medida para obtener una incertidumbre expandida de medición.

- IEC: Comisión Electrotécnica Internacional.

- ILAC: Cooperación Internacional de Acreditación de Laboratorios.

- Incertidumbre de medida: parámetro asociado al resultado de una medición que caracteriza la dispersión de los valores que pueden atribuirse razonablemente al mensurado.

- Incertidumbre expandida de medida: magnitud que define un intervalo en torno al resultado de una medición que puede esperarse que incluya una fracción grande de la distribución de los valores que pueden atribuirse razonablemente al mensurado.

- Incertidumbre típica: incertidumbre de medida expresada como desviación típica.

- INM: Instituto Nacional de Metrología

- INTA: Instituto Nacional de Técnicas Aeroespaciales.

- ISO: Organización Internacional de Normalización.


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- K: Kelvin, unidad básica de la magnitud física de temperatura termodinámica.

- Media aritmética o promedio: suma de valores dividido por el número de valores.

- Mensurado: magnitud concreta bajo efecto de una medición.

- Método de evaluación tipo A: método de evaluación de la incertidumbre de medida por análisis estadístico de una serie de observaciones.

- Método de evaluación tipo B: método de evaluación de la incertidumbre de medida por otro medio diferente al análisis estadístico de una serie de observaciones.

- MIC: Medio isotermo.

- NIST: National Institute of Standards and Technology.

- PF: Panel frontal del LabVIEW.

- PT100: Termo resistencia de platino cuya resistencia a 0 ºC, según el estándar, es de 100 ohmios.

- PT1000: Termo resistencia de platino cuya resistencia a 0 ºC, según el estándar, es de aproximadamente 1000 ohmios.

- Puntos fijos: puntos de temperatura reproducibles, bajo condiciones específicas, con tendencia al equilibrio térmico.

- OIML: Organización Internacional de Metrología Legal.

- PRTI: Termo resistencia de platino de uso industrial.

- R: Resistencia.

- ROA: Real Instituto y Observatorio de la Armada.

- RTD: Resistencia Termo Diferencial.

- SI: Sistema Internacional.

- SPRT: Termo resistencia de platino estándar (patrón).

- SVC-T: Sistema Virtual de Calibración – Temperatura

- Tª: Temperatura.

- TWP: Punto Triple del agua. Es aquella temperatura en que, bajo unas condiciones específicas de presión, convergen los tres estados de esta materia.

- Varianza experimental: magnitud que caracteriza la dispersión de los resultados de una serie de n observaciones del mismo mensurado.

- VIML: Vocabulario Internacional en términos de Metrología Legal.


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2.5. Normas y referencias

2.5.1. Relación de normas, procedimientos y leyes

Las leyes, normas, procedimientos y guías de aplicación en el presente proyecto son las siguientes:

- Ley 31/1990 de 27 de diciembre, de Presupuestos Generales del Estado.

- Ley 3/1985 de 18 de marzo, de Metrología.

Desarrollo de las leyes a través de las siguientes disposiciones:

• Real Decreto 1618/1985, de 11 de septiembre, por el que se establece el Registro de Control Metrológico.

• Real Decreto 597/1988, de 10 de junio, por el que se regula el Control Metrológico CEE.

• Real Decreto 648/1994 de 15 de abril, por el que se declaran de patrones nacionales de medida de las unidades básicas del S.I. de Unidades.

- Internacional Temperatura Scale (ITS-90), de septiembre de 1989.

- Internacional Standard IEC 60751, de 1995, sobre Normalización de Resistencias Termométricas Industriales de Platino.

- Norma ISO 17025, de mayo de 2005, sobre requisitos generales para la competencia de los laboratorios de ensayo y de calibración.

- Procedimiento TH-005, sobre la calibración por comparación de resistencias termométricas de platino, según la ITS-90.

- Norma EA-4/02, de enero de 2000, como guía de la expresión de incertidumbres de medida en las calibraciones.

- Guía SCTC11 (ENAC, listado3), de Noviembre de 2011, sobre Incertidumbres en las Calibraciones de Temperatura.

- UNE 157001:2002, sobre criterios generales para la elaboración de proyectos.

2.5.2. Bibliografía

• MINISTERIO DE INDUSTRIA, “Disposiciones legales sobre metrología”,

1995.

• GMURMAN V.E., “Teoría de las probabilidades y estadística matemática” , Moscou Editorial <MIR>, 1974.

• NICHOLAS J.V. y WHITE D.R., “Traceable Temperatures”, Editorial John Wiley & Sons, 2001.

• ÍÑIGUEZ GALBETE, PEDRO JESÚS, “Apuntes de Instrumentación Electrónica”, URV ETIEI, curso 2011.

• CARBONELL P. y GRIFUL A., “Calibración de equipos de medida industriales según ISO 9000”, Editorial Salamanca, 1999.


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2.5.3. Otras referencias [1] CEM, “Vocabulario Internacional de Metrología 3ª Edición” [En línea] Artículo digital, publicado el 2008 <http://www.cem.es/sites/default/files/vim3edes.pdf> [2] CEM, “Evaluación de datos de medida” [En línea] Artículo digital, publicado el 2010 <http://www.cem.es/sites/default/files/gum20digital1202010.pdf> [3] AVIATECHNO, “Technologie et Aéronautique. Calcul de la Température” [En línea] Artículo digital, publicado en 2012 <http://aviatechno.free.fr/thermo/rtd03-php> [4] S. IMAN, “The care and maintenance of SPRTs” [En línea] Artículo digital, publicado en 2003 <http://www.hartscientifics.com> [5] J. SONG, “The 4:1 Test Uncertainty Ratio” [En línea] Artículo digital, publicado en 1997 <http://www.nist.gov/manuscript-publication-search.cfm?pub_id=820875> [6] INSTRUMART, “Hart 1560 Black Stack User’s Guide” [En línea] Artículo digital, publicado en 2006 <http://www.instrumart.com/assets/1560_manual.pdf> [7] INSTRUMART, “Hart 7320 User’s Guide” [En línea] Artículo digital, publicado en 2006 <http://www.instrumart.com/assets/7320_manual.pdf> [8] INSTRUMART, “Hart 6331 User’s Guide” [En línea] Artículo digital, publicado en 2006 <http://www.instrumart.com/assets/6331_manual.pdf> [9] ISOTECHNA, “Instruction Manual Series 162 SPRT” [En línea] Artículo digital, publicado en 2001 <http://www.isotechna.com/v/vspfiles/product_manuals/162CE.pdf> [10] TRANSCAT, “Fast Response PRTs” [En línea] Artículo digital, publicado en 2008 <http://www.transcat.com/PDF/5622_hartscient.pdf>


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2.6. Fundamentos teóricos

2.6.1. Metrología

Conocida globalmente como la ciencia de las mediciones y de sus aplicaciones (así queda definida en el VIML), no existe una definición más extendida que defina la metrología al gusto de todos. A pesar de ello, la mayormente aceptada es la siguiente: la metrología es la ciencia que tiene por objeto el estudio de las propiedades medibles, las escalas de medida, los sistemas de unidades y los métodos y técnicas de medición, con el fin de mejorar la calidad en las mediciones y facilitar el desarrollo científico y tecnológico, así como el bienestar social y la calidad de vida. Actualmente, las mediciones juegan un papel importante en la vida diaria de las personas, encontrándose en prácticamente cualquiera de las actividades realizadas: desde la estimación a simple vista de una distancia o una receta de cocina hasta un proceso de control o investigación básica. Luego, la metrología afecta a muchos sectores de nuestra sociedad. Para poder ubicarla debidamente en cada sector se divide en tres categorías, cada una de ellas con diferentes niveles de complejidad y exactitud pero íntimamente relacionadas. Son las siguientes:

- Metrología científica

Se ocupa de la organización y el desarrollo de los patrones de medida y su mantenimiento. Antes de profundizar en el mundo de la metrología, debemos tener claro qué es un patrón de medida. Se entiende por patrón de medida la realización de la definición de una magnitud básica, con un valor determinado y una incertidumbre de medida asociada, tomada como referencia. La realización de la definición de una magnitud básica puede establecerse mediante un sistema de medida, una medida materializada o un material de referencia. El término realización se refiere a tres procedimientos:

› El primero se conoce como stricto sensu, y es la realización física de la unidad a partir de su definición.

› El segundo, denominado reproducción, consiste en construir un patrón altamente reproducible basado en un fenómeno físico.

› El tercero consiste en adoptar una medida materializada como patrón. Generalmente, un patrón se utiliza como referencia para obtener valores medidos e incertidumbres de medida asociadas para otras magnitudes de la misma naturaleza, estableciendo así la trazabilidad metrológica mediante la calibración de otros patrones, instrumentos o sistemas de medida. Como se muestra en el apartado 2.6.2 (donde se analiza el concepto de trazabilidad), existen diversas entidades y organismos, nacionales e internacionales, que tienen como objetivo aunar criterios metrológicos para así favorecer la hegemonía entre los distintos países industrializados y sus patrones nacionales de referencia.


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- Metrología industrial

Se ocupa de asegurar el correcto funcionamiento de los instrumentos de medición empleados en la industria y en los procesos de producción y verificación. Esta vertiente de la metrología tiene como objetivo principal controlar, asegurar y mejorar la calidad y la confiabilidad de los distintos productos obtenidos en procesos industriales. Para ello, deben realizarse toda una serie de mediciones sobre las materias primas, los procesos y condiciones de fabricación y los productos terminados, mayormente en base a unas normativas estandarizadas. Este ámbito de la metrología, junto con la metrología científica, será el de mayor aplicación en el presente proyecto, dado que el objeto principal es desarrollar e implementar la calibración de PRTIs, llevada a cabo en un laboratorio industrial.

- Metrología legal

Se ocupa de aquellas mediciones que influyen sobre la transparencia de las transacciones comerciales, la salud y la seguridad de los ciudadanos. Cuando repostamos 20 litros en una gasolinera, no tenemos los medios para poder verificar que realmente hemos llenado el depósito con 20 litros. Análogamente, cuando compramos 1 kg. de azúcar, tampoco podemos tener la certeza de que el contenido es exactamente el anunciado. El objeto de esta faceta de la metrología es proteger a los consumidores, quienes no poseen los medios técnicos para verificar si unas mediciones están bien realizadas o si los resultados obtenidos son correctos.

Indistintamente de la categoría en la que nos podamos situar, hay una característica que se repite constantemente: las mediciones. Es importante remarcar que el resultado de una medición jamás será completo si no se informa de la incertidumbre asociada a dicha medición. Es decir, cuando se informa del resultado de una medición, éste debe estar formado por dos componentes esenciales: la estimación de salida y la incertidumbre expandida de medida. Las distintas contribuciones a dicha incertidumbre no son constantes, luego cada medición tendrá asociadas unas contribuciones propias al proceso, relacionadas con los sistemas, equipos, instrumentos y métodos utilizados. En el caso de las calibraciones, uno de los contribuyentes esenciales es el patrón de referencia utilizado, cuya trazabilidad debe estar garantizada para asegurar el resultado.

2.6.2. Trazabilidad metrológica y organismos competentes Se entiende por trazabilidad metrológica la propiedad de un resultado de medida por la cual el resultado puede relacionarse con una referencia mediante una cadena ininterrumpida y documentada de calibraciones, cada una de las cuales contribuye a la incertidumbre de medida. La documentación que garantiza la trazabilidad metrológica son los Certificados de Calibración, generados por los laboratorios acreditados competentes.


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Las calibraciones que caracterizan el presente proyecto son por comparación, por lo cual se van a clasificar y/o caracterizar unas PRTI mediante su comparación con una SPRT, a unos puntos de temperatura determinados. Más adelante se detallará el proceso en cuestión, así como todos los elementos que intervienen. Lógicamente, la veracidad y precisión obtenidas en la calibración no dependerán exclusivamente de la contribución a la incertidumbre por parte del patrón, si bien la utilización de un patrón más o menos preciso nos permitirá obtener mejores o peores resultados. En el sistema Americano existe un concepto que relaciona el patrón de referencia con el equipo que se pretende calibrar, el TUR (Test Uncertainty Ratio), reflejado en la norma ANSI Z540-1. Concretamente, esta norma validada por el NIST dice lo siguiente: un laboratorio debe asegurar que las incertidumbres de calibración son lo suficientemente pequeñas como para que la adecuación de las medidas no se vea afectada. Además, la incertidumbre colectiva de los estándares de medición no deberá superar el 25% de la tolerancia aceptable del EBP, según especificaciones del fabricante. De esta manera, se establece un criterio de aceptación de los patrones de referencia a utilizar en una calibración. En la normativa europea, al igual que en la nacional, no existe ninguna norma que especifique una relación determinada entre el patrón de referencia y el equipo calibrado. La decisión queda en manos de la persona que realiza la calibración, quien debe tener el criterio suficiente para evaluar si un patrón de referencia es el apropiado para la calibración de un equipo determinado. Claro está, cuanto mejor sea el patrón de referencia respecto el EBP más precisa será la calibración (es decir, menor será la contribución a la incertidumbre asociada al patrón). Por ese motivo resulta imprescindible trazar los patrones de referencia utilizados y conocer la incertidumbre asociada a su calibración, porque de ello también dependerá la trazabilidad de las sondas calibradas con dicho patrón.

2.6.2.1. Organismos nacionales La Ley 3/1985, de 18 de marzo, de Metrología, establece al Centro Español de Metrología como órgano competente para efectuar las aprobaciones de modelos y verificaciones primitivas sobre instrumentos, aparatos, medios y sistemas de medida que sirvan para pesar, medir o contar, con el fin de desarrollar las competencias exclusivas del Estado de control metrológico. La determinación de los patrones nacionales, de acuerdo con las recomendaciones internacionales de la Conferencia General de Pesas y Medidas, constituye una exigencia prioritaria para el desarrollo tecnológico de un país. Es por ello que el Real Decreto 648/1994, de 15 de abril, declara los patrones nacionales de medida de las unidades básicas del Sistema Internacional de Unidades, al objeto de que todos los patrones de medida estén referenciados a los patrones nacionales. En cumplimiento de los artículos 8º y 12º de la citada Ley, se establece también un Registro de Control Metrológico, que dependerá del Centro Español de Metrología.


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Según el Real Decreto 1617/1985, de septiembre de 2011, por el que se establece el procedimiento para la habilitación de “laboratorios de verificación metrológica oficialmente autorizados”, corresponde al CEM velar por la ejecución de ese control, y con el fin de agilizar y racionalizar este servicio, se podrán autorizar aquellos laboratorios de fabricantes e importadores que reúnan los requisitos exigidos. Actualmente el CEM mantiene, conserva y custodia varios de los patrones nacionales, tales como el patrón nacional de la unidad de Longitud, el patrón nacional de la unidad de Masa, el patrón nacional de la unidad de Intensidad de corriente eléctrica y el patrón nacional de la unidad de Temperatura termodinámica. Sin embargo, algunos patrones nacionales son conservados por otros laboratorios, designados por el CEM según del Real Decreto mencionado en el párrafo anterior, como depositarios de dichos patrones nacionales. En la figura 1 se puede observar la relación existente entre el CEM y estos laboratorios asociados.

Figura 1: esquema jerárquico de la infraestructura metrológica española En el presente proyecto cobra importancia el patrón nacional de la unidad de Temperatura termodinámica. Como se ha mencionado, es el CEM el encargado de su mantenimiento, conservación y custodia por medio de la International Temperature Scale (ITS-90), según la recomendación 5 (CI-1989) del Comité Internacional de Pesas y Medidas, y está debidamente comparada con la de otros Institutos Metrológicos Nacionales de otros países europeos. Está materializado mediante:

- Puntos fijos de temperatura.

- Termómetros de resistencia de platino, para temperatura hasta 1.235 K.

- Termómetros de radiación y lámparas, para temperaturas superiores.

La incertidumbre de medida está comprendida entre 0,1 mK y 10 mK para temperaturas de 83,8 K a 1.235 K, y entre 0,25 K y 3,7 K para temperaturas de 1.235 K a 2.500 K.


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Tal como se puede apreciar en la figura 1, existen también los laboratorios acreditados. La Entidad Nacional de Acreditación (ENAC) es una organización independiente, tutelada por la Administración, creada con la finalidad de acreditar en el ámbito estatal, y conforme a normas internacionales la competencia técnica del laboratorio para un determinado alcance. ENAC tiene la misión de generar confianza en el mercado y en la sociedad, en relación con la competencia técnica de los evaluadores de la conformidad acreditados, contribuyendo así a la seguridad y a la calidad de los productos y servicios, así como a la protección del medioambiente. Los SPRT de que dispone el laboratorio de termometría han sido calibrados en un laboratorio acreditado en puntos fijos de temperatura, de manera que en su certificado de calibración aparece el sello de ENAC. Este sello es garantía de que la calibración de los patrones se ha realizado conforme a las restricciones y normativas internacionales, garantizando así una trazabilidad en nuestras futuras calibraciones. La acreditación de un laboratorio no es indefinida, pues periódicamente se realizan controles para verificar que el laboratorio sigue cumpliendo todos los requisitos que se disponen en las normativas europeas de acreditación de laboratorios.

2.6.2.2. Organismos europeos Con el fin de unificar criterios entre los países europeos industrializados, existen entidades cuyo objetivo es coordinar los distintos Institutos Nacionales de Metrología (INM). A través de la transferencia de conocimientos y la cooperación entre sus miembros, estas entidades pretenden facilitar el desarrollo de las infraestructuras nacionales de metrología. La entidad de referencia es EURAMET, acrónimo de Asociación Europea de Institutos Nacionales de Metrología. Se fundó en 1987, para entrar en funcionamiento el 1 de enero de 1988, y desde entonces sus funciones principales son las de coordinar la cooperación de los INM en campos como la investigación en materia metrológica, la trazabilidad de las mediciones a las unidades del SI y el reconocimiento internacional de los patrones nacionales de medición. Además, esta entidad es responsable de la elaboración y ejecución del Programa de Investigación en Metrología Europea, cuyo objetivo es fomentar dicha colaboración entre los INM, a la vez que financiar diversos proyectos específicos en diversos campos de la metrología. Se reúnen en asamblea general, donde todos y cada uno de los países miembros está representado por un delegado.

2.6.2.3. Organismos internacionales A nivel mundial también existen ciertas entidades y organizaciones cuya finalidad es intentar aunar criterios entre los países industrializados y definir una serie de normas estándar, desarrolladas a través de comités técnicos establecidos por la organización respectiva, que sintonicen con todos los miembros participantes.


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- ISO (Organización Internacional de Normalización) Con sede en Ginebra y fundada el 1947, se centra en promover el desarrollo de normas internacionales de fabricación, comercio y comunicación para todas las ramas industriales a excepción de la eléctrica y la electrónica. Su función principal es la de buscar la estandarización de normas de productos y seguridad para las empresas u organizaciones a nivel internacional. Las normas desarrolladas por ISO son voluntarias, comprendiendo que ISO es un organismo no gubernamental y no depende de ningún otro organismo internacional. Por lo tanto, no tiene autoridad para imponer sus normas a ningún país. - IEC (Comisión Electrotécnica Internacional) Esta organización de normalización trabaja conjuntamente con la ISO, con el fin de complementarla en los ámbitos eléctrico, electrónico y de tecnologías relacionadas. Fundada en 1906, hizo la primera propuesta de creación de un sistema de unidades estándar, de donde finalmente se generó el conocido Sistema Internacional de Unidades.

- OIML (Organización Internacional de Metrología Legal) Se fundó en 1955, y tiene como función principal la armonización global de los procedimientos de metrología legal. Desde su creación, ha desarrollado una estructura mundial que provee a sus miembros de guías y procedimientos de metrología para el establecimiento de requisitos nacionales y regionales en la fabricación y uso de instrumentos de medida en aplicaciones de metrología legal. Está compuesta por Estados Miembros, los cuales participan activamente en las actividades técnicas que se desarrollan en la organización, y por Miembros Corresponsales, que actúan como observadores. El representante español es el CEM.

- BIPM (Oficina Internacional de Pesos y Medidas) Con su sede en París, este organismo está financiado conjuntamente por los Estados Miembros y opera bajo la supervisión exclusiva del CIPM. Su mandato consiste en proporcionar la base para un sistema único y coherente de medidas en todo el mundo: la trazabilidad al Sistema Internacional de Unidades (SI). Esta tarea toma muchas formas, desde la difusión directa de las unidades (como en el caso de la masa y tiempo) a la coordinación a través de las comparaciones internacionales de patrones nacionales de medición (como en la electricidad y la radiación ionizante).

2.6.3. Laboratorios de calibración Se entiende por laboratorio un lugar equipado con los medios necesarios para llevar a cabo experimentos, investigaciones o trabajos de carácter científico o técnico. En estos espacios, las condiciones ambientales se encuentran habitualmente controladas y normalizadas, con el fin de evitar que se produzcan influencias extrañas a las previstas que alteren las mediciones y para permitir la repetibilidad de las pruebas.


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2.6.3.1. La Norma Internacional Los laboratorios de calibración vienen regulados por la norma ISO 17025, de 2005. Esta Norma Internacional contiene todos los requisitos que debe cumplir un laboratorio de ensayo o de calibración si desea demostrar que posee un sistema de gestión, que es técnicamente competente y que es capaz de generar resultados técnicamente válidos. Es conveniente que los organismos de acreditación que reconocen la competencia de este tipo de laboratorios se basen en la citada Norma Internacional para sus acreditaciones. De esta manera, la aceptación de resultados de ensayo y de calibración entre países debería resultar más fácil, dado que dicha acreditación estará fundamentada en unos acuerdos de reconocimiento mutuo entre organismos equivalentes. Luego el uso de esta Norma Internacional facilita la cooperación entre los laboratorios y los organismos, y ayuda al intercambio de información y experiencia, así como a la armonización de normas y procedimientos.

2.6.3.2. Consideraciones generales A continuación se relacionan una serie de condiciones básicas, de acuerdo con la Norma Internacional, que todo laboratorio de calibración debe cumplir para garantizar la veracidad de las mediciones realizadas.

- Instalaciones

El laboratorio debe asegurarse de que las condiciones ambientales no invaliden los resultados ni comprometan la calidad requerida en las mediciones, realizando un seguimiento, controlando y registrando las condiciones ambientales según lo requieran las especificaciones y procedimientos correspondientes. - Métodos de calibración

El laboratorio debe seleccionar los métodos apropiados que hayan sido publicados en normas internacionales, regionales o nacionales, por organizaciones técnicas reconocidas. También pueden utilizar métodos desarrollados por el propio laboratorio si son apropiados para el uso previsto y si han sido validados, siendo ésta una actividad planificada y asignada a personal calificado, previsto de los recursos adecuados. - Estimación de la incertidumbre de la medición

Un laboratorio de calibración que realiza sus propias calibraciones debe tener y debe aplicar un procedimiento para estimar la incertidumbre de la medición para todas las calibraciones y todos los tipos de calibraciones. Los grados de rigor requeridos para la estimación de la incertidumbre de la medición dependen de factores tales como los requisitos del cliente o los requisitos del método de calibración empleado.

Cuando se estima la incertidumbre de la medición se deben tener en cuenta los componentes de la incertidumbre que sean de importancia en la situación dada, utilizando los métodos apropiados de análisis.


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Luego las fuentes que contribuyen a la incertidumbre incluyen, pero no se limitan, a los patrones de referencia, a los métodos y equipos utilizados, las propiedades del ítem calibrado y el operador. Esta última contribución no es de aplicación en el presente proyecto, dado que la automatización del proceso conlleva la mínima interacción por parte del personal que realiza la calibración. En cambio, no se tiene en cuenta el comportamiento previsto a largo plazo del ítem calibrado.

Las distintas consideraciones mencionadas en este apartado quedan reflejadas en la Norma EA-4/02 (Guía para la Expresión de la Incertidumbre de la Medición). - Control de datos

Cuando se utilicen equipos automatizados, como es el caso del presente proyecto, para captar, procesar, registrar, informar, almacenar o recuperar los datos de las calibraciones, el laboratorio debe asegurarse de que el software está documentado con el detalle suficiente y haya sido convenientemente validado, de modo que se pueda asegurar que es adecuado para el uso. Asimismo, deben establecerse procedimientos para proteger los datos. - Equipos

Los equipos utilizados en las calibraciones deben permitir lograr la exactitud requerida y deben cumplir con las especificaciones pertinentes para las calibraciones concernientes. Estos equipos deben ser operados por personal autorizado, teniendo acceso a las instrucciones de uso actualizadas de todos los equipos utilizados en el proceso.

Cada equipo del laboratorio, así como su software, debe estar inequívocamente identificado, además de establecerse registros de cada uno de los componentes. Estos registros deben incluir: identificación del equipo, nombre del fabricante, verificaciones de conformidad con la especificación, ubicación actual, instrucciones del fabricante, las fechas y resultados de los informes y certificados de todas las calibraciones, el plan de mantenimiento cuando corresponda y todo daño, mal funcionamiento, modificación o reparación del equipo.

Los equipos sometidos a una sobrecarga, que den resultados dudosos o que hayan demostrado ser defectuosos deben ser puestos fuera de servicio.

Todos los equipos bajo control del laboratorio, además, deben ser rotulados, codificados o identificados de alguna manera para indicar su estado de calibración, incluyendo la fecha en que fueron calibrados por última vez y su fecha de vencimiento. - Trazabilidad de las mediciones

El programa de calibración de los equipos debe ser diseñado y operado de modo que se asegure que las calibraciones y las mediciones hechas por el laboratorio sean trazables al Sistema Internacional de Unidades.

Tal como se ha comentado anteriormente en el apartado 2.6.2., un laboratorio de calibración establece la trazabilidad de sus propios patrones de medición e instrumentos de medición al sistema SI por medio de una cadena ininterrumpida de calibraciones o de comparaciones que los vinculen a los pertinentes patrones primarios de las unidades de medidas del Sistema Internacional.


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- Patrones de referencia

El laboratorio debe tener un programa y un procedimiento para la calibración de sus patrones de referencia, que deben ser calibrados por un organismo acreditado para tal fin y que pueda garantizar la trazabilidad de dicha calibración.

Los patrones de referencia deben ser utilizados exclusivamente para la calibración de otros equipos, y para ningún otro propósito, a menos que se pueda demostrar que su desempeño como patrón de referencia no se verá invalidado. - Aseguramiento de la calidad de los resultados

El laboratorio debe tener procedimientos de control para realizar el seguimiento de la validez de las calibraciones llevadas a cabo. Los datos resultantes deben ser registrados de forma tal que se puedan detectar tendencias. - Informes de resultados

Los resultados de una calibración deben ser informados en forma exacta, clara, no ambigua y objetiva, de acuerdo con las instrucciones específicas del método de calibración. Estos resultados se deben reflejar en un Certificado de Calibración, y deben incluir toda la información requerida por el cliente y necesaria para la interpretación de los resultados de la calibración, así como toda la información requerida por el método utilizado.

El contenido del informe no puede prescindir de lo siguiente: título, nombre y dirección del laboratorio que ha efectuado la calibración, identificación única del certificado (tal como un número de serie), la identificación del método o procedimiento utilizado, la fecha de ejecución de la calibración, los resultados con sus unidades de medida, el nombre de quien autoriza la calibración y, en caso de que se entregue en papel y ocupe más de una página, una numeración de cada una de las páginas que lo conformen.

Además, se debe incluir las condiciones ambientales bajo las que se ha realizado la prueba (si éstas tienen influencia en los resultados de la medición), la incertidumbre de la medición y la evidencia de que las medidas son trazables.

Finalmente, un Certificado de Calibración sólo debe estar relacionado con las magnitudes y los resultados. Cuando se incluyan opiniones o interpretaciones, el laboratorio debe asentar por escrito las bases que respaldan dichas opiniones e interpretaciones.

2.6.3.3. Criterios de aplicación Todas las consideraciones generales descritas en el apartado anterior debieran ser de obligado cumplimiento para aquellos laboratorios que dispongan de una acreditación para las calibraciones de un alcance determinado. Si un laboratorio no dispone de dicha acreditación, no se encuentra en la obligación de aplicar todos y cada uno de los apartados que dicta la norma, aunque no tendrá el aval necesario para garantizar la veracidad de las mediciones realizadas durante el proceso. En todo caso, será el cliente quien deberá decidir si puede prescindir o no de esas garantías, en función de sus necesidades.


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El laboratorio de termometría en el que se ha desarrollado el presente proyecto es un laboratorio industrial de campo o secundario, es decir, calibra sus propios equipos en base a sus propios procedimientos. A pesar de no estar acreditado (es un laboratorio secundario), cumple con una amplia mayoría de los requisitos dispuestos anteriormente. Además, se encuentra en disposición de trazar los resultados de todas mediciones que realiza, dado que efectúa las calibraciones de temperatura por comparación con patrones de referencia trazables (como se ha comentado en el apartado 2.6.2.1., estos patrones son calibrados por laboratorios acreditados en puntos fijos).

2.6.4. Calibración en temperatura

2.6.4.1. Generalidades Desde un punto de vista global, se define como calibración a la operación realizada bajo condiciones especificadas que consta de dos etapas esenciales:

- En una primera etapa se establece una relación entre los valores obtenidos a partir de los patrones de medida (con sus incertidumbres de medida asociadas) y las correspondientes indicaciones (también con sus incertidumbres asociadas).

- En la segunda etapa se utiliza esta información para establecer una relación que permita obtener un resultado de medida a partir de una indicación.

Los resultados obtenidos en una calibración pueden expresarse mediante una declaración, una función de calibración, un diagrama de calibración, una curva de calibración o una tabla de calibración. Si bien es cierto que existen diversos métodos para llevar a cabo una calibración, se debe adecuar la elección de uno de estos métodos a las necesidades del proceso. A continuación se muestra una breve descripción de los métodos de calibración más comunes:

- Calibración por comparación: se comparan directa e instantáneamente los valores proporcionados por el equipo (instrumento de medición o medida materializada) bajo calibración, contra los valores proporcionados por un patrón.

- Calibración por transferencia: se comparan los valores proporcionados por el

equipo (instrumento de medición o medida materializada) bajo calibración, contra los valores proporcionados por un patrón (valor de referencia), a través de un patrón de transferencia, incluso en diferente tiempo y lugar.

- Calibración por sustitución: utiliza un equipo auxiliar (comparador), con el que

se mide inicialmente al patrón y luego al equipo (instrumento de medición o medida materializada) sujeto a calibración.

- Calibración por equilibrio: utiliza un detector de nulos, el cual permite

comprobar la igualdad entre el patrón y el equipo (instrumento de medición o medida materializada) sujeto de la calibración.


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- Calibración por simulación: simula el mensurando o la magnitud del instrumento de edición sujeto a calibración en base a modelos de relación de respuesta contra estímulo.

- Calibración por reproducción: en este caso el patrón utilizado en la calibración

reproduce a la magnitud. - Calibración por puntos fijos: el patrón utilizado en la calibración realiza un

constante fundamental o derivada mediante la reproducción de fenómenos físicos o químicos.

2.6.4.2. Normativas de aplicación Antes de profundizar en los dos tipos de calibraciones de PRT desarrollados en el presente proyecto, conviene repasar los acontecimientos más relevantes de la historia de la calibración en temperatura. De esta manera se establecerá una relación directa entre los métodos de calibración y la vigente normativa internacional de aplicación: la norma IEC 60751 y la EIT-90. La primera Escala Internacional de Temperatura data de 1927, y se creo a raíz de la 7ª Conferencia General de Pesas y Medidas. Esta conferencia centró sus esfuerzos en superar las dificultades prácticas de la determinación directa de las temperaturas termodinámicas y reemplazar de forma universalmente aceptable las diferentes escalas nacionales de temperatura que existían. Su finalidad era permitir medidas de temperatura precisas y reproducibles dentro de las posibilidades de la época. Para ello, se determinaron cierto número de temperaturas reproducibles (puntos fijos) a los que se asignó unos valores numéricos mediante mediciones realizadas con dos instrumentos de interpolación normalizados. Cada uno de estos instrumentos de interpolación estaba calibrado en uno o varios puntos fijos, lo que proporcionaba las constantes de las fórmulas de interpolación en el rango de temperatura considerado. Para estandarizar la relación resistencia versus temperatura, se designó un modelo matemático basado en la interpolación de SPRTs y PRTIs: el método Callendar – Van Dusen. Hugh Longbourne Callendar fue un físico británico que realizó notables contribuciones a la termometría, calorimetría y conocimientos de las propiedades termodinámicas del vapor. En los principios de la termometría de platino, en 1885-86 Callendar encontró que la variación de resistencia con la temperatura en el intervalo de 0…+550 ºC era bien descrita por una ecuación parabólica, la cual desde entonces lleva su nombre:

−−+=100

·1100

···)( 00

TTTRRTR δα [1]

donde R0 es, por definición, la resistencia que presenta una termo resistencia de platino a la temperatura de 0 ºC (punto de fusión del hielo).


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También determinó que cada uno de los diferentes metales utilizados como sensor tiene una diferente cantidad de cambio relativo en resistencia por unidad de cambio de temperatura. El coeficiente de temperatura, α, define la pureza del sensor y determina la sensibilidad de un termómetro de resistencia y se define como:

0

0100

·100R

RR −=α [2]

Milton S. Van Dusen fue investigador del National Bureau of Standards (NBS), ahora NIST, de los EE.UU. Realizó investigaciones en el área termodinámica, conductividad y aislamiento térmico. En 1925 amplió la ecuación de Callendar a –200 °C, compensando la inexactitud que tenía la ecuación original mediante la adición del coeficiente β de cuarto orden. De esta manera se estableció la ecuación que, todavía a día de hoy, se utiliza para calibrar todas las PRTI. La fórmula definitiva quedó de la siguiente manera:

−−

−−+=3

00 100·1

100·

100·1

100···)(

TTTTTRRTR βδα [3]

Posteriormente, para facilitar el uso de esta ecuación, se establecieron una serie de relaciones entre el valor α y las constantes δ y β. Como resultado, aparecieron las constantes A, B y C, que son las que actualmente figuran en la norma IEC 60751. Estas nuevas constantes se obtienen mediante:

100

·δαα +=A [4]

2100

·δα−=B [5]

4100

·βα−=C [6]

Tras aplicar las respectivas sustituciones sobre ecuación de Callendar – Van Dusen, la ecuación resultante es la siguiente:

para T > 0 ºC → ]··1·[)( 20 TBTARTR ++= [7]

para T < 0 ºC → )]100·(···1·[)( 32

0 −+++= TTCTBTARTR [8]

La IEC 60751 tiene establecidos unos valores fijos para las constantes A, B y C, que definen cuál es el estándar de una PRTI. Los valores son los siguientes:

A = 3,9083 · 10 – 3 (ºC – 1)

B = – 5,775 · 10 – 7 (ºC – 2)

C = – 4,183 · 10 – 12 (ºC – 4)


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En 1948 se adoptó una nueva EIT como resultado de la 9ª Conferencia General de Pesas y Medidas. En comparación con la anterior, esta nueva escala proporcionaba datos más precisos sobre las temperaturas asignadas a puntos fijos, entre otros aspectos. La EIT-48 se vio modificada en 1960 de manera significativa. El motivo fue la adaptación del punto triple del agua como punto único de definición del Kelvin, unidad de temperatura termodinámica. El punto triple del agua a 0,01 ºC reemplazaba el punto de fusión del hielo como punto de calibración. También se modificaron los valores correspondientes a algunos puntos fijos, además de introducir otros nuevos. Los nuevos cambios tomaron forma definitivamente en la EIT de 1968 tras la 13ª Conferencia General de Pesas y Medidas. A consecuencia de esta nueva adaptación, las fórmulas de interpolación en el rango del termómetro de resistencia de platino se volvieron mucho más complejas, apareciendo el concepto de Ratio (definido como la relación entre la resistencia que presenta una PRT a una temperatura determinada y su resistencia al punto triple del agua). Estas modificaciones permitieron obtener una mayor precisión en la calibración de SPTRs, con lo cual las ecuaciones de Callendar – Van Dusen quedaron relegadas a la calibración de PRTIs. La normativa vigente es la EIT-90, adoptada tras la 18ª Conferencia General de Pesas y Medidas de 1989. En esta última revisión, se adaptaron todos los puntos fijos aplicables a día de hoy, y se definió que la unidad básica de la magnitud física temperatura termodinámica (T90) es el Kelvin, definido como la fracción 1/273,16 de la temperatura termodinámica del punto triple del agua. Además, estableció la relación entre el Kelvin y los Celsius, que por definición son de igual magnitud:

15,273º9090 −= K

TC

t [9]

También se estableció definitivamente un procedimiento para determinar la relación resistencia versus temperatura de una SPRT mediante su calibración en puntos fijos. Para materializar esta relación, existen tres conceptos o pasos que se deben tener en consideración:

- Ratio de resistencia: W (T90)

Es la relación que se establece entre la resistencia medida a una temperatura determinada y la resistencia medida en el punto triple del agua.

)15,273(

)90()90(

K

TT R

RW = [10]

- Ecuación de corrección

Para compensar las estrechas diferencias de los valores de W(T90) de cada SPRT, se aplica una pequeña corrección que permite obtener un ratio de resistencias de referencia: Wr (T90).

)()()( 909090 TWTWTWr ∆−= [11]


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Las funciones de referencia están estandarizadas, y se definen por medio de dos ecuaciones: una para el rango de temperaturas menores al punto triple del agua, y otra para el rango de temperaturas superiores al punto triple del agua. Análogamente, una temperatura T90 también puede obtenerse conociendo el ratio de referencia, utilizando las fórmulas inversas.

• Rango de 13,8033 K a 273,16 K:

[12] [13]

• Rango de 273,16 K a 688,62 K: [14] [15] Los coeficientes Ai, Bi, Ci y Di que definen el estándar de la EIT-90 también quedan reflejados en la norma:

Tabla 1: coeficientes de las funciones de referencia e inversa de la EIT-90


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- Ecuación de desviación: ∆W (T90)

En la ecuación de corrección aparece este término, que define la corrección que se debe aplicar en la calibración del SPRT para aproximar su comportamiento al estándar. Las correcciones varían en función del rango de temperaturas sobre el cual se requiere calibrar la SPRT. A continuación se muestra una tabla resumen con todas las funciones de desviación que marca la norma:

Tabla 2: ecuaciones de desviación de la EIT-90

Tal como se puede apreciar en la tabla 2, las funciones de desviación vienen determinadas por subrangos de temperatura, definidos en sus extremos por los puntos fijos determinados en la EIT-90.

Si calibramos una SPRT según esta norma, son los coeficientes an y bn los que caracterizan su comportamiento. Al ser aplicados en el termómetro que se utilice para realizar sus lecturas, estos coeficientes son los que realizan la corrección correspondiente para trasladar el comportamiento de la SPRT calibrada al estándar de dicha norma. Cada SPRT obtendrá sus propios coeficientes en cada calibración.

Como se ha podido comprobar, la Escala Internacional de Temperatura ha ido evolucionando a lo largo de los años, obteniendo una mayor precisión en las temperaturas asignadas en los distintos puntos fijos que la conforman y en la calibración de SPRTs. A continuación, se presenta una tabla resumen con la evolución de los métodos utilizados:

Tabla 3: cronología de métodos aplicados en las EIT 90


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En la siguiente tabla se muestran los puntos fijos de aplicación establecidos en la última revisión de la EIT-90, junto con sus ratios de referencia estándares:

Tabla 4: algunos puntos fijos establecidos en la EIT-90

2.6.4.3. Métodos de calibración De acuerdo a las normativas de aplicación en la calibración de equipos industriales y en la calibración de patrones de referencia, se van a implementar dos de los métodos mencionados en el apartado anterior: calibración por comparación y calibración en puntos fijos.

- Calibración de puntos fijos

En el presente proyecto, las SPRT utilizadas se mandan a calibrar a un laboratorio acreditado, para un rango de temperaturas que vas desde -38,8344 ºC a 419,527 ºC. Como se puede apreciar en la tabla 2, no existe un subrango que cubra todo el rango deseado, con lo cual se trabaja con dos subrangos: el rango definido entre el mercurio y el galio para temperaturas inferiores al punto triple del agua, y el rango definido por el estaño y el zinc para temperaturas superiores al punto triple del agua. El resultado de la calibración de estas SPRT queda reflejado en el respectivo Certificado de Calibración. El laboratorio acreditado únicamente entrega la relación entre los puntos fijos a los que se ha calibrado la SPRT y la resistencia que presenta el equipo en cada uno de esos puntos. Luego este laboratorio no hace entrega de los coeficientes an y bn que definen la ecuación de desviación de la SPRT calibrada. Para poder introducir los coeficientes en el termómetro de lectura directa y así realizar las calibraciones del laboratorio de termometría de la central, primero se deben calcular de acuerdo con la norma. Estos cálculos se realizan dentro del software diseñado en el presente proyecto, de manera que se pueden trazar mediante un análisis de los cálculos realiazdos. Una vez obtenidos, el propio software los carga en el termómetro digital de lectura directa, eliminando posibles fuentes de error por una mala introducción manual de los coeficientes en el termómetro digital.


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- Calibración por comparación

Este método es el utilizado para calibrar los PRTI. Todo el desarrollo se basa en la normativa vigente de aplicación: norma IEC 60751 “Industrial platinum resistance thermometers and platinum temperature sensors”, cuya última actualización data de septiembre de 2008. Esta norma establece una relación estandarizada entre valores de resistencia y de temperatura que caracterizan las PRTIs.

Figura 2: relación de Resistencia Vs. Temperatura según IEC 60751 Como se puede apreciar en la figura 2, existen RTDs comerciales fabricadas en distintos materiales. El material por excelencia utilizado en la fabricación de RTDs es el platino, dado que presenta una relación más linealizada de resistencia versus temperatura, y es el más habitual en el ámbito industrial. De hecho, la norma IEC 60751 hace referencia exclusivamente a RTDs construidas con este metal. Sin embargo, para algunas aplicaciones industriales se utilizan esporádicamente las RTDs de níquel, ya que en ciertos rangos de temperatura también presenta un comportamiento bastante lineal. Dentro de la calibración por comparación, existen dos subcategorías. La decisión sobre cuál se debe realizar viene determinada por el uso que recibirá el EBP y por la exactitud que se requiera.

• Caracterización de una PRTI

Es el método utilizado para la calibración de una PRTI cuya aplicación requiera una exactitud media/alta. Una caracterización se basa en determinar la resistencia de un EBP a varios puntos de temperatura, ajustando los datos obtenidos a la expresión matemática del modelo estandarizado mediante el método de Callendar – Van Dusen (según la norma IEC 60751). Los puntos de temperatura escogidos en la calibración deben pertenecer al rango habitual de trabajo del equipo calibrado. Deben escogerse dos puntos próximos a los extremos de dicho rango y, al menos, tres puntos intermedios más, distribuidos todos ellos de manera equidistante.

Con este método, se determina una nueva relación de resistencia versus temperatura en cada calibración, con lo que se proporcionan nuevos coeficientes y una nueva tabla de calibración cada vez que se realiza.


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• Clasificación de una PRTI

También conocida como prueba de tolerancia, se reserva para calibrar EBPs cuya aplicación requiera poca exactitud. Este método se basa en comparar la resistencia de un EBP respecto a los valores del estándar, según la norma IEC 60751, a varios puntos de temperatura. La elección y distribución de estos puntos sigue el mismo criterio que en el proceso de caracterización. Con este método se establece una clase para el equipo calibrado. Las clases de tolerancia definen el máximo error de linealidad que posee una PRTI respecto al estándar. Al realizarse comparaciones en varios puntos de temperatura, es posible que las clases resultantes de la calibración en cada uno de los puntos de temperatura no coincidan. En ese caso, siempre se toma la clase menos restrictiva de entre todos los puntos en que se ha realizado la calibración.

Tabla 5: clases de tolerancia según IEC 60751

2.6.4.4. Tipos de sensores de temperatura Habitualmente, se denomina termómetro a todo dispositivo sensor capaz de realizar una medición, más o menos exacta, de la magnitud de temperatura. Algunos de estos dispositivos, además de contener un sensor, también contienen un indicador incorporado. Existe una gran variedad de sensores de temperatura, que se pueden agrupar en las siguientes familias:

- Termómetros basados en la expansión térmica de sustancias, por ejemplo, el clásico termómetro de mercurio.

- Termómetros basados en el cambio de resistencia de conductores y semiconductores, también conocidos como termómetros resistivos.

- Termómetros basados en el efecto termoeléctrico, conocidos como termopares.

- Termómetros basados en los cambios de las propiedades electrónicas de dispositivos semiconductores, también llamados termómetros de circuito integrado.

- Termómetros basados en el cambio de la frecuencia de oscilación de un cristal de cuarzo, denominados termómetros de cuarzo.

- Termómetros basados en la emisión de radiación de los cuerpos, conocidos como termómetros de radiación.

- Termómetros basados en el cambio de velocidad del sonido en un medio material, también conocidos como termómetros acústicos.

Clase Tolerancia (IEC 60751) Clase 1/3 B ±[0,10 + (0,00167·|T|)] ºC

Clase A ±[0,15 + (0,002·|T|)] ºC Clase B ±[0,30 + (0,005·|T|)] ºC


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En los siguientes apartados se relacionan los diferentes tipos de sensores utilizados en el proceso de calibración desarrollado, así como sus principales características.

2.6.4.5. Sensor de temperatura resistivo (PRT) Los elementos esenciales que se requieren en termometría de resistencia son: una resistencia montada y protegida adecuadamente, medios para medir su resistencia y una relación entre resistencia y temperatura. De hecho, ya en 1941, E.F. Mueller describió este tipo de sensores de manera concisa: “Un termómetro de resistencia es un instrumento para medir temperatura que consta de un sensor, el cual forma parte de un circuito eléctrico cuya resistencia varia con la temperatura, un elemento donde sujetar el sensor y una pantalla protectora para el sensor y cables que unan el sensor al instrumento de medida” El elemento sensor generalmente tiene forma de hilo y está caracterizado por un coeficiente de resistividad positivo. Como se ha mencionado en apartados anteriores, un RTD puede estar construido con diversos materiales. Los tres más comunes son los siguientes:

- Cobre:

Es el material cuyo coste es menor, en relación con los otros dos metales utilizados, y presenta una buena linealidad en su relación de resistencia frente temperatura, pero presenta una resistividad muy baja y, a temperaturas moderadas, se oxida fácilmente y presenta poca estabilidad. Su rango habitual de trabajo está comprendido entre -50 ºC y 200 ºC, luego su ámbito de aplicación resulta limitado. - Níquel:

Este material también presenta un bajo coste, aunque su coeficiente de temperatura es más elevado que el del cobre. En un rango de trabajo situado entre 0 ºC y 250 ºC presenta una buena linealidad, pero fuera de estos rangos su comportamiento deja de ser lineal, con lo cual sus ámbitos de aplicación se ven limitados. Los termómetros fabricados con níquel son robustos, y de respuesta rápida, pero muy poco precisos. - Platino:

Es el material por excelencia. Al ser un metal noble le afectan menos las condiciones ambientales sobre un gran margen de temperaturas, además de poder obtenerse con un grado de pureza muy elevado. Es resistente a la corrosión y a ataques químicos variados, tiene un alto punto de fusión y es resistente a la oxidación. Se mecaniza bien, por lo cual es fácilmente reproducible (en fabricación y modelado). Pero sobre todas las ventajas mencionadas, hay una que prima por encima de las demás: su relación resistencia versus temperatura es la más simple de todas las que han sido estudiadas durante años.

También tiene sus desventajas, y es que a partir de 500 ºC puede ser atacado por algunas sustancias, pero con una buena limpieza del sensor antes del ensamblaje y un buen mantenimiento estos contratiempos quedan mayormente resueltos.


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Todas las sondas de temperatura relacionadas en este proyecto son de carácter resistivo y fabricadas en platino. Se puede diferenciar entre dos grandes grupos, en función de su aplicación: sondas patrón (referencia) y sondas de campo o industriales. A continuación se van a relacionar las principales características de cada tipo de sonda.

2.6.4.5.1. PRTs patrones (SPRT) Las PRT como patrón de interpolación requieren una elevada precisión, por lo cual deben estar fabricadas con platino de alta pureza y montadas libres de tensiones mecánicas, además de satisfacer los criterios de aceptación de la EIT-90. En el laboratorio de termometría se dispone de dos SPRTs de platino del fabricante Rosemount, aunque tienen distintos coeficientes. Una de ellas es una PT25, la cual presenta una resistencia de aproximadamente 25,5 Ω a 0 ºC. La otra es una PT100. Ambas sondas patrón se calibran en un laboratorio exterior, acreditado por ENAC en la calibración en puntos fijos según las especificaciones de la EIT-90. El elemento sensor de una PRT está formado, tal como se ha mencionado en la introducción de esta sección, con un hilo de platino de alta pureza, de unos 65 cm. de longitud y unos 75µm de diámetro. Se fabrica estirado en frío dado que es más fácil de mecanizar y manejar. A continuación pasa por una fase de recocido para la eliminación de impurezas y, posteriormente, una fase de montaje sobre un soporte aislante a cuatro hilos. Este material aislante (habitualmente cuarzo) dependerá del rango de trabajo del termómetro, y el aislamiento entre materiales debe ser generalmente del orden de 5·109 Ω a 500 ºC.

Figura 3: montaje del hilo sensor de una SPRT sobre soporte aislante El montaje a cuatro hilos tiene la finalidad de eliminar el efecto de resistencia de los propios terminales. Para ello, los hilos de unión al elemento sensor también deben ser de un metal noble, como oro o platino. Generalmente se utiliza el oro, dado que es más barato, fácilmente mecanizable y así se evita contaminar el platino del elemento sensor. El sensor y los hilos se introducen en un tubo (de cuarzo o de platino, según el modelo y su rango de trabajo) con la finalidad de apantallarlos, desde el sensor hasta el cabezal del termómetro. La longitud debe ser tal que las transferencias de calor por conducción a lo largo del tubo sean mínimas, y se pueda leer realmente la temperatura del sensor. Los hilos están recubiertos de resina, con el fin de evitar cortocircuitos y corrientes parásitas en el tramo que va desde el cabezal hasta el sensor.


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2.6.4.5.2 PRTs de uso industrial (PRTI)

Las sondas resistivas de uso industrial de que dispone el laboratorio son del fabricante Hart Scientifics, modelo 5622-16, y su rango de trabajo está comprendido entre -180 ºC y 420 ºC, rango que comprende las temperaturas de operación de la planta. Las características básicas que distinguen una SPRT de una PRTI, que no puede utilizarse como patrón, son las siguientes:

- La restricción de la EIT-90 a un montaje libre de deformaciones mecánicas para una SPRT, no es de esperar en la fabricación de una PRTI.

- La utilización de los termómetros en aplicaciones industriales encuentran ambientes hostiles en cuanto a vibraciones o golpes. Estas restricciones de las SPRT no afectan a las PRTI.

- Las PRTI no requieren de unos valores únicos y definidos de calibración. Aunque se pueden caracterizar, basta con que cumplan una determinada aproximación a las curvas estandarizadas de resistencia vs. temperatura.

- Las SPRT están casi siempre protegidas por una cubierta de cuarzo, algo inimaginable en una sonda de uso industrial.

Para una PRTI, el coeficiente α define la pureza del sensor, lo que la hará pertenecer a una determinada clase de precisión según la norma IEC 60751. Con algunas precauciones y cuidados en su manejo, así como un tratamiento térmico adecuado, un buen equipo de medida de resistencia y cumpliendo ciertas limitaciones de estabilidad se pueden conseguir resultados que no difieren excesivamente de los valores definidos en la EIT-90. De hecho, se han demostrado aproximaciones de ±0,05 ºC entre -180 ºC y 0 ºC, y de ±0,01 ºC entre 0ºC y 420 ºC. El diseño y fabricación de una PRTI no varía excesivamente de la fabricación de las SPRT, si bien los materiales serán de calidades inferiores. Por ejemplo, el nivel de pureza del sensor será menor que el utilizado en una sonda patrón, y la cápsula donde van embebidos el sensor y los cables nunca será de cuarzo.

Figura 4: varios modelos de PT100 de Hart Scientifics


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A continuación se pueden observar las distintas partes que conforman una PRTI.

Figura 5: detalle macro del sensor de una PT100

Figura 6: detalle de las cuatro conexiones de una PT100

Figura 7: detalle macro de una conexión de una PT100

Figura 8: detalle macro de una conexión de una PT100 sin cubierta de resina


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En las figuras anteriores se pueden apreciar los detalles de una PRTI, concretamente, una Hart 5622-16 PT100. Esta sonda ha sido retirada debido a una disfuncionalidad, luego se ha aprovechado para realizar distintos cortes en la vaina y así poder mostrar la distribución de los elementos en su interior. En la figura 5 se puede observar el elemento sensor (cubierto de blanco), así como la trama de cables que van al sensor envueltas por una resina (con tono anaranjado). Esta resina asegura la ausencia de cortocircuitos y corrientes parásitas entre los cuatro terminales dentro de la vaina. En la figura 6 se aprecian las cuatro conexiones de la PT100, en el extremo opuesto al sensor. Estas conexiones unen los hilos que van conectados al sensor con los terminales de medida y de alimentación (según su conexionado a 4 hilos, como se expone en el apartado siguiente). El detalle de una de estas conexiones se observa en el macro de la figura 7, donde se puede apreciar la soldadura de unión entre el terminal que va al sensor y el terminal exterior, con su correspondiente cobertura de protección. Finalmente, en la parte superior de la macro de la figura 8 se detalla esa soldadura de conexión habiéndose retirado la resina protectora (que sí aparece en la conexión de la parte inferior de la misma imagen).

2.6.4.5.3 Medida de resistencia de una PRT La resistencia que presenta una sonda PRT a una determinada temperatura puede leerse con tres tipos de montajes diferentes. Cada uno de estos montajes aportará una precisión concreta a la medida realizada, teniendo en cuenta las propiedades eléctricas del circuito al cual está conectado el sensor. Se debe tener en cuenta que una PRT es un instrumento paramétrico, es decir, necesita una corriente de excitación externa y constante para poder realizar sus funciones.

- Montaje a 2 hilos Este montaje es el que ofrece peores resultados de medida, y su uso es muy limitado, casi nulo.

Figura 9: montaje a 2 hilos de una PRT


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Debido a que se utilizan los mismos cables para alimentar la PRT con una corriente de excitación constante y para medir su resistencia, y teniendo en cuenta que las PRT presentan una resistencia nominal relativamente baja, la precisión en las medidas se ve afectada significativamente por la caída de tensión que presentan los hilos de conexión, con su consecuente error (Er), a una temperatura T determinada.

( ) EaTRoIoRhIoRoIoVo ++=+= α1··2·· , [16]

donde Ea es el error introducido por la caída de tensión en los hilos conductores.

( )100·1

·2100·

·

·2·(%)

TRo

Rh

RIo

RhIoEr

T α+== [17]

- Montaje a 3 hilos

Este montaje, aunque mejora las prestaciones del montaje a 2 hilos, sigue introduciendo ciertas fuentes de error que resultan en imprecisiones en las lecturas. Las medidas se obtienen mediante un puente de Wheatstone. Luego sigue existiendo un error introducido por la resistencia lineal de los cables:

100··2

2

·2

(%)

R

RhT

R

Rh

Er++

=α

[18]

Figura 10: montaje a 3 hilos de una PRT De hecho, aunque se considerara Rh=0 y se realizara una aproximación lineal, continúa existiendo un error de linealidad:

100·2

(%)T

TEr

αα+

= [19]

- Montaje a 4 hilos

Este montaje es el utilizado mayormente en la lectura de PRTs. Es el más preciso de todos los montajes, el cual introduce el mínimo error en las lecturas debido a que los cables utilizados para alimentar el sensor son independientes de los cables utilizados para realizar la medición.


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Figura 11: montaje a 4 hilos de una PRT

Como los cables utilizados para obtener el valor de la medida se hallan conectados justo en el extremo del sensor, y además por estos cables de medición circula una corriente despreciable dada la alta impedancia de entrada del instrumento de medida, la caída de tensión a lo largo de estos cables es prácticamente nula. Por consiguiente, la medida obtenida en el lector será la más precisa de los tres montajes.

( )TRoIoRIoVo T α+== 1·· , [20]

donde la medición obtenida no depende de la resistencia de ninguno de los cables utilizados en el montaje.

2.6.4.6 Medios isotermos Los medios isotermos, también conocidos como baños de temperatura, son una de las principales fuentes de contribución a la incertidumbre del proceso de calibración por comparación, como es el caso del presente proyecto. Básicamente, estas contribuciones se deben a dos factores principales: la estabilidad y la uniformidad del baño. Estas dos características deben estudiarse previamente a la utilización de cualquier baño para realizar calibraciones por comparación. El método más habitual es la caracterización de un medio isotermo. Este método tiene como objeto verificar las especificaciones del fabricante respecto la estabilidad y la uniformidad informadas en las hojas de especificaciones del baño. De hecho, si se realiza correctamente el procedimiento correspondiente, es posible obtener unas especificaciones más precisas del instrumento. Habitualmente, cuando se utilizan para realizar calibraciones por comparación, este estudio de estabilidad y uniformidad se realiza únicamente al adquirir el instrumento, y no se repite a no ser que se detecten anomalías asociadas a su comportamiento. Estas anomalías son más fácilmente detectables si se realiza un buen estudio de las contribuciones a la incertidumbre en cada proceso de calibración.


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2.6.4.6.1 Características

Aunque en el mercado hay una considerable variedad de baños de temperatura, todos ellos se pueden dividir en dos categorías principales:

- Baños de pozo seco

Los bloques secos, con menor precisión, son usados principalmente para la calibración de PRTIs y termopares, si bien no se recomienda su uso para calibración de termómetros de líquido en vidrio. Como bien indica su nombre, el medio utilizado para calibrar es el aire, contenido en su pozo de calibración y regulado mediante resistencias calefactores y ventiladores. Dado su contacto con el medio ambiente a través de los agujeros de inserción de los EBP, sus características de estabilidad y uniformidad son menos precisas que las de un baño líquido. Si la incertidumbre requerida lo permite, se puede evitar el uso de la sonda de referencia externa y emplear como referencia el sensor interno del bloque, cuya lectura aparece en el display. Otra ventaja que ofrece este tipo de bloques (secos) es el hecho de que alcanzan temperaturas más altas que los baños líquidos y con mayor velocidad. Sus rasgos principales son:

Tabla 6: características de un baño de pozo seco

Figura 12: ejemplo de baño de pozo seco

Exactitud moderada Portátiles, fáciles de trasladar Diámetro de huecos fijos Cambios de temperatura rápidos Profundidad de inmersión fija Sensor de referencia interno Secos y limpios Intervalo de temperatura amplio


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- Baños de pozo húmedo

Los baños líquidos se usan normalmente para calibraciones de alta exactitud. Permiten la calibración de PRTIs o de termopares, así como de termómetros de líquido en vidrio e incluso para termómetros cuyas formas geométricas sean un poco caprichosas. Por su alta estabilidad y uniformidad son la mejor opción en calibraciones donde se requiere de una incertidumbre baja. El fluido utilizado dependerá del rango de temperaturas del baño o las exigencias de estabilidad y uniformidad, entre otros factores. Habitualmente se utilizan aceites o siliconas como fluido, con unas propiedades térmicas determinadas. La elección de un tipo de fluido depende de:

• Rango de temperaturas de aplicación. • Freezing point: punto de congelación del fluido. • Pour point: punto en que un fluido se vuelve semi-sólido y pierde sus

características de fluidez. • Viscosidad: resistencia u oposición que presenta un fluido, que tiende a

oponerse a su flujo cuando se le aplica una fuerza. • Fume point: punto en que el fluido empieza a evaporar, generando una

cubierta sobre su capa superficial. • Flash point: punto de temperatura más bajo en que un fluido empieza a

evaporarse. • Boiling point: punto de temperatura en que empieza la ebullición del

fluido. • Decomposition: temperatura a partir de la cual la estructura molecular del

fluido empieza a descomponerse.

Figura 13: ejemplo de baños de pozo húmedo


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A continuación se muestran una relación de los fluidos más comunes que se pueden encontrar en baños de temperatura húmedos:

Figura 14: relación de fluidos típicos para baño húmedo


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Figura 15: características térmicas de los fluidos más comunes Actualmente existe una gran variedad de baños húmedos y, gracias a las nuevas tecnologías, algunos de ellos son portátiles (microbaños) aunque su uso es todavía poco habitual. Otros ocupan poco espacio y son semi-portátiles (baños compactos), como es el caso de los medios utilizados en este proyecto. Los rasgos principales que caracterizan este tipo de medios isotermos son: Alta exactitud Cambios de temperatura lentos Mayor estabilidad y uniformidad Es crítica la selección del fluido Intervalo de temperatura de uso restringido

Habitualmente se requiere de un termómetro de referencia externo

Adaptable a distintos diámetros y profundidad de inmersión de termómetros

Tabla 7: características de un baño de pozo húmedo


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2.6.4.6.2 Especificaciones

En el presente proyecto se ha hecho uso de dos baños de temperatura húmedos, diseñados y fabricados por Hart Scientifics: el Hart 7320 y el Hart 6331. Ambos pueden ser controlados desde un display frontal con botonera, aunque también disponen de un módulo para la comunicación exterior: por puerto serie basado en el protocolo RS-232 o bien mediante el estándar IEEE-488. Gracias a este módulo, se ha podido diseñar el programa de tal manera que se controlan ambos baños desde el propio software, tanto para programar el modo de funcionamiento como para indicar los puntos de consigna a los que debe situarse en cada fase de la calibración. Los medios isotermos disponen de una sonda de temperatura interna para conocer su temperatura instantánea. De esta manera, alcanzan el punto de consigna indicado mediante la actuación de un controlador PID. Se debe remarcar que existe un único controlador en cada baño y por lo tanto las constantes que lo definen (banda proporcional, constante de integración y constante de derivación) son las mismas para todo el rango de temperaturas. Teniendo en cuenta que este rango es significativamente amplio, es de entender que la variación de la estabilidad no será la misma a lo largo de dicho rango, aunque estos cambios serán mínimos. Existen en el mercado algunos baños que disponen de más de un PID, cada uno para controlar un subrango de temperaturas, de manera que se obtiene una estabilidad más constante a lo largo de todo el rango.

- Hart 7320 Este baño tiene un rango de trabajo comprendido entre -20 ºC y 150 ºC. Dado que el proceso de calibración se realiza de manera ascendente, será habitualmente el primer baño en utilizarse (siempre que se mantengan los puntos de consigna habituales en este tipo de calibraciones, según el procedimiento interno). Para lograr una mayor eficiencia en estabilidad a temperaturas bajas, el Hart 7320 está dotado de un sistema de refrigeración auxiliar a gas. Este sistema, cuya activación depende del usuario o bien puede ser programada, solamente debe operar para temperaturas del MIC comprendidas entre -20 ºC y 50 ºC. A temperaturas superiores el fabricante recomienda desactivar esta opción para evitar una posible disfunción y la posterior pérdida de estabilidad a temperaturas bajas. Como se ha mencionado líneas arriba, también está dotado de un puerto de comunicación serie. El modelo del conector es un DB-9 pin, que permite la comunicación con el PC.

Figura 16: esquema de un conector serie DB-9 pin


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Los comandos específicos para el control del baño se hallan en su manual de funcionamiento y permiten controlar casi todas las funcionalidades propias del baño. A continuación se muestran las especificaciones de este baño:

Figura 17: especificaciones técnicas del baño húmedo Hart 7320 Como se puede observar en la figura 17, el fabricante indica cuales son la estabilidad y uniformidad del baño, a tres temperaturas concretas. Tras la compra del baño, se realizó una caracterización para corroborar dichos valores y verificar sus características de funcionamiento, con resultados satisfactorios. Para conocer los valores de estabilidad y uniformidad del baño en cualquier otro punto (de acuerdo a los puntos de consigna de la calibración) se ha calculado una curva de interpolación. El fabricante también indica otros aspectos importantes a tener en cuenta durante la elaboración del programa, como son el tiempo de estabilización del baño una vez alcanzado el punto de consigna (15-20 minutos) o los tiempos mínimos para alcanzar la temperatura mínima/máxima partiendo de la temperatura ambiente.


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Además, indica cuales son las condiciones eléctricas para su correcto funcionamiento, así como la potencia consumida, la potencia del heater y la protección contra sobretensiones de que dispone. El fluido utilizado en este baño es el Dow Corning 200.10 Cs.

Figura 18: esquema eléctrico de un baño Hart 7320 - Hart 6331 Este segundo baño tiene un rango de trabajo de 85 ºC a 300 ºC. Dado que se trata de temperaturas relativamente elevadas, no incluye un sistema de refrigeración auxiliar a gas. Para hacerlo, también dispone de un sistema de recirculación del fluido, además del controlador PID, que le permite alcanzar unos niveles de estabilidad y uniformidad considerable. Como se ha mencionado en la introducción de este apartado, existe un único controlador para todo el rango de trabajo, luego las constantes del controlador no ofrecen el mismo comportamiento en todas las temperaturas. A pesar de que las variaciones entre distintos puntos son mínimas, cuando el baño trabaja a temperaturas cercanas a su límite superior la estabilidad y la uniformidad empeoran sensiblemente a causa de la evaporación del fluido. Este baño dispone de un sistema de drenaje para evitar posibles derrames, debidos a la dilatación que también sufre el fluido a temperaturas elevadas. Después de su uso, cuando el baño se enfría, el fluido se contrae nuevamente volviendo al estado de reposo. Consecuentemente, el nivel de fluido en el pozo disminuye. Para evitar un sobrecalentamiento del heater en la próxima calibración (podría llegar a quemarse), se debe revisar siempre el nivel del pozo antes de utilizarlo, y rellenarlo si es necesario. En este caso, también se trata de una silicona: Dow Corning 200.100 Cs.


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Este baño también dispone de un módulo de comunicación que permite controlarlo desde un PC. Los comandos necesarios para este control son prácticamente idénticos a los utilizados en el Hart 7320, con lo cual resulta más cómoda la programación de ambos baños.

Figura 19: especificaciones técnicas del baño húmedo Hart 6331 Como se puede observar en la figura 19, el fabricante indica cuales son la estabilidad y uniformidad del baño, a tres temperaturas concretas. Al igual que con el Hart 7320, para conocer estos valores en cualquier otro punto (de acuerdo a los puntos de consigna de la calibración) se ha calculado una curva de interpolación.


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El tiempo de estabilización del baño también es de 15-20 minutos. En cambio, el tiempo necesario para alcanzar la temperatura máxima partiendo de condiciones ambientales asciende considerablemente, 140 minutos, a pesar de que dispone de un sistema auxiliar elevador (boost) para aumentar la potencia durante el calentamiento. Este tiempo también se ha tenido en cuenta en el diseño del programa, ya que en función del baño utilizado en cada punto de consigna se da un tiempo máximo determinado para alcanzar la temperatura deseada. En el proceso inverso, para pasar de 300 ºC a 100 ºC, necesita de 900 minutos. Como únicamente dispone de la recirculación de líquido para enfriarse, este proceso es más lento. También vienen indicadas las características eléctricas de funcionamiento, así como las potencias de trabajo y del sistema auxiliar boost.

2.6.4.7. Termómetros digitales de lectura directa Existen varias maneras de medir los valores de una PRT. Inicialmente, en los laboratorios de campo eran procesos manuales, pero los avances tecnológicos han permitido incorporar nuevos métodos basados en la automatización del proceso, obteniendo resultados más precisos. En los primeros laboratorios se obtenían las lecturas manualmente mediante un puente de resistencias (Wheatstone), pero con el tiempo y las mejoras tecnológicas este procedimiento cayó en desuso. Las tolerancias de las resistencias y la frecuente inestabilidad de la fuente de corriente, así como los ruidos eléctricos generados en el circuito, eran una fuente de incertidumbre importante que conllevaban unos resultados ambiguos. Además era un proceso impreciso, dado que las mediciones las realizaba el operario manualmente, captando los valores de un voltímetro a ojo. Posteriormente aparecieron los ohmímetros. Estos dispositivos electrónicos, a los que se conectaban los terminales de la sonda, tenían una fuente de corriente más estable y unos valores de ruido eléctrico menores, incluso en algunos dispositivos eran despreciables. Pero las lecturas de los valores obtenidos las seguía realizando el operario manualmente, con una frecuencia determinada (aunque por limitaciones humanas siempre eran aleatorias). Por consiguiente, la incertidumbre en el proceso también era considerable. Finalmente, para mejorar los resultados obtenidos se automatizó el proceso mediante la implementación de lo que se conoce como termómetro digital. Un termómetro digital es un dispositivo electrónico de medición dotado con un microcontrolador, un circuito de alimentación auxiliar y distintos módulos de lectura y comunicación. Estos dispositivos, además de ofrecer una alimentación de corriente estable y bajo ruido eléctrico, están dotados de un software interno que permite programar distintas funcionalidades, como son el modo de lectura, la frecuencia de muestreo o la cantidad de EBP, entre otras.


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2.6.4.7.1. Características En el laboratorio de termometría se dispone del modelo Hart “Black Stack” 1560, uno de los dispositivos más completos y precisos que existen en la actualidad. Dispone de un módulo principal, el Hart 1560, formado por dos submódulos: el frontal contiene el display, la botonera y el microprocesador, y el trasero dispone de la alimentación del termómetro. Este módulo se encarga de gestionar y alimentar todos los módulos que conforman el termómetro digital.

Figura 20: termómetro digital Hart 1560 “Black Stack” Para la lectura de PRTs dispone de tres módulos diferenciados. El primer módulo, de mayor precisión, se utiliza para la medición de SPRTs: el Hart 2560. El segundo, Hart 2562, permite conectar PRTIs de baja resistencia (habitualmente PT25 y PT100). El tercero módulo, Hart 2568, permite conectar PRTIs de alta impedancia, como es el caso de las PT1000. También posee otro módulo de comunicación exterior, que permite comunicarse con un ordenador tanto por puerto serie (mediante protocolo RS-232) como por puerto paralelo (GPIB), además de permitir salidas analógicas: Hart 3560. Existen otro tipo de módulos que no son de aplicación en el presente proyecto, con distintas funcionalidades: lectura de termopares (industrial y de precisión), lectura de termistores, lectura de precisión para SPRTs de alta impedancia y comunicación con una impresora. Todos los módulos del Black Stack son anidables, es decir, se pueden conectar en serie. Este sistema es ventajoso, dado que permite conectar los módulos específicos necesarios para una determinada aplicación, con lo cual ofrece flexibilidad para realizar diferentes tareas. Pero tiene un inconveniente, y es la sensibilidad de los conectores del bus de comunicación entre módulos, motivo por el cual se debe tratar a este termómetro con suma delicadeza.


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2.6.4.7.2. Especificaciones El termómetro digital Hart 1560 Black Stack permite, como se observa en la figura 22, la incorporación de distintos módulos en serie, cada uno con una funcionalidad independiente. El número de módulos viene limitado por sus especificaciones.

Figura 21: especificaciones del Hart 1560 “Black Stack”

Figura 22: anidamiento de módulos en el termómetro digital

En cuanto a las medidas realizadas, Hart 1560 está diseñado para poder expresarlas en base a distintas normativas o magnitudes. Para ello, incorpora en su programación unos métodos de conversión estandarizados, pero que no se pueden trazar. Si bien las reglas o procedimientos generales quedan superficialmente plasmados en el manual de usuario, no se especifica con exactitud los métodos numéricos utilizados para su implementación.

Figura 23: tipos de conversiones de las lecturas realizadas


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Es por ese motivo, tal como se detallará más adelante, que todas las mediciones realizadas (tanto de las SPRT como de las PRTI) se obtienen en ohmios, que es la relación directa entre la corriente constante a que se alimentan las PRT y la tensión leída entre sus terminales de medida. Todos los procedimientos matemáticos necesarios para obtener las temperaturas asociadas a cada valor de resistencia, así como los diferentes coeficientes que caracterizan una PRT (ya sea por Callendar Van-Dusen o por ITS-90), se han implementado dentro del SVC-T mediante los métodos numéricos adecuados. De esta manera todos los datos obtenidos son trazables, ya que se puede comprobar su veracidad analizando y reproduciendo externamente los métodos empleados. En cuanto a la comunicación con el ordenador, se ha utilizado el terminal disponible para comunicación serie mediante el protocolo RS-232. A diferencia de los medios isotermos, la cantidad de información que fluye entre el ordenador y el termómetro digital es mucho mayor a lo largo del proceso de calibración, con lo cual la programación en este apartado resulta un tanto más laboriosa. Como se ha mencionado anteriormente, en el procedimiento vigente es el operario quien debe programar manualmente todos los parámetros del termómetro. Para evitar esta posible fuente de error, el SVC-T programa automáticamente el termómetro antes de cada calibración, asegurando que todos los parámetros sean correctos y garantizando las medidas obtenidas.

- Hart 1560 (módulo principal) En este módulo se disponen dos submódulos: el del microprocesador y el del sistema de alimentación del resto de módulos. El microprocesador se encarga de controlar el display, los botones frontales, la interficie de comunicación serie y el intercambio de datos entre los distintos módulos anidados.

Figura 24: display del Hart 1560 “Black Stack” En la figura 24 se puede observar un ejemplo de cómo aparecen los datos en el display. A la izquierda se aprecia el menú de opciones disponibles. En la parte superior aparece la temperatura de la última adquisición, indicando a su derecha el canal de donde procede dicha lectura. El resto de la pantalla varía en función del submenú que se esté visualizando (según la figura 25).


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Figura 25: listado del menú y submenús del Hart 1560 “Black Stack” El programa de ejecución del microprocesador se encuentra alojado en una memoria interna de tipo ROM, mientras que los datos obtenidos en los procesos de medición se alojan en una RAM. De ahí la necesidad de garantizar la seguridad de los datos obtenidos en un proceso, habiéndose de diseñar un programa que permita su almacenamiento en una memoria estática. En este proyecto, los datos obtenidos (así como los generados) se guardan en un informe de resultados, generado en el mismo ordenador desde donde se ejecuta el SVC-T. - Hart 2560 (módulo de lectura de SPRTs) Este módulo permite realizar lecturas de resistencias patrón de baja impedancia, generalmente PT25 y PT100. Los conectores de este módulo difieren del resto. Para obtener una mayor precisión, permiten un mejor contacto eléctrico con los terminales de la SPRT.


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Figura 26: conexión de una SPRT al módulo Hart 2560 Cabe la posibilidad de conectar dos sondas simultáneamente, de acuerdo con el procedimiento estándar de calibración TH-005 del CEM (procedimiento para la calibración por comparación de resistencias termométricas de platino). Sin embargo, de acuerdo al procedimiento interno del laboratorio, en el presente proyecto se utiliza únicamente una sonda patrón. Más adelante se justificará el método de lectura utilizado para garantizar la veracidad de las medidas, así como la estabilidad del baño, en cada una de las mediciones de un EBP.

Figura 27: especificaciones del módulo Hart 2560


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En la figura 27 se pueden apreciar las principales características de este módulo. Aparecen datos necesarios para el futuro cálculo de incertidumbres, como es la precisión del módulo y su deriva anual. Cada uno de los dos canales del módulo dispone de cinco terminales, de los cuales cuatro se utilizan en el método de lectura a cuatro hilos (dos hilos para la corriente constante de alimentación y dos hilos para la lectura correspondiente). El quinto terminal permite conectar un apantallamiento.

Figura 28: esquema de terminales del Hart 2560 - Hart 2562 y Hart 2568 (módulos de lectura de PRTIs) Estos dos módulos permiten la lectura de las PRT que se pretenden calibrar. El Hart 2562 admite sondas de baja impedancia, como las PT25 o las PT100. Por otra parte, el móduo Hart 2568 está preparado para lecturas de sondas de alta impedancia, como las PT1000. En cada uno de estos módulos se pueden conectar hasta 8 sondas respectivamente, distribuidas en dos filas de 4, con una conexión de medida a cuatro hilos. Al igual que en el caso del Hart 2560, existe un quinto terminal que permite la conexión de un apantallamiento.

Figura 29: estructura externa de los módulos Hart 2562 y 2568

Figura 30: conectores y conexiones para los módulos Hart 2562 y 2568


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Los conectores de la figura 30 permiten una fácil conexión de los terminales de los EBP al termómetro. Para asegurar que estas conexiones son buenas, el SVC-T realiza unas lecturas de prueba antes de comenzar el proceso, presentando los valores obtenidos en pantalla. En el caso de que alguna conexión sea defectuosa, esto se verá reflejado en dichas lecturas, facilitando la detección del canal defectuoso y la verificación y corrección de las conexiones oportunas.

Figura 31: especificaciones de los módulos Hart 2562 y 2568 En la figura 31 aparecen las especificaciones de estos dos módulos. A partir de estos datos se podrá obtener la contribución a la incertidumbre de estos módulos de lectura, teniendo en cuenta su precisión y su deriva anual. Las lecturas también se realizan directamente en ohmios. - Hart 3560 (módulo de comunicación extendida) También se requiere de este módulo de comunicación para poder realizar el intercambio de datos entre el SVC-T y el termómetro. Se ha utilizado un puerto serie ya que el proceso no es crítico en cuanto al tiempo (no precisa un control a tiempo real). El protocolo utilizado, como ya se ha comentado, es el RS-232.


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Si bien también existe la posibilidad de implementar una conexión en paralelo mediante GPIB (IEEE-488), esta opción se ha descartado por el motivo expresado. Además, no se ha necesitado el uso de las salidas analógicas ni tampoco la opción de salida directa a la impresora, dado que el termómetro se utiliza exclusivamente para realizar las lecturas resistivas de todas las sondas del proceso.

Para finalizar este apartado, se presenta a continuación un esquema de los módulos que se han utilizado en el presente proyecto, así como el conexionado simplificado de diferentes sondas a los correspondientes módulos del termómetro. La ubicación de las sondas en el baño que se muestra en la figura 32 no es la correcta, pues únicamente se pretende dar una visión general de esta parte del montaje.

Figura 32: ejemplo de montaje y conexionado de sondas y termómetro

2.6.4.8 La incertidumbre como resultado de una calibración A pesar de que muchos laboratorios de campo no informan de la incertidumbre resultante de sus procesos de calibración, dado que la mayoría no aplica la norma IEC 17025 (de aplicación obligada en laboratorios acreditados), este dato resulta muy importante si se pretende garantizar y verificar la precisión de los resultados del proceso. Para realizar el tratamiento de las incertidumbres en el presente proyecto se ha seguido la Norma EA-4/02 como guía de la expresión de incertidumbres de medida en las calibraciones. Este documento pretende armonizar la evaluación de la incertidumbre de medida, estableciendo los principios y los requisitos específicos para su evaluación y su expresión en los certificados de calibración.


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Se establece que la expresión del resultado de una medición está completa sólo cuando contiene tanto el valor atribuido al mensurado como la incertidumbre de medida asociado a dicho valor. La incertidumbre de medida también queda definida como un parámetro asociado al resultado de una medición, que caracteriza la dispersión de los valores que pueden atribuirse razonablemente al mensurando. Los mensurandos son las magnitudes particulares objeto de una medición. En algunos casos del presente proyecto, el mensurando o estimación de salida Y depende de una serie de magnitudes de entrada Xi (i = 1,2,…, n), como es el caso de las lecturas de las PRT. En otras ocasiones, el valor estimado e incertidumbre asociadas a esas magnitudes se incorporan a la medición desde fuentes externas (como es la aportación de las incertidumbres del certificado de calibración de las SPRT).

2.6.4.8.1 Incertidumbre de medida de las estimaciones de entrada En base a las dos posibilidades mencionadas en el párrafo anterior, el tratamiento de la incertidumbre de las estimaciones de entrada se puede realizar mediante dos principales métodos de evaluación.

- Evaluación Tipo A Este método evalúa la incertidumbre mediante el análisis estadístico de una serie de observaciones. En este caso, la incertidumbre típica es la desviación típica experimental de la medida, que se deriva de un procedimiento promediado o de un análisis de regresión. La evaluación tipo A se puede aplicar cuando se han realizado n observaciones independientes de una magnitud de entrada Xi bajo las mismas condiciones de medida, que queda definida como Q. Con n (n >1) observaciones estadísticamente independientes, el valor estimado de la magnitud Q es q, y la media aritmética o promedio de todos los valores observados q j (j=1,2,3…,n) es:

∑=

=n

jjq

nq

1

1 [16]

La incertidumbre de medida asociada al estimado q se ha evaluado de acuerdo con el siguiente método. El valor estimado de la varianza de la distribución de probabilidad es la varianza experimental s2(q), que viene dada por:

( )2

1

2

1

1)( ∑

=

−−

=n

j

qqjn

qs [17]

La mejor estimación de la varianza de la media aritmética q es la varianza experimental de la media aritmética )(2 qs :

n

qsqs

)()(

22 = [18]


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Una vez obtenida la varianza experimental de la media aritmética, se puede obtener la incertidumbre típica u(q) mediante su raíz cuadrada positiva.

)()( qsqu = [19] Este método se ha utilizado para conocer la contribución a la incertidumbre derivada de las diversas medidas realizadas por los EBP y por la SPRT. Se debe tener en cuenta que este método no es válido cuando el número de muestras tomadas es menor que diez (n<10), dado que la incertidumbre típica asociada a la estimación de salida mediante la evaluación Tipo A puede no ser fiable. Para validar este tipo de evaluación, todas las lecturas de PRTs realizadas durante el proceso se toman diez veces (n=10) en cada punto de consigna. Por lo tanto, tal como se detalla en el apartado siguiente, para calcular la incertidumbre expandida final se aplicará un factor de cobertura k = 2, que garantiza el 95% de probabilidades que el valor real esté contenido en el rango especificado por dicha incertidumbre alrededor del valor obtenido. - Evaluación Tipo B Este método evalúa la incertidumbre asociada a un estimado xi de una magnitud de entrada Xi por otros medios distintos al análisis estadístico de una serie de observaciones. Se evalúa aplicando un juicio científico basado en toda la información disponible (hojas de especificaciones de instrumentos, certificados de calibración, tratamiento de datos obtenidos en mediciones anteriores…) sobre la posible variabilidad de Xi. Una evaluación Tipo B de la incertidumbre típica que tenga una base sólida puede ser tan fiable como una evaluación Tipo A.

2.4.6.8.2. Incertidumbre típica de la estimación de salida Una vez se han obtenido las incertidumbres de medida asociadas a todas las estimaciones de entrada, se puede realizar el cálculo de la incertidumbre típica de la estimación de salida para, a continuación, obtener la incertidumbre expandida de medida. Se debe tener presente que en este proyecto, cuya finalidad es implementar un programa que permita automatizar la calibración de sondas de temperatura resistivas, el objetivo fundamental es relacionar un valor de resistencia Rx con una temperatura Tx. Por lo tanto, las distintas incertidumbres asociadas a las estimaciones de entrada se dividen en dos bloques: la incertidumbre total asociada a la estimación de la temperatura del MIC, U(TX), y la incertidumbre total asociada a la estimación de la resistencia medida del EBP, U(RX). Cada uno de los dos bloques contribuirá con una incertidumbre asociada a su estimación de salida. Para conocer la incertidumbre expandida de salida se deben relacionar estas dos componentes, como se detalla a continuación.


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Tomando cada una de las magnitudes de entrada, el cuadrado de la incertidumbre típica asociada a la estimación de salida y de cada bloque viene dada por:

)()(1

2 yuyUN

iim ∑

=

= , [20]

donde m = 1,2; U1(y) corresponde a U(RX), y U2(y) corresponde a U(TX). La magnitud ui(y) (i = 1,2,…,N) es la contribución respectiva de las incertidumbres típicas asociadas a las diversas estimaciones de entrada qi:

)(·)( iii quCyu = , [21]

donde Ci es el coeficiente de sensibilidad asociado a la estimación de entrada xi. Este coeficiente describe el grado en que la estimación de salida y se ve afectada por variaciones en la estimación de entrada qi. En el apartado 2.4.6.8.4 se expone con más detalle la utilización de este coeficiente y su valor para cada estimación de entrada. Una vez se dispone de las incertidumbres asociadas a la estimación de salida de cada bloque, U(RX) y U(TX), se obtiene una única estimación de salida aplicando:

)()()( 22XXT TURUyU += [22]

Finalmente, se debe aplicar la siguiente relación para obtener la incertidumbre expandida de medida, que es la incertidumbre final resultante del proceso de calibración para cada punto de consigna.

)(· yUkU T= [23]

Cuando la incertidumbre típica asociada a las distintas estimaciones de salida tiene la suficiente fiabilidad, debe utilizarse un factor de cobertura k = 2, que corresponde a una probabilidad de cobertura de, aproximadamente, un 95%.

• Factores de cobertura derivados de los grados de libertad

Aunque en el SVC-T se cumple el requisito del número mínimo de muestras a la hora de realizar las mediciones de las PRT, y por lo tanto la aplicación del Tipo A es válida, se muestra a continuación la variante que se debe aplicar para obtener la estimación de la incertidumbre de salida cuando el número de muestras tomadas sea menor a diez (n<10). Este método está basado en los grados efectivos de libertad (veff) de la estimación de salida, y tiene como finalidad determinar la fiabilidad de la estimación de la desviación típica. Es decir, se implementa para estimar el valor del factor de cobertura k correspondiente a una determinada probabilidad de cobertura.


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Para obtener los veff, se debe seguir todo el proceso de la evaluación tipo A, así como los pasos para obtener la incertidumbre típica de la estimación de salida. Sin embargo, antes de ejecutar el último de estos pasos (ecuación [23]) se debe realizar un cálculo intermedio para determinar cual es el factor de cobertura adecuado para el número de mediciones realizadas. Se aplica la fórmula de Welch-Satterthwaite:

∑=

=n

i

i

mff

vi

yu

yUve

1

4

4

)(

)(, [24]

con i=1,2,…,n; siendo n el número de mediciones realizadas. ui(y) son las contribuciones respectivas de las incertidumbres típicas asociadas a las diversas estimaciones de entrada qi, y vi son los grados de libertad (n-1). Una vez obtenidos los grados efectivos de libertad, se obtiene el factor de cobertura k mediante su interpolación en la siguiente tabla:

Tabla 8: grados efectivos de libertad vs. factor de cobertura Para realizar la interpolación se redondea el número de grados efectivos de libertad obtenidos al entero superior más próximo. Observando la tabla, se puede conocer el factor de cobertura k que se debe aplicar en la fórmula [23], obteniéndose así la incertidumbre expandida de medida correspondiente.

2.4.6.8.3 Contribuciones a la incertidumbre Se debe aplicar las ecuaciones [20] y [21] para los dos bloques mencionados, por separado, de manera que se obtiene sendas incertidumbres asociadas a sus respectivas estimaciones de salida. Si se presta atención a la ecuación [20], son varias las contribuciones que intervienen en la estimación de salida para cada uno de los bloques. El CEM dispone en su página web de la guía SCTC11 (Listado3) sobre Incertidumbres en las Calibraciones de Temperatura. Esta guía indica cuales son las contribuciones que se deben tener en cuenta a la hora de evaluar la incertidumbre resultante de un proceso de calibración en temperatura. Luego las distintas contribuciones tenidas en cuenta en el presente proyecto han sido escogidas acorde a lo establecido en este documento oficial. Este documento también aclara que las contribuciones en él establecidas son las más habituales y las mínimas que se debe tener siempre en consideración, aunque remarca que en función de las condiciones propias de cada proceso se debe considerar el añadir otras fuentes de contribución. A continuación se relacionan cuáles son las distintas contribuciones que se tienen en cuenta en el presente proceso de calibración, divididas en los dos bloques principales.


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- Incertidumbre asociada a la medida de temperatura del MIC:

• tS (Tipo B)

Es la contribución a la incertidumbre por la calibración de la SPRT. Todas las PRT de referencia deben poseer su certificado de calibración vigente, que relaciona la temperatura de los puntos triples utilizados (según los rangos de la ITS-90) con la resistencia obtenida en cada uno de ellos. En los certificados de calibración aparece la incertidumbre expandida en cada punto triple utilizado, incluido el TWP. La distribución en este caso es normal. Esta incertidumbre expresada en el certificado debe dividirse por el factor de cobertura. Si por ejemplo en el TWP se indica una incertidumbre expandida de ±7 mºC, la contribución será:

CmCm

tu S º5,32

º7)( ±=

±= [24]

• δRiS1 (Tipo B)

Esta contribución hace referencia a la incertidumbre introducida por la calibración del módulo del termómetro con el cual se realizan las lecturas de la SPRT, el Hart 2560. Cuando los módulos de Hart se calibran, anualmente, se comprueba que estos módulos siguen cumpliendo las especificaciones del fabricante. Es decir, el resultado de la calibración de los módulos Hart es una conformidad con lo establecido en la documentación.

Figura 33: precisión del módulo Hart 2560 a un año Estos valores incluyen, tal como indica la leyenda de las especificaciones, los factores de linealidad y ruido eléctrico. La precisión no tiene un valor único, pues depende del valor de la lectura realizada. Se deberá tener en cuenta el valor de cada una de las lecturas para aplicar la contribución correspondiente y dividirla por el factor de cobertura. Dado que este valor proviene de un certificado de calibración, se considera una distribución normal. Para una lectura de 10 Ω, se aplica:

Ω±=±= 00025,02

0005,0)( 1SRiu δ [25]

En cambio, para una lectura de 100 Ω se aplica:

Ω±=±=±

=−

001,02

002,0

2

100·10·20)(

6

1SRiu δ [26]


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Existe la posibilidad de calibrar estos módulos con mayor frecuencia, semanal o mensual, con lo cual se mejora la precisión del módulo a corto plazo. Habitualmente se indica la duración de ese corto plazo en los manuales, pero Hart no especifica en su documentación a cuanto tiempo hace referencia.

• δRiS2 (Tipo B)

Esta contribución hace referencia a la incertidumbre introducida por la resolución del termómetro.

Figura 24: display del Hart 1560 “Black Stack” Se debe tomar la mitad del valor ±0,0001 como dígito menos significativo. En este caso, se debe aplicar una distribución rectangular. Por lo tanto, se obtiene:

Ω±=±= −52 10·8857,2

3·2

0001,0)( SRiu δ [27]

• δtDS (Tipo B)

Esta contribución se refiere a la deriva entre calibraciones de la SPRT utilizada. Se obtiene analizando el histórico de calibraciones de una SPRT, teniendo en cuenta como mínimo las tres calibraciones previas. Sólo se puede aplicar esta contribución si el último certificado se encuentra todavía en vigor. De hecho, no se debe utilizar una SPRT cuyo periodo de calibración ha expirado. La deriva se toma como la variación media entre calibraciones. Como las SPRT se calibran siempre para los mismos rangos de la ITS-90, de acuerdo con las necesidades de los procesos de planta, se puede obtener la deriva en cada uno de los puntos triples a los que se ha calibrado. Si, por ejemplo, suponemos que la deriva resultante en el TWP es de ±10 mºC, a esta deriva se le aplica una distribución rectangular.

CmCm

tu DS º7735,53

º10)( ±=

±=δ [28]


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• δtF (Tipo B)

Como última contribución a la medida de temperatura del MIC se tiene en cuenta la estabilidad y uniformidad del baño. Esta contribución es la que tiene más peso en toda la calibración, a pesar de que los baños de que se dispone en el laboratorio de termometría son de los mejores modelos del mercado. De hecho, algunos laboratorios acreditados utilizan los mismos modelos de Hart para sus calibraciones. En las especificaciones de cada uno de los baños utilizados constan los valores de estabilidad y uniformidad. Estos valores se dan para tres temperaturas. Se ha realizado una aproximación polinomial teniendo en cuenta estos valores fijos, con lo cual se pueden conocer con mayor precisión cual es la contribución de estos parámetros en cada punto de consigna del proceso. Aunque la estabilidad y la uniformidad son dos contribuciones independientes, cuando se analiza su contribución global en un punto de temperatura determinado se suman sus dos aportaciones. Como es habitual en estos casos, dado que se trata de un intervalo (valores con ±), se aplica una distribución rectangular. Como ejemplo, supongamos que en el TWP la estabilidad es de ±6 mºC y la uniformidad es de ±13 mºC. Se obtiene:

CmCm

tu F º9697,103

º)136()( ±=

+±=δ [29]

- Incertidumbre asociada a la medida de resistencia del EBP:

• δRiX (Tipo A)

Esta contribución hace referencia a las lecturas obtenidas del EBP que se pretende calibrar. Para poder determinar una estimación de la incertidumbre de salida con suficiente fiabilidad, se realizan 10 lecturas en cada punto de consigna, tal como se ha mencionado en el desarrollo de la evaluación de la incertidumbre Tipo A. Para hallar cuál es el valor de esta contribución, se aplica el procedimiento indicado para este tipo de evaluación, paso a paso.

• δRiX1(Tipo B)

Esta contribución trata sobre la incertidumbre introducida por la calibración del módulo del termómetro con el cual se realizan las lecturas de la PRTI, el Hart 2562/8. Como en el caso del Hart 2560, cuando los módulos de Hart se calibran, anualmente, se comprueba que los módulos siguen cumpliendo las especificaciones. Es decir, nuevamente el resultado de la calibración de estos módulos es una conformidad con lo establecido en la documentación.

Figura 34: precisión de los módulos Hart 2562 y 2568 a un año


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Estos valores también incluyen los factores de linealidad y ruido eléctrico. La precisión no tiene un valor único, pues depende del valor de la lectura realizada. Se deberá tener en cuenta el valor de cada una de las lecturas para aplicar la contribución correspondiente y dividirla por el factor de cobertura. Dado que este valor proviene de un certificado de calibración, se considera una distribución es normal. Para una lectura de 15 Ω, se aplica:

Ω±=±= 0005,02

001,0)( 1XRiu δ [30]

En cambio, para una lectura de 150 Ω se aplica:

Ω±=±=±

=−

003,02

006,0

2

150·10·40)(

6

1XRiu δ [31]

• δRiX2 (Tipo B)

Finalmente, esta contribución también hace referencia a la incertidumbre introducida por la resolución del termómetro.

Figura 24: display del Hart 1560 “Black Stack” Se debe tomar nuevamente la mitad del valor ±0,0001 como dígito menos significativo. En este caso, también se aplica una distribución rectangular. Por lo tanto, se obtiene:

Ω±=±= −52 10·8857,2

3·2

0001,0)( SRiu δ [27]

El SVC-T calcula y almacena todas estas contribuciones a la estimación de la incertidumbre de salida, que quedan plasmadas en la tercera hoja del informe de resultados generado.


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En la tabla 9 se muestra como se distribuyen las contribuciones en dicha hoja de resultados, distinguiéndose los dos bloques principales. También se puede observar como se obtiene una estimación de la incertidumbre de salida para cada bloque, y como finalmente se obtiene la incertidumbre total de la calibración. Esta tabla refleja únicamente un punto de consigna, luego en el informe de resultados aparece hasta cinco tablas como esta, cada una para un punto de consigna.

Tabla 9: resultados de un cálculo de incertidumbres para SP = -10 ºC Este resultado corresponde a una de las pruebas reales de validación del SVC-T. Más concretamente, se reflejan las incertidumbres de calibración de una PRTI en el primer punto de consigna.

2.4.6.8.4. Coeficiente de sensibilidad Como se puede apreciar en la tabla 9, el coeficiente de sensibilidad varía para algunas contribuciones. La incertidumbre total se obtiene en ºC, tal como aparece en la primera hoja del informe de resultados (este informe se presenta en el apartado 4.1.7.), pero los datos aportados en algunas especificaciones están en ohmios. Dado que se pretende expresar la incertidumbre total en ºC, en los casos en que la contribución ya está expresada en términos de temperatura el coeficiente de sensibilidad es 1. En cambio, en aquellos casos en que la contribución está expresada en términos de resistencia, se debe calcular cual es el coeficiente de sensibilidad en cada caso para así conocer esa contribución en ºC. Como se ha comentado anteriormente, el coeficiente de sensibilidad describe el grado en que la estimación de salida se ve afectada por variaciones en la estimación de entrada. En la figura 35 se muestra como el valor de resistencia de una PRT varía en función de su temperatura, con una característica prácticamente lineal (típica de las RTD de platino). Luego un determinado incremento de temperatura en el sensor conlleva un incremento proporcional de su resistencia. En base a este comportamiento, el coeficiente de sensibilidad Ci se obtiene matemáticamente mediante:

Ω∂

∂=∆∆=

CT

TR

T

RCi

º

)( [28]


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Figura 35: relación Tª vs.R de una PRT En este proyecto se pretende hallar la relación inversa, dado que la incertidumbre de salida se expresa en ºC y algunas contribuciones están expresadas en ohmios. Por ese motivo, el coeficiente de sensibilidad aplicado en la tabla 9 está elevado a -1. Cuando se trata de determinar el coeficiente de sensibilidad para el bloque de incertidumbres asociadas a la medida de resistencia del EBP, este coeficiente se obtiene aplicando la fórmula [28] sobre el estándar del modelo de CVD.

( )[ ]=

∂−+++∂

=∂

∂=∆∆=

T

TCTBTATRo

T

TR

T

RCi

)100(1·)(32

( )

Ω−++=C

CTCTBTARoº

30042· 23 ,

teniendo en cuenta que para T>0 la constante C equivale a 0. Conocido el valor de Ro (resistencia que presenta una PT100 a 0 ºC según el estándar, 100 Ω), se puede hallar el coeficiente de sensibilidad para cada uno de los puntos de consigna. Para corregir los pequeños errores de offset del baño (en muchas ocasiones inapreciables en el display) y así obtener una mayor precisión. Cuando el punto de consigna está situado en 0 ºC, se sustituye T por el promedio de las 10 lecturas realizadas con la SPRT. Cuando se trata de determinar el coeficiente de sensibilidad para el bloque de incertidumbres asociadas a la medida de temperatura del MIC, este coeficiente se obtiene idealmente aplicando la fórmula [28] sobre el estándar del modelo de la ITS-90. Esta labor resulta muy compleja si analizamos las ecuaciones [10], [11], [12] y [14]. Se puede comprobar que para obtener la derivada parcial respecto a la temperatura en cada caso se requieren programas externos de cálculo matemático avanzado. Teniendo en cuenta que el cálculo del coeficiente de sensibilidad se realiza sobre el modelo estándar de la ITS-90, caracterizado por una gran linealidad, también se puede obtener dicho coeficiente mediante un método más sencillo e igual de eficiente, como se muestra en las siguientes líneas.


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Primero se calcula la temperatura correspondiente a la resistencia obtenida por la SPRT en un punto de consigna (se ha diseñado un módulo en el programa con esta funcionalidad, como se detalla en el apartado 2.6.5.1). A continuación, se aplica numéricamente un pequeño incremento al valor de resistencia, y al valor incrementado se le calcula su temperatura correspondiente. Llegados a este punto, se dispone de una ∆R y su correspondiente ∆T. Si el incremento de resistencia aplicado es lo suficientemente pequeño, se puede considerar que la pendiente de la función R(T) es constante en ese intervalo. Luego aplicamos la primera parte de la ecuación [28] con los valores obtenidos y habremos hallado el coeficiente de sensibilidad para el bloque de incertidumbres asociadas a la medida de temperatura del MIC. Este método se aplica para los diversos puntos de consigna.

2.6.5. LabVIEW 2011 LabVIEW es una herramienta diseñada y creada por National Instruments (en adelante NI). Se trata de una empresa tecnológica pionera y líder en instrumentación virtual, un concepto revolucionario que ha cambiado la manera en que los ingenieros y científicos de la industria, docencia y gubernamental, enfocan las medidas y la automatización. La sede central de Austin, Texas, tiene más de 3.600 empleados y dirige las operaciones en cerca de 40 países. Esta herramienta fue creada en 1976 para funcionar sobre máquinas MAC, y salió al mercado en 1986. Actualmente está también disponible para las plataformas Windows, UNIX y GNU/Linux. La última versión, de 2011, es la utilizada en el presente proyecto, y proporciona un potente entorno de desarrollo gráfico para el diseño de aplicaciones de adquisición y presentación de datos, análisis de medidas y control de instrumentos. Los programas desarrollados con LabVIEW se llaman Instrumentos Virtuales, o VIs, y su origen proviene del control de instrumentos. Hoy en día, su uso se ha expandido ampliamente no sólo al control de todo tipo de electrónica (más concretamente, instrumentación electrónica) sino también a la programación embebida. Según NI, un lema tradicional de LabVIEW es "La potencia está en el software", que con la aparición de los sistemas multinúcleo se ha hecho aún más potente. Para tener una idea del potencial de esta herramienta, vale la pena mencionar que la versión LabVIEW 2008 fue utilizada para controlar el acelerador de partículas más grande construido hasta la época, el LHC (Large Hadron Collider). Está situado cerca de Ginebra, Suiza, con 27 km de circunferencia. Para poder relacionar este potencial con su flexibilidad, mencionar también que juguetes como el Lego Mindstorms o el WeDo lo utilizan, llevando la programación gráfica a niños de todas las edades. Este equilibrio entre potencia y flexibilidad es uno de los motivos principales por lo que se ha escogido LabVIEW para implementar el SVC-T. Además, este software ya se está utilizando en otros sistemas de la central y, por lo tanto, se dispone de todos los permisos y licencias. Utilizar el mismo software para la implementación de distintos procesos también facilita las tareas de aprendizaje y mantenimiento por parte de los trabajadores.


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Si ubicamos más específicamente el uso de este software en un entorno industrial, LabVIEW permite realizar tareas en diversos campos de aplicación:

- Análisis automatizado y plataformas de medida:

• Test de fabricación • Test de validación/medioambiental • Test mecánico/estructural • Test de fiabilidad en tiempo real • Adquisición de datos • Test de campo portátil • Test de RF y comunicaciones • Test en bancos de prueba • Adquisición de imagen

- Medidas industriales y plataformas de control:

• Test y control integrado • Automatización de máquinas • Visión artificial • Monitorización de condiciones de máquina • Monitorización distribuida y control • Monitorización de potencia

- Diseño embebido y plataformas de prototipaje

• Diseño y análisis de sistemas empotrados • Diseño de control • Diseño de filtros digitales • Diseño de circuitos electrónicos • Diseño mecánico • Diseño de algoritmos

LabVIEW también tiene presencia en el entorno docente, donde va ganando fuerza día a día. Las licencias departamentales y de campus que ofrece NI, además de las propias características de la herramienta, permiten su fácil y rápida implantación en los planes de estudio de las universidades.

2.6.5.1 Características El entorno de desarrollo LabVIEW es una buena herramienta para trabajos en el sector industrial, que simplifica las simples tareas del día a día así como los grandes proyectos de desarrollo en equipo. En parte, es gracias a:

- Desarrollo rápido con la tecnología Express

Utiliza VIs Express basados en configuración y asistentes entrada/salida para crear con gran rapidez aplicaciones de medida genéricas sin una programación exhaustiva.


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- Miles de programas de ejemplo

Para facilitar la comprensión de su método de programación y permitir un mayor acercamiento a la herramienta por parte del usuario, dispone de más de 500 ejemplos en la librería de ayuda, y muchos más en la web de NI.

- Modular y jerárquico

Permite la ejecución de VIs modulares, por si mismos o como subVIs, con lo cual se pueden escalar los programas con gran facilidad, en función de las necesidades del proceso.

- Ayuda integrada

De gran utilidad en los primeros contactos con esta herramienta, facilita el desarrollo rápido con su ayuda contextual integrada y sus extensos tutoriales. En la web de NI existen infinidad de tutoriales referentes a todas las posibilidades que ofrece.

- Miles de funciones incorporadas

Para trabajar con mayor facilidad, existe la opción de tener en la pantalla una ventana abierta con las distintas paletas de funciones existentes, que además se pueden personalizar.

- Librería de interfaz de usuario del tipo arrastrar y soltar

LabVIEW está pensado para poder diseñar interfaces de usuario intuitivas para programas complejos, gracias a los cientos de objetos de interfaz de usuario incorporados en la paleta de controles.

- Lenguaje compilado para ejecución rápida

También permite desarrollar código de alto rendimiento. LabVIEW utiliza un lenguaje compilado que genera código optimizado, con velocidades de ejecución comparables al lenguaje C compilado.

- Lenguaje abierto

Se dispone de módulos de programación que permiten incorporar códigos ya existentes, desarrollados con otra herramienta, de manera que se integra fácilmente con sistemas de herencia y permite incorporar software de terceras partes mediante .NET, ActiveX, librerías, objetos, TCP, tecnología de redes...

- Depuración gráfica integrada

Gracias a sus herramientas de depuración gráfica integradas, como el debug paso a paso de código gráfico, permite verificar el correcto funcionamiento de los VIs diseñados mediante simulación.

- Distribución de aplicaciones simple

También se puede obtener, previo pago, un módulo adicional: el Application Builder. Este módulo permite crear ejecutables y compartir librerías (.dll) para distribución.


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- Herramientas de desarrollo de equipos

Se pueden crear aplicaciones profesionales complejas con las herramientas de gestión de proyectos que incorpora, perfectamente integradas, incluyendo la librería de proyecto y el Project Explorer.

- Gestión del objetivo

Finalmente, LabVIEW está preparado para gestionar fácilmente múltiples objetivos, desde tiempo real hasta empotrados. También dispone de dispositivos simuladores para desarrollar un software de aplicación sin el correspondiente hardware.

El escritorio de LabVIEW se divide en dos pantallas principales. En la primera, el diagrama de bloques, se sitúan todos los módulos, existentes o diseñados, y se interconectan para así crear la herramienta virtual deseada y determinar su funcionalidad. En la segunda, el panel frontal, aparecen todos los indicadores, gráficas y contadores añadidos en el diagrama de bloques que permiten hacer un seguimiento de las variables principales de un proceso. A continuación se muestra un ejemplo perteneciente a uno de los muchos módulos diseñados, encargado de hacer la conversión de resistencia a temperatura de la SPRT según la norma ITS90.

Figura 36: ejemplo de diagrama de bloques de LabVIEW

Figura 37: ejemplo de panel frontal de LabVIEW


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Otro componente importante de NI relacionado con LabVIEW es un explorador llamado Measure & Automation, que permite configurar todas las conexiones realizadas desde el programa con el distinto hardware existente, mediante diversos métodos. En el proceso implementado se requiere su utilización para asignar al SVC-T los puertos USB del PC donde irán conectados el termómetro digital y los MIC, y así poder configurarlos y controlarlos desde el propio programa.

Figura 38: Measure & Automation de NI Dado que tanto los MIC como el termómetro digital disponen de puerto serie, se utilizan dos adaptadores conversores USB-serie para facilitar el conexionado de los equipos. Desde las herramientas del sistema del propio PC se han reservado dos puertos y se han fijado sus direcciones para ser utilizadas por el SVC-T. En el COM 4 están asignados los MIC, y en el COM 6 está asignado el termómetro. Estas son las dos vías de comunicación exterior utilizadas para el intercambio de datos entre los diferentes equipos y el software de control diseñado. A nivel de programación, para lograr esta comunicación vía serie LabVIEW dispone de un tipo de módulos (llamados VISA) que constituyen una interfaz de comunicación eficaz tras ser adaptados a las necesidades del proyecto. Como se ha mencionado líneas arriba, LabVIEW también permite crear proyectos. Se trata de ficheros que contienen toda la información que se necesita para poder ejecutar un programa. Los proyectos, que pueden contener uno o varios programas, permiten generar posteriormente un fichero ejecutable. Éste puede ser configurado de manera que se facilita la interacción con el usuario y se limitan sus actuaciones para preservar el buen funcionamiento de los programas. Otra característica importante es que dispone de una herramienta que permite generar un paquete autoexe. Este paquete, instalado debidamente, permite ejecutar proyectos desarrollados con LabVIEW desde cualquier ordenador, aunque no disponga de LabVIEW instalado. Luego teniendo un único software con licencia, se pueden ejecutar distintos programas desde tantos ordenadores como se desee. Esta funcionalidad también da motivo a la utilización de este software para diseñar e implementar el programa realizado en el presente proyecto, el SVC-T.


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2.7. Requisitos de diseño

Las condiciones impuestas para la realización del SVC-T se pueden dividir en dos vertientes:

- Requisitos del laboratorio de termometría • El nuevo sistema de calibración debe tener una interfaz de usuario sencilla y

comprensible para el operario, sin que las prestaciones se vean disminuidas.

• Todos los errores y consideraciones aparecidas durante el proceso deben ser comunicadas de forma clara, manteniendo informado al operario de la situación del proceso en todo momento.

• Los instrumentos utilizados en el proceso (medios isotermos y termómetro digital) deben ser configurados de manera automática, con las respectivas comprobaciones, reduciendo la posible contribución de errores humanos.

• Se debe garantizar la trazabilidad de las calibraciones realizadas. Todos los datos, tanto de las distintas mediciones obtenidas en una calibración como los coeficientes e incertidumbres calculadas, deben almacenarse automáticamente para un posible tratamiento o consulta posterior.

• Cada informe de resultados generado debe estar protegido para evitar manipulaciones, identificándose con una referencia única e inequívoca.

• El número de EBP a calibrar en un mismo proceso debe ser variable, de acuerdo con las limitaciones del número máximo de canales admitido por los módulos del termómetro y con las necesidades del laboratorio.

• El programa deber permitir la calibración hasta en 5 puntos de consigna. También debe tener la posibilidad de ser pausado en cualquiera de estos puntos de consigna, para retomar el proceso cuando sea conveniente.

• Se debe garantizar la seguridad de los instrumentos y del operario, llevando los baños a posición segura en una pausa o a la finalización del proceso.

• Prima la utilización del software disponible en el laboratorio, LabVIEW, con el fin de centralizar la ejecución de distintos procesos con esta herramienta.

- Requisitos de normativas

• Todos los métodos de cálculo y los diferentes procesos desarrollados para la

elaboración del SVC-T deben cumplir con lo establecido en las leyes, procedimientos y normas de aplicación, nacionales o internacionales, para la calibración de termoresistencias de platino de uso industrial en un laboratorio secundario y mediante el método de comparación. Relacionadas en el apartado 2.5.1, determinan las consideraciones y métodos a tener en cuenta para cada uno de los ámbitos implicados en el presente proyecto.


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2.8. Análisis de soluciones

La calibración en temperatura tiene una serie de características intrínsecas que definen y caracterizan este tipo de procesos. Sin embargo, algunos aspectos no quedan fijados y se pueden afrontar de diferentes maneras. Las posibles soluciones a estos otros aspectos, de acuerdo a los requisitos de diseño, son las siguientes.

- Para implementar las lecturas de las PRT se dispone de dos opciones:

• En el laboratorio de instrumentación se dispone del bloque SC-2345. Este bloque permite obtener señales directas de las distintas PRT que intervienen en el proceso, añadiéndole los módulos físicos RTD01 (un módulo por cada dos sondas) y conectándolo al ordenador mediante una tarjeta de adquisición de datos. Tras realizar una aproximación y varias pruebas de validación, esta solución queda descartada dado que el bloque SC-2345, así como los distintos módulos que lo pueden conformar, están diseñados para tareas de control y no de calibración. La precisión de los módulos RTD01, a la décima de grado, es insuficiente para realizar una calibración. La incertidumbre que añade este módulo a la calibración desvirtúa el objeto de este proyecto.

• El laboratorio también dispone de un termómetro digital, el Hart 1560, que es el utilizado actualmente para desempeñar las tareas de calibración. Según sus especificaciones, y manteniéndose en vigor su certificado de calibración, este termómetro permite obtener mayor precisión en las lecturas. Al tratarse de un sistema anidable permite optimizar la conexión de distintos módulos, de acuerdo con los requisitos del proceso, y conectar un mayor número de sondas simultáneamente. Como uno de estos módulos se encarga de la comunicación exterior con el PC, no sólo cumple con las restricciones de precisión, sino que además permite el intercambio de información con el PC vía puerto serie. Tras realizar varias pruebas y verificar su compatibilidad con LabVIEW, se ha escogido este termómetro digital para obtener las lecturas de las distintas sondas.

- Para simular las temperaturas de los SP se dispone de tres opciones:

• La utilización de un baño de pozo seco para realizar las calibraciones queda descartada tras las primeras pruebas. Su relativa inestabilidad, así como las pocas sondas que se pueden introducir simultáneamente en el pozo, hace que este instrumento no se adapte a las necesidades del proceso.

• La utilización de un único baño húmedo también queda descartada, dado que según en el procedimiento interno se establece que el rango de temperaturas a cubrir en una calibración va desde -10 ºC a 300 ºC. Ninguno de los baños disponibles en el laboratorio alcanza ese rango completo.

• La utilización de varios baños húmedos es la solución adoptada en este apartado, dado el amplio rango de temperaturas requerido de acuerdo con las temperaturas de operación de la planta. De esta manera se garantiza una mayor estabilidad y uniformidad de los baños en cada punto de consigna. Además, la capacidad del baño húmedo es mayor y permite la calibración simultánea de varias PRT, ahorrando tiempo y unificando las condiciones de la prueba para todos los EBP.


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- Para obtener los certificados de calibración correspondientes a cada proceso

existen varias opciones:

• Una posible solución pasa por realizar una interficie dentro del propio LabVIEW que permita visualizar todos los resultados. Esta interficie se ha diseñado y probado. Aunque se accede a los datos con facilidad, aparecen ciertos contratiempos. Por una parte, los datos se pierden si se cierra el programa dado que las almacena en una memoria RAM, y se incumple uno de los requisitos. Por otra parte, el operario debe trasladar esos resultados a una hoja externa, con lo que se introduce una fuente de error derivada de un posible error humano. Esta opción ha quedado descartada.

• Existe en LAbVIEW un módulo adicional que permite generar reportes de manera cómoda y sencilla, pero su alto coste lo hace prohibitivo. Por ese motivo, esta solución también queda descartada.

• LabVIEW dispone de la opción de utilizar controles ActiveX. Aunque estos controles se utilizan habitualmente en el entorno web, también pueden implementarse para generar ficheros en el entorno Windows, entre ellos, las bases de datos y hojas de cálculo. Tras varias pruebas de programación y diseño, habiendo obtenido buenos resultados, se ha optado por esta opción para generar los certificados de calibración. Este método permite almacenar los datos de forma segura, así como profundizar en las características y funciones del documento generado (tales como la seguridad o la identificación del documento).

- Para comunicar los instrumentos con el ordenador existen dos opciones:

• La comunicación por bus GPIB es la primera opción considerada, dado que las distancias entre los instrumentos y el ordenador son pequeñas y este bus permite un gran volumen de información y velocidad de transmisión. Por el contrario, una vez escogidos los MIC se observa que no disponen de puerto paralelo. Además, el proceso de calibración en temperatura es un proceso lento y secuencial, con lo que no existe un requisito de velocidad ni de volumen en el intercambio de datos. Esta opción ha quedado descartada.

• La comunicación vía serie es la solución adoptada de acuerdo con los requisitos establecidos. Todos los instrumentos disponen de conector serie y trabajan con el protocolo RS-232. El PC permite programar sus puertos USB, de modo que quedan asociados esos puertos a los instrumentos utilizados en el proceso. Para implementar esta comunicación, se añaden dos conversores USB-serie.


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2.9. Resultados finales

- Lecturas de los EBP: En el SVC–T se realizan todas las lecturas correspondientes de las distintas PRTs que intervienen en el proceso mediante el termómetro digital Hart 1560 “Black Stack”, configurado debidamente para obtener los valores de las lecturas en términos de resistencia. De esta manera, se permite realizar evaluaciones posteriores sobre los cálculos realizados, garantizando la trazabilidad del sistema diseñado. Según las características de los distintos módulos de conexión de PRTs de qué dispone este termómetro digital, que permiten conectar simultáneamente distintos equipos, el SVC–T permite la calibración de hasta 8 PRTIs en un mismo proceso, independientemente del tipo de calibración realizada.

- Simulación de las temperaturas de los puntos de consigna: Para poder obtener las temperaturas, requeridas por el procedimiento interno, que caracterizan el proceso de calibración según los rangos de operación de la planta se implementan dos baños de pozo húmedo, cada uno de ellos con unas características propias. Según especificaciones del fabricante, los baños Hart 7320 y Hart 6331 poseen las características necesarias para garantizar una correcta calibración. Los valores de estabilidad y uniformidad informados, verificados tras su compra mediante la correspondiente caracterización, permiten una calibración precisa de los distintos EBP. Se debe tener presente, sin embargo, que las calibraciones se realizan por comparación. Luego la necesidad de caracterizar los baños periódicamente desaparece, mientras sus contribuciones a la incertidumbre de la calibración se ajusten a las necesidades del proceso. La disposición y características geométricas de los pozos de ambos baños influyen también en el número máximo de equipos que se pueden calibrar en un mismo procedimiento. Además, la ubicación y disposición de los equipos en estos pozos resulta de vital importancia para garantizar la veracidad de las lecturas obtenidas, por lo cual se dispone a lo largo de esta memoria de las consideraciones que se deben tener en cuenta en el momento de situar las distintas PRT en el pozo de cada uno de los baños. - Generación de los informes de resultados: Para generar los informes correspondientes a la calibración de cada uno de los equipos realizados se utilizan las propiedades de los controles ActiveX. Su gran flexibilidad permite diseñar los informes según las necesidades del laboratorio, escogiendo toda la información que se dispone en cada una de sus hojas. Entre las ventajas que ofrece la programación de este tipo de controles, se explotan las propiedades de creación y edición de hojas de cálculo, modificación del nombre del documento, ubicación del documento y protección de datos.


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- Conexionado de los distintos equipos con el PC: Para enlazar los distintos equipos, utilizados durante el proceso de calibración, con el ordenador desde donde se ejecuta el SVC–T se utiliza una conexión por puerto serie, basada en el protocolo RS-232. Dado que el PC posee dos puertos USB libres, éstos se aprovechan para realizar la correspondiente conexión y, para ello, se utilizan dos conversores USB-serie cuyas características de velocidad de transmisión y de temperatura de operación aseguran una correcta comunicación.

El resto de consideraciones tenidas en cuenta para el diseño e implementación del software creado, el SVC–T, hacen referencia a particularidades y exigencias propias de los procesos de calibración en temperatura. Además, para garantizar su correcta utilidad, se aplican todas las normativas, guías y leyes de aplicación que rigen este tipo de procesos. La información necesaria que muestra, expone y ejemplifica todas estas características y limitaciones se halla dispuesta a lo largo de esta memoria.


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2.10. Planificación

Figura 39: Diagrama de Gantt por meses

Actividad 1: Aproximación al laboratorio Actividad 2: Evaluación de las necesidades Actividad 3: Definición del proyecto Actividad 4: Desarrollo de diagramas de flujo Actividad 5: Programación Actividad 6: Pruebas de funcionamiento Actividad 7: Redacción de la memoria

Sistema Virtual de Calibración en Temperatura MEMORIA DE CÁLCULO

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MEDIANTE LABVIEW

3. MEMORIA DE CÁLCULO


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ÍNDICE

3.1. Introducción...............................................................................................pág. 84

3.2. Cálculo de coeficientes an y bn de una SPRT............................................pág. 85

3.3. Conversión Resistencia – Temperatura de una SPRT...............................pág. 89

3.4. Cálculo de coeficientes R0, A, B y C de una PRTI caracterizada .............pág. 91

3.5. Conversión Resistencia – Temperatura de una PRTI................................pág. 94

3.6. Consideraciones de una PRTI clasificada .................................................pág. 96


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3.1. Introducción

En los siguientes apartados de esta memoria de cálculo se describen los métodos y modelos matemáticos necesarios para el desarrollo del presente proyecto. Algunos de ellos se declaran en las normativas de aplicación, como es el caso del cálculo de coeficientes de las PRT (ITS-90 para SPRTs y IEC 60751 para PRTIs caracterizadas). En cambio, hay otros aspectos en los que no existe una norma que dictamine cuál es el modelo más adecuado, como es el caso del tipo de regresión utilizada para interpolar valores de una tabla. Dado que en la memoria descriptiva ya se mencionan los orígenes y los pasos principales para la resolución de cada apartado en función de las distintas normativas vigentes, en esta sección se simula un ejemplo teórico de cada uno de los cálculos existentes durante el proceso. De esta manera, se puede comprender cuales son los pasos que sigue el SVC-T para resolver los distintos cálculos que acontecen durante una calibración. Sea cual fuere el método utilizado, esté o no esté descrito en una norma, todos los cálculos realizados en el SVC-T se han podido verificar externamente previo a su implementación. Es decir, todas las funciones y módulos que se han creado en LabVIEW han sido probados y contrastados previamente mediante su diseño en hojas de cálculo. Estos resultados preliminares se han comparado con tablas estandarizadas, en los casos en que ha sido posible, e incluso con resultados de informes certificados, de tal manera que se ha asegurado su efectividad y validez.


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3.2. Cálculo de coeficientes an y bn de una SPRT

La norma internacional que rige este tipo de cálculos es la ITS-90. Actualmente, los coeficientes se obtienen introduciendo los resultados del certificado de calibración en el Hart 9933 Tableware, que es un software externo al de calibración. Una vez obtenidos los correspondientes coeficientes, se pasan manualmente al Hart 9932 Calibrate-It, que es el software actual de calibración, con lo que durante este trasbordo de coeficientes puede aparecer un error humano. Además, el 9933 Tableware no indica los métodos utilizados para este cálculo de coeficientes. El SVC-T realiza internamente todo el cálculo de coeficientes, de manera rápida y precisa, y luego los recupera automáticamente durante la calibración para su uso. De esta manera se evita el movimiento innecesario de datos de un programa a otro, y su posible contribución a un error en el proceso. El método utilizado, expuesto a continuación, queda abierto y se puede contrastar. Como se ha comentado, para realizar este cálculo se toman los valores resultantes de la calibración de la SPRT. Estos valores figuran en su respectivo certificado de calibración, realizado por un laboratorio exterior acreditado en la calibración por puntos triples. En este caso, se trata de la sonda Rosemount CE-162 (PT25).

Indicación del patrón (ºC)

Resistencia medida en la SPRT (Ω)

-38,8344 21,5774

0,01 25,5596

29,7646 28,5776

231,928 48,3735

419,527 65,6504 Tabla 10: resultados de un certificado de calibración real de una SPRT

Como se indica en el título de este apartado, se calculan varios coeficientes: an y bn, donde n determina los subrangos en que ha sido calibrada la SPRT. Dado que el rango de trabajo de las PRTI está entre -10ºC y 300 ºC, se precisan dos subrangos de la ITS 90 para realizar una calibración por comparación con un patrón: uno para temperaturas por debajo del TWP y otro para temperaturas por encima del TWP. Luego el TWP toma una importancia relevante en este proceso.

De acuerdo con el rango de trabajo, se necesita obtener cuatro coeficientes: a5, b5, a8, b8. Las calibraciones de las SPRT del laboratorio se realizan siempre en:

- Subrango 5:

Este subrango especial se define entre el punto triple del mercurio (-38,8344 ºC) y el punto de fusión del galio (29,7646 ºC).

Es el que se utiliza para las temperaturas por debajo del TWP.


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- Subrango 8

Este subrango se define entre 0 ºC, el punto de fusión del estaño (231,928 ºC) y el punto de fusión del zinc (419,527 ºC).

Es el que se utiliza para las temperaturas por encima del TWP.

Tabla 2: Ecuaciones de desviación de la ETI-90 Para obtener los coeficientes se trabajan ambos subrangos por separado, siendo el procedimiento el mismo en ambos casos. Este ejemplo de muestra se realiza únicamente para el subrango 5. Como en un subrango se dispone de dos puntos de calibración (en este caso, Hg y Ga), se obtienen dos pares de puntos: (xHg,yHg) y (xGa,yGa). En realidad se trabaja con tres puntos, pues se debe considerar el TWP como punto crítico, pero éste ya queda implícito en los ratios de la ecuación [30].

Figura 40: recta que pasa por los dos límites del subrango 5 (ITS-90) A continuación se procede a implementar un ajuste por mínimos cuadrados. Una vez obtenidos los pares de puntos que determinan el comportamiento de la SPRT, se resuelve cuál es la recta a la que mejor se ajustan estos pares de medida.

xbay ·+= [29]

( ) ( ) ( )[ ] ( )[ ] 290909090 1·1· −+−=− TTTT WbWaWrW [30]


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A partir las ecuaciones [29] y [30], se establecen las siguientes relaciones para cada par de puntos:

]1[ )90(

)90()90(

−−

=T

TT

W

WrWy [31]

[ ]1)90( −= TWx [32]

Luego, se trata de determinar los valores de a y b que minimizan el error de la recta [29] respecto a los dos puntos, o dicho de otra manera, averiguar qué valores de a y b hacen mínimo χ2.

( )2

1

2 ·),( ∑=

−−=N

iii axbybaχ [33]

Para evaluar este error, se aplica la derivada parcial de χ2 respecto a cada variable y se iguala a cero. Este paso evalúa cuáles son la pendiente y el offset más óptimos de la recta para que la suma de desviaciones respecto a cada eje (entre los puntos y la recta) tienda a cero, y así minimizar el error de la recta respecto a todos los puntos.

( ) 0··201

2

=−−−→=∂

∂∑

=

N

iii axby

a

χ [34]

( ) ( ) 0····20···201

2

1

2

=−−−→=−−−→=∂

∂∑∑

==

N

iiiii

N

iiii xaxbxyxaxby

b

χ [35]

Resolviendo el sistema formado por [34] y [35] se obtienen los valores a y b:

xxxx

xyxyxx

SSNSN

SSSSa

···

··

−−

= , [36]

xxxx

yxxy

SSNSN

SSSNb

···

··

−−

= , [37]

donde los parámetros desconocidos se pueden obtener de aplicar la siguiente tabla:

i xi yi xi · yi x2i y2

i 1

2

…

N Σ xi = Sx Σ yi = Sy Σ xi ·yi = Sxy Σ x2i = Sxx Σ y2

i = Syy

Tabla 11: tratamiento para ajuste por mínimos cuadrados


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Partiendo de la tabla 10, cuyo contenido son los resultados reales de la calibración en puntos triples de una PT25 patrón, se muestra una recopilación de los pasos a realizar para conseguir los coeficientes que caracterizan dicha SPRT. Para terminar de completar este ejemplo de muestra, se sigue trabajando en el subrango 5.

1. Cálculo de los ratios en los puntos de fusión

W (T90) [Hg] = 0,84419944 Wr (T90) [Hg] = 0,84414211

W (T90) [Ga] = 1,11807697 Wr (T90) [Ga] = 1,11813889

2. Cálculo de los parámetros x e y (según [31] y [32])

y [Hg] = – 0,0003680 x [Hg] = – 0,1558006

y [Ga] = – 0,0005244 x [Ga] = 0,1180770

3. Rellenado de la tabla 11

i xi yi xi · yi x2

i y2i

1 -0,1558006 -0,0003680 0,0000573 0,02427381 0,00000014

2 0,1180770 -0,0005244 -0,0000619 0,01394217 0,00000028

N=2 Sx =

-3,7724E-02 Sy =

-8,9241E-04 Sxy =

-4,5950E-06 Sxx =

3,8216E-02 Syy =

4,1044E-07

4. Obtención de los coeficientes A partir de los valores obtenidos en la tabla del punto anterior y aplicando las ecuaciones [36] y [37], los coeficientes resultantes que caracterizan la SPRT calibrada para este subrango son:

a5 = – 4,569829 ·10 – 4

b5 = – 5,713339 ·10 – 4


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3.3. Conversión Resistencia – Temperatura de una SPRT

Como en el apartado anterior, al tratarse de sondas de referencia, la normativa de aplicación es la ITS-90. En el sistema actual es el propio termómetro digital Hart 1560 el encargado de convertir el valor de la resistencia obtenida de la SPRT a temperatura, tal como se hace referencia en sus especificaciones. Pero el método utilizado tampoco queda reflejado. Dado que en el SVC-T se utiliza el Hart 1560 únicamente para obtener valores de resistencia de las PRT leídas, es dentro del mismo programa donde se realizan las conversiones de resistencia a temperatura según los siguientes cálculos. Una vez se dispone de los coeficientes que caracterizan una SPRT en cada subrango, de acuerdo a la ITS-90, se puede determinar cuál es el valor de su función de desviación (tabla 2). Esta función determina el error entre la característica del estándar y la SPRT definida. En el presente proyecto, dado que se trabaja siempre en unos subrangos determinados (5 y 8) y que estos tienen la misma forma, la ecuación de desviación queda:

[ ] [ ]2)90()90()90( 1·1· −+−=∆ TTT WbWaW [38]

De la ecuación [38] se obtienen dos pares de valores distintos: un par para las conversiones en las que la resistencia leída de la SPRT es menor que la resistencia en el TWP (coeficientes a5,b5), y otro par para las conversiones en las que la resistencia leída de la SPRT es mayor que la resistencia en el TWP (coeficientes a8,b8). También se conoce el ratio W(T90) tras sustituir, según la ecuación [10], la resistencia en el TWP (determinada en el certificado de calibración) y la resistencia obtenida en ese punto de consigna.

)15,273(

)90()90(

K

TT R

RW = [10]

Luego, según la norma ITS-90, para poder realizar la conversión se precisa conocer cuál es el ratio de referencia Wr(T90) en un punto de consigna determinado. Este ratio de referencia se obtiene según la ecuación:

)90()90()90( TTT WWWr ∆−= [11]

Cuando el ratio de referencia queda definido en un punto de consigna, se retoman las ecuaciones inversas de la ITS-90. La norma determina cuales son los dos polinomios a desarrollar para obtener la conversión de resistencia a temperatura. En función del subrango de trabajo se escoge entre las ecuaciones [13] y [15].


- 90 -

- Se escoge la ecuación [13] si la resistencia leída en la SPRT es menor que la RTWP.

- Se escoge la ecuación [15] si la resistencia leída en la SPRT es mayor que la RTWP.

Los coeficientes de Bi y Di quedan definidos en el estándar, según la tabla 1. En función del subrango en que se esté trabajando, se resuelve una de las dos ecuaciones anteriores, obteniéndose la temperatura de la SPRT a partir de su resistencia. En el apartado 3.2 se muestra como se obtienen los coeficientes de una SPRT (para el subrango 5) a partir de los valores reales de un certificado de calibración. Para completar el ejemplo del presente apartado, se muestra a continuación cómo se obtiene la temperatura de dicha SPRT para valores de resistencia de la SPRT menores que RTWP. El valor de resistencia utilizado son 23,4 Ω.

1. Se recuperan los coeficientes a5 y b5

a5 = – 4,569829E-04 b5 = – 5,713339E-04

2. Cálculo de la función de desviación (según [38]).

5-2,57069E15596,25

4,23·4-5,713339E 1

5596,25

4,23·4-4,569829E

2

)90( =

−+

−=∆ TW

3. Cálculo del ratio de referencia para la resistencia de interés (según [11])

0,91548165-2,57069E5596,25

4,23)90( =−=TWr

4. Obtención de la temperatura correspondiente

Como se trata de valores del subrango 5, a partir de los cálculos realizados con los puntos de fusión y del galio, para obtener la temperatura correspondiente a un valor de resistencia leído de la SPRT (menor que la RTWP) se utiliza la ecuación [13]. Para una resistencia de 23,4 Ω la temperatura correspondiente son – 21,12 ºC.


- 91 -

3.4. Cálculo de coeficientes R0, A, B y C de una PRTI caracterizada

A continuación se ejemplifican los pasos a seguir para obtener los coeficientes de una PRT industrial, donde la normativa de aplicación es la IEC 60751. En el proceso actual, para obtener los coeficientes de una PRTI se debe introducir la tabla resultante de la calibración en el Hart 9933 Tableware. Esta tabla, donde se relacionan los valores del patrón con los del EBP (TªSPRT vs REBP), se obtiene con el software de calibración Hart 9932 Calibrate-It. Como se puede observar, sigue habiendo la dependencia de dos programas independientes, entre los cuales se deben volcar los datos manualmente. Esta posible fuente de error queda solucionada con el SVC-T, ya que él mismo genera los coeficientes de la PRTI caracterizada a partir de su tabla de calibración. Además, todos los cálculos quedan expuestos permitiendo su trazabilidad. Tal como indica la norma IEC 60751, la caracterización de PRTIs se realiza mediante los modelos de Callendar – Van Dussen. La ecuación [8] expresa cuál es este modelo para todo el rango de temperaturas (teniendo en cuenta que C = 0 para T > 0 ºC):

)]100·(···1·[ 320)( −+++= TTCTBTARRT , [8]

Figura 41: relación Tª vs. R de una PRTI Igual que en el caso de las SPRT, como resultado de una calibración se obtienen n pares de puntos, aunque en este caso se relaciona la temperatura de obtenida de la SPRT con la resistencia del EBP. Para determinar los coeficientes de CVD que caracterizan una PRTI, a partir de los cuales se obtiene su característica (aproximación de color rojo en la figura 41), también se procede a realizar un ajuste por mínimos cuadrados.

Tª de la SPRT Resistencia de la PRTI -10,0032 96,6532 0,0124 101,0435 99,8976 137,6847 199,8962 176,2972 299,7331 211,1955

Tabla 12: ejemplo de los resultados de calibración de una PRTI


- 92 -

En la bibliografía se menciona un libro muy conocido en el mundo de la termodinámica. Se trata de “Traceable Temperatures”, de J.V. Nicholas y D.R. White. En este libro se muestra una variante de este tipo de cálculos. Más concretamente, en el anexo A.1.3 aparece un modelo matricial que implementa el ajuste por mínimos cuadrados para una PRTI mediante el modelo de Callendar – Van Dussen. Para implementarlo, se introduce el concepto de ratio.

)]100·(···1[ 32)( −+++= TTCTBTAWT , [39]

0

)()( R

RW T

T = [40]

Al igual que en la ITS-90, el ratio indica una relación de resistencias. Se debe remarcar que en la ITS-90 el denominador de la ecuación [40] es la resistencia de la SPRT en el TWP (a 0,01 ºC). Este valor se obtiene con la calibración a puntos fijos mediante una célula de TWP, luego su fiabilidad es alta (de acuerdo con la baja incertidumbre de calibración de la SPRT en este punto, alrededor de los 7 mºC). En cambio, para el modelo de Callendar – Van Dussen, el denominador representa la resistencia de la PRTI a 0 ºC. Como consecuencia, dado que resulta improbable que ningún baño húmedo consiga estabilizarse exactamente a 0 ºC, es necesario estudiar los pares de puntos para deducir el valor de la resistencia de la PRTI a 0 ºC y así obtener su ratio. Se realiza como ajuste una regresión polinomial mediante uno de los módulos de cálculo de que dispone LabVIEW. Este módulo extrae los coeficientes del polinomio de interpolación que mejor se ajusta a los pares de puntos obtenidos en la calibración. El único término de interés de los coeficientes del polinomio obtenido es el término independiente (no depende de la temperatura, es decir, para T = 0 ºC), que indica el valor de resistencia R0. Una vez obtenido su valor de resistencia a 0 ºC, se sustituye en la tabla de calibración de la PRTI.

Tª de la SPRT Resistencia de la PRTI -10,0032 96,6532

0 101,0382 99,8976 137,6847 199,8962 176,2972 299,7331 211,1955

Tabla 13: tabla de resultados modificada para la caracterización Esta modificación, aplicada de acuerdo con el modelo de Callendar – Van Dussen permite desarrollar el cálculo matricial para la obtención de los coeficientes, tal como se expone en el anexo A.1.3 del libro mencionado, “Traceable Temperatures”. A continuación se muestra el modelo matricial, considerando que C = 0 para T > 0 ºC.


- 93 -

( )

( )

( ) ( ) ( )

( )( )

( ) ( )

−−−−

×

−−−

−

−

=

∑∑∑

∑∑∑

∑∑∑

∑∑∑

<

−

<<<

<

<

0

3

2

1

265

0

4

543

432

]1·[100·

]1[·

]1·[

100·100·100·

100·

100·

i

iii

i

i

tiii

ii

ii

otii

otii

tii

otiiii

otiiii

tWtt

tWt

tWt

tttttt

tttt

tttt

C

B

A [41]

De aplicar este sistema se obtienen los coeficientes que caracterizan una PRTI. Para los valores de la tabla 13, los coeficientes obtenidos son:

Coeficiente Valor Coeficiente Valor A 3,7535 · 10 -3 α 3,7180 · 10 -3 B - 3,5485 · 10 -7 δ 9,5441 · 10 -1 C - 5,2832 · 10 - 8 β 1,4210 · 10 3 R0 101,0382 Ω

Tabla 14: coeficientes obtenidos de la caracterización de una PRTI En el SVC-T se generan las distintas matrices a partir de los valores obtenidos en la calibración y en la interpolación. Tras realizar la operación establecida en [41], se generan y almacenan los correspondientes coeficientes de la PRTI caracterizada. Dado que la norma IEC 60751 también acepta que se trabaje en términos de α, β y δ, el SVC-T realiza las conversiones necesarias para obtener estos otros coeficientes. Estas conversiones, adaptadas de las ecuaciones [4], [5] y [6], permiten hallar estos nuevos valores y almacenarlos junto con los coeficientes A, B y C.


- 94 -

3.5. Conversión Resistencia – Temperatura de una PRTI

Al tratarse nuevamente de PRTIs, se aplican también los criterios establecidos en la norma internacional IEC 60751. Esta conversión se realiza únicamente en el proceso de clasificación. Actualmente, esta conversión la realiza el propio termómetro digital, el Hart 1560, que manda directamente los valores de temperatura del EBP al programa Hart 9932 Calibrate-It. Pero, al igual que en casos anteriores, en su documentación no se especifica el método utilizado. Como ya se ha mencionado, el SVC-T utiliza el termómetro Hart 1560 exclusivamente para realizar las lecturas de resistencia de las PRTI. Las conversiones de resistencia a temperatura las realiza el propio programa mediante el proceso que se describe en este apartado. El modelo utilizado, tal como indica la norma, es el de Callendar – Van Dussen. Si recordamos las ecuaciones de aplicación en este caso, tenemos:

para T > 0 ºC → ]··1·[ 20)( TBTARRT ++= [7]

para T < 0 ºC → )]100·(···1·[ 32

0)( −+++= TTCTBTARRT [8]

Los coeficientes R0, A, B y C utilizados para obtener la temperatura asociada a un valor de resistencia del EBP son los indicados en el estándar de la norma IEC 60751.

Tabla 15: coeficientes y valores del estándar IEC 60751 Como se ha mencionado en el apartado 3.4, Callendar – Van Dussen distingue entre dos rangos de temperatura a la hora de aplicar su modelo. El punto crítico se encuentra en los 0 ºC, que según el estándar corresponde a 100 Ω para una PT100 (todas las PRTI calibradas son del tipo PT100). Cuando la resistencia medida en la PRTI es mayor que 100 Ω, la conversión se realiza con la ecuación [7] aislando el término de la temperatura. El proceso es relativamente sencillo, pues se trata de resolver una ecuación de segundo grado aplicando:

B

R

RBAA

T

T

·2

1··40

2

−−+−

= [42]

Si, por ejemplo, el valor de RT es 138 Ω, la temperatura correspondiente son 98,67 ºC.

Coeficiente Valor Coeficiente Valor A 3,9083 · 10 -3 α 0,00385 B - 5,775 · 10 -7 δ 1,4999 C - 4,18301· 10 -12 β 0,10863 R0 100 Ω


- 95 -

En cambio, cuando la resistencia medida en la PRTI es menor a 100 Ω, la conversión se complica ya que la ecuación [8] es de cuarto grado y se requiere de métodos numéricos complejos para obtener la temperatura. Existen diversos caminos para solucionar este cálculo. Uno de los métodos más conocidos es el método de Lagrange. Otro de los métodos más importantes, con una mayor precisión, es el método de Newton. Pero algunas veces aparecen problemas de convergencia, con lo que su aplicación resulta tediosa. Para solucionar este apartado se ha implementado un modelo de aproximaciones sucesivas. No es tan potente como los métodos mencionados anteriormente, pero si tenemos en cuenta que en el estándar de la norma la precisión llega a las centésimas de grado, este método aporta la suficiente precisión para resolver estos cálculos de manera correcta.

BA

R

R

T

T

·100

10

1 +

−= [43]

320

32

1··4··300··2

)100·(···1

nnn

Tnnnn

nnTCTCTBA

R

RTTCTBTA

TT+−+

−−+++−=+ [44]

La ecuación [43] indica el estado inicial (T1). A continuación, las aproximaciones sucesivas se implementan mediante la ecuación [44], donde el número de aproximaciones determina la precisión obtenida. En el programa se ejecutan cinco iteraciones, pues son suficientes para asegurar la milésima de grado (aunque, de acuerdo a la norma, los valores obtenidos se redondean hasta las centésimas de grado). Si, por ejemplo, el valor de RT es 94 Ω, la temperatura correspondiente son –15,32 ºC.


- 96 -

3.6. Consideraciones de una PRTI clasificada

Para este apartado se sigue considerando la norma IEC 60751, dado que se sigue haciendo referencia a PRTIs. Como se apunta en el apartado anterior, en el sistema actual el propio termómetro digital realiza la conversión de resistencia a temperatura, aplicando los coeficientes del estándar para, a continuación, realizar la pertinente clasificación. Los métodos utilizados para realizar esta conversión no están definidos en la documentación, y por lo tanto no son trazables. En el apartado 3.5 se expone como el SVC-T calcula la temperatura asociada a un valor de resistencia de la PRTI. De esta manera se consiguen los valores de temperatura necesarios para realizar la verificación de la clase del EBP calibrado, mediante cálculos trazables como se muestra a continuación. A diferencia del apartado 3.4, cuando se clasifica una PRTI no se calculan sus coeficientes, sino que se utilizan los coeficientes definidos en el estándar de la IEC 60751 (Tabla 15). Para entender este proceso, se define la clasificación como una prueba de conformidad que relaciona las lecturas obtenidas por una PRTI con los valores estandarizados de la norma, y verifica el grado de cumplimiento a lo largo de todo el rango de temperaturas.

Figura 42: característica de una PRTI respecto al estándar En el ejemplo simulado de la figura 42, que bien podría representar un caso real, aparecen la característica de una PRTI y la característica del estándar. Tras realizar las lecturas de la PRTI y la posterior conversión de resistencia a temperatura, se procede a comprobar la desviación entre ambas características para cada punto de consigna. Luego, para poder realizar esta comprobación, el SVC-T genera una nueva tabla de calibración donde aparecen los valores de Tª obtenidos de la SPRT y los valores de Tª obtenidos de la PRTI bajo prueba.

Tª de la SPRT Tª de la PRTI -10,0032 -10,2213 0,0143 -0,0871 99,8976 100,1538 199,8962 200,4972 299,7331 300,1955

Tabla 16: ejemplo de tabla de calibración para la clasificación de una PRTI


- 97 -

Una vez obtenidas las temperaturas asociadas a cada punto de consiga y generada la correspondiente tabla, se verifica la clase a la que pertenece la PRTI. Para ello, la norma IEC 60751 tiene definidas las distintas clases del estándar y sus respectivas tolerancias.

Tabla 17: clases de tolerancias de la norma IEC 60751 Las clases citadas en la tabla 17, de utilización en el laboratorio de termometría para procesos de clasificación, son algunas de las que considera el estándar. En esta tabla aparecen ordenadas verticalmente de mayor a menor en cuanto a sus restricciones, siendo 1/3 B la más restrictiva. Existe también, por ejemplo, la clase 1/10 B. Sin embargo, cuando se pretende clasificar una RTD con tanta precisión es más efectivo caracterizarla y darle sus propios coeficientes. De esa manera, la tolerancia que describe el comportamiento de la sonda es directamente la incertidumbre resultante de su calibración. Para verificar si una PRTI cumple con una determinada clase, se calcula cuál es la tolerancia máxima de dicha clase en cada punto de consigna, y se comprueba si el valor de la PRTI está dentro de esa tolerancia respecto la lectura del patrón. El método comienza evaluando la clase más restrictiva, que en este caso es la clase 1/3 B.

( ) ( ) 1167,00032,10·00167,01,0·00167,01,03/1 =−+=+= TBtolerancia ºC

La tolerancia en el primer punto de consigna para la clase 1/3 B es de 0,1167 ºC. La temperatura obtenida de la PRTI para ese punto es -10,2213 ºC, por lo tanto no se cumple la tolerancia de esta clase:

]1167'00032'10,1167'00032'10[2213'10 +−−−∉−

A continuación, se comprueba la siguiente clase en el mismo punto de consigna:

( ) ( ) 17,00032,10·002,015,0·002,015,0 =−+=+= TAtolerancia ºC

La tolerancia de la clase A obtenida es de 0,17 ºC. En este caso tampoco se cumple la tolerancia, ya que:

]17'00032'10,17'00032'10[2213'10 +−−−∉−

Finalmente, se comprueba la última clase:

( ) ( ) 35,00032,10·005,030,0·005,030,0 =−+=+= TBtolerancia ºC

Clase Tolerancia

1/3 B ( ) CT º·00167,010,0 +

A ( ) CT º·002,015,0 +

B ( ) CT º·005,030,0 +


- 98 -

La tolerancia de la clase B obtenida es de 0,35 ºC. En este último caso sí se cumple la tolerancia, ya que:

]35'00032'10,35'00032'10[2213'10 +−−−∈−

Por lo tanto, esta PRTI tomada como ejemplo de la tabla 16 tendría asignada la clase B en el primer punto de consigna. A continuación, se realiza el mismo procedimiento, paso a paso, para los puntos de consigna restantes. Para cada SP, la diferencia entre la lectura del patrón y la lectura del EBP se indica en la tabla de calibración del informe de resultados, en la columna de corrección. Una vez comprobados todos los puntos de consigna, la clase asignada a un equipo es la clase menos restrictiva de las obtenidas. Se debe considerar que si en algún punto de consigna no se cumple con ninguna de las tolerancias, de acuerdo con las clases especificadas en la tabla 17, el resultado de la clasificación es directamente un “No pasa”. Esa PRTI queda descartada, por lo que no es necesario seguir comprobando los demás puntos. Este hecho es poco habitual, ya que las PRTI se fabrican para cumplir con una determinada clase (especificada en la documentación que entrega el fabricante). Sin embargo, es posible que debido a las condiciones de trabajo una PRTI pueda desviarse, e incluso perder la clase inicialmente asignada. Para verificar si una PRTI se desvía o no de sus especificaciones, se realiza una prueba adicional: prueba de derivas. Esta prueba, ajena al propio proceso de calibración, sirve para constatar el buen estado de una PRTI, indistintamente del resultado de la calibración. El proceso de clasificación es el más habitual para calibrar PRTIs.

Sistema Virtual de Calibración en Temperatura ANEXOS

- 99 -



MEDIANTE LABVIEW

4. ANEXOS


- 100 -

ÍNDICE

4.1. El SVC-T..................................................................................................pág. 101

4.1.1. Introducción...................................................................................pág. 101

4.1.2. Introducción de datos, parámetros y especificaciones ..................pág. 101

4.1.3. Configuración de los instrumentos................................................pág. 112

4.1.4. Proceso de calibración...................................................................pág. 117

4.1.4.1. Verificaciones previas .............................................................pág. 117 4.1.4.2. Ubicación de las PRT en los MIC ...........................................pág. 117 4.1.4.3. Lectura de una PRT.................................................................pág. 118 4.1.4.4. Diagrama de flujo del proceso.................................................pág. 119

4.1.5. Tratamiento de resultados..............................................................pág. 131

4.1.5.1. Tratamiento para la clasificación ............................................pág. 134 4.1.5.2. Tratamiento para la caracterización ........................................pág. 137

4.1.6. Creación de los Informes de Calibración ......................................pág. 140

4.1.6.1. Controles ActiveX...................................................................pág. 142

4.1.7. Informes de calibración .................................................................pág. 149

4.2. Manual de usuario ....................................................................................pág. 156

4.2.1. Introducción...................................................................................pág. 156 4.2.2. Procedimiento PMI-XXX..............................................................pág. 156

4.3. El proceso en imágenes ............................................................................pág. 171


- 101 -

4.1. El SVC-T

4.1.1. Introducción

En esta última sección se analiza el SVC-T por completo. Se ofrecen visualizaciones de algunas secciones del programa, junto con una explicación de sus funciones y de cómo trabajan los módulos. En los últimos apartados se muestran dos ejemplos de certificado de calibración (caracterización y clasificación), tal como los ha generado el SVC-T, correspondientes a una de las pruebas de verificación realizadas durante el transcurso del proyecto. Antes de iniciarse la ejecución del programa, el operario debe preparar el montaje de las sondas, tanto de la SPRT como de las PRTI que se van a calibrar, siguiendo la distribución detallada en el apartado 4.1.4.2. El baño en el que debe ubicarlas inicialmente, según el primer SP acorde al procedimiento interno, es el Hart 7320. El SVC-T se divide en cinco secciones principales: introducción de parámetros, configuración de los instrumentos, proceso de calibración, tratamiento de resultados y generación de informes. La ejecución es secuencial, dadas las características del proceso. Además, se ha realizado toda la programación a prueba de errores, de manera que el SVC-T responde a las posibles alteraciones acontecidas durante el proceso.

4.1.2. Introducción de datos, parámetros y especificaciones La primera sección del programa realiza la captura de las distintas variables y parámetros necesarios para la calibración, de acuerdo con los instrumentos utilizados. También requiere de otros datos necesarios para la generación de los informes, de manera que se pueda registrar el personal que realiza la prueba, las horas de inicio y fin, y las condiciones ambientales bajo las que se realiza la calibración (necesarias para poder garantizar el correcto funcionamiento de los instrumentos).

- Operario Para que así conste en el informe de resultados, se requiere la introducción del nombre del operario que ha realizado la prueba. Este dato debe ser introducido obligatoriamente; en caso de dejarse en blanco, el programa no permite avanzar. - Condiciones ambientales

También se requiere la introducción de las condiciones ambientales del laboratorio (humedad y temperatura). Algunas de las especificaciones de los distintos instrumentos (como la precisión del termómetro digital) son válidas únicamente para un rango de temperatura y humedad determinado. Al registrarse las condiciones de la prueba se puede validar la elección de dichas especificaciones para los cálculos posteriores. El programa tampoco avanza hasta rellenarse los dos campos.


- 102 -

Figura 43: DdB del módulo de captura de datos del operario

Figura 44: DdB del módulo de captura de condiciones ambientales En los módulos anteriores se puede observar como se verifica la introducción los parámetros requeridos. En caso de no cumplirse la condición, aparece un mensaje de advertencia en la pantalla. Tal como se detalla a lo largo de los siguientes apartados, en cada mensaje de error se identifica el motivo de la aparición de éste, así como las correcciones que se deben realizar.

- Puntos de consigna En este apartado se requiere la introducción de los distintos puntos de consigna sobre los cuales se va a realizar la calibración. El procedimiento interno especifica que los puntos de consigna van relacionados con las temperaturas de operación de la planta. Siempre se realizan en -10 ºC, 0 ºC, 100 ºC, 200 ºC y 300 ºC, de manera que se garantiza una repetibilidad de las pruebas a lo largo de las distintas calibraciones de un mismo equipo. De esta manera, se puede controlar mejor la deriva de las PRTI entre calibraciones mediante otro procedimiento, ajeno a la calibración. Para pruebas excepcionales, se permite realizar la calibración para menos puntos de consigna. De hecho, se puede elegir entre 2, 3, 4 o 5 puntos. Para cada uno de los puntos de consigna escogidos se deben introducir siempre cuatro parámetros, limitados según restricciones de las especificaciones y necesarios para el proceso de calibración:


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• Temperatura del SP: es la temperatura en la cual se sitúa el baño para un punto de consigna. Está limitada entre -20 ºC y 300 ºC, de acuerdo con los rangos de los baños húmedos disponibles.

• Tolerancia: es el valor extremo del error de medida, con respecto a un valor

de referencia conocido, permitido por especificaciones o reglamentaciones. Se utiliza para limitar el margen de valores obtenidos por lecturas de la SPRT que valida el proceso. Está limitada entre 0,01 ºC y 0,1 ºC.

• Tiempo de estabilidad: conocida la estabilidad como la aptitud de un

instrumento de medida para conservar constantes sus características metrológicas a lo largo del tiempo, este parámetro indica el tiempo máximo durante el cual se realizan las pruebas de calibración de un EBP. Si pasado este periodo las lecturas de la SPRT no cumplen con la tolerancia especificada o no entran en la ventana, el proceso se detiene y se espera la modificación de parámetros por el operario. Limitado entre 8 y 20 minutos.

• Ventana de estabilidad: indica los márgenes superior e inferior respecto el

punto de consigna. Cuando el valor de la lectura obtenido en el instrumento de referencia alcanza esta ventana, comienza un ciclo de espera (acorde a las especificaciones del tiempo de estabilidad de los baños). Pasado este ciclo de espera, se empiezan a realizar las lecturas correspondientes para la calibración. Está limitada entre 0,1 ºC y 5 ºC.

Para la introducción de estos cuatro parámetros también existe un control de errores que verifica si los datos introducidos están dentro del rango de valores permitidos. Para advertir al operario de los valores incorrectos aparece una ventana emergente y, hasta que no se corrigen todos los parámetros, el SVC-T no avanza. Los valores que están fuera de rango se acompañan mediante un marcador luminoso para facilitar su detección. Finalmente, en el caso de introducirse aleatoriamente los puntos de consigna, el SVC-T los ordena internamente de menor a mayor antes de continuar, de manera que se empezará el proceso por el SP más pequeño.

Figura 45: PF del módulo de especificaciones para el SP5


- 104 -

Figura 46: DdB del módulo de especificaciones para el SP1


- 105 -

- Baños de temperatura Una vez introducidos correctamente todos los parámetros de los puntos de consigna escogidos, se muestra en pantalla las especificaciones de los dos baños húmedos de temperatura que se disponen en el laboratorio para realizar la calibración de PRTIs por comparación. Esta aparición es a nivel informativo, y se indica la referencia de los equipos para contrastar su disponibilidad en el laboratorio.

Figura 47: PF de especificaciones de los MIC - Termómetro digital En este apartado se deben introducir las especificaciones de los módulos del termómetro Hart 1560 “Black Stack” necesarios para realizar la calibración. De los distintos módulos anidables existentes, en el laboratorio se dispone de los esenciales para llevar a cabo este proceso: el módulo de lectura de las SPRT (Hart 2560) y los módulos de lectura de las PRTIs (Hart 2562 para PT100 y Hart 2568 para PT1000). Inicialmente se debe escoger qué módulo/s de lectura de PRTIs se pretende utilizar, en función de los EBP a calibrar. A continuación, de los módulos escogidos se introducen su número de serie y su identificación, para que así conste en el informe de calibración. Además, también se debe introducir las fechas de calibración de cada módulo (la fecha de la última calibración y la fecha de su vencimiento). El programa interpreta estas fechas y, en caso de una incongruencia, advierte al operario y aconseja que se revisen los datos introducidos. De todo ello se encarga el control de errores. Finalmente, es el operario quien decide si el proceso debe continuar.


- 106 -

Figura 48: PF de especificaciones del termómetro Hart 1560

En el ejemplo de la figura 48 se observa el panel frontal de especificaciones para el termómetro digital, habiéndose escogido los módulos Hart 2560 y Hart 2562. El módulo de lectura de PRTIs de alta impedancia queda deshabilitado. Una vez se han introducido los datos se realiza su procesado, verificándose las fechas introducidas. Como en el caso de los SP, los parámetros que no cumplen con los valores esperados se marcan con un indicador luminoso para su fácil detección. Tras la introducción de los parámetros, el programa permite modificarlos o incluso escoger nuevamente los módulos a utilizar antes de pasar a las especificaciones de la sonda patrón, tal como se observa a continuación.

Figura 49: PF de verificación de datos introducidos para el Hart 1560


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Figura 50: DdB de comprobación de fechas de vencimiento - SPRTs Una vez introducidos y comprobados todos los parámetros relacionados con los módulos del termómetro digital, se procede a cumplimentar los datos referentes a la sonda de referencia utilizada en la calibración. El programa se ha diseñado para poder escoger una sonda de referencia entre los tres tipos disponibles. Dos de ellas, la Rosemount 162-C (PT25) y la Rosemount 162-P (PT100), son patrones que se calibran en laboratorios exteriores acreditados en puntos fijos. De ambas se posee un certificado de calibración, con su correspondiente sello de ENAC, que garantiza la veracidad de dichas calibraciones bajo las restricciones que deben cumplir los laboratorios acreditados. Como tercera opción, para casos esporádicos de comprobación, existe la posibilidad de utilizar una sonda caracterizada en el mismo laboratorio. Inicialmente se procede a la elección de la SPRT que se pretende usar en el proceso de calibración. A continuación, se deben introducir todos los datos que definen la SPRT escogida. Además de su identificación y su número de serie, se debe especificar en qué canal del módulo Hart 2560 se va a conectar (existen dos canales disponibles en este módulo: canal 1 y canal 2). Finalmente, se deben introducir los parámetros obtenidos de los resultados de su respectivo certificado de calibración, además de la deriva entre sus calibraciones, dispuestos en una tabla como la siguiente:

Indicación del patrón (ºC)

Resistencia medida en la SPRT (Ω)

Incertidumbre de calibración (ºC)

Deriva entre calibraciones (ºC)

-38,8344 21,5774 0,009 0,0066

0,01 25,5596 0,007 0,0052

29,7646 28,5776 0,009 0,0043

231,928 48,3735 0,010 0,0181

419,527 65,6504 0,011 0,0262 Tabla 18: resultados de un certificado de calibración (Rosemount 162-CE)


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Es a partir de los valores de las dos primeras columnas de la tabla 18 que el SVC-T calcula los coeficientes que caracterizan la SPRT según la ITS-90. Las dos columnas de la derecha permiten realizar el cálculo de su contribución a la incertidumbre.

Figura 51: DdB de introducción de datos de la SPRT

Figura 52: PF de introducción de datos de la SPRT El control de errores permite en este caso verificar si se ha escogido uno de los dos canales permitidos del módulo Hart 2560, además de comprobar si las fechas de calibración introducidas son correctas. Es el operario quien, tras introducir los parámetros de la SPRT y rellenar su correspondiente tabla de calibración, decide si el proceso debe continuar adelante o bien procede a modificar algún valor introducido erróneamente.


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Figura 53: PF de introducción de la tabla de calibración de la SPRT

- EBPs La introducción de los valores correspondientes a las características de las PRTI que se pretende calibrar es el último apartado referente a la introducción de datos, especificaciones y parámetros de los instrumentos que se van a utilizar en la calibración. El SVC-T, de acuerdo con las restricciones del número de canales del termómetro y de las dimensiones de los pozos de los baños húmedos de temperatura, permite calibrar hasta 8 equipos en un mismo proceso. Cada uno de estos equipos puede ser clasificado o caracterizado, según las necesidades que deba cubrir. Una vez escogido el número de PRTIs que se pretende calibrar, se procede a introducir los parámetros correspondientes de cada una de ellas. Inicialmente, se debe escoger si se trata de una PT100 o una PT1000. Habitualmente, en el laboratorio de termometría se trabaja con sondas PT100; muy rara vez se calibran sondas de alta impedancia. Cuando se ha determinado el tipo de sonda, se introducen los datos propios del EBP: número de serie, identificación, modelo y orden de trabajo correspondiente. Además, como en el caso de las SPRT, se debe indicar en qué canal de los módulos Hart 2562 (canales 3 – 10) o Hart 2568 (canales 11 – 18) van a ir conectadas. Introducidos todos los parámetros de las distintas PRTI a calibrar, aparece una pantalla resumen que permite al operario revisar todos los datos. Si alguno de los datos no es correcto, se brinda la opción de modificar los parámetros necesarios. Para facilitar esta tarea, el SVC-T mantiene todos los datos introducidos inicialmente, de manera que solo hay que modificar los convenientes.


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Figura 54: PF de elección del canal de conexión del EBP1 Como se observa en la figura 54, a la hora de escoger el canal del termómetro al que se pretende asociar un EBP, el propio SVC-T expande un desplegable que contiene los canales disponibles en función del módulo que se pretende utilizar (en este caso, el Hart 2562 permite escoger un canal entre los que tiene asignados: del 3 al 10). Cuando se introducen los datos del los siguientes EBP el programa detecta qué canales se han seleccionado previamente, de manera que no permite continuar con la introducción de más equipos hasta escoger uno de los canales libres del módulo correspondiente.

Figura 55: PF de un canal de conexión para un EBP ya ocupado


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Figura 56: PF de elección del tipo de calibración del EBP1 En la figura 56 se observa como el programa ofrece también un desplegable con los dos tipos de calibraciones que se pueden realizar, de manera que sólo se debe escoger la modalidad deseada para ese EBP.

Figura 57: PF resumen de los parámetros introducidos para 4 EBPs En la figura 57 aparece un resumen con todos los EBP introducidos. Concretamente, en esta simulación se han introducido los datos correspondientes a 4 PRTIs. En el caso de detectar algún valor erróneo a la hora de revisar los datos introducidos, el SVC-T permite rectificar y modificar los valores deseados. En caso de querer quitar o añadir un EBP a la prueba, se permite cambiar el número de EBPs. Los datos introducidos previamente también se mantienen, de manera que se facilita esta tarea.


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4.1.3. Configuración de los instrumentos Antes de iniciar la propia calibración, es fundamental programar correctamente las distintas opciones y funcionalidades de los equipos, tanto del termómetro digital como de los baños. De esta manera, se garantiza que las capturas, las comunicaciones y las transferencias de datos ocurridas durante la calibración se realizan adecuadamente. Para realizar las configuraciones de los instrumentos se utiliza la comunicación por puerto serie, mediante el protocolo RS-232, de que disponen tanto los medios isotermos como el termómetro digital. En LabVIEW existen unos módulos estándar para la comunicación serie, conocidos como VISA, que tras ser adaptados a los requisitos del proceso sirven de lazo de comunicación entre los elementos hardware que interviene en la calibración. Permiten una comunicación bidireccional, tanto para emitir órdenes desde el PC como para captar la información procedente de los instrumentos. Los parámetros principales que se debe tener en cuenta para garantizar la correcta comunicación con los instrumentos son:

• Puerto COM del PC: especifica el puerto serie (USB) al que va asociado cada instrumento. Los MIC tienen asignado el puerto COM4, mientras que al termómetro digital va asignado el COM6 (detallado en el apartado 4.2).

• Baud Rate: determina la velocidad de comunicación entre el PC y los

instrumentos. Según las especificaciones de los dos MIC y del termómetro digital utilizados, la velocidad óptima de comunicación es de 2400 b/s para ambos casos. No es una velocidad elevada, pero dadas las características del proceso de calibración en temperatura no supone ningún contratiempo.

• Linefeed: establece el carácter que da fin a la transmisión de una instrucción.

En ambos casos se trata de un “retorno de carro”. Éste se añade mediante programación, de manera automática, al final de cada cadena de caracteres que contienen la instrucción correspondiente.

• Duplex mode: este modo permite recuperar la instrucción que se manda a un

instrumento, permitiendo su feedback con el SVC-T para verificar la correcta transmisión de las instrucciones.

Todas las configuraciones referentes a la comunicación con los instrumentos se realizan de manera automática por el SVC-T (a excepción del Baud Rate de los baños, que debe configurarse manualmente según las especificaciones del fabricante). En el caso de los MIC es suficiente con configurar los parámetros anteriores dado que la única comunicación que se realiza durante la calibración es para cargar los SP indicados en las especificaciones. Para realizar esta configuración, previamente se detecta cual es el primer SP que se utilizará, y se requiere la conexión del MIC oportuno. Sin embargo, el caso del termómetro digital es más completo. No solo se debe configurar los parámetros para la comunicación, sino que también se debe configurar la funcionalidad de cada uno de los módulos necesarios para realizar las lecturas de las distintas PRT.


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Figura 58: DdB de configuración del Baud Rate del termómetro Hart 1560


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En la figura 58 se muestra cómo configurar el Baud Rate del termómetro. Para ello se realiza un barrido con las distintas velocidades permitidas y, para cada una de ellas, se lanza una instrucción de identificación del instrumento. Cuando el instrumento retorna su identificación correctamente, se ha localizado el Baud Rate de su configuración anterior. Acto seguido se procede a configurar los parámetros mencionados al inicio de este apartado, de manera secuencial, finalizando con la carga del valor óptimo del Baud Rate: de 2400 b/s. Para poder llevar a cabo la configuración de estos parámetros, se ha realizado una adaptación del subVI VISA, como se muestra a continuación.

Figura 59: DdB del subVI COM Term para comunicación con el Hart 1560 Una vez configurados los parámetros de comunicación del termómetro digital, se debe configurar cada uno de los módulos que intervienen en la calibración. Esencialmente se realizan dos configuraciones referentes al modo de lectura de las sondas.

• Lectura de las PRT a 4 hilos Un aspecto importante es el método utilizado para obtener las lecturas de las PRT. De acuerdo con lo expuesto en el apartado 2.6.4.5.3, el método más adecuado es la conexión a 4 hilos. De hecho, las especificaciones del fabricante del termómetro indican el error que se debe tener en cuenta cuando las lecturas se realizan con este tipo de conexión (referidos a la hora de realizar el cálculo de las contribuciones a la incertidumbre). También se configura la corriente con que se va a alimentar a los sensores, dado que las PRT son instrumentos paramétricos y necesitan de alimentación exterior. Esta configuración se aplica a todos los módulos utilizados, tanto en el Hart 2560 para lectura de SPRTs como en el Hart 2562 y el Hart 2568 para lectura de PRTIs. En estos dos últimos módulos, dado que los 8 canales de cada módulo están en dos filas distintas, se debe configurar cada fila por separado. Existe la posibilidad de alimentar 4 sondas con 1 mA y otras 4 sondas con 1,41 mA en el mismo módulo. En el SVC-T, todos los módulos del Hart 1560 se configuran a 1 mA.


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Figura 60: DdB para lecturas a 4 hilos de los módulos del Hart 1560


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• Captura directa de resistencia Por otra parte, tal como se especifica en el apartado 3.3, en el sistema actual de calibración no sólo se utiliza el termómetro digital para realizar las lecturas en términos de resistencia de la PRT, sino que también realiza las conversiones de resistencia a temperatura según los valores obtenidos de dichas lecturas. Sin embargo, dado que se desconoce exactamente cuales son los métodos utilizados para realizar dicha conversión, no es posible trazar los resultados obtenidos. El SVC-T utiliza el termómetro exclusivamente para obtener la lectura directa de las PRT en términos de resistencia. Las conversiones de resistencia a temperatura las realiza el propio programa de manera transparente, con cálculos abiertos basados en la ITS-90, lo que garantiza una trazabilidad de los valores obtenidos (detallado en los apartados 3.3 y 3.5). Para ello es necesario configurar todos los canales del termómetro en los que hay conectadas sondas que intervienen en el proceso, de cara a obtener todas las lecturas en ohmios y transmitirlas así desde el termómetro hasta el SVC-T.

Figura 61: DdB para lectura en ohmios del canal de la SPRT

Figura 62: DdB para lectura en ohmios del canal del EBP1

La figura 62 muestra únicamente la configuración del EBP1. Este módulo se ejecuta en un bucle, de tantas iteraciones como PRTIs se pretenda calibrar.

Una vez configuradas las comunicaciones del PC con los distintos instrumentos y finalizada la configuración de los distintos módulos del termómetro que se pretende utilizar, el SVC-T está listo para cargar los correspondientes puntos de consigna en los MIC y realizar todas las lecturas oportunas de las distintas PRT especificadas.


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4.1.4. Proceso calibración

4.1.4.1 Verificaciones previas Antes de iniciarse el proceso de calibración propiamente dicho, se procede a realizar una lectura de muestra de todas las sondas que intervienen en el proceso. Los resultados de esta lectura preliminar, que permiten comprobar si todas las configuraciones se han realizado correctamente, aparecen en pantalla.

Figura 63: PF ejemplo de una lectura de prueba tras las configuraciones En el caso de inconsistencias en las lecturas, conviene revisar todas las conexiones, así como la inmersión de las sondas. Si fuera necesario, el SVC-T puede realizar tantas pruebas de verificación como se consideren oportunas antes de continuar.

4.1.4.2. Ubicación de las PRT en los MIC

Además de detectar una posible mala conexión de alguna de las PRT, la verificación previa también permite al operario detectar una mala inmersión de las sondas, de manera que se desvela un posible error humano antes de comenzar con la calibración. Para evitar lecturas incorrectas y favorecer los resultados de la calibración, la disposición de las PRT en el baño es muy importante y sigue estando en manos del operario que realiza la calibración. La SPRT debe situarse en el centro del baño, y las PRTI que se pretende calibrar deben estar distribuidas circularmente alrededor de la SPRT. Además, las PRTI deben situarse tan próximas a la referencia como sea posible, pero garantizando que no va a existir un contacto entre ellas debido a las turbulencias del fluido de los MIC, ya que influiría negativamente alterando las mediciones realizadas.


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La profundidad a la que debe situarse los sensores también reviste de importancia. Se recomienda seguir la siguiente relación: multiplicar por 30 el diámetro del sensor y sumarle su longitud. Las PRTI utilizadas en planta (Hart, modelo 5622-16) tienen recomendada una profundidad de inmersión en sus especificaciones, situada alrededor de los 32 mm y de acuerdo con la relación mencionada en el párrafo anterior.

Figura 64: inmersión vs. error de la SPRT Rosemount 162-CE En cambio, la SPRT no tiene una inmersión predefinida en sus especificaciones, si bien el error introducido en sus lecturas varía en función de dicha inmersión. En las pruebas del laboratorio, la inmersión de la SPRT ronda los 80 mm de profundidad, con lo cual el error introducido es despreciable (inferior a la millonésima de ºC), y por ello se desestima su contribución a la incertidumbre de la calibración.

4.1.4.3. Lectura de una PRT

Conocida cuál debe ser la distribución de las PRTs en un baño para realizar la calibración, a continuación se muestra cómo se implementan las lecturas con el SVC-T. Cuando se realiza la lectura de un canal del termómetro digital, se ejecutan siempre 4 instrucciones de manera consecutiva. Serán siempre las mismas instrucciones, indistintamente de si la lectura corresponde a la SPRT o a una de las PRTI.

- Inicialmente se indica la cantidad de muestras consecutivas que se deben obtener de un canal mediante la instrucción TRIG:COUN N, donde N indica el número de muestras. Está configurado para una única muestra en cada iteración debido a la secuencia implementada en el proceso de calibración (esta secuencia se detalla más adelante en el apartado 4.1.2.3.4).

- A continuación, se indica cuál es el canal desde el cuál se va realizar la lectura

ejecutando la instrucción ROUT:CLOS (@canal).

- En tercer lugar se inicia el proceso de captura mediante la instrucción INIT.

Las tres instrucciones anteriores se implementan conjuntamente en un subVI, llamado “lectura en resistencia del canal N”, dado que siempre se repiten.


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Figura 65: DdB del subVI “lectura en resistencia del canal N”

- Finalmente, el termómetro almacena en su memoria interna el resultado obtenido de esa lectura en términos de resistencia, que es inmediatamente recuperado por el SVC-T para almacenarlo en la variable correspondiente mediante una cuarta instrucción: FETC? (@canal).

Figura 66: DdB de captura y almacenado de una lectura de la SPRT Estas dos secuencias, convertidas en un único VI, se repiten a lo largo de la calibración ya que son el método implementado para obtener las lecturas de las distintas PRTs durante el proceso. La única variación entre las distintas lecturas corresponde al canal del cual se pretende obtener la lectura.

4.1.4.4. Diagrama de flujo del proceso Cuando las verificaciones previas resultan satisfactorias, habiéndose revisado la conexión e inmersión de cada una de las sondas, da comienzo la calibración automática. El método implementado se ha diseñado para garantizar la verificación de la estabilidad de los MIC durante los procesos de lectura, así como para poder realizar el cálculo de incertidumbres de acuerdo a lo especificado en las normativas. En cada punto de consigna se verifica qué MIC debe utilizarse. También se comprueba que las lecturas cumplen las exigencias impuestas en las especificaciones, en relación a los márgenes de tolerancia y la ventana de estabilidad permitidos. Además, se otorga al operario el poder de realizar modificaciones en los parámetros de los SP durante el proceso, o incluso pausarlo para proseguir con la calibración más adelante. La implementación del sistema de detección de errores en esta parte del proceso también garantiza su buen funcionamiento.


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Figura 67: diagrama de flujo del proceso de calibración implementado


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Partiendo del diagrama de flujo de la figura 67, se detalla a continuación el proceso que tiene lugar durante la calibración automática.

- Comprobación del SP y elección del MIC

Tras la introducción de los puntos de consigna en las especificaciones, el SVC-T los ordena automáticamente de menor a mayor. Esta adecuación se debe a que el proceso de calibración se realiza siempre de manera ascendente, comenzando por la temperatura inferior, luego se garantiza la repetibilidad de la ejecución del proceso entre distintas calibraciones. Si se tiene en cuenta los puntos de consigna estipulados en el procedimiento interno (-10 ºC, 0 ºC, 100 ºC, 200 ºC y 300 ºC, de acuerdo con los rangos de trabajo de las PRTI en planta), el primer MIC utilizado en la calibración será siempre el Hart 7320. Pasada la calibración de los primero tres puntos de consigna, cuando se alcanza la calibración en el cuarto (a 200 ºC) se debe trasladar las PRT al baño Hart 6331, con un rango de temperaturas superior. Aunque los puntos de consigna introducidos en las especificaciones difieran de los estipulados en el procedimiento interno, ya sea por una adecuación del procedimiento o para realizar una prueba alternativa, el SVC-T seguirá realizando el proceso de manera ascendente. De esta manera se requiere un único cambio de MIC, hecho que simplifica el proceso. Cada vez que se procede a realizar la calibración en un punto de consigna, la primera tarea que realiza el SVC-T es verificar qué MIC es el adecuado para poder realizar la calibración en esa temperatura.

Figura 68: DdB de elección del MIC adecuado para el primer SP

La temperatura requerida en el primer SP se compara con el rango superior del Hart 7320. Si se encuentra por debajo de los 150 ºC, que es lo habitual según los puntos de consigna indicados en el procedimiento interno, será ese baño el utilizado para el primer SP. De lo contrario, si todos los puntos de consigna se hallan entre 150 ºC y 300 ºC (cosa inusual), será necesario conectar inicialmente el Hart 6331, con un rango de trabajo superior, y no se producirán cambios de MIC a lo largo de la calibración. En el apartado de configuración de los instrumentos ya se indica al operario qué MIC debe ser el conectado al equipo inicialmente.


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Para verificar que el baño correspondiente está debidamente conectado al SVC-T y que la comunicación sigue siendo correcta tras su configuración, se implementa un control de errores. En caso de que el SVC-T no pueda comunicarse con el baño, aparece una ventana emergente advirtiendo de la disfunción acontecida. Hasta que la comunicación con el MIC no queda reestablecida, no se efectúa la carga del punto de consigna (figura 69).

Figura 69: DdB de detección de un fallo de comunicación con el MIC

En la figura 69 se puede advertir también la presencia de una variable global llamada Baño anterior. A la hora de cargar los siguientes puntos de consigna, esta variable es el indicativo para saber si anteriormente ya se ha producido el cambio de MIC (del Hart 7320 al Hart 6331). Luego, para el resto de puntos de consigna se debe considerar lo siguiente. En el caso de que el contenido de la variable Baño anterior corresponda todavía al Hart 7320, se revisa si la temperatura del SP actual está dentro de su rango de trabajo. Si lo está, la calibración del SP actual se realiza nuevamente con este baño. De lo contrario, si el SP actual es superior a 150 ºC, se requiere el cambio del MIC. Como medida preventiva, antes de realizarse la petición el cambio del MIC, el software de calibración SVC-T carga en el Hart 7320 un SP de 25 ºC, de manera que se lleva el baño a posición segura. A continuación, mediante una ventana emergente se solicita el cambio de MIC al operario. Una vez realizado el cambio, y antes de cargar el SP actual en el Hart 6331, se verifica que las conexiones y la comunicación con el nuevo baño son correctas. Esta secuencia es análoga a la mostrada en la figura 69. La variable global Baño anterior se actualiza ahora con el valor referente al nuevo baño conectado. Como el proceso es ascendente en temperatura, para los puntos de consigna restantes ya no resulta necesario analizar si se requiere el cambio de MIC. Directamente se realiza la carga del SP al Hart 6331, verificándose igualmente que la comunicación es correcta antes de efectuar la correspondiente carga del siguiente punto de consigna.


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Figura 70: DdB de elección del MIC para los SP restantes


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- Alcance de la ventana de estabilidad Una vez cargado el SP en el MIC correspondiente, el SVC-T realiza lecturas periódicas de la SPRT para comprobar cuál es la temperatura del MIC y verificar el instante en que alcanza la ventana de estabilidad. Estas lecturas de la SPRT aparecen en el panel frontal, donde se indica tanto el valor en términos de resistencia obtenido de la lectura del termómetro como la correspondiente conversión a temperatura implementada por el SVC-T. También aparecen las especificaciones determinadas para el punto de consigna actual.

Figura 71: PF durante el alcance de la ventana de estabilidad Tal como se define en el apartado 4.1.2.1, esta ventana de estabilidad indica los márgenes superior e inferior respecto al punto de consigna a partir de los cuales comienza el ciclo de espera para permitir la estabilidad del MIC. El tiempo de espera hasta alcanzar la ventana establecida varía en función del baño de temperatura utilizado. En las hojas de especificaciones de los MIC (mostradas en el apartado 2.6.4.2) se determinan unos tiempos orientativos. A partir de estos tiempos el SVC-T establece un control para limitar el tiempo máximo de espera. Para el Hart 7320 el límite son 60 minutos. En cambio, para el Hart 6331, dado que opera a temperaturas más elevadas y la variación de la temperatura resulta más costosa, el tiempo límite son 150 minutos. Que se agote el tiempo esperado sin que el MIC alcance esta ventana puede deberse a diversos motivos. Es posible que el baño haya sufrido un corte, temporal o permanente, en el subministro eléctrico. O bien que, si el SP está en el límite del rango de trabajo del MIC, éste no pueda alcanzar la ventana indicada (por deterioro del fluido o por imprecisiones del controlador). Sea cual fuere el motivo, aparece una ventana emergente que aconseja al operario revisar la alimentación del baño y, además, permite modificar las especificaciones del SP actual con el fin de adecuarlas a la situación.


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Figura 72: DdB para verificación del alcance de la ventana de estabilidad


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Durante la espera a que se alcance la ventana, como se puede apreciar en la figura 71, es posible realizar dos acciones: pausar el proceso o modificar el punto de consigna.

• Si se pausa el proceso, el SVC-T sitúa el baño que se está utilizando en posición segura, cargando un SP de 25 ºC, y almacena las variables necesarias para retomar el proceso más adelante. Es posible que la pausa se realice al final del turno de trabajo, y no se retome el proceso hasta el día siguiente. Por lo tanto, resulta imprescindible llevar a cabo estas acciones de protección. Para garantizar el correcto funcionamiento de los instrumentos una vez retomado el proceso, el SVC-T verifica que la configuración del termómetro (referente a cada uno de sus módulos) y del MIC sean las adecuadas para el punto de consigna pendiente de calibrar. En caso de hallarse un parámetro no esperado, se reconfigura. Con esta verificación se pretende evitar malas funcionalidades, derivadas de la posible manipulación de los equipos en ausencia del operario encargado de realizar la calibración, o bien por la carga de los valores predeterminados al reiniciar los equipos.

• La modificación de las especificaciones del SP permite cambiar cualquiera de

sus parámetros, de manera que se puede corregir un posible error en la introducción de éstos durante el apartado de especificaciones. También permite actuar ante la previsión de que el baño no podrá alcanzar un SP determinado, con lo que se anticipa la corrección y se aligera el proceso.

- Retardo para la estabilización del MIC

Cuando el MIC alcanza la ventana, se efectúa un ciclo de espera para garantizar su estabilidad. Los baños de temperatura, tal como indican sus especificaciones, tienen un tiempo de estabilidad de entre 15 y 20 minutos. En el SVC-T se ha fijado este tiempo en 15 minutos tras verificar experimentalmente que es suficiente para ambos MIC.

Figura 73: PF durante la estabilización del MIC


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Para conocer la temperatura del MIC durante este ciclo de espera, se siguen tomando como referencia las lecturas obtenidas con la SPRT, cada 9 segundos. El módulo encargado de esta espera se muestra en la figura 74, donde el número total de iteraciones limita su tiempo de ejecución a 15 minutos.

Figura 74: DdB de lecturas de la SPRT durante la estabilización del MIC - Secuencia de lectura Transcurrido el tiempo establecido para garantizar la estabilidad del MIC, se procede a realizar las lecturas correspondientes de las PRT en ese punto de consigna. Tal como se indica en la figura 67, el orden es el siguiente:

Lectura de la SPRT ↓↓↓↓

Lectura de la PRTI ↓↓↓↓

Lectura de la SPRT El hecho de realizar dos lecturas de la sonda de referencia, una antes de la PRTI y otra justo después, permite verificar mediante la diferencia entre sus valores si el margen de tolerancia cumple con las especificaciones indicadas para el punto de consigna. Dado que la calibración del SVC-T es por comparación, en caso de cumplirse la condición del margen de tolerancia se calcula el promedio de las dos lecturas realizadas con la SPRT, y se almacena temporalmente junto con la lectura obtenida de la PRTI. Esta secuencia de lectura se repite 10 veces. De acuerdo con el procedimiento para la evaluación de la incertidumbre tipo A, esta cantidad de muestras garantiza una distribución normal y un factor de cobertura del 95% en cuanto a la contribución de las lecturas obtenidas del EBP (δRiX, en el apartado 2.4.6.8.3). También se debe garantizar que el margen de estabilidad se ha cumplido a lo largo de las 10 iteraciones. Para ello, se analizan las 10 lecturas promedio obtenidas de la SPRT, comprobando si alguno de estos valores se sitúa fuera de la ventana o si la diferencia entre sus valores máximo y mínimo sobrepasa el rango de tolerancia especificado. Ambos límites se determinan en las especificaciones de cada punto de consigna, al inicio del programa (apartado 4.1.2.1).


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Figura 75: DdB para la implementación de la secuencia de lectura


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Figura 76: PF durante la secuencia de lectura

Figura 77: DdB para control del margen de tolerancia y de la ventana

Figura 78: DdB para almacenar los resultados de una secuencia de lectura


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- Validación de las lecturas realizadas Cuando se han realizado las 10 secuencias de lectura correspondientes a un EBP pueden ocurrir dos cosas:

• Todas las lecturas de la SPRT están dentro de la ventana y la tolerancia se ha mantenido a lo largo de las 10 secuencias de lectura. En este caso, el SVC-T almacena los 10 valores obtenidos de las lecturas de la PRTI, así como los 10 promedios obtenidos de las lecturas de la SPRT. Estos valores se utilizarán para realizar el tratamiento de los resultados.

A continuación se indica al el termómetro el canal correspondiente al siguiente EBP y se inicia nuevamente la secuencia de lectura. La variable booleana EBP terminado permite identificar cuándo se debe salir del bucle para poder realizar las lecturas de la siguiente PRTI. Esto se repite mientras queden EBPs por calibrar en un punto de consigna.

• De lo contrario, si alguno de los requisitos no se cumple, las lecturas se descartan y se procede a repetir la secuencia en un nuevo intento. El número máximo de intentos viene determinado por otra de las especificaciones del punto de consigna: el tiempo de estabilidad. Si pasado este tiempo no se ha conseguido obtener 10 lecturas que cumplan con los requisitos de tolerancia y de ventana de estabilidad, el proceso se detiene. Emerge una ventana de control de errores donde se expone lo ocurrido y se ofrece al operario la posibilidad de modificar algún parámetro, o bien repetir las pruebas con las mismas especificaciones. Una vez escogida la opción más conveniente, se reinicia la secuencia de lectura para esa PRTI.

Figura 79: DdB para verificar iteraciones pendientes o modificar parámetros


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- Verificación de los SP pendientes

Una vez almacenados los datos resultantes de la calibración de todos los EBP en un punto de consigna, el SVC-T comprueba si todavía quedan otros puntos de consiga pendientes de calibrar. De ser así, se repiten los pasos descritos anteriormente partiendo de la comprobación del SP y la elección del MIC. En cambio, si se ha realizado correctamente la calibración en todos los puntos de consigna, finaliza la ejecución del diagrama de flujo de la figura 67, y se procede al tratamiento de todas las lecturas obtenidas en el proceso.

4.1.5. Tratamiento de resultados El tratamiento que reciben los valores de las lecturas realizadas en el proceso anterior difiere en función del tipo de calibración escogida para cada PRTI. Luego se debe distinguir entre dos tipos de tratamientos, para cada uno de los cuales se genera una tabla de resultados distinta. Sin embargo, en ambos casos debe convertirse a temperatura las lecturas realizadas en términos de resistencia de la SPRT, siguiendo las directrices de la norma internacional ITS-90.

Figura 80: DdB para la conversión de R a Tª de una SPRT En el apartado 3.2 se detalla el procedimiento numérico para obtener los coeficientes que caracterizan una SPRT a partir de su certificado de calibración. En el SVC-T se han implementado los módulos correspondientes para realizar esta tarea, unificados todos en un mismo subVI: Cálculo ITS90 SPRT. Dentro de este módulo se calculan los coeficientes de los dos subrangos de temperatura a los cuales se ha calibrado la sonda de referencia en el laboratorio acreditado correspondiente: subrango 5 y subrango 8.

Figura 81: DdB para el cálculo de coeficientes de la SPRT


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Para cada uno de los subrangos se calcula sus respectivos coeficientes, de acuerdo con el procedimiento detallado en el apartado 3.2. Los ratios de referencia se obtienen de aplicar las ecuaciones [12] y [14]. Para ello se utiliza el formula node, herramienta que permite evaluar fórmulas matemáticas y expresiones similares al lenguaje C en el diagrama de bloques.

Figura 82: DdB para el cálculo de Wr(T90) en el subrango 5 Hallados los ratios de referencia, se procede a obtener los coeficientes x e y para, a continuación, rellenar las variables de la tabla 12 con los valores correspondientes. En este caso también se utiliza la herramienta del formula node.

Figura 83: DdB para cálculo de variables de la tabla 12


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Una vez determinados los valores de las variables de la tabla 12, se obtiene los coeficientes que definen el comportamiento de la SPRT en este subrango aplicando las ecuaciones [35] y [36].

Figura 84: DdB para obtener los coeficientes ITS-90 del subrango 5 Los módulos utilizados para calcular los coeficientes del subrango 8 son prácticamente idénticos. Si bien se utiliza únicamente la ecuación [14] para obtener el ratio de referencia (dado que ambos puntos de fusión son para temperaturas superiores al TWP), la resolución de las variables de la tabla 12 y la aplicación de las ecuaciones [35] y [36] se repiten para este nuevo subrango. Los coeficientes de cada subrango se calculan una sola vez. Se recuperan para realizar cada una de las conversiones de resistencia a temperatura (de las lecturas de la SPRT) requeridas durante el proceso. Para realizar esta conversión se ha creado un nuevo subVI, Calculo Temp ITS90, donde también se utiliza la herramienta formula node.

Figura 85: DdB para la conversión de R a Tª según ITS-90


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En la figura 85 se observan los pasos que sigue el SVC-T, de acuerdo con la secuencia detallada en el apartado 3.3 de la memoria de cálculo, para realizar la conversión de resistencia a temperatura de la SPRT. Inicialmente se calculan las funciones de desviación de cada subrango, asignadas a delta5 y a delta8. A partir de esas correcciones, se halla el valor de la función de referencia correspondiente al valor de resistencia obtenido en la lectura de la SPRT, asignado a Wr5 y Wr8. Finalmente, se aplican las funciones inversas de la ITS-90, teniendo en cuenta que la ecuación [13] se utiliza para los valores de las lecturas de la SPRT inferiores al RTWP, y la ecuación [15] para valores superiores.

4.1.5.1. Tratamiento para la clasificación Tal como se detalla en el apartado 3.6, la clasificación es una prueba de conformidad que relaciona las lecturas obtenidas de una PRTI con los valores estandarizados de la norma, y verifica el grado de cumplimiento a lo largo de todo el rango de temperaturas. Para realizar esta prueba de conformidad se utiliza el modelo matemático de Callendar – Van Dussen, de acuerdo con la normativa IEC 60751. En esta norma aparecen los valores de los coeficientes R0, A, B y C que definen el estándar. A la hora de realizar la conversión de resistencia a temperatura, como en el caso de las SPRT, se distingue entre dos casos. Para las lecturas de una PRTI cuyo valor de resistencia es superior a 100 Ω se utiliza un modelo. En cambio, para valores inferiores a 100 Ω se utiliza otro modelo más complejo. La conversión se realiza en un VI diseñado para tal efecto, llamado paso de R a T, donde se realiza la distinción entre ambos casos:

Figura 86: DdB para la conversión de R a Tª según IEC 60751


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Como se muestra en el apartado 3.6, a partir de los valores obtenidos de temperatura de la SPRT y de la PRTI se genera una tabla de calibración a partir de la cual se verifica la clase correspondiente a la PRTI. Para cada punto de consigna, el SVC-T aplica las tolerancias de la tabla 18.

Figura 87: DdB para la verificación de la clase 1/3B en el SP1


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En la figura 87 se muestra un ejemplo de cómo el SVC-T comprueba si se cumple una de las clases de tolerancia definidas por el estándar en un punto de consigna. Una vez comprobados todos los puntos de consigna, tras la ejecución del módulo de la figura 88, la clase asignada a la PRTI es la clase menos restrictiva de las obtenidas, pudiendo llegarse a obtener una calificación de No pasa tal como se expone en el apartado 3.6.

Figura 88: DdB para la asignación de clase a una PRTI


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Además de indicarse la clasificación obtenida para la PRTI que se ha calibrado, en el informe de resultados también aparece una tabla con los datos más significativos. Aparecen los valores de temperatura obtenidos de las lecturas de la SPRT y la PRTI, tal como se generan en la tabla 9, y también se añaden las respectivas correcciones y tolerancias de acuerdo con la clase asignada.

Figura 89: DdB para el cálculo de las correcciones de la PRTI Para cada punto de consigna, la corrección indica la diferencia de temperatura entre el valor correspondiente de la sonda de referencia y el valor obtenido de la PRTI.

Figura 90: DdB para el cálculo de las tolerancias de la PRTI En este caso se calculan las tolerancias obtenidas en cada punto de consigna para la clase asignada al instrumento, respecto la lectura de la SPRT.

4.1.5.2. Tratamiento para la caracterización En el apartado 3.4 se detallan los pasos necesarios para obtener los coeficientes que definen el comportamiento de una PRTI caracterizada, de acuerdo a lo establecido en la norma IEC 60751. Para obtener los coeficientes de una PRTI se aplica el modelo de Callendar – Van Dussen, distinguiendo entre los dos rangos de trabajo que se especifican en dicho modelo. El coeficiente de R0 determina el valor de resistencia que presenta la PRTI a 0 ºC. Los coeficientes A, B y C determinan cómo responde la PRTI, en términos de resistencia, cuando el sensor es sometido a variaciones de temperatura. Luego para hallar los coeficientes particulares de una PRTI caracterizada se analiza, para cada punto de consigna, la relación entre la resistencia que presenta la PRTI y la temperatura obtenida de la SPRT. Estas relaciones se disponen en una tabla de calibración, llamada EBP tabla calibración, siguiendo el modelo de la tabla 9.


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Figura 91: DdB para el cálculo de coeficientes para una PRTI En la figura 91 se observa el VI diseñado para la obtención de los coeficientes de una PRTI cuando se somete a un proceso de caracterización, llamado Cálculo CVD. Siguiendo los cálculos especificados en el apartado 3.4, si se observa esta figura se pueden distinguir las distintas etapas. Para obtener el coeficiente R0 se utiliza un módulo ya existente en LabVIEW. Este módulo realiza una interpolación entre los valores de la EBP tabla calibración, y entrega como resultado los coeficientes del polinomio resultante tras realizar la una regresión por mínimos cuadrados. El término independiente de ese polinomio corresponde al coeficiente R0.

Figura 92: DdB para la obtención del coeficiente R0 de una PRTI Una vez obtenido el coeficiente R0, se sustituye en la fila correspondiente de EBP tabla calibración, de acuerdo con el modelo de Callendar – Van Dussen. Este cambio permite desarrollar el cálculo matricial (ecuación [41]) para la obtención de los coeficientes A, B i C. Las distintas matrices y vectores que intervienen en el cálculo se generan en el SVC-T, partiendo de los valores hallados en la nueva tabla de calibración. LabVIEW incorpora desde la versión 2010 nuevos módulos para la manipulación de matrices y la resolución de cálculos matriciales, luego la resolución de estos cálculos y la elaboración de los VI resulta más cómoda que con versiones anteriores.


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Figura 93: DdB para obtener los coeficientes A, B y C de una PRTI En la figura 93 aparece el módulo diseñado para realizar los cálculos correspondientes y averiguar los coeficientes de la PRTI, de acuerdo con la ecuación [41] y a partir de la cual se determinan las distintas matrices y vectores que se deben generar para resolver este cálculo.

Figura 94: DdB que genera la matriz A para el cálculo de coeficientes Para crear la matriz A, se realizan los cálculos de cada uno de los términos que la componen de manera independiente. Por ejemplo, al término (2,2) le corresponde el siguiente sumatorio, donde N es el número total de puntos de consigna:

( ) ∑=

=N

iit

0

42,2 [45]

Figura 95: DdB para el cálculo del término (2,2) de la matriz A El resto de componentes de la matriz A, así como las del vector B, se calculan con módulos similares al de la figura 95, con un formula node, teniendo en cuenta las restricciones que algunas componentes tienen en relación a la temperatura de cada punto de consigna.


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Figura 96: DdB que genera el vector B para el cálculo de coeficientes

A partir de la ejecución de los módulos mostrados en este apartado se obtienen los coeficientes R0, A, B y C del modelo de Callendar – Van Dussen para la PRTI caracterizada. Sin embargo, algunos fabricantes de termómetros y equipos trabajan con otro tipo de coeficientes: α, δ y β. Estos coeficientes también se contemplan en la norma, donde quedan especificadas las relaciones existentes entre los dos tipos de coeficientes. Para complementar el cálculo de coeficientes de la PRTI caracterizada, y así facilitar el tratamiento de estos resultados por parte del operario, también se calcula los valores de este nuevo grupo de coeficientes.

Figura 97: DdB para calcular los coeficientes α, δ y β de una PRTI

4.1.6. Creación de los Informes de Calibración

Tras realizar el tratamiento de los datos obtenidos de cada una de las PRTI que se ha calibrado, se procede a crear los distintos informes de resultados. Como en el caso del apartado anterior, el tipo de informe generado para una PRTI dependerá del tipo de calibración que se le ha realizado. Para poder mantener la estructura en todos los informes, indistintamente de cuando se realice la prueba y de las condiciones especificadas, se han diseñado dos plantillas en Excel (una para cada tipo de calibración). El SVC-T recupera la plantilla adecuada al tipo de calibración realizada para una PRTI y rellena las casillas correspondientes. Una vez cumplimentado el informe lo guarda en una nueva dirección, con una identificación única e inequívoca, y protegiéndolo para evitar manipulaciones posteriores.


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Los informes de calibración generados por el SVC-T constan de tres páginas. Cada una de estas páginas contiene una leyenda con el tipo de calibración realizada y la identificación de la prueba: fecha y orden de trabajo. Esta orden de trabajo, indicada por los procedimientos internos de la central, responde a la necesidad de calibración de una PRTI. Los motivos pueden ser varios, desde el vencimiento de su antigua calibración hasta la verificación de su funcionalidad, o bien por tratarse de una nueva adquisición. A continuación se resume cuál es el contenido de cada una de las páginas que conforman los informes de resultados creados por el SVC-T tras la calibración de una PRTI.

- Primera página En la primera página de este informe aparecen los datos de todos los instrumentos que intervienen en la prueba: baños de temperatura, sonda de referencia y termómetro digital (con todos los módulos utilizados). Para cada instrumento se determina el modelo, el número de serie, la identificación y, en caso de ser requeridas, sus fechas de calibración y de vencimiento. También aparece una tabla con las características y especificaciones del equipo calibrado, donde se indica el número de serie, el modelo y la identificación. Se añaden también las condiciones ambientales de la prueba, así como la fecha y las horas de inicio y fin de la prueba, la corriente utilizada para alimentar a las PRT y el procedimiento interno al que se vincula la calibración. En la mitad inferior aparece una tabla con los valores obtenidos de la calibración. Esta tabla, como se ha mencionado en apartados anteriores, difiere en función del tipo de calibración realizada. Además, en la parte inferior de esta tabla aparecen los resultados específicos de cada prueba. En las clasificaciones aparece la clase asignada a la PRTI, y en las caracterizaciones aparecen los coeficientes que determinan el comportamiento de la PRTI. Al pie de la página aparece un recuadro donde el operario puede añadir las observaciones que considere oportunas con relación a la prueba realizada. También aparecen dos espacios destinados a la firma de los técnicos competentes para validar la calibración. - Segunda página En esta página se ubican las tablas que contienen los 10 valores de las lecturas obtenidas durante la calibración, tanto de la SPRT como de la PRTI, para cada punto de consigna. Los valores almacenados están en términos de resistencia, que es la lectura directa que entrega el termómetro digital. Esta tabla es muy importante, pues permite trazar los resultados del informe, contrastándolos mediante métodos de cálculo externos al SVC-T. En la mitad inferior de esta página aparece también un resumen de las normas, procedimientos y guías utilizados para realizar la calibración, de manera que se dan a conocer las referencias que se han tenido presentes en la elaboración del proceso.


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- Tercera página

En esta última página aparecen 5 tablas con los cálculos de las correspondientes contribuciones a la incertidumbre de la calibración. Para cada punto de consigna se analizan dichas contribuciones, siguiendo los esquemas definidos en el apartado 2.4.6.8.3. Como se observa en la tabla 9, el hecho de que las contribuciones estén desglosadas permite interpretar mejor cuál es la aportación de cada una de las partes que intervienen en el proceso, detectándose fácilmente qué contribuciones alteran más los resultados de la calibración. De hecho, el cálculo de incertidumbres resulta vital para determinar la veracidad de una calibración, ya que cualquier contratiempo acontecido durante el proceso queda reflejado en las diversas contribuciones. En algunos casos, existen ciertas alteraciones durante el proceso que no se podrían detectar de no ser por el desglose de estas contribuciones a la incertidumbre resultante de la calibración. Este es uno de los motivos por los que se ha añadido el cálculo de incertidumbres al SVC-T, pues sus indicaciones son garantía de los buenos resultados obtenidos en la calibración. Además, la norma ISO 17025 determina que este cálculo debe aplicarse siempre que se realice un proceso de calibración, teniendo en cuenta las contribuciones correspondientes.

4.1.6.1. Controles ActiveX LabVIEW dispone de un módulo especial para la creación de informes. Se llama Report Generation Toolkit for Microsoft Office y permite generar documentos desde el propio LabVIEW utilizando las bases de los programas habituales de Office (hojas de cálculo en Excel, bases de datos en Access o documentos de texto en Word). Sin embargo, este módulo no consta en el paquete de NI adquirido por el laboratorio y, para poder recibir su activación, se debe abonar un importe adicional. Tras desestimar la opción de ese abono suplementario, y dada la poca versatilidad del resto de opciones disponibles en el propio LabVIEW (como los módulos de Write to / Read from Spreadsheet), se ha optado por diseñar una interficie propia de comunicación con el Excel mediante los controles ActiveX. Estos controles fueron creados y diseñados para la navegación por páginas web desde una plataforma Windows, haciendo de interficie de comunicación entre ambos. Sin embargo, tras realizar las modificaciones oportunas, se ha conseguido utilizar dichos controles para transmitir datos desde el LabVIEW a las plantillas de Excel. Estos controles, además, permiten configurar los documentos generados. Tras abrir las plantillas creadas para el SVC-T y modificarlas con los resultados de una calibración, se pueden guardar con una nueva identificación, por lo que las plantillas siempre se mantienen intactas. También se puede configurar el modo y lugar de almacenamiento del documento, así como proteger los nuevos archivos generados.


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Figura 98: DdB para generar los informes de calibración con ActiveX


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Lo primero que se debe hacer es realizar la llamada a una aplicación, indicando el tipo de archivo al que se pretende acceder, mediante un property node. En este caso, se trata de una llamada a un documento de Excel. Con el invoke node se determina en cada caso la acción a realizar, ya sea para la apertura, cierre o adición de una propiedad. Una vez se ha escogido la acción de apertura, existen muchas posibles acciones a realizar sobre el documento, determinadas con un invoke node conectado al anterior.

Figura 99: DdB para abrir la hoja 1 de una plantilla de Excel Una vez se abre la hoja adecuada, se procede a escribir en las casillas correspondientes los datos del informe. Para ello se ha diseñado un VI llamado Genera Nuevo Reporte de Datos, al cual se pasan todas las variables que contienen los datos con los que se genera la primera hoja del informe.

Figura 100: DdB para cargar datos en la hoja 1


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Dentro del VI Genera Nuevo Reporte de Datos se pueden observar muchos otros subVI. Cada uno de ellos se encarga de cargar los datos en las casillas correspondientes. Para poder seguir mejor la ejecución de este módulo, se han dividido las casillas por secciones.

Figura 101: DdB del subVI Genera Nuevo Reporte de Datos Dentro de cada uno de los subVI correspondientes a las distintas secciones existen otros subVI con los módulos encargados de realizar la carga de los datos hallados en cada sección. Como ejemplo, el primero de ellos (llamado Genera Tabla) es el encargado de cargar los datos correspondientes a la tabla de calibración.

Figura 102: DdB del subVI Genera Tabla


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Si profundizamos un poco más en el módulo de la figura 102 y nos fijamos en el primer subVI, llamado Guarda SPs, vemos que es el encargado de rellenar la primera columna de la tabla de calibración, donde se indican los puntos de consigna especificados para realizar el proceso. En la figura 103 se observa como se introducen los datos casilla a casilla.

Figura 103: DdB ejemplo para insertar datos en una casilla de cualquier hoja


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Como se puede observar en la figura 103, concretamente en la zona enmarcada en azul, se requiere de dos invoke node para realizar la carga final de los datos en la plantilla. Uno de ellos permite identificar la celda donde se realiza la escritura, mientras que el otro indica los datos que se van a escribir. Se debe remarcar que todos los datos insertados en las hojas de Excel deben tener el formato string, es decir, sólo se permite el paso de cadenas de caracteres. Debido a esta restricción, todos los valores numéricos que se deben incluir en los informes de calibración se han convertido a cadenas de caracteres antes de ser introducidos en sus correspondientes casillas. Una vez se ha rellenado la primera hoja, se procede a rellenar la segunda con las 10 lecturas realizadas en cada punto de consigna, tanto de la PRTI como de la SPRT, mediante el diseño de un nuevo VI: Genera nuevo reporte Trazabilidad. El procedimiento para introducir los datos es el mismo que en el caso anterior, casilla a casilla.

Figura 104: DdB para almacenar las lecturas en la hoja 2


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Análogamente, se realiza la escritura de los datos referentes a la incertidumbre de calibración sobre la hoja 3. Como se ha mencionado en este apartado se rellenan hasta 5 tablas, una para cada punto de consigna. En cada una de ellas se introducen las distintas contribuciones que se debe tener en cuenta según la norma, así como la incertidumbre expandida. En caso de haberse realizado una prueba de calibración teniendo en cuenta solamente 3 puntos de consigna, se rellenan únicamente las 3 tablas correspondientes. Las dos tablas restantes quedan vacías, hecho que también sucede en las hojas 1 y 2. Una vez introducidos todos los datos referentes a la calibración de una PRTI, se procede a almacenar el informe de resultados. Para ello, se genera una string con el número de orden de trabajo y la fecha y hora en que se finaliza la prueba. Este es el nombre del nuevo documento generado.

Figura 105: DdB que fija el path, guarda y cierra el informe de calibración Como se ha mencionado anteriormente, el informe de calibración resultante queda protegido contra escritura mediante una contraseña, de manera que su contenido no podrá ser vulnerado más adelante. Este hecho permite tener la certeza de que el informe es limpio, y así poder realizar con seguridad las pruebas de deriva, mencionadas a lo largo de esta memoria, cuyo fin es comprobar la desviación de los equipos entre calibraciones.


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Además, se puede observar en la figura 105 como el informe generado se almacena en un path situado en una variable global. En las últimas secuencias del programa, antes de generar los informes y habiendo terminado el tratamiento de los cálculos correspondientes, se permite al operario escoger la carpeta donde se van a ubicar todos los informes de calibración generados. Esta carpeta puede estar protegida desde el PC, de manera que no solo se mantiene la integridad de los informes, sino que estos no pueden ser eliminados.

Figura 106: DdB para el cierre de la plantilla de Excel Antes de terminar, el VI diseñado en ActiveX para poder generar los informes de resultados cierra la plantilla abierta mediante el correspondiente invoke node, pero sin almacenar los cambios. De esta manera, las plantillas quedan intactas de una calibración a otra, y pueden ser utilizadas nuevamente. Finalmente, se cierra la aplicación abierta que permitía trabajar con el Excel de Microsoft Office, perteneciente a la plataforma de Windows, mediante la instrucción Quit del property node. Si durante todo el proceso implementado para la creación de los informes de resultados aparece alguna disfunción, ésta queda indicada en la variable llamada error out, de manera que se puede identificar el error acontecido y aplicar las correcciones adecuadas.

4.1.7. Informes de calibración

Una vez descrito todo el proceso de calibración, así como su implementación en LabVIEW y las consideraciones tomadas en cuenta a lo lardo de este proceso, se muestran a continuación dos informes de calibración reales generados por el SVC-T. El primer informe corresponde a un proceso de clasificación, y el segundo refleja los resultados de un proceso de caracterización. Se puede distinguir el tipo de proceso en cada una de las tres hojas que conforman cada uno de los informes.


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4.2. Manual de usuario

4.2.1. Introducción

El programa diseñado e implementado en el presento proyecto es de utilidad para el Laboratorio de Termometría de la Central Nuclear Vandellòs II, perteneciente e ANAV, donde se ha realizado durante un convenio de prácticas. El SVC-T se ha creado de manera que su uso resulta práctico y simple, a pesar de la complejidad de algunas de sus características. Para ello, la interfaz de usuario es muy intuitiva, con explicaciones y guías en cada una de sus pantallas que orientan al operario durante el proceso. Todas las restricciones y limitaciones referentes a los parámetros introducidos por el operario, así como los posibles contratiempos acaecidos durante la ejecución del programa, se identifican debidamente y se informan mediante una ventana emergente. El programa no avanza hasta que esta ventana es cerrada por el operario, de manera que la información que éste debe recibir aparece inalterable hasta su asimilación. Por otra parte, para facilitar al operario la información de cuáles son el montaje y las conexiones de los equipos, mostrados a lo largo de esta memoria, se ha simulado un procedimiento interno para calibración de acuerdo con los modelos utilizados en la empresa. En el procedimiento generado, llamado PMI-XXX, se identifican los equipos, referencias, consideraciones, precauciones e instrucciones que el operario debe tener presentes, desde el inicio del proceso hasta la obtención de los informes de resultados.

4.2.2. Procedimiento PMI-XXX

En las hojas siguientes, dando fin a esta memoria, se muestra el modelo del procedimiento generado. Este modelo, que no es definitivo, no deja de ser una aproximación intuitiva a un posible procedimiento, cuyo fin es orientar al operario con el uso del SVC-T para poder realizar la calibración de PRTIs mediante este software.


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4.3. El montaje en imágenes

Figura 107: montaje completo: vista frontal

Figura 108: montaje completo: vista lateral


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Figura 109: montaje completo: vista diagonal

Figura 110: PC con el SVC-T en ejecución + conexiones usb-serie


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Figura 111: conexión de las PRT al Hart 1560 “Black Stack”

Figura 112: distribución de los medios isotermos en la campana de seguridad


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Figura 113: vista superior de los medios isotermos de pozo húmedo

Figura 114: ubicación de las PRT en el Hart 7320


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Figura 115: ubicación de las PRT en el Hart 7320 (2)

Figura 116: ubicación de las PRT en el Hart 7320 (3)

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