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Mediciones Confiables con T Termómetros ó t de d Resistencia R i t i de d Platino Pl ti
Edgar Méndez Lango Termometría, Metrología Eléctrica, CENAM Noviembre 2009
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Contenido
1. Concepto p de temperatura p 2. La Escala Internacional de Temperatura
de 1990 3 Termometría 3. T tí 4. Calibración de termómetros 5 Discusión 5.
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Temperatura y Equilibrio mecánico y térmico y Concepto de temperatura y Temperatura: magnitud de base del SI y Escala Subjetiva j y Escala Objetiva
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Equilibrio
y Un sistema está en equilibrio si en el tiempo
sus características que lo describen permanecen constantes p y Un sistema fuera de equilibrio evolucionará hasta alcanzar el equilibrio y Estados permanentes no son estados de equilibrio
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Escala subjetiva de temperatura
y Sensación de frío y caliente es
útil para construir una escala y Nuestro cuerpo tiene un
sentido de caliente y frío
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y Incertidumbre de la escala subjetiva
Conductividad térmica Capacidad calorífica
y Un conjunto de objetos con
diferente temperatura, pueden ser ordenados del más frío al más caliente y Nuestro sentidos pueden ser
engañados por la historia térmica
y Temperatura es una propiedad
física que permite conocer si un cuerpo está más caliente
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Escala Objetiva
y Puntos fijos. j
Fenómenos físicos que se dan a valores determinados de temperatura y Instrumentos
Para interpolar entre los puntos fijos y Reglas de interpolación
Para asignar valores entre los puntos fijos
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La Escala Internacional de Temperatura de 1990
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Escala Internacional de Temperatura de 1990
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La EIT-90 es el acuerdo internacional para la medición de temperatura Temperatura termodinámica, símbolo: T Unidad: kelvin, símbolo: K Temperatura Celsius, símbolo: t Unidad: grado Celsius, símbolo: °C
t / °C = T / K − 273, 273 15 El kelvin Se define como la fracción 1/273,16 de la temperatura termodinámica del punto p nto triple de ag agua a
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Principios de la EIT-90
La EIT-90 se extiende desde 0,65 K hasta la temperatura más alta prácticamente medible en términos de la ley de radiación de Planck. L EIT La EIT-90 90 se d define fi mediante: di t y 17 Estados de equilibrio entre fases de sustancias puras
(Puntos fijos) y Instrumentos de Interpolación
(Termómetros) y Funciones de referencia
(Reglas de interpolación)
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10 Intervalos e instrumentos de definición Helio
Termómetro de Resistencia de Platino 1 Termómetro de Gas
0,65 K 3 K 5 K K -39 °C
0 °C 1 0
11
2
3
4
14 K 17 K 20 K 25 K 54 K
30 °C
157 °C 232 °C 9
84 K
420 °C
234 K (-39 °C)
660 °C
273
962 °C 1064 °C 1085 °C
8 7
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Termómetro de Resistencia de Platino
5 Pirómetro monocromático
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Termometría
y Concepto de termómetro y Termómetros p primarios y Secundarios y Ley Cero de la termodinámica y Segunda g Ley y de la termodinámica
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Principio de termometría “Un termómetro mide su propia temperatura” y El trabajo experimental exige “llevar” la temperatura del
termómetro a la temperatura de aquello que se quiere medir. y El análisis crítico de nuestra práctica a la luz de esta
Ley nos ayudará a identificar errores sistemáticos
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Termómetro primario de gas
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Termómetros Secundarios y Propiedad termométrica y Fenómenos físicos que dependen
de la temperatura y Lector que indica el cambio del fenómeno escogido y una ecuación o regla de correspondencia que relaciona la propiedad con la temperatura
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Ley cero de la termodinámica
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Equivalencia y Trazabilidad
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Transferencia de calor (Fourier) Definición: C l es lla forma Calor f de d energía í que se transmite t it de d un cuerpo a otro por diferencia de temperatura en cierto tiempo.
∆q q= ∆t •
Por otro lado
∆T ⋅ A qα l
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Conducción de calor
q
∆T Caliente
A
Frio
l
=
λ∆ ⋅
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La forma de los termómetros
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Termómetro de Líquido en Vidrio
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Cámara de expansión Capilar
Escala principal
Línea de inmersión Cámara de contracción Escala auxiliar Bulbo
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Calibración
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Sistema de calibración en Puntos Fijos
Tubo de calor
Baño de hielo
Celda de punto fijo Sensor S de termopar
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0.568451 9
Multímetro
Horno
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23 El punto de hielo (0 °C) y Definición del punto de hielo
Tiene asignado el valor de 0 °C (273,15K) a una presión atmosférica de 101 325 Pa (P0) Para una presión P distinta:
t / °C = 0,01⋅ (1 − P / P0 ) y Preparación y Agua destilada y Termo y Reproducibilidad: R d ibilid d 2 mK K
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El punto de hielo (0 °C)
Fuentes de Incertidumbre y Repetibilidad R tibilid d y Inmersión y Contacto térmico y Proporción P ió sólido-líquido ólid lí id y Estabilidad Por tratarse de un punto fijo en principio es alta (0,2 mK) y Reproducibilidad y Calidad del agua destilada y Método de preparación y Trituración del hielo y Precauciones de limpieza
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El punto de hielo (0 °C), estabilidad
Estabilidad del Punto de Hielo (0°) 25,29995
Rt / Ω
25,29994
25,29993
25 29992 25,29992
25,29991
25,29990 9:00
12:00
15:00
18:00
21:00
0:00
3:00
6:00
9:00
Estabilidad medida en 24h (0,2 mK) CENTRO NACIONAL DE METROLOGÍA, CENAM, DERECHOS RESERVADOS 2009
El punto de hielo (0 °C), reproducibilidad
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Carta de control del punto de hielo Reproducibilidad del Punto de Hielo 0,005 0,004 0 003 0,003
t /ºC
0,002 0,001 0,000 -0,001 -0,002 -0,003 0 004 -0,004 -0,005 10-jun-04
10-jul-04
9-ago-04
8-sep-04
8-oct-04
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Calibración por comparación
0,96532 68
Lector 1
Referencia
0,96532 68
Termómetro bajo calibración
Lector 2
Horno
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Calibración por comparación
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Calibración por comparación
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Termómetro digital 85.23 ºC
Inmersión total
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Termómetros de referencia trazables a la EIT-90
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Trazabilidad a partir de una calibración por comparación p Cualquier tipo de termómetro puede ser trazable a la EIT-90 Principales termómetros normalizados Termopares de metal base Termómetros de Líquido en Vidrio (TLV) Termómetros de Resistencia de Platino
Organismos Internacionales: ASTM IEC, ASTM, IEC DIN DIN, OILM OILM, etc. etc
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Medios de temperatura controlada
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y Baño líquido y Estabilidad y Recirculación (vertical) y Definir región de trabajo y Horno de pozo seco y Estabilidad y Uniformidad U if id d y Gradientes horizontales (entre pozo y pozo) y Gradientes verticales
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32 Medios de temperatura controlada Fluidos de trabajo y bloques igualadores recomendados Líquido Aceite halocarbon
Intervalo / °C -100 a 70
Metal
Temp. Max.
Cobre
300 °C
Al h l isopropílico Alcohol i íli
-80 80 a 20
Al i i Aluminio
400 °C
Alcohol etílico
-50 a 20
Latón
700 °C
Acero Inox.
850 °C
Agua destilada
5 a 80
Ethylene glycol
-20 a 110
Inconel
1100 °C
Aceite mineral
20 a 160
Níquel
1200 °C
Aceite silicón 200.50
50 a 250
Aceite silicón 710
100 a 300
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Medios de temperatura controlada (baja temperatura)
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Crióstato Sistema que opera bajo condiciones adiabáticas Intervalo de operación desde temperatura ambiente: Con nitrógeno líquido hasta – 196 °C Con helio líquido hasta 4 K
Alternativa p para el p punto de -196 °C Termo con nitrógeno líquido Bloque igualador de cobre Temperatura Temperat ra definida por un n TRP patrón
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Discusión
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Discusión y Temperatura es una propiedad de equilibrio y Un termómetro debe alcanzar el equilibrio
térmico con aquello que se quiere medir y Procurar el contacto térmico y Las fugas térmicas pueden generar errores con buena reproducibilidad y Necesario experimentar todo el tiempo para conocer si la lectura de un termómetro es genuina. genuina
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Gracias por su atención
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