Calibración de termómetros


1 OBJETIVOS
1.1 Objetivo General
Llevar a cabo la correcta calibración de un instrumento de medición de temperatura, en baños termostáticos y con termómetros digitales como patrones de trabajo.
1.2 Objetivo Específico
Aplicar la ley cero de la termodinámica para la calibración de termómetros.
Determinar y obtener correctamente los valores de icnertidumbre en la medición de latemperatura.
Realizar un presupuesto de incertidumbre para los instrumentos de medición de temperatura.
Determinar si un termómetro de líquido en vidrio cumple con las condiciones necesarias para llevar a cabo la calibración.
Calibrar correctamente dos termómetros de líquido en vidrio, el primero total y el segundo parcial a rangos de temperaturas cercanas al cero y a temperaturas termodinámicas mayor a50°C respectivamente.

2 Marco teórico

Los termómetros de líquido en vidrio operan bajo el principio de expansión del líquido con el incremento de la temperatura, al igual que un transductor, transfiere la energía térmica en una forma mecánica. Con el incremento de la temperatura, el líquido y el vidrio del termómetro se expanden con diferentes coeficientes de expansión, causando que ellíquido avance por el tubo capilar.
El termómetros son instrumentos compuestos por tubos huecos de vidrios, con una punta conductora en uno de sus extremos llamado bulbo, la cavidad interna está ocupada por líquido, que puede ser mercurio o sustancias orgánicas como tolueno. La medición se realiza con una escala calibrada en la parte exterior del vidrio. Como medida de seguridad cuentan con una cámarade expansión en el extremo opuesto al bulbo, donde el líquido puede expandirse sin romper el instrumento al aumentar de temperatura termodinámica mayor a la de la escala.
Para el experimento se utilizó dos tipos de termómetro analógicos, el de temperaturas bajas es un termómetro de inmersión total, está diseñado para indicar la temperatura termodinámica correctamente cuando el bulbo y toda lacolumna de vidrio están inmersos en el medio que va a ser medido. El termómetro usado en temperaturas altas es de inmersión parcial, diseñado para indicar la temperatura termodinámica correctamente cuando el bulbo y una porción de la columna están inmersos en el medio que va a medirse.
Para realizar el reporte de calibración se debe obtener el error de medición de los termómetros que se van autilizar en los baños de temperatura baja y temperatura alta. La función general para un termómetro de líquido en vidrio de inmersión total es:

(1)

Donde ts es la indicación del sensor sujeto a calibración en °C, Kcs es la corrección por columna emergente determinada, tp es la indicación del termómetro patrón y ∆tgrad es la corrección por falta de uniformidad de la temperatura del bañotermostático en °C, se estima que esta corrección es cero, pero aporta incertidumbre.
Las fuentes de incertidumbre del termómetro son: el termómetro a calibrar, el termómetro patrón, coeficiente de dilatación, la medición de la temperatura ambiente y la variabilidad de la temperatura del baño termostático.
Las incertidumbre relacionadas al termómetro a calibrar, provienen de la resolución delinstrumento que en este caso para el termómetro de inmersión total es de 1°C con una distribución de probabilidad rectangular, para el termómetro de inmersión parcial es de 2°C con una distribución de rectangular; además, de la repetibilidad de la medición, la cual se obtiene de la desviación estándar muestral, la ecuación para ambas fuentes se presentan en orden:

(2)

(3)

Donde S es ladesviación estándar muestral y n son las cantidades de medidas tomadas menos uno.
La incertidumbre relacionada al termómetro digital, usado como patrón de trabajo, proviene de la resolución del instrumento, para el instrumento usado es de 0.1°C con una distribución rectangular; además la incertidumbre de repitibilidad de la medición definida por la ecuación 3 y del error máximo permisible...