Por que e como realizar uma calibração de um termopar?

Medições de temperatura consistentemente confiáveis são vitais para vários processos industriais em áreas que vão da construção à energia. Embora existam muitas maneiras de medir a temperatura de gases e líquidos, os termopares estão entre os mais populares graças à sua construção simples e versatilidade.
Mas com o tempo, o desempenho de um termopar pode diminuir por uma série de razões. Duas das mais comuns são deriva e temperatura elevada.

A deriva faz com que as medições de temperatura do termopar mudem com o tempo

Todos os instrumentos, incluindo termopares, experimentam um fenômeno de “desvio” da medição inicial. Os sensores irão desviar por vários motivos, incluindo choque mecânico, trabalho a frio, vibração, ciclagem térmica, envelhecimento, corrosão e ambientes oxidantes. Devido ao número de variáveis do processo, o desvio é aleatório e difícil de prever.

A importância do desvio dependerá da aplicação. O desvio que é considerado mínimo em uma aplicação de processo petroquímico pode ser prejudicial em um processo farmacêutico em

Figura 1: Desvio do termopar e seu efeito em diferentes indústrias

Aplicações de tolerância restrita, como programas Clean in Place (CIP), podem exigir um cronograma de calibração rigoroso com alta frequência para ajudar a evitar que os sensores saiam da tolerância sem serem detectados.

Em aplicações de processo com temperaturas baixas a médias, os termopares sofrerão desvios, mas permanecerão por longos períodos dentro dos níveis de aceitação de tolerância, em comparação com desvios em temperaturas elevadas. Em ambientes moderados, os termopares especificados corretamente poderão funcionar corretamente, podendo trabalhar durante períodos de cinco, dez anos ou até mais.

Temperaturas elevadas causam maior desvio ao termopar

Em temperaturas elevadas na faixa de 900 °C e superiores, a deriva do termopar é acelerada, quando há energia suficiente para conduzir impurezas para os condutores do termopar e alterar sua composição.

Em algumas aplicações, o cromo de um condutor se difunde no segundo condutor e altera o sinal de saída para menor. A leitura de temperatura mais baixa resultante, pode ser mal interpretada por um operador como uma necessidade de aumentar a energia para um forno ou incinerador, resultando em degradação adicional do sensor, bem como, em perdas significativas de energia.

Uma calibração de um termopar não redefine o sinal de saída do sensor para sua condição ideal, pois os condutores foram comprometidos até certo ponto, e, não há possibilidade de fazer qualquer tipo de ajuste.

Como as calibrações de termopares são realizadas?

Agora que você sabe por que deve calibrar um termopar, a próxima etapa é entender como a calibração de um termopar é realizada.

O tipo mais comum de calibração, é uma comparação entre o sensor a ser instalado em um processo na planta e um sensor de referência com erro conhecido, chamado padrão de trabalho.

Um sensor de alta precisão é usado como padrão de trabalho, sendo normalmente uma termorresistência a 4 fios ou um termopar de alta precisão, como os termopares de platina, dependo da temperatura que a calibração será efetuada. Este sensor é usado continuamente para calibrar vários sensores de processo ao longo de sua vida útil.

Figura 2: Cadeia de rastreabilidade da calibração desde a planta de processo até os padrões internacionais nacionais

O sensor padrão de trabalho é certificado e rastreável por meio do certificado, aos laboratórios acreditados nacionais, aos institutos nacionais de metrologia e até um padrão Internacional. Outros sensores mais precisos, chamados de padrões secundários e primários, são usados para calibração do padrão de trabalho.

O Processo de Calibração de Termopar

No processo de calibração, a leitura da medição de temperatura do padrão de trabalho é comparada com a leitura da medição do termopar de processo, em um determinado ponto de temperatura.

Para realizar esta comparação, tanto o termopar de processo quanto o sensor de trabalho são instalados em uma fonte de calor ou também chamado meio térmico, A fonte de calor mais comum é um bloco seco.

O bloco seco é ajustado para uma determinada temperatura e estabilizado. Os sinais de saída de cada sensor são coletados e registrados por leitores calibrados de alta exatidão e resolução (conforme mostrado na figura abaixo).

Figura 3: Configuração de calibração de comparação de sensor com bloco seco

As medições de temperatura do termopar de processo e do padrão de trabalho são comparadas entre si. O erro do termopar de processo é determinado pela diferença de medição de temperatura do padrão de trabalho.

Caso a comparação seja aceitável conforme a padrão normativo, é produzido um certificado com as informações pertinentes tanto dos sensores e dos equipamentos de leitura da medição. O termopar de processo normalmente é etiquetado com o número do certificado de calibração correspondente.

Tanto o termopar de processo quanto o certificado são entregues ao usuário, proporcionando a confiança adicional de um termopar com um erro conhecido e rastreável de acordo com padrões nacionais e internacionais.

Considerações finais sobre calibração de termopares e próximas etapas

Agora que você sabe o que é calibração de termopar e seus benefícios, pode pesquisar a solução mais adequada para sua aplicação. Manter esses fatores em mente pode ajudar a garantir que você evite problemas e mantenha seu processo funcionando com medições de temperatura confiáveis e precisas.

Você precisa se sentir confiante em seu equipamento de medição. Na Ashcroft, entendemos que nem todas as aplicações são iguais e os requisitos podem variar. Por isso, fornecemos suporte para suas necessidades operacionais diárias e temos uma equipe de suporte especializada para atender as suas necessidades.

Sinta-se à vontade para entrar em contato conosco hoje para falar com um de nossos especialistas do setor e tirar suas dúvidas.