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Questo articolo di OMEGA Engineering discute i sensori di temperatura impiegati in ambienti produttivi e nella registrazione della temperatura, compresi il perché e con quale frequenza questi sensori hanno bisogno di essere calibrati. Sono anche trattati le opzioni per la strumentazione di calibrazione e le ragioni a favore e contro l'uso di un laboratorio di taratura AS17025.Tipi di Sensori di Temperatura
Cinque tipi di dispositivi comunemente trovati in ambienti produttivi sono:
- Termometri bimetallici o a molla. Ampiamente utilizzati nonostante la loro risposta lenta e la mancanza di precisione perché sono poco costosi e facilmente regolabili.
- Termocoppie. Il più usato sensore industriale, costituito da due fili di metalli dissimili uniti ad una estremità, questi producono una tensione proporzionale alla temperatura.
- Rilevatori di temperatura a resistenza (RTD). In genere avvolti da filo di platino, questi sono costosi ma danno una risposta rapida e una buona precisione di misura.
- Termistori. Questi dispositivi basati su semiconduttori misurano la temperatura in un intervallo limitato e sono spesso utilizzati in applicazioni mediche.
- Rilevatori di radiazione infrarossa (IR). Questi sensori senza contatto misurano la temperatura superficiale e rientrano in una di due tipologie: Pirometri IR e termocamere. L’uso di entrambi è in rapida crescita e molti altri prodotti stanno entrando nel mercato.
Assenti da questo elenco sono i termometri a dilatazione di liquido in vetro. Questi non possono essere calibrati quindi la loro mancanza di regolabilità significa che è solo possibile notare l'errore. Inoltre, ci sono preoccupazioni per il rischio di rottura, soprattutto con i tradizionali termometri a mercurio.
Rilevamento della Temperatura e Documentazione
In molti settori il controllo della temperatura è insufficiente: è importante avere la documentazione della temperatura o del ciclo termico a cui il prodotto è stato sottoposto. Tali registrazioni sono obbligatorie nella trasformazione dei prodotti alimentari e nella produzione e stoccaggio farmaceutici. Questo può essere realizzato con regolatori di temperatura con capacità di registrazione. Per gli elementi critici per la sicurezza come mozzi ruota, collegamenti di sospensione o componenti per freni, la documentazione aiuta un produttore a dimostrare che una parte è stata trattata correttamente dal punto di vista termico e non è né troppo fragile né troppo morbida.
Un'area di crescente importanza è la produzione di componenti in fibra di carbonio per uso automobilistico e aerospaziale. Come con altri processi di polimerizzazione, temperatura e pressione devono essere precisamente controllate. Anche in situazioni dove il controllo della temperatura non è essenziale per le prestazioni del prodotto, la ripetibilità è necessaria per l’uniformità del prodotto.
I sistemi di gestione della qualità richiedono universalmente la calibrazione di tutti i dispositivi di misura che possono influenzare la qualità del prodotto finale. Mentre la taratura delle apparecchiature di misura è solitamente capita, l'importanza di calibrare i sensori di temperatura a volte viene trascurata.
Perché i Dispositivi Hanno Bisogno della Taratura
Ogni dispositivo utilizzato per misurazioni critiche di processo dovrebbe essere controllato periodicamente per verificare che continui a fornire la precisione richiesta. Se la regolazione è possibile, un dispositivo che misura al di fuori dei limiti previsti dovrebbe essere riportato ad un livello di prestazioni accettabile, ma nel caso di un apparecchiatura non regolabile, la deviazione o le prestazioni di misura devono essere registrate e una decisione va presa in merito a se esso rimanga adatto allo scopo.
Nel caso di apparecchiature di misurazione della temperatura, le proprietà dei bimetalli e del filo termocoppia cambiano con l'utilizzo e nel tempo (specialmente se usate ad alte temperature) comportando una deriva della misura. Inoltre, una sonda termocoppia potrebbe essere danneggiata in servizio, forse meccanicamente o a causa della corrosione, con conseguente rapido deterioramento del filo. RTD e termistori sono anche entrambi dei dispositivi fragili e facilmente danneggiabili, quindi dovrebbero essere controllati periodicamente. Lo stesso vale per i termometri IR e le termocamere.
Frequenza della Taratura
Gli standard di qualità generalmente lasciano che sia l'utente a decidere quanto spesso deve essere calibrato un dispositivo. Tuttavia, un auditor si aspetta una solida giustificazione per qualunque frequenza sia stata decisa. Quando si stabilisce una frequenza di calibrazione, va data considerazione al tipo di utilizzo che il dispositivo vede, il rischio di danno e la velocità di deriva (che può essere determinato dal registro storico di calibrazione).
Dovrebbero essere attuate delle procedure per definire le azioni necessarie se la calibrazione mostra che un dispositivo funziona al di fuori dei limiti accettabili. Ad esempio, potrebbe essere necessario verificare un prodotto fabbricato dopo l’ultima calibrazione (e il costo della verifica può influenzare la frequenza di calibrazione). In situazioni critiche per la sicurezza, come produzione alimentare o farmaceutica, potrebbe essere necessario eseguire la calibrazione ogni giorno o anche ad ogni turno.
Taratura di Dispositivi per la Misurazione della Temperatura
Il modo più semplice per calibrare un sensore di temperatura è quello di controllare come legge la temperatura di due costanti fisiche: la temperatura alla quale il ghiaccio si scioglie e il punto di ebollizione dell’acqua (anche se quest'ultimo deve essere corretto a seconda della pressione atmosferica). Anche se rapido ed economico, una debolezza di questo metodo è che non è in genere una calibrazione con tracciabilità NIST.
I calibratori di sonda a blocco secco superano questo problema e consentono di calibrare sonde a termistore, termocoppia e RTD in modo rapido e preciso. Un calibratore come quello di OMEGA a punto caldo; Calibratore di Sonde a Blocco Secco viene utilizzato per riscaldare una termocoppia alla temperatura selezionata e la lettura dell'indicatore è paragonata a quella sul calibratore. Dopo di che, uno a punto freddo; una camera di riferimento come la TRCIII di OMEGA viene utilizzato per fornire la temperatura di confronto a 0°C. Ancora una volta, la lettura indicata è paragonata a quella sul calibratore. Correzioni possono essere determinate da queste due misurazioni.
Il funzionamento di una termocoppia può essere verificato anche simulando il segnale elettrico prodotto dalla sonda e controllando la lettura prevista rispetto a quella indicata.
I calibratori a corpo nero a infrarossi vengono utilizzati per calibrare l'apparecchiatura di misurazione della temperatura senza contatto quali termocamere e pirometri. Questi utilizzano una superficie di emissività "perfetta" (tra 0,95 e 0,98) che è riscaldata ad una temperatura nota e confrontata con la lettura dal dispositivo. (Si noti che mentre la precisione dipende dalla qualità della misurazione di temperatura all'interno del calibratore a corpo nero, e può essere solo dell’1%, la ripetibilità deve essere molto alta).
Calibrare in Casa o Usare un Laboratorio di Taratura?
Per la maggior parte delle organizzazioni i fattori determinanti sono il volume di lavoro di taratura che deve essere eseguito e la disponibilità delle risorse interne. Se la calibrazione dei misuratori già viene eseguita, l'aggiunta di sensori di temperatura all'elenco delle attrezzature richiede solo l’investimento in un calibratore di sonda a blocco secco o a corpo nero. Tuttavia, alcune tarature esterne sono sempre necessarie per garantire la tracciabilità NIST.
L’importanza di Usare un Laboratorio Accreditato AS17025
Proprio come la ISO9000 fornisce una struttura per la gestione della qualità per le aziende manifatturiere, la AS17025 (interpretazione statunitense della norma ISO 17025) fa la stessa cosa per i laboratori di taratura. Determinate procedure documentano i metodi utilizzati per il lavoro di taratura svolto, garantendo che metodi siano robusti e forniscano un adeguato livello di tracciabilità NIST. Notevole enfasi è posta sulla comunicazione dei risultati ai clienti, e questo include informazioni sull’incertezza della misura.
Un laboratorio che non soddisfa i requisiti della norma ISO 17025 può eseguire lavori di calibrazione soddisfacenti con livelli adeguati di tracciabilità. Tuttavia, l’accreditamento formale significa che un cliente può essere certo che procedure appropriate saranno seguite e così risparmierà la spesa di verificarlo da sè.
Indispensabile per la Qualità del Prodotto
Molti processi produttivi utilizzano il calore per modificare le caratteristiche del prodotto. In alcuni casi un accurato controllo della temperatura è essenziale per garantire l'idoneità allo scopo, e una traccia cartacea (registri di temperatura più prove di calibrazione) verifica che il produttore ha preso le misure appropriate per mantenere la qualità degli articoli prodotti. La calibrazione dei sensori di temperatura, se eseguita internamente o appaltata ad un laboratorio specializzato, è una parte essenziale di questa attività.
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