USO DE PUNTOS EUTÉCTICOS DE Ga

USO DE PUNTOS EUTÉCTICOS DE Ga-Xx
PARA CALIBRACIÓN Y CONTROL METROLÓGICO
DE TERMÓMETROS DE RESISTENCIA DE PLATINO
EN EL INTERVALO DE 16°C A 27 °C
Edgar Méndez-Lango
División Termometría, CENAM
emendez@cenam.mx
Temperatura – equilibrio térmico
Dos cuerpos están a la misma temperatura
si y sólo si se encuentran en equilibrio térmico
A
B
C
Ley cero - trazabilidad
• Si A es un termómetro que se calibra en un
valor de temperatura B
• Si se usa el termómetro A para medir la
temperatura de C y
• Si el valor de A al estar en contacto con B es el
mismo que al estar en contacto con C,
entonces
• B y C tienen la misma temperatura
Escala de temperatura
• B es un conjunto de experimentos de
temperatura conocida
• El conjunto de experimentos se conocen como
puntos fijos
• La mayoría de los puntos fijos son transiciones
de fase ¿por qué?
– Ejemplo: Punto triple de agua
Punto fijo de temperatura
Punto triple de agua
Los puntos fijos de la Escala
Punto Fijo
T90/K
t90/ ºC
PT Ar
83,8058
-189,3442
PT Hg
234,3156
-38,8344
PT H2O
273,16
0,01
PF Ga
302,9146
29,7646
PS In
429,7485
156,5985
PS Sn
505,078
231,928
PS Zn
692,677
419,527
PS Al
933,473
660,323
PS Ag
1234,93
961,78
Sub-intervalos de la Escala
Helio
Termómetro de Resistencia de Platino
1
Termómetro de Gas
0,65 K 3 K
-39 °C
5K
0 °C
14 K 17 K 20 K 25 K
30 °C
10
2
157 °C
9
3
4
54 K
232 °C
84 K
420 °C
234 K
(-39 °C)
660 °C
962 °C
273 K
1064 °C 1085 °C
8
7
6
5
Termómetro de Resistencia de Platino
Pirómetro monocromático
11
8
Escala de temperatura
• Para interpolar entre los puntos fijos se
requieren dos cosas:
– Un termómetro y
– Una regla de correspondencia
• ¿Cómo funciona un termómetro?
Propiedad termométrica
• Una propiedad física que cambia reversible y
uniformemente con la temperatura es una
propiedad termométrica.
• Ejemplos:
dilatación volumétrica de un líquido,
dilatación lineal de un sólido,
cambio de resistencia eléctrica de un metal,
el efecto Seebeck, etcétera.
Termómetro de líquido en vidrio
Tipos de TLV (ASTM)
No. ASTM
62C
63C
64C
65C
66C
67C
68C
69C
70C
Intervalo / °C
-32 a 2
-8 a 32
-25 a 55
50 a 80
75 a 105
95 a 155
145 a 205
195 a 305
295 a 405
Graduación / °C
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,2
0,2
0,5
0,5
Longitud
374 a 384 mm
374 a 384 mm
374 a 384 mm
374 a 384 mm
374 a 384 mm
374 a 384 mm
374 a 384 mm
374 a 384 mm
374 a 384 mm
Inmersión
Total
Total
Total
Total
Total
Total
Total
Total
Total
T. de resistencia eléctrica
T. de termistor
T. de termopar
tA
tB
Alambre A
Alambre B
Es un medidor diferencial
Equipos de medición
• Los equipos de medición o unidades de
lectura o “lectores” dependen de la propiedad
termométrica
• La sensibilidad del instrumento
∆x
Sens =
∆T
Depende de la propiedad termométrica y de
la “capacidad instalada” de medición
Regla de correspondencia
• Para conocer el valor de temperatura se
requiere una regla de correspondencia entre
las unidades x de la propiedad termométrica y
la temperatura
• Las reglas de correspondencia son empíricas
• Generalmente están normalizadas (ASTM, IEC,
ITS-90, etc.)
Exactitud de un termómetro
• La exactitud depende de:
– Propiedad termométrica,
– Lector y
– Regla de correspondencia
Sensibilidad TLV
Líquido
termométrico
Mercurio
Etanol
Tolueno
Pentano
Coeficiente de
expansión
aparente / °C-1
0,00016
0,00104
0,00103
0,00145
Intervalo
aproximado de
operacion / °C
-35 a 550
-80 a 60
-80 a 100
-200 a 30
Exactitudes esperadas
Intervalo 0 °C a 30 °C
TERMÓMETRO
EXACTITUD / °C
COMENTARIOS
Líquido en vidrio
0,05
Muy estable pero no automatizable
Resistencia de platino
0,005
Estables pero lentos y
con inercia térmica grande
Termopar
0,1
Diferenciales, técnicas de metrología
eléctrica más demandantes
Termistor
0,05
Gran sensibilidad ¿estabilidad?
“Buenas prácticas” en termometría
“Un termómetro mide su propia temperatura”
Conducción de calor (Fourier)
T1
A
l
∆T ⋅ A
qα
l
•
T2
21
Aplicación
Puntos fijos secundarios
Punto de fusión de hielo
Estabilidad de punto de hielo
Estabilidad del Punto de Hielo (0°C)
25.29994
0,1 mK
Rt / Ω
25.29993
25.29992
25.29991
25.29990
09:00
12:00
15:00
18:00
21:00
00:00
03:00
06:00
09:00
Reproducibilidad del punto de hielo
0.005
0.004
0.003
0.002
t /ºC
0.001
0.000
-0.001
-0.002
-0.003
-0.004
-0.005
10-jun-04
10-jul-04
9-ago-04
8-sep-04
8-oct-04
Puntos fijos secundarios
Punto eutéctico Ga-In
In ~156 °C
Ga ~30 °C
80% Ga – 20% In ~16 °C
Puntos eutécticos Ga-Xx
Punto
T / °C
Incertidumbre / °C
H2O (hielo)
0,000
0,002
Ga-In
15,65
0,01
Ga-Sn
20,48
0,01
Ga-Zn
25,17
0,02
Ga-Al
26,93
0,05
Ga
29,675
0,001
Incertidumbre
0.06
Al
Incert. / ºC
0.05
0.04
0.03
0.02
In
H2O
Sn
Zn
Ga
0.01
0
0
5
10
15
t / ºC
20
25
30
Gracias
Edgar Méndez-Lango
División Termometría, CENAM
emendez@cenam.mx