Cómo calibrar los medidores

Compartir mediante

Definición de términos

Primeramente, es necesario aclarar los términos, puesto que suelen confundirse en el uso diario:

Ajuste

Con "ajuste" se hace referencia a la correcta configuración de un instrumento. Por ejemplo, configurar el vacío (cero) y el valor atmosférico en un THERMOVAC, o bien establecer el espectrómetro de masas en una masa de 4 en el detector de fugas de helio.

Inspección de calibración

Con el término "inspección de calibración" se hace referencia a la comparación con una norma de conformidad con determinada legislación o normativa por parte de personal con autorización especial (de un Bureau of Standards o Instituto o Agencia de Normalización). A menudo se denomina "calibración de fábrica". Si el resultado de esta inspección periódica es satisfactorio, un permiso de operación para el siguiente período (por ejemplo, tres años) se hace visible para el personal externo, por medio de una etiqueta adhesiva o precinto de plomo. Si el resultado es insatisfactorio, por otra parte, se retira el instrumento del servicio.

Calibración

La calibración es la comparación con un patrón de conformidad con determinada legislación o normativa por parte de personal con autorización especial (o centro de calibración). De este procedimiento se obtiene un certificado de calibración en el que figura la desviación de las lecturas del instrumento pertinente con respecto al patrón correspondiente. Estas tareas de calibración se llevan a cabo en los centros especializados. Un problema que surge es la cuestión del grado de idoneidad de las normas y de la zona de calibración. Estos patrones se calibran en centros de calibración del Servicio Alemán de Calibración (Deutscher Kalibrierdienst, DKD). El Servicio Alemán de Calibración está gestionado por el Instituto Físico-técnico Federal (Physikalisch-Technische Bundesanstalt, PTB). Este se encarga de verificar que los equipos de medición y comprobación empleados en mediciones industriales cumplan con las pertinentes normativas oficiales. El PTB ha asignado a Leybold (y otras empresas) la tarea de calibrar medidores y fugas en el marco del DKD. El banco de bombas de calibración se dispuso conforme a la norma DIN 28 418 y posteriormente fue sometido a inspecciones y aceptado por el PTB. Los patrones de las instalaciones del DKD, los denominados "patrones de transferencia" (medidores de referencia) se someten a calibraciones periódicas directamente por parte del PTB. Leybold calibra los medidores de todas las marcas de manera imparcial en Colonia (Alemania). Posteriormente, se emite un certificado de calibración con todos los datos característicos de esta.

Los patrones del Instituto Físico-Técnico Federal son los denominados "patrones nacionales". Para poder garantizar una exactitud correcta de la medición o la mínima incertidumbre posible en las mediciones para sus calibraciones, el PTB efectúa casi todas sus mediciones por medio de la aplicación de métodos fundamentales. Esto implica, por ejemplo, que se intentan describir las presiones de calibración mediante la medición de la fuerza y el área, o bien diluyendo los gases siguiendo estrictamente las leyes de la física. La cadena de recalibración de instrumentos patrón efectuada anualmente en el siguiente centro de calibración de mayor orden por el PTB se denomina "restablecimiento conforme a los patrones nacionales". Asimismo, las agencias de normalización de otros países aplican otros métodos similares a los que sigue el Instituto Físico-Técnico Federal en Alemania. En la Fig. 3.17 se indica la escala de presión del PTB. Las directrices de calibración se disponen en las normas DIN (la 28 416) y las propuestas del ISO.

Fig. 3.17: Escala de presión del Instituto Físico-Técnico Federal (PTB), Berlín: escala de presión para el nitrógeno

Ejemplos de métodos fundamentales de medición de la presión (como métodos normalizados para calibrar los medidores)

a) Medición de la presión con un medidor de referencia

Ejemplos de este tipo de instrumento son los medidores de diafragma de capacitancia, cuyas versiones de referencia son capaces de efectuar mediciones de una precisión excepcional hasta los 10^-4 mbar (véase la página sobre Medición directa de la presión). Por debajo de este valor, suele hacerse uso de SRG y medidores de cátodo termoiónico a modo de instrumentos patrón (véase la página sobre Medición indirecta de la presión).

b) Generación de una presión conocida; método de expansión estática

Partiendo de una determinada cantidad de gas cuyos parámetros p, V y T se conozcan con exactitud (con p dentro del rango de medición de un medidor de referencia, como uno en U o de McLeod), se alcanza una presión inferior dentro del rango de medición de los medidoress de ionización por medio de expansión en varias etapas.

Si el gas de volumen V₁ se expande hasta un volumen de (V₁ + V₂) y de V₂ a (V₂ + V₃), etc., tras n etapas de expansión se obtiene lo siguiente:

(3.7)

p1 = presión inicial obtenida directamente en la medición, en mbar

pn = presión de calibración

Los volúmenes aquí indicados deben conocerse con la mayor exactitud posible (véase la Fig. 3.18) y la temperatura debe permanecer constante. Este método requiere que el aparato utilizado se mantenga muy limpio y alcance su límite a presiones en las que la cantidad de gas pueda ser alterada por efectos de desorción o adsorción más allá de los límites permisibles de error. Conforme a la experiencia, este límite inferior se encuentra en torno a los 5 · 10^-7mbar. A este método se lo denomina "de expansión estática" porque la presión y el volumen del gas en reposo son las variables determinantes.

Fig. 3.18: Generación de bajas presiones mediante expansión estática

c) Método de expansión dinámica

Volumen 1
Volumen 2
Válvula de admisión (conductancia L1)
Apertura con conductancia L2
Válvula
al sistema de bombeo
Válvula
al depósito de gas
Válvula
Trampa de frío LN2
al sistema de bombeo
Medidor en U
Medidor de McLeod
Válvula
Tubo medidor de ionización calibrado
a la bomba (velocidad de bombeo PSp)
Admisión de gas
Espectrómetro de masas
19, 20 medidores que calibrar
Medidor desnudo que calibrar
Horno calefactor

Conforme a este método, la presión de calibración p se produce mediante admisión de gas con un rendimiento continuo Q en una cámara de vacío al mismo tiempo que se extrae gas de la cámara mediante bombeo, por medio de una unidad con una velocidad de bombeo constante S. En equilibrio, y conforme a la Ecuación 1.10a, se cumple lo siguiente:

(1.10a)

p = Q/S

Q se obtiene, bien de la cantidad de gas circulante que accede a la cámara de combustión procedente de un depósito de suministro en el que se produce una presión constante, bien de la cantidad de gas circulante que entra en la cámara de calibración a una presión medida por medio de una conductancia conocida. La presión delante de la válvula de admisión debe ser lo suficientemente alta como para poder medirse con un medidor de referencia. Las aberturas de admisión de las válvulas (capilares pequeños, cuerpos sinterizados) deben ser lo suficientemente pequeños como para que se cumpla la condición de que d << λ, esto es, que se obtenga circulación molecular y, por consiguiente, una conductancia constante de la válvula de admisión. Seguidamente, la cantidad de gas se define mediante p₁ · L₁, donde p₁ es la presión delante de la válvula de admisión y L₁, la conductancia de la válvula. El sistema de bombeo consta de una abertura de medición exacta con conductancia L₂ en una pared lo más fina posible (conductancia de tamiz) y una bomba con una velocidad de bombeo de PSp:

Este método tiene la ventaja de que, después de alcanzar un estado de equilibrio, permite hacer caso omiso de los efectos de sorción y, por lo tanto, puede emplearse para calibrar medidores a presiones muy bajas.

Blog y Wiki Fundamentos del vacío Medición de vacío

Fundamentos de la tecnología de vacío 

Descargue nuestro libro electrónico "Fundamentos de la tecnología de vacío" para descubrir los procesos y elementos esenciales de las bombas de vacío. 

Ver libros electrónicos

Referencias

Símbolos de vacío
Glosario de unidades
Referencias y fuentes

Símbolos de vacío

Un glosario de símbolos comúnmente utilizados en diagramas de tecnología de vacío como representación visual de tipos y piezas de bombas en sistemas de bombeo

MÁS INFORMACIÓN

Glosario de unidades

Una descripción general de las unidades de medida utilizadas en la tecnología de vacío y el significado de los símbolos, así como los equivalentes actuales de las unidades históricas

MÁS INFORMACIÓN