Resumen de Ampliación y mejora de la capacidad de medida y calibración de higrómetros de punto de rocío con el patrón nacional de humedad en el margen de -10 ºc a 95 ºc
El Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial, “Esteban Terradas” es depositario de los patrones nacionales de humedad y laboratorio asociado al CEM, de acuerdo con lo establecido en el Real Decreto 346/2001, de 4 de abril. En su doble carácter de laboratorio asociado al CEM y depositario del mencionado patrón nacional, el INTA es responsable, en nombre del Estado, de la custodia, conservación, mantenimiento y difusión del patrón nacional de las unidades derivadas citadas. La humedad es una de las unidades derivadas definidas en la Orden ITC/2581/2006, de 28 de julio. En esta orden se declara que: “el patrón nacional de la magnitud humedad, cuya unidad es el ºC de punto de rocío (ºCpr), es mantenido, conservado, custodiado y diseminado, bajo la supervisión y coordinación del Centro Español de Metrología, por el Laboratorio de Temperatura y Humedad del Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial «Esteban Terradas». Está materializado mediante generadores de humedad de precisión, utilizando el principio de saturación de un gas a una temperatura y presión conocidas y su posterior expansión. Estos generadores cubren el campo de temperatura de punto de rocío de -75 ºC a -10 ºC con saturación sobre una superficie de hielo, y de -10 ºC a + 75 ºC para saturación con respecto a agua, así como el campo de humedad relativa equivalente en el campo de temperatura ambiente de 5 ºC a 75 ºC. Este patrón se conserva mediante la comparación periódica efectuada con patrones de humedad de organismos metrológicos de otros Estados.
La incertidumbre expandida de medida de la temperatura de punto de rocío (para k=2) del INTA en el margen de interés de esta Tesis, es de 0,05 ºC en el intervalo de -10 ºC a 50 ºC, de 0,10 ºC hasta 60 ºC y de 0,15 ºC hasta 75 ºC.
El principal objetivo de la tesis es la ampliación y mejora de la capacidad de medida y calibración de higrómetros de punto de rocío con el patrón nacional de humedad en el margen de temperatura de punto de rocío de -10 ºC a 95 ºC.
Para la concesión de este objetivo los hitos perseguidos con la Tesis consisten en:
• Estudio de la estabilidad a largo plazo y el cociente de temperatura de generadores de humedad de precisión.
• Desarrollar y establecer una sistemática para asegurar las condiciones de caudal de gas de muestreo de los patrones de transferencia que minimicen la contribución de incertidumbre debido a la influencia de la caída de presión.
• Determinar el estado del arte del uso de higrómetros de punto de rocío con el objetivo de establecer las contribuciones debido al flujo de calor y el gradiente de temperatura resultante en el espejo, entre la temperatura de la superficie donde se realiza la condensación y la posición del sensor de temperatura insertado en el mismo.
• La demostración de la consistencia de las realizaciones primarias de temperatura de punto de rocío de los dos generadores patrones en su margen de solape, de -10ºC a 75ºC.
• Permitir la realización de comparaciones internacionales de temperatura de punto de rocío como CCT-K8, una vez demostrado el alineamiento con el estado del arte en la medida de temperatura de punto de rocío en el margen de interés.
En el primer trabajo “Estudio de estabilidad a largo plazo y cociente de temperatura de higrómetros de punto de rocío”, se analizan y documentan las dos características importantes de los patrones de transferencia que se emplearán en la caracterización del nuevo patrón nacional: la estabilidad a largo plazo y el cociente de temperatura. Se estudian las calibraciones realizadas en el laboratorio de temperatura y humedad del INTA, investigando todo el histórico de deriva las calibraciones realizadas por el laboratorio y aportando relevancia en el histórico de deriva.
El segundo trabajo “Estudio de la influencia de la presión”, tiene como propósito desarrollar y establecer una sistemática para asegurar que se establecen las condiciones de caudal de gas de muestreo de los patrones de transferencia para minimizar la contribución de incertidumbre debido a la influencia de la caída de presión resultante entre el punto de materialización de la unidad en el saturador del patrón y el punto de medida (espejo) del patrón de transferencia.
El tercer trabajo “Relación entre termometría de contacto y realización de temperatura de punto de rocío“, se desarrolla con el propósito de determinar el estado del arte del uso de higrómetros de punto de rocío y establecer las contribuciones debido al flujo de calor y el gradiente de temperatura resultante en el espejo, entre la temperatura de la superficie donde se realiza la condensación y la posición del sensor de temperatura insertado en el espejo.
Por último, el cuarto trabajo “Consistencia de las realizaciones de punto de rocío de los patrones nacionales de humedad”, consiste en la determinación de la consistencia de la realización de punto de rocío de los dos generadores patrón nacional de humedad en su margen de solape de temperatura de punto de rocío de -10 ºC a +75 ºC.
Los objetivos alcanzados en esta tesis nos permiten presentar las siguientes conclusiones:
Se ha ampliado y mejorado la capacidad de medida y calibración. La incertidumbre típica de medida de la temperatura de punto de rocío (para k=2) en el margen de interés de esta Tesis, ha pasado de ser de entre 0,10 ºC y 0,15 ºC de 50 ºC a 75 ºC, a ser de 0,050 ºC en todo el margen, ampliado hasta 95 ºC. Esto sitúa a España en el grupo de cabeza de países cuyos laboratorios nacionales e institutos designados con CMC en la magnitud de temperatura de punto de rocío.
Se ha realizado un estudio de magnitudes de influencia (repetibilidad, reproducibilidad y cociente de temperatura), mediante el análisis exhaustivo de calibraciones de distintos tipos de instrumentos para poder acometer con rigor la validación del nuevo generador y demostrar en el ámbito internacional su capacidad de medida y calibración.
Se ha desarrollado y perfeccionado una sistemática para asegurar la reproducibilidad de las condiciones de caudal de gas de muestreo de los patrones de transferencia para minimizar la contribución de incertidumbre debido a la influencia de la caída de presión resultante entre el punto de materialización de la unidad en el saturador del patrón y el punto de medida (espejo) del patrón de transferencia.
Se han determinado las contribuciones debido a los gradientes en el espejo de los DPM y la mejora de la estabilidad a largo plazo de los DPM mediante la caracterización, estabilización y selección previa de los TRP antes de su integración en los espejos de los patrones de transferencia.
Se han publicado en el KDCB las nuevas capacidades de medida y calibración de higrómetros de punto de rocío con el patrón nacional de humedad en el margen de temperatura de punto de rocío.
Por todo lo anterior se concluye que el laboratorio de temperatura y humedad del INTA está capacitado para dar los valores de referencia para una comparación clave del CCT en este margen de temperatura de punto de rocío. La prueba final del alineamiento con el estado del arte en la medida de temperatura de punto de rocío en el margen de interés para la realización de la comparación internacional de temperatura de punto de rocío CCT-K8, vendrá de la aplicación del protocolo desarrollado en base a los conocimientos adquiridos en esta Tesis. Se ha iniciado una comparación clave, CCT-K8, y los resultados preliminares informados en esta Tesis, comparativa con el NIST y BEV/E+E, son coherentes con los objetivos perseguidos.
