Compiere il primo passo verso la creazione di un impianto di calibrazione può essere scoraggiante, sia che si tratti di un laboratorio di calibrazione accreditato per l'umidità relativa/il dew-point o di un dipartimento di calibrazione interno, ma non deve essere eccessivamente complicato, soprattutto con la consulenza di un esperto.
Questo articolo dettagliato copre tutto ciò che è necessario considerare quando si progetta o si sceglie un sistema di calibrazione dell'umidità e fornisce esempi di attrezzature e componenti necessari.
Il nostro glossario dei termini di calibrazione fornisce utili definizioni e spiegazioni.
Quali parametri vengono misurati nelle calibrazioni dell'umidità relativa e del dew-point?
Di quali apparecchiature avete bisogno per le calibrazioni interne di umidità relativa e dew-point?
Una volta deciso che l'esecuzione delle calibrazioni in casa è l'opzione più appropriata per la vostra azienda, è importante assicurarsi di scegliere l'attrezzatura adatta alle vostre esigenze.
Questa guida è stata concepita per aiutarvi a comprendere meglio le opzioni disponibili; tuttavia, è fortemente consigliata anche la consulenza di un esperto del settore. Offriamo un servizio di assistenza completo per garantire che la configurazione funzioni per voi.
Gli elementi chiave da prendere in considerazione prima di scegliere un sistema sono:
Parametro di misura
È importante capire le vostre esigenze di calibrazione.
L'umidità relativa, la temperatura e il dew-point sono di solito i parametri su cui ci si concentra quando si calibrano strumenti per l'umidità relativa o il dew-point.
Questi parametri sono fondamentali in vari settori, tra cui quello farmaceutico, manifatturiero e del monitoraggio ambientale, dove un controllo e una misurazione precisi possono avere un impatto significativo sulla qualità del prodotto, sulla sicurezza e sulla conformità alle normative.
Punto di rugiada
L'allestimento di un impianto di calibrazione del dew-point richiede attrezzature specializzate e un'attenta pianificazione per garantire una calibrazione accurata degli strumenti. Ciò è particolarmente importante per i dew-point estremamente bassi (-100 oCdp).
L'attrezzatura necessaria dipende, ovviamente, dal livello di dew-point a cui è necessario calibrare lo strumento e se la calibrazione deve essere effettuata a temperatura ambiente o a temperatura specifica.
La calibrazione si ottiene solitamente montando i sensori in un collettore (talvolta collocato all'interno di una camera a temperatura controllata) collegato a un generatore di dew-point; talvolta questo include un essiccatore.
Per un dew-point estremamente basso, saranno necessari un generatore di dew-point più sofisticato, un collettore e uno specchio refrigerato di riferimento.
Umidità relativa e temperatura
Esistono diversi approcci per calibrare i sensori di umidità relativa. In ogni caso, è importante che l'apparecchiatura sia utilizzata in un ambiente con una temperatura stabile; idealmente, una stanza a temperatura controllata.
L'approccio più comune consiste nel calibrare entrambi i circuiti di umidità relativa e temperatura del dispositivo. Ciò avviene collocando i sensori direttamente in una camera di calibrazione, che genera le condizioni di umidità e temperatura richieste. La camera fornisce condizioni stabili, che portano a una calibrazione più affidabile e a incertezze più basse.
I sensori di umidità relativa possono essere calibrati anche a temperatura ambiente; in questo caso, viene calibrato solo il circuito di umidità del sensore. Ciò può essere ottenuto utilizzando soluzioni saline sature o non sature o validatori di umidità che utilizzano serbatoi di saturazione e di essiccante.
Campo di misura
Il prossimo fattore decisivo è il campo di misura. Le domande da porsi in questo caso sono:
Calibrazione dell'umidità relativa in una camera a temperatura controllata
Le camere a temperatura controllata sono la soluzione più comune per la calibrazione degli strumenti di umidità relativa. Queste generano un ambiente stabile a un range di livelli di umidità e temperature e, se abbinate a un igrometro a specchio raffreddato come strumento di riferimento, contribuiscono ad aumentare la fiducia nella misura.
PST offre una vasta gamma di camere di calibrazione, tra cui Rotronic HygroGen2 con range estesi di 5...60 °C e 2...99 %rh o Michell OptiCal con riferimento a specchio freddo integrato.
Un'altra opzione del Range di PST è il Michell Instruments HG10. Questo sistema di calibrazione completo utilizza un generatore di umidità esterno per alimentare un flusso d'aria, con un'umidità controllata con precisione, direttamente in un collettore all'interno di una camera a temperatura controllata e di uno specchio di riferimento refrigerato. Il generatore di umidità è alimentato con aria fresca e secca proveniente da un essiccatore a pressione e può raggiungere umidità molto basse a una temperatura specifica, con un range totale di 1...95 %rh.
Calibrazione del punto di rugiada
La calibrazione dei sensori di dew-point, soprattutto a bassi livelli di rugiada, richiede l'uso di generatori ed essiccatori di dew-point più sofisticati.
L'aria compressa pulita viene fatta passare attraverso un essiccatore per fornire una fonte di aria secca costantemente regolata, quindi l'aria secca viene fatta passare attraverso un generatore di dew-point per produrre un flusso di gas carico di umidità, che viene poi miscelato - in proporzioni variabili, in più fasi - per creare campioni di aria con diverse concentrazioni di umidità. Questi vengono poi immessi in un collettore o in una camera e quindi sia al dispositivo in prova sia allo specchio refrigerato di riferimento.
Offriamo un'ampia scelta di essiccatori a oscillazione di pressione, generatori e igrometri a specchio freddo; le opzioni sono descritte di seguito.
Di quali apparecchiature avete bisogno per le calibrazioni del dew-point?
Sorgenti d'aria
I sistemi di calibrazione del dew-point richiedono aria compressa pulita e asciutta per funzionare correttamente. Le specifiche richieste per quest'aria variano a seconda del modello di essiccatore a oscillazione di pressione scelto, ma in genere dovrebbe avere una pressione di circa 7 barg (100 psig). Per i sistemi di calibrazione progettati per generare un punto di rugiada <-80 °C (<-112 °F) (generalmente quelli che utilizzano il PSD4), l'aria di alimentazione dovrà essere pre-essiccata a <-40 °C (<-40 °F) per massimizzare l'efficacia dell'essiccatore a pressione.
Per gli utenti che non hanno a disposizione una fornitura di aria compressa o di strumenti in loco, Michell Instruments può fornire compressori adatti a ciascun tipo di sistema e un pre-essiccatore da utilizzare con sistemi progettati per una capacità di <-80 °Cdp (-112 oFdp).
Essiccatori ad oscillazione di pressione
I nostri essiccatori d'aria funzionano secondo il principio dell'oscillazione della pressione. Due colonne di essiccante sono collegate tra loro in parallelo. L'aria compressa proveniente dall'ingresso dell'essiccatore viene fatta passare attraverso la prima colonna di essiccante per rimuovere praticamente tutta l'umidità presente. La maggior parte dell'aria secca proveniente da questa colonna viene parzialmente espansa, per ridurre ulteriormente il dew-point, e quindi diretta all'uscita dell'essiccatore. L'aria secca rimanente viene utilizzata per spurgare la seconda colonna di essiccante, fuori linea, per eliminare l'umidità raccolta durante il ciclo in linea nell'atmosfera.
Dopo un periodo predeterminato, la funzione delle due colonne viene commutata: la prima colonna viene rigenerata mentre la seconda è in linea, producendo un flusso di aria secca. Durante la commutazione, la colonna fuori linea viene rapidamente depressurizzata, il che provoca il rilascio e lo spurgo dell'umidità adsorbita dall'essiccante. Un ciclo di questo Funzionamento è rappresentato in modo schematico nella Figura 1.
Gli essiccatori richiedono una manutenzione minima e, in condizioni operative normali, necessitano solo di una sostituzione dell'essiccante ogni 5 anni circa. Il sistema di spurgo/rigenerazione altamente efficiente consente all'essiccatore di funzionare agli stessi livelli di prestazioni elevate per tutta la durata di vita dell'essiccante.
Offriamo due modelli di essiccatore:
Generatori di dew-point
Una sorgente di gas secco viene alimentata al generatore da un essiccatore ad oscillazione di pressione e suddivisa in due flussi. Una corrente viene fatta gorgogliare attraverso l'acqua liquida tramite un ugello in vetro sinterizzato, assicurandosi che sia completamente satura di vapore acqueo, mentre l'altra corrente rimane asciutta. I due flussi di gas vengono quindi miscelati a pressione atmosferica, in un processo a uno o più stadi, per generare il livello di umidità desiderato. L'intera custodia è isolata e a temperatura controllata, per garantire che la saturazione, e quindi la produzione, sia sempre costante.
Un singolo stadio di miscelazione fornisce una regolazione grossolana, limitata a circa -40 °Cdp (-40 °Fdp). Per generare dew-point più secchi, l'uscita di questo primo stadio viene miscelata con la sorgente di gas secco una seconda volta, fornendo regolazioni più fini per basse concentrazioni di umidità fino a -75 °Cdp (-103 °Fdp). Per livelli di umidità inferiori, è possibile aggiungere un terzo stadio, in cui l'uscita del secondo stadio viene nuovamente miscelata con la fonte di gas secco, dando la possibilità di generare dew-point fino a -90 °Cdp (-130 °Fdp). Il punto di rugiada di -100 °C (-148 °F) viene rilevato direttamente dall'uscita dell'essiccatore.
I generatori di dew-point della serie Michell DG si basano sulla miscelazione volumetrica di gas secchi e umidi. Ciò consente di ottenere la risposta più rapida quando si passa da un set point all'altro, rispetto ad altre tecnologie di generazione del dew-point (come quelle a due temperature, due pressioni o la combinazione di entrambe). La miscelazione è controllata da valvole di misurazione del flusso, per un controllo manuale del dew-point target, o automatizzata utilizzando un banco di valvole di misurazione preimpostate, selezionate azionando combinazioni di solenoidi per passare tra i diversi rapporti di miscelazione umido-secco.
Miscelazione manuale - DG2 e DG3
Il DG3, con miscelazione manuale a singolo stadio, genera dew-point da -40 a +20 °Cdp (da -40 a +68 °Fdp). Dew-point più secchi, fino a -75 °Cdp (-103 °Fdp), possono essere raggiunti dal DG2 che ha un secondo stadio di miscelazione del flusso di gas. I grandi punti di forza del DG2 e del DG3 sono la facilità d'uso e la flessibilità nel generare manualmente un dew-point target accurato, regolando con precisione la miscela di gas tramite le valvole di misurazione del flusso. Insieme al generatore viene fornita una tabella dei flussi nominali per guidare l'utente nell'impostazione delle valvole di misurazione in modo appropriato per ogni punto di regolazione desiderato.
Miscelazione automatica - ADG400
L'ADG400 utilizza un sistema di miscelazione a due stadi con regolatori di portata massica per miscelare aria secca e aria satura in proporzioni esattamente predeterminate. Ciò consente all'operatore di generare un range di livelli di dew-point da -80 a +20 °C (da -112 a +68 °F). Il generatore viene programmato in fabbrica con 11 punti di calibrazione a intervalli di 10 °Cdp in tutto il range, con la possibilità di memorizzare 13 punti aggiuntivi per l'utente. Il generatore può essere pilotato dall'HMI con controllo manuale o profili di calibrazione temporizzati, dal software del PC o tramite comandi seriali utilizzando l'interfaccia USB.
Miscelazione automatica - VDS
Per generare dew-point fino a -100 °C (-148 °F), è necessario un sistema più sofisticato. Il generatore Vapor Delivery System (VDS) controllato via software offre un controllo preciso, ripetibile e flessibile del dew-point generato. I regolatori di portata massica individuali a tre stadi selezionano proporzioni precise di aria umida e premiscelata.
L'iniezione di umidità è ottenuta tramite un regolatore di flusso di massa di liquidi e un sistema di evaporazione controllata. L'intero sistema è controllato da un software per PC dedicato, che consente di creare programmi di calibrazione automatica o di attivare manualmente i set point.
Controllo
Sono disponibili quattro opzioni di controllo del set-point, che variano a seconda dei modelli di generatore. Si tratta di un fattore importante da considerare, poiché alcuni sistemi possono avere maggiori esigenze di automazione. Ciò vale soprattutto se il sistema viene progettato per calibrare molti sensori:
Strumenti di riferimento
Gli igrometri a specchio raffreddato sono strumenti di precisione per applicazioni critiche di misura e controllo. I sensori a specchio freddo misurano una caratteristica primaria dell'umidità: la temperatura alla quale si forma la condensa su una superficie. Ciò significa che gli igrometri a specchio raffreddato:
Funzionamento a specchio refrigerato
Il sensore a specchio freddo è costituito da uno specchio a temperatura controllata e da un sistema di rilevamento ottico avanzato. Un fascio di luce proveniente da un LED viene focalizzato sulla superficie dello specchio con un'intensità fissa. Quando lo specchio viene raffreddato, la luce viene riflessa meno a causa dell'effetto di diffusione della condensa che si forma sulla superficie dello specchio. I livelli di luce riflessa e diffusa vengono misurati da due fotorilevatori e confrontati con un terzo rilevatore di riferimento che misura l'intensità della luce proveniente dal LED.
I segnali provenienti da questo sistema ottico vengono utilizzati per controllare con precisione l'azionamento di un raffreddatore termoelettrico (TEC) a stato solido, che riscalda o raffredda la superficie dello specchio. La superficie dello specchio viene quindi controllata in uno stato di equilibrio, in cui l'evaporazione e la condensazione avvengono alla stessa velocità. In questa condizione, la temperatura dello specchio, misurata da una termoresistenza al platino, è uguale alla temperatura del dew-point del gas.
Scegliere uno strumento di riferimento
La gamma di igrometri di riferimento a specchio raffreddato di Michell Instruments ha capacità di misura adeguate alle prestazioni di ciascuna delle diverse opzioni di generatore di rh e dew-point. Per le ragioni spiegate in precedenza in questa guida, un riferimento di elevata accuratezza è una necessità per eseguire calibrazioni tracciabili e credibili.
L'accuratezza della misura della temperatura ambiente della maggior parte dei prodotti Michell Instruments a specchio refrigerato è di ±0,1 °C (±0,18 °F). Quando il parametro di calibrazione è l'umidità relativa, è necessaria anche una misura della temperatura ambiente come altro input dell'equazione che la determina dal dew-point: La pressione del vapore (e) è determinata risolvendo la formula di Sonntag (1990) per la temperatura corrente del dew-point. La pressione di saturazione del vapore (es) si trova ripetendo il processo per la temperatura ambiente. Si ottiene così l'umidità relativa in %rh.
Questo calcolo è riconosciuto e pubblicato nella pubblicazione del National Physical Laboratory del 1996, 'A Guide to the Measurement of Humidity' . Il suo utilizzo, nella maggior parte dei casi, produrrà comunque incertezze di misura inferiori a quelle ottenibili con gli igrometri che misurano direttamente l'umidità relativa.
Calibrazione
Sebbene gli igrometri a specchio refrigerato Michell Instruments siano fondamentali e abbiano una deriva molto bassa, per mantenere la tracciabilità del vostro riferimento vi suggeriamo di restituircelo per una calibrazione regolare rispetto a uno dei nostri standard di trasferimento.
Manifold
Per i sensori dew-point di Michell Instruments sono disponibili manifold standardizzati o personalizzati, a seconda del numero di sensori che si intende calibrare sul sistema in qualsiasi momento. Possiamo anche progettare manifold personalizzati per accettare sensori o strumenti non Michell; la configurazione ottimale viene progettata in base alle Dimensioni del dispositivo e alla sua disposizione di montaggio.
Integrazione
Possiamo integrare vari componenti e funzioni del sistema, come la registrazione dei sensori in prova, lo strumento di riferimento e altri miglioramenti. Per ulteriori dettagli, vi preghiamo di contattarci.
Siamo qualificati per consigliare i nostri clienti che desiderano effettuare le proprie calibrazioni dell'umidità. Produciamo una vasta gamma di apparecchiature per la calibrazione dell'umidità (dai calibratori da banco completamente integrati ai componenti separati necessari per un sistema personalizzato) che utilizziamo quotidianamente nei nostri laboratori di calibrazione dell'umidità e della temperatura in tutto il mondo.
Guida alla scelta del sistema di calibrazione
Vedi le nostre pagine servizi di calibrazione qui.
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