Dar o primeiro passo para configurar uma instalação de calibração pode ser assustador, seja um laboratório credenciado de calibração de umidade relativa/ponto de orvalho ou um departamento interno de calibração, mas isso não precisa ser muito complicado, especialmente com a orientação de um especialista.
Este artigo detalhado aborda tudo o que você precisa considerar ao projetar ou escolher um sistema de calibração de umidade e dá exemplos dos equipamentos e componentes necessários.
Our O glossário de termos de calibração fornece definições e explicações úteis.
Quais parâmetros são medidos nas calibrações de umidade relativa e de ponto de orvalho?
Que equipamento é necessário para calibrações internas de umidade relativa e ponto de orvalho?
Depois de decidir que realizar calibrações internamente é a opção mais adequada para a sua empresa, é importante garantir que você escolha o equipamento que atenda às suas necessidades.
Este guia foi elaborado para ajudá-lo a entender melhor as opções disponíveis; no entanto, a orientação de um especialista na área também é altamente recomendada. Oferecemos um serviço de suporte completo para garantir que a configuração funcione para você.
Os principais elementos que você deve considerar antes de escolher um sistema são:
Parâmetro de medição
É importante entender suas necessidades de calibração.
A umidade relativa, a temperatura e o ponto de orvalho geralmente são os parâmetros nos quais você se concentrará ao calibrar instrumentos de umidade relativa ou de ponto de orvalho.
Esses parâmetros são essenciais em vários setores, incluindo o farmacêutico, o de fabricação e o de monitoramento ambiental, onde o controle e a medição precisos podem afetar significativamente a qualidade, a segurança e a conformidade do produto com as normas.
Ponto de orvalho
A montagem de um equipamento de calibração de ponto de orvalho requer equipamento especializado e planejamento cuidadoso para garantir a calibração precisa dos instrumentos. Isso é especialmente importante para pontos de orvalho extremamente baixos (-100 oCdp).
O equipamento necessário depende, é claro, do nível do ponto de orvalho no qual você precisa calibrar o instrumento e se a calibração precisa ser feita em temperatura ambiente ou especificada.
A calibração geralmente é feita montando-se os sensores em um coletor (às vezes colocado dentro de uma câmara com temperatura controlada) conectado a um gerador de ponto de orvalho; às vezes, isso inclui um secador.
Para um ponto de orvalho extremamente baixo, será necessário um gerador de ponto de orvalho mais sofisticado, um coletor e uma referência de espelho resfriado.
Umidade relativa e temperatura
Há algumas abordagens diferentes para calibrar sensores de umidade relativa. Em cada caso, é importante que o equipamento seja usado em um ambiente com temperatura estável; de preferência, em uma sala com temperatura controlada.
A abordagem mais comum é calibrar os circuitos de umidade relativa e temperatura do dispositivo. Isso é feito colocando-se os sensores diretamente em uma câmara de calibração, que gera as condições de umidade e temperatura necessárias. A câmara fornece condições estáveis, o que leva a uma calibração mais confiável e a incertezas menores.
Os sensores de umidade relativa também podem ser calibrados à temperatura ambiente; nesse caso, apenas o circuito de umidade do sensor está sendo calibrado. Isso pode ser feito usando soluções salinas saturadas ou não saturadas ou validadores de umidade que utilizam reservatórios de saturação e dessecante.
Faixa de medição
O próximo fator decisivo é a faixa de medição. As perguntas a serem feitas aqui são:
Calibração de umidade relativa em uma câmara com temperatura controlada
As câmaras com controle de temperatura são a solução mais comum para a calibração de instrumentos de umidade relativa. Elas geram um ambiente estável em uma variedade de níveis de umidade e temperaturas e, quando combinadas com um higrômetro de espelho resfriado como instrumento de referência, contribuem para aumentar a confiança na medição.
Na PST, oferecemos uma seleção diversificada de câmaras de calibração, incluindo as câmaras de calibração da Rotronic HygroGen2 com faixas estendidas de -5...60 °C e 2...99 %rh ou o OptiCal da Michell com espelho de referência resfriado integrado.
Outra opção da linha da PST é o Michell Instruments HG10. Esse sistema de calibração completo usa um gerador de umidade externo para alimentar um fluxo de ar, com umidade controlada com precisão, diretamente em um coletor dentro de uma câmara com temperatura controlada e espelho de referência resfriado. O gerador de umidade é alimentado com ar fresco e seco de um secador por oscilação de pressão e pode atingir umidades muito baixas em uma temperatura específica, com uma faixa total de 1...95 %rh.
Calibração do ponto de orvalho
A calibração dos sensores de ponto de orvalho, especialmente em níveis baixos de ponto de orvalho, exige o uso de geradores e secadores de ponto de orvalho mais sofisticados.
Um ar comprimido limpo é passado por um secador para fornecer uma fonte de ar seco constantemente regulada e, em seguida, o ar seco é passado por um gerador de ponto de orvalho para produzir um fluxo de gás carregado de umidade, que é então misturado - em proporções variadas, em vários estágios - para criar amostras de ar com diferentes concentrações de umidade. Esse ar é então alimentado em um coletor ou câmara e, em seguida, no dispositivo em teste e no espelho refrigerado de referência.
Oferecemos uma ampla seleção de secadores por oscilação de pressão, geradores e higrômetros de espelho refrigerado; as opções estão descritas abaixo.
Que equipamento você precisa para calibrações de ponto de orvalho?
Fontes de ar
Os sistemas de calibração do ponto de orvalho exigem ar comprimido limpo e seco para funcionar corretamente. A especificação necessária desse ar varia de acordo com o modelo de secador por oscilação de pressão selecionado, mas, normalmente, ele deve estar a uma pressão de aproximadamente 7 barg (100 psig). Para sistemas de calibração projetados para gerar um ponto de orvalho <-80 °C (<-112 °F) (geralmente os que utilizam o PSD4), o ar de suprimento precisará ser pré-seco a um ponto de orvalho <-40 °C (<-40 °F) para maximizar a eficácia do secador por oscilação de pressão.
Para usuários que não têm um suprimento de ar comprimido ou de instrumentos prontamente disponível no local, a Michell Instruments pode fornecer compressores adequados a cada tipo de sistema e um pré-secador para uso com sistemas projetados para capacidade de <-80 °Cdp (-112 oFdp).
Secadores por oscilação de pressão
Nossos secadores de ar operam com base no princípio de “oscilação de pressão”. Duas colunas dessecantes são conectadas uma à outra em paralelo. O ar comprimido da entrada do secador é passado pela primeira coluna dessecante para remover praticamente toda a umidade presente. A maior parte do ar seco dessa coluna é parcialmente expandida para reduzir ainda mais o ponto de orvalho e, em seguida, é direcionada para a saída do secador. O ar seco restante é usado para purgar a segunda coluna dessecante, fora de linha, para varrer para a atmosfera a umidade coletada durante seu ciclo em linha.
Após um período predeterminado, a função das duas colunas é trocada - a primeira coluna é gerada novamente enquanto a segunda coluna está on-line, produzindo um fluxo de ar seco. Como parte da troca, a coluna off-line é rapidamente despressurizada, o que faz com que a umidade adsorvida pelo dessecante seja liberada e purgada. Um ciclo dessa operação é representado esquematicamente na Figura 1.
Os secadores exigem manutenção mínima e, em condições normais de operação, só precisam de uma troca de dessecante aproximadamente uma vez a cada 5 anos. O sistema de purga/regeneração altamente eficiente permite que o secador opere nos mesmos níveis de alto desempenho durante toda a vida útil do dessecante.
Oferecemos dois modelos de secadores:
Geradores de ponto de orvalho
Uma fonte de gás seco é alimentada ao gerador a partir de um secador de oscilação de pressão e dividida em dois fluxos. Um fluxo é borbulhado com água líquida por meio de um bocal de vidro sinterizado, garantindo que fique completamente saturado com vapor de água, enquanto o outro fluxo permanece seco. Os dois fluxos de gás são então misturados à pressão atmosférica, em um processo de estágio único ou múltiplo, para gerar o nível de umidade desejado. Todo o gabinete é isolado e a temperatura é controlada, garantindo que a saturação e, portanto, a saída, sejam sempre consistentes.
Um único estágio de mistura fornece um ajuste grosseiro, limitado a cerca de -40 °Cdp (-40 °Fdp). Para gerar pontos de orvalho mais secos, a saída desse primeiro estágio é misturada com a fonte de gás seco uma segunda vez, proporcionando ajustes mais finos para baixas concentrações de umidade até -75 °Cdp (-103 °Fdp). Para níveis de traços de umidade, um terceiro estágio pode ser adicionado, em que a saída do segundo estágio é novamente misturada com a fonte de gás seco, dando a possibilidade de gerar pontos de orvalho tão baixos quanto -90 °Cdp (-130 °Fdp). O ponto de orvalho de -100 °C (-148 °F) é obtido diretamente da saída do secador.
Os geradores de ponto de orvalho da série Michell DG baseiam-se na mistura volumétrica de gases secos e úmidos. Isso proporciona a resposta mais rápida ao mudar entre pontos de ajuste, em comparação com outras tecnologias de geração de ponto de orvalho (como duas temperaturas, duas pressões ou a combinação de ambas). A mistura é controlada por válvulas de medição de fluxo, para um controle manual do ponto de orvalho desejado, ou automatizada usando um banco de válvulas de medição predefinidas, selecionadas pela atuação de combinações de solenoides para alternar entre as diferentes proporções de mistura úmido-seco.
Mistura manual - DG2 e DG3
O DG3, com mistura manual de estágio único, gera pontos de orvalho que variam de -40 a +20 °Cdp (-40 a +68 °Fdp). Pontos de orvalho mais secos, até -75 °Cdp (-103 °Fdp), podem ser alcançados pelo DG2, que tem um segundo estágio de mistura de fluxo de gás. Os grandes pontos fortes do DG2 e do DG3 são a facilidade de uso e a flexibilidade na geração manual de um ponto de orvalho alvo preciso, ajustando a mistura de gás por meio das válvulas de medição de fluxo. Uma tabela de fluxos nominais é fornecida com o gerador para orientar o usuário no ajuste adequado das válvulas de medição para cada ponto de ajuste desejado.
Mistura automática - ADG400
O ADG400 usa um sistema de mistura de fluxo de dois estágios com controladores de fluxo de massa para misturar ar seco e ar saturado em proporções precisamente pré-medidas. Isso permite que o operador gere uma faixa de níveis de ponto de orvalho de -80 a +20 °C (-112 a +68 °F). O gerador vem programado de fábrica com 11 pontos de ajuste de calibração em intervalos de 10 °Cdp em toda a sua faixa, com a possibilidade de armazenar 13 pontos de ajuste adicionais do usuário. O gerador pode ser acionado pela HMI com controle manual ou perfis de calibração cronometrados, software para PC ou por meio de comandos seriais usando a interface USB.
Mistura automática - VDS
Para gerar pontos de orvalho de até -100 °C (-148 °F), é necessário um sistema mais sofisticado. O gerador Vapor Delivery System (VDS) controlado por software oferece controle preciso, repetível e flexível do ponto de orvalho gerado. Os controladores de fluxo de massa individuais de três estágios selecionam proporções precisas de ar úmido e pré-misturado.
A injeção de umidade é obtida por um controlador de fluxo de massa líquida e um sistema de evaporação controlada. Todo o sistema é controlado por um software de PC dedicado, permitindo a criação de programas de calibração automática ou o acionamento manual de pontos de ajuste.
Controle
Há quatro opções de controle de ponto de ajuste, que variam entre os modelos de gerador. Esse é um fator importante a ser considerado, pois alguns sistemas podem ter um requisito maior de automação. Isso é especialmente aplicável se o sistema estiver sendo projetado para calibrar muitos sensores:
Instrumentos de referência
Os higrômetros de espelho resfriado são instrumentos de precisão para aplicações críticas de medição e controle. Os sensores de espelho resfriado medem uma característica primária da umidade - a temperatura na qual a condensação se forma em uma superfície. Isso significa que os higrômetros de espelho resfriado:
Operação do espelho refrigerado
O sensor de espelho refrigerado consiste em um espelho com controle de temperatura e um sistema avançado de detecção óptica. Um feixe de luz de um LED é focalizado na superfície do espelho com uma intensidade fixa. À medida que o espelho é resfriado, menos luz é refletida devido ao efeito de dispersão do condensado formado na superfície do espelho. Os níveis de luz refletida e dispersa são medidos por dois fotodetectores e comparados com um terceiro detector de referência que mede a intensidade da luz do LED.
Os sinais desse sistema óptico são usados para controlar com precisão o acionamento de um resfriador termoelétrico (TEC) de estado sólido, que aquece ou resfria a superfície do espelho. A superfície do espelho é então controlada em um estado de equilíbrio, no qual a evaporação e a condensação ocorrem na mesma velocidade. Nessa condição, a temperatura do espelho, medida por um termômetro de resistência de platina, é igual à temperatura do ponto de orvalho do gás.
Escolha de um instrumento de referência
A linha de higrômetros de referência de espelho resfriado da Michell Instruments tem recursos de medição compatíveis com o desempenho de cada uma das diferentes opções de gerador de rh e de ponto de orvalho. Por motivos explicados anteriormente neste guia, uma referência de alta precisão é uma necessidade para a realização de calibrações rastreáveis e confiáveis.
A precisão da medição da temperatura ambiente da maioria dos produtos de espelho resfriado da Michell Instruments é de ±0,1 °C (±0,18 °F). Quando o parâmetro de calibração é a umidade relativa, também é necessária uma medição da temperatura ambiente como a outra entrada para a equação que a determina a partir do ponto de orvalho: A pressão de vapor (e) é determinada pela solução da fórmula de Sonntag (1990) para a temperatura atual do ponto de orvalho. A pressão de vapor de saturação (es) é encontrada repetindo-se o processo para a temperatura ambiente. Isso fornece a umidade relativa em %rh.
Esse cálculo é reconhecido e publicado na publicação de 1996 do National Physical Laboratory, 'A Guide to the Measurement of Humidity' . Seu uso, na maioria dos casos, ainda produzirá incertezas de medição menores do que as que podem ser obtidas com higrômetros que medem diretamente a umidade relativa.
Calibração
Embora os higrômetros de espelho resfriado da Michell Instruments sejam fundamentais e tenham um desvio muito baixo, para manter a rastreabilidade de sua referência, sugerimos que você nos devolva o aparelho para ser calibrado regularmente com base em um de nossos padrões de transferência.
Manifold
Projetos padronizados ou personalizados de manifold estão disponíveis para os sensores de ponto de orvalho da Michell Instruments, dependendo de quantos sensores devem ser calibrados no sistema a qualquer momento. Também podemos projetar manifolds personalizados para aceitar sensores ou instrumentos que não sejam da Michell; a configuração ideal é projetada a partir das dimensões do dispositivo e de sua disposição de montagem.
Integração
Podemos integrar vários componentes e funções do sistema, como sensores de registro em teste, o instrumento de referência e outros aprimoramentos. Entre em contato conosco para obter mais detalhes.
Somos qualificados de forma exclusiva para aconselhar nossos clientes que desejam realizar suas próprias calibrações de umidade. Fabricamos uma ampla variedade de equipamentos de calibração de umidade (desde calibradores de bancada totalmente integrados até os componentes separados necessários para um sistema personalizado) que utilizamos diariamente em nossos próprios laboratórios de calibração de umidade e temperatura em todo o mundo.
Guia de seleção do sistema de calibração
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