Generador y calibrador de humedad relativa y temperatura.
- Generación de humedad relativa por el método fundamental
de 2 presiones.
- Para
la calibración de higrómetros y sondas de medida de humedad.
- Formato compacto sobremesa.
- Control totalmente automatizado.
- Resolución de 0,01 %HR.
- Precisión de 1,0 %HR.
- Rango de medición de humedad de 10 a 95 %HR.
- Rango de control de la temperatura de la cámara de 10 a 60 ºC.
- Manejo fácil mediante opciones de menús.
- Perfiles programables sin software.
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Principio de funcionamiento del calibrador
de humedad Thunder
Scientific 1200.
El generador de precisión de humedad
1200 está diseñado para proporcionar humedades relativas exactas para la
calibración de higrómetros y termo-higrómetros industriales y de
laboratorio. Está basado en el método de las dos presiones, el cual
involucra un flujo continuo de saturación del aire, u otro gas, con vapor de
agua, a una presión y temperatura dadas.
Entonces el gas saturado
fluye a través de una válvula de expansión a una cámara a menor presión. La
humedad relativa resultante vendrá dada por la fórmula siguiente:
%HR = fw(Ps,Ts)/ fw(Pc,Tc)
· ew(Ts)/ ew(Tc) · Pc/ Ps
· 100
donde:
PS = presión
de saturación, PC = presión
de la cámara de calibración, TS =
temperatura de saturación, TC =
temperatura de la cámara de calibración, fW = factor de
aumento, eW = grado de eficiencia de saturación.
Un conocimiento exhaustivo de esta fórmula revela que la HR
(Humedad relativa) generada por el método de las dos presiones sólo depende de
la temperatura y presión de saturación y de la temperatura y presión después de
la expansión, es decir de las de la cámara de calibración. Midiendo y
controlando estos factores se logra una generación precisa de la humedad. Es
más, debido a que la humedad generada está basada solamente en principios
fundamentales de temperatura y presión no se necesitan sensores de humedad para
medirla.
Características del generador
Al modelo 1200 se suministra aire seco (12 bar)
ó nitrógeno al racor de conexión. El aire
proveniente de esta fuente de presión pasa a través de reguladores adquiriendo
una presión regulada de (10 bar) y es dirigido a una válvula de control de
flujo. Aunque la humedad no depende del caudal de aire, la válvula de control de
caudal se ajusta para obtener un caudal de 1 – 10 litros por minuto a través del
sistema. El caudal se controla mediante un medidor instalado directamente aguas
arriba de la válvula de control. El gas después va a un pre-saturador.
El pre-saturador
es un cilindro vertical parcialmente lleno de agua mantenida a una temperatura
de 10 – 20 ºC superior a la temperatura final de saturación deseada. El aire que
entra en el pre-saturador fluye primero a través de un tubo en espiral inmerso
en agua, configuración que constituye un intercambiador de calor. A medida que
el aire pasa a través del tubo este es calentado hasta, o cerca, de la
temperatura del pre-saturador. El aire que sale del tubo es dirigido hacia abajo
sobre la superficie del agua de modo que causa un flujo de aire circular en el
pre-saturador. Mientras pasa a través del pre-saturador el gas continúa
calentándose hasta la temperatura de éste llegando a la saturación con vapor de
agua hasta cerca del 100%.
El gas entonces
fluye hacia el saturador donde existe un cambiador de calor mantenido a la
temperatura final de saturación deseada. Al pasar el gas con cerca del 100 % HR
a través del saturador, este comienza a enfriarse forzándolo hacia el punto de
rocío o condición de 100% de saturación. El gas continúa enfriándose a la
temperatura de saturación deseada produciéndose humedad mayor del 100 %
condensándose parte del vapor de agua. Forzando esta condición nos aseguramos
que vamos a tener 100% HR. La presión y temperatura de saturación PS,
TS se calculan en el punto justo antes de que el gas sale del
saturador.
Seguidamente el
gas encuentra la válvula de expansión donde es expandido a una presión menor
(presión de la cámara de calibración). Teniendo en cuenta que un gas expandido
adiabáticamente se enfría, la válvula es calentada para mantener el gas por
encima del punto de rocío mientras se expande a una presión menor. Si la válvula
o el gas se dejan bajar por debajo de la temperatura de rocío, podría haber
condensación y así alterar el contenido de humedad en el gas. Los efectos de
enfriamiento y expansión, mientras son contrarrestados por la válvula caliente,
son compensados por un flujo de gas a través de un pequeño cambiador de calor
después de la expansión. Esto permite restablecer el equilibrio térmico con el
fluido que rodea la cámara y el saturador antes de que entre en la cámara de
calibración La temperatura y presión finales son medidas en la cámara TC
y PC. La cámara de calibración expulsa el aire a la atmósfera, por lo
tanto la presión en la cámara es cercana a la atmosférica.
Control automático
El equipo lleva un
microprocesador que controla por completo el proceso de generación de humedad
incluyendo el control de temperaturas, presiones y la tasa de flujo del sistema.
También controla el teclado del operador, las medidas de parámetros, cálculos,
visualización de datos y operaciones de entrada/salida como la de comunicación
con un ordenador o la impresión de datos.
Control de la
temperatura
Cada proceso de
generación requiere un control de temperatura preciso y con buena estabilidad.
Los puntos de consigna de temperatura ( y finalmente la estabilidad de la misma)
son alcanzados controlando la temperatura del medio fluido circulante (mezcla de
glicol con agua) que rodea al saturador y a la cámara de calibración del
generador. La temperatura de saturación y de la cámara son gobernadas por la
temperatura de este medio, que a su vez es controlada digitalmente por el
microprocesador de abordo a cualquier valor entre 10 y 60 ºC a través de
algoritmos PID (proporción-integración-derivación). Los algoritmos PID comparan
la temperatura medida con el punto de consigna para calcular la diferencia
(proporción); la velocidad actual de cambio de temperatura (derivación); y la
acumulación de diferencia de temperatura sobre el tiempo (integración). Cada
cálculo es multiplicado por un factor de ponderación y los tres son sumados para
obtener un valor numérico. Este valor llamado como “salida PID” que representa
un porcentaje de la capacidad total de calentamiento o enfriamiento en un
momento dado. Este valor es calculado una vez por segundo, y es usado para
calentar o enfriar en función del tiempo. En resumen el PID determina
exactamente cuánto tiempo se debe aplicar tensión a un elemento específico de
calentamiento o cuánto tiempo se debe abrir un solenoide de refrigeración cada
intervalo de 1 segundo. El medio fluido es calentado por medio de un calentador
de inmersión. El enfriamiento se logra inyectando un líquido refrigerante a alta
presión (desde un sistema cerrado de compresión) a un evaporador de cambio de
calor en el camino de circulación del fluido. Usando los algoritmos PID se puede
controlar la temperatura dentro de un margen de ± 0,02 ºC dentro del rango de
operación.
La temperatura del
pre-saturador es controlada de forma similar. El calentamiento aplicando tensión
a un calentador de inmersión y es compensado por el aire que viene a temperatura
ambiente.
Control de la presión
El control de presión del
saturador se consigue con la actuación del microprocesador de un conjunto de
válvulas electromecánicas. Las presiones del saturador son medidas
aproximadamente cada 1 segundo y son usadas como datos en algoritmos PID para un
control similar al empleado para temperatura. Los algoritmos determinan la
posición requerida de las válvulas. Los generadores convencionales de dos
presiones incorporan tres transductores de presión separados, uno para la
cámara, otro para las presiones bajas del saturador y el último para presiones
altas del saturador. El problema con esta aproximación es que a presiones bajas
del saturador (error por deriva entre el valor de presión de la cámara y del
transductor de baja presión) puede causar errores significativos en el cálculo
de la HR.
El generador
solventa este problema usando sólo dos transductores uno para bajas presiones
del saturador y de la cámara y otro para altas presiones del saturador y de la
cámara. El transductor de baja presión es compartido en tiempo entre la cámara y
el saturador. Esto elimina el error debido a la deriva.
Calibración
Teniendo en cuenta
que una calibración apropiada de la temperatura y la presión determina la
precisión del generador el sistema emplea un esquema programado de calibración
integral. Antes que quitar los transductores y mandarlos a un laboratorio de
calibración, se lleva el sistema completo al laboratorio o se traen al sistema
los patrones apropiados de temperatura y presión, entonces los transductores son
calibrados mientras están conectados eléctricamente al generador. Esto elimina
errores sistemáticos que podrían causarse por la calibración fuera de su entorno
de medida. Ya que la calibración se hace matemáticamente por el microprocesador
no hay que hacer ningún ajuste manual.
La calibración de
los transductores se hace por el microprocesador a través de los coeficientes
ZERO, SPAN y LIN con la fórmula:
Y = LIN * X2 + SPAN
* X + ZERO
Donde:
X = la salida del
convertidor analógico digital de la medida del transductor, Y = valor correcto
(lectura del patrón de referencia) para el transductor bajo calibración.
Los coeficientes
ZERO, SPAN y LIN se hallarán generando tres puntos diferentes y estables de
referencia a cada transductor y resolviendo posteriormente el sistema de tres
ecuaciones con tres incógnitas. Así el operario sólo deberá proporcionar los
tres puntos estables de referencia, uno en la parte baja del rango, uno en la
parte media y otro en la parte superior del transductor.
Para la
calibración en el punto bajo de temperatura, el operario prefija el baño en un
punto bajo y lo deja estabilizarse, entonces introduce el valor del patrón. Este
procedimiento se repite para los puntos medio y superior del rango.
Cuando se han
aplicado los tres puntos los nuevos coeficientes salen en el visor y son
guardados hasta que se hace una nueva calibración.
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