Calibração de Pt100: comparação, banho e bloco seco

A calibração de Pt100 é o procedimento que compara a indicação de um sensor com a de um padrão de referência, sob condições controladas, e registra a diferença entre os dois. O resultado aparece em um certificado, com os erros encontrados em cada ponto de temperatura e a incerteza de medição associada. Calibrar não é ajustar: a calibração apenas informa o quanto o sensor se afasta do valor de referência. Qualquer correção é uma etapa posterior e distinta.

O Pt100 é um sensor de resistência de platina: 100 Ω a 0 °C e cerca de 138,5 Ω a 100 °C, com coeficiente 0,00385 conforme a IEC 60751. Como a resistência varia de modo previsível com a temperatura, a calibração consiste em submeter o sensor a temperaturas conhecidas e ver quanto ele realmente indica. Este artigo explica o método por comparação, os três meios mais usados (comparação em banho, em bloco seco e em forno), os cuidados que mais afetam o resultado e como interpretar o que sai do laboratório.

A lógica da calibração por comparação

Quase todas as calibrações de sensores industriais de temperatura são feitas por comparação. O princípio é simples: o sensor a calibrar e um sensor padrão são colocados lado a lado em um meio de temperatura estável e uniforme. Quando o conjunto está em equilíbrio térmico, registram-se as duas leituras. A diferença entre elas é o erro do sensor naquele ponto.

Para que a comparação valha, três condições precisam ser atendidas:

• Padrão de referência adequado: o padrão deve ter incerteza muito menor do que a exigida do sensor calibrado, e ser ele mesmo calibrado com rastreabilidade a padrões nacionais, por meio de calibração rastreada à RBC/Inmetro, por exemplo. Sem essa cadeia, a comparação não tem valor metrológico. Veja mais em rastreabilidade.
• Meio estável e uniforme: a temperatura deve variar muito pouco no tempo e ser a mais igual possível entre o local do padrão e o do sensor calibrado.
• Equilíbrio térmico: é preciso aguardar o tempo necessário para os sensores alcançarem a temperatura do meio e se estabilizarem antes de ler.

As temperaturas de referência são definidas pela ITS-90, a escala internacional de temperatura. Na prática, o laboratório não reproduz pontos fixos a cada calibração; usa padrões de trabalho, como termômetros de resistência de platina calibrados, para transferir a escala ao sensor do cliente.

Calibração em banho termostático

No banho, o sensor é mergulhado em um líquido mantido à temperatura desejada e agitado para uniformizá-la. O líquido varia conforme a faixa: água em temperaturas próximas da ambiente, óleos de silicone ou de outros tipos para temperaturas mais altas, e misturas adequadas para temperaturas abaixo de zero. A escolha do fluido depende da faixa de trabalho, da segurança e das recomendações do fabricante do banho.

Vantagens do banho:

• excelente uniformidade de temperatura, por conta da agitação do líquido;
• contato térmico muito bom entre o fluido e as hastes, inclusive de formatos diferentes;
• resultados com menor incerteza, o que o torna o meio preferido para sensores de alta exigência.

Limitações:

• o sensor fica molhado ou sujo de óleo, e precisa ser limpo depois;
• o equipamento é maior, mais pesado e menos adequado ao uso em campo;
• há restrição de faixa por fluido, o que exige trocas de líquido para cobrir toda a faixa;
• sensores com conexão elétrica ou cabeçote sem proteção precisam ter a parte de conexão fora do líquido.

Um cuidado prático: mesmo em banho, a imersão do sensor precisa ser suficiente. Se a haste ficar curta dentro do líquido, o mesmo erro de condução que ocorre em campo aparece no laboratório e distorce os resultados. Por isso os laboratórios procuram profundidade de imersão compatível com o comprimento e o diâmetro do sensor.

Calibração em bloco seco

O bloco seco (também chamado de forno de calibração ou calibrador de poço seco) é um bloco metálico aquecido e, em alguns modelos, resfriado, com furos onde o sensor é inserido. Para adaptar o bloco a diferentes diâmetros, usam-se insertos com furos de medidas apropriadas. Sua principal vantagem é a praticidade: é portátil, não exige líquido e atinge a temperatura rapidamente, o que o torna muito usado em verificações e calibrações em campo.

Ao mesmo tempo, o bloco seco tem particularidades que demandam atenção:

• Uniformidade: costuma ser menos uniforme do que o banho, sobretudo no sentido axial, isto é, ao longo da profundidade do furo.
• Folga entre sensor e furo: o ar entre a haste e o inserto dificulta a troca de calor. O inserto deve ter diâmetro próximo ao do sensor.
• Posição do padrão: o padrão deve ter a ponta na mesma profundidade do sensor calibrado e, de preferência, em furos próximos.
• Tempo de estabilização: é preciso aguardar o equilíbrio, que demora mais com sensores de maior massa.

Em aplicações de menor exigência e na verificação de campo, o bloco seco é uma escolha muito prática. Quando se necessita de menor incerteza, o banho costuma ser preferido.

Forno tubular para temperaturas mais altas

Para temperaturas elevadas, nas quais banhos deixam de ser práticos, usam-se fornos tubulares ou blocos de alta temperatura. O Pt100 tem limites de faixa que dependem da construção do sensor: elementos de filme e de fio bobinado, materiais de isolação e bainha, cabos e terminações influenciam a temperatura máxima permitida. Consulte sempre a folha de dados do fabricante. Submeter um sensor a temperaturas acima do seu limite pode danificá-lo de forma permanente e invalidar o resultado.

Ponto de gelo como verificação simples

A verificação no ponto de gelo, a 0 °C, é muito usada como checagem rápida de um Pt100, já que o valor nominal de resistência nesse ponto é 100 Ω. Preparada de forma correta, com gelo triturado de água pura e pouca água líquida, em recipiente isolado, a mistura fornece uma temperatura bastante estável e próxima de 0 °C. É uma verificação útil para detectar deriva, mas não substitui uma calibração completa em vários pontos. Para o uso do ponto de gelo e seus cuidados, vale a leitura específica sobre verificação de termômetros.

Escolha dos pontos de calibração

Quantos pontos calibrar e quais? Não existe resposta única, e ela deve partir da aplicação. Pontos bem escolhidos cobrem a faixa de uso do sensor, incluindo o valor em que ele opera na maior parte do tempo e os extremos de interesse.

Critérios práticos:

1. incluir o ponto de operação normal do processo;
2. incluir pontos próximos dos limites de alarme e de controle relevantes;
3. cobrir a faixa em pelo menos três pontos, distribuídos, quando o sensor trabalhar em faixas amplas;
4. considerar pontos exigidos por procedimentos internos, clientes ou auditorias;
5. evitar pontos fora da faixa de trabalho, que aumentam custo sem agregar informação.

Como referência para interpretação, a IEC 60751 define tolerâncias de classe: a classe A admite ±(0,15 + 0,002·|t|) °C e a classe B, ±(0,30 + 0,005·|t|) °C, em que t é a temperatura em °C. A 100 °C, isso dá ±0,35 °C para a classe A e ±0,80 °C para a classe B. Esses limites descrevem o sensor em relação à curva padrão e ajudam a avaliar se o erro medido está coerente com a classe esperada, mas o critério de aceitação de uma calibração deve ser definido pelo usuário conforme a necessidade do processo.

Como o laboratório mede o Pt100

O Pt100 a calibrar é ligado, normalmente a quatro fios, a um instrumento de leitura de resistência de boa exatidão, como uma ponte ou um multímetro de alta resolução. Esse instrumento também tem de estar calibrado. A ligação a quatro fios elimina a influência da resistência dos cabos. A corrente de medição deve ser baixa e igual em todos os pontos, para que o autoaquecimento, se existir, seja pequeno e constante.

O resultado de resistência é convertido em temperatura pela equação de Callendar-Van Dusen da IEC 60751, ou por coeficientes próprios, quando o laboratório os determina para aquele sensor. O erro é então calculado como:

erro = leitura do sensor calibrado − valor do padrão de referência

Se o erro for positivo, o sensor indica mais do que a referência; se negativo, menos. O certificado informa esses valores em cada ponto, junto à incerteza.

Incerteza de medição: o que entra na conta

Toda calibração tem incerteza, e ela é maior do que a simples incerteza do padrão. As contribuições típicas, combinadas segundo o método do GUM (JCGM 100), incluem:

• a incerteza do padrão de referência e de seu instrumento de leitura;
• a resolução dos instrumentos;
• a estabilidade da temperatura do banho ou do bloco;
• a uniformidade entre o ponto do padrão e o do sensor calibrado;
• a repetibilidade das leituras;
• o efeito de imersão e de autoaquecimento, quando relevantes;
• a histerese do sensor, em sensores sensíveis a ciclos térmicos.

Esse é o motivo pelo qual dois certificados do mesmo sensor podem apresentar incertezas diferentes: dependem do meio usado, do padrão e do método. Avaliar a incerteza declarada em relação à tolerância exigida pelo processo é parte do critério de aceitação. Uma regra de bom senso é que a incerteza da calibração seja bem menor que a tolerância que se quer verificar.

Cuidados que mais afetam o resultado

• Imersão suficiente do sensor, com a ponta ao lado do padrão.
• Tempo de estabilização: leituras antes do equilíbrio mostram erros que não existem.
• Sensor limpo e seco antes de entrar no banho ou bloco, inclusive para evitar contaminação entre fluidos.
• Isolamento elétrico e ruído: cabos de medição longe de fontes de interferência.
• Histerese e deriva: sensores que passaram por altas temperaturas ou por choques térmicos podem apresentar mudança de resistência, e isso recomenda calibrar primeiro pelos pontos de menor temperatura quando indicado pelo procedimento.
• Condição de chegada: registrar o estado do sensor antes de qualquer ajuste ou limpeza, o que permite avaliar a deriva desde a última calibração.

Calibrar o sensor ou o conjunto sensor e transmissor

Quando o Pt100 está ligado a um transmissor ou a um indicador, há duas alternativas: calibrar o sensor isoladamente e o instrumento de leitura separadamente, ou calibrar o conjunto como um sistema. A calibração separada costuma permitir entender em qual elemento está o erro e combina-se com a troca individual de peças. A calibração do conjunto reflete o desempenho real do canal de medição, já incluindo a eletrônica. A escolha depende do que o processo precisa comprovar. A nossa equipe de calibração de instrumentos pode orientar sobre qual abordagem se aplica ao seu caso.

Como usar o resultado da calibração

O certificado não termina o trabalho; ele o inicia. Ao receber os resultados:

1. compare os erros, com a incerteza, com a tolerância aceita para a aplicação;
2. decida se o sensor está apto, se exige correção em instrumento de leitura ou se deve ser substituído;
3. registre os valores no cadastro do instrumento, para acompanhar a deriva ao longo do tempo;
4. use o histórico para definir o próximo intervalo de calibração;
5. se o erro for relevante, avalie o impacto em medições passadas, conforme o sistema da qualidade.

Esse ciclo é a base da gestão metrológica. Para sensores de temperatura de fabricação própria ou de linha, consulte a categoria sensores de temperatura.

Perguntas frequentes

Qual a diferença entre calibrar e ajustar um Pt100?

Calibrar é comparar e registrar o erro. Ajustar é alterar algo para reduzir o erro. Em um sensor Pt100 puro não há como ajustar o elemento; a correção costuma ser feita no instrumento de leitura, por parâmetros, ou por tabelas e coeficientes de correção do certificado.

Banho ou bloco seco: qual é melhor?

Depende da exigência. O banho oferece melhor uniformidade e menor incerteza, e o bloco seco oferece praticidade e uso em campo. Para verificações rotineiras e sensores de menor exigência, o bloco seco costuma atender; para aplicações críticas, o banho é frequentemente preferido.

Quantos pontos devo calibrar?

Os necessários para cobrir a faixa de uso, incluindo o ponto de operação e os limites de interesse. Em sensores que operam em faixas amplas, use ao menos três pontos distribuídos. Para uso em um valor único de processo, um ponto próximo a esse valor pode ser suficiente, desde que o procedimento interno permita.

O ponto de gelo substitui a calibração?

Não. O ponto de gelo é uma verificação rápida e útil para detectar deriva em 0 °C, mas não informa o comportamento do sensor nas demais temperaturas e não gera certificado de calibração.

Conclusão

Calibrar um Pt100 é comparar o sensor com um padrão rastreável, em meio estável, nos pontos que importam para o processo, e interpretar o resultado à luz da incerteza e da tolerância exigida. Banho, bloco seco e forno são ferramentas complementares, e a escolha entre elas depende da faixa, da exigência e do local. A Chapecali realiza calibração com certificado e rastreabilidade à RBC/Inmetro, além de venda e locação de instrumentos. Solicite um orçamento ou fale com a equipe pelo WhatsApp +55 49 9176-8120 ou pelo e-mail comercial@chapecali.com.br, de segunda a sexta, das 08:00 às 18:00.