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CRITERIOS SOBRE EL DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA CÁMARA AMBIENTAL PARA PRUEBAS YDE UNA CÁMARA AMBIENTAL PARA PRUEBAS Y

MEDICIONES ELÉCTRICAS

Enrique Navarrete GarcíaCarlos David Avilés Castro

Dionisio Hernández Villaseñor

NOTA 1 E t t b j h id d ll d d l bi f d l d Mé i Sól it d ió i fi

Centro Nacional de Metrologí[email protected]; [email protected] ; [email protected]

NOTA 1. Este trabajo ha sido desarrollado con recursos del gobierno federal de México. Sólo se permite su reproducción sin finesde lucro y haciendo referencia a la fuente.

NOTA 2. En este documento pueden aparecer marcas comerciales únicamente con fines didácticos y a fin de lograr unentendimiento claro de las técnicas y procesos descritos. En ningún caso esta identificación implica recomendación o aval delCENAM o de alg na otra instit ción del gobierno federal de Mé ico ni tampoco implica q e los eq ipos o materiales identificados

CENTRO NACIONAL DE METROLOGÍA, CENAM, DERECHOS RESERVADOS 2009

CENAM o de alguna otra institución del gobierno federal de México, ni tampoco implica que los equipos o materiales identificadossean necesariamente los mejores para el propósito para el que son usados. El CENAM y las demás instituciones no tienencompromisos con ninguna marca comercial en particular.

CONTENIDO

1. INTRODUCCIÓN

2 DISEÑO DE LA CÁMARA AMBIENTAL2. DISEÑO DE LA CÁMARA AMBIENTAL

3. CONSTRUCCIÓN

4. PRUEBAS

5. EJEMPLOS DE APLICACIÓN

6. CONCLUSIONES

7. REFERENCIAS


1. INTRODUCCIÓN

En general todo sistema de medición se ve afectado por las condiciones ambientales en las que se operaambientales en las que se opera.


1. INTRODUCCIÓN

Conforme se desea incrementar la exactitud de la medición, se vuelve importante caracterizar la sensibilidad del sistema a cambios en las condiciones ambientales y aplicar la compensación necesaria al resultado de la medición..

R f i ZReferencia ZenerCP = 2x10-9/hPa


1. INTRODUCCIÓN

1.1 NecesidadesEl l b t i d t ió lé t i ti d l CENAM i t i lEl laboratorio de tensión eléctrica continua del CENAM requiere caracterizar loscoeficientes de temperatura, humedad relativa y presión atmosférica (THP) dereferencias Zener usadas en comparaciones nacionales e internacionales. Esparticularmente importante para el CENAM medir el coeficiente de presión yaparticularmente importante para el CENAM medir el coeficiente de presión, yaque la presión atmosférica en el CENAM difiere mucho de la mayoría de loslaboratorios nacionales con los que comparamos patrones.

Se requiere también caracterizar la respuesta a cambios en la temperatura delas referencias de tensión y divisores resistivos involucrados en los servicios decalibración que se brindan a clientescalibración que se brindan a clientes.

Otros laboratorios del CENAM también requieren caracterizar la respuesta dediferentes dispositivos, tales como resistores patrón y termoconvertidores.diferentes dispositivos, tales como resistores patrón y termoconvertidores.

Estas labores tienen impacto en el reconocimiento internacional de las capacidades de medición de la División de Mediciones Electromagnéticas, y


en la armonía del sistema de calibraciones a nivel nacional.

2. DISEÑO DE LA CÁMARA AMBIENTAL

2.1 Criterios de diseño

Característica Especificación ComentarioDimensiones Exterior: (1 x 1 x 1) m3 Dimensiones adecuadas para probar un e s o es e o ( )

Interior: (80 x 80 x 40) cm3e s o es adecuadas pa a p oba u

calibrador MF o varios equipos simultáneamente.

Sensores 3 en total (THP) Ubicados internamente para monitoreo continuo de las ariables ambientalesde las variables ambientales

Temperatura Intervalo: (13 a 33) °CEstabilidad 0,1 °C

Se usan lámpara infrarrojas y circulación de agua fría para aumentar o disminuir temperatura, g p p

Humedad relativa Intervalo: (30 a 70) %Estabilidad: 5 %

Se usa un vaporizador e inyección de aire seco para aumentar o disminuir la humedad.

Presión Intervalo: (80 a 100) kPa Se usa inyección de aire a presión y válvula de alivio para aumentar o disminuir la presión



2.1 Criterios de diseño (continuación)

Característica Especificación ComentarioParedes de la á

Aluminio Material ligero de bajo costo que soporta la ió á i ifi dcámara presión máxima especificada.

Serpentín de agua fría

Cobre con sección cuadrada

Para realizar el enfriamiento rápido de la cámara ambiental

Tomacorrientes 2 de 127 VAC Disponibles dentro de la cámara para alimentar los dispositivos bajo prueba

Cables de conexión 10 líneas blindadas de Para conectar los dispositivos bajo prueba con el Cables de conexión 10 líneas blindadas de bajas FEM térmicas

Para conectar los dispositivos bajo prueba con el resto del sistema de medición en el exterior

Cable de interface IEEE488 Para controlar externamente los dispositivos bajo pr ebabajo prueba

Ventiladores 2 Para homogenizar las variables ambientalesdentro de la cámara



Sistema de

2.2 Diagrama de la cámara

T

Entrada deagua fria

Salida de agua fria

Sistema deMonitoreo Ambiental

Controlador de temperatura

Regulador

T H PT

Set point de temperatura

Calefactor de presión

VaporizadorVentilador

Aire secoa presión


3. CONSTRUCCIÓN

3.1 Cuerpo de la cámara ambiental

Las placas de aluminio que forman el cuerpo de la cámara ambiental se unieron mediante tornillos y se sellaron las uniones con silicón

Se sujetó el serpentín de cobre a la caja de aluminio mediante epóxico metalizado

Se colocó una puerta de acrílico montada en un marco de acero inoxidable y sellada con silicón para dar acceso al interior de la cámara

Se usó espuma de poliestireno para aislar térmicamente la cámara ambiental del medio ambiente

Se le colocó a la cámara ambiental una cubierta de formica y ruedas para facilitar su desplazamiento


desplazamiento

3. CONSTRUCCIÓN

3.2 Sellado de la puerta de acrílico

Se desarrolló una técnica para moldear un sello en la puerta de la cámara. Se inyectó silicón hasta llenar el espacio entre los dos marcos de acero inoxidable que sujetan la puerta de acrílico al cuerpo de la cámara Previamentecuerpo de la cámara. Previamente se recubrió con papel encerado el marco de la puerta de acrílico para evitar que quedara pegado.

Se agregaron dos anillos de sellado hechos también de silicón.

6 tornillos alrededor de los marcos de acero inoxidable aseguran el sellado de la puerta de acrílico


3. CONSTRUCCIÓN

3.3 Sellado del cableado pasamuro

Se desarrolló una técnica para evitar fugas de aire por los cables que pasan a través de una de las paredes de la cámara.

•A cada conductor se le retira la cubierta aislante

•Se aplica soldadura para llenar los huecos entre los alambres que forman el conductor

•Se forman grupos de cables y se unen con adhesivo epóxicoadhesivo epóxico

•Se completa el sello con adhesivo epóxico por dentro de la cámara ambiental

Se sellaron en total 67 conductores individuales correspondientes a la interface IEEE400, sensores THP, cables de medición, calefacción, iluminación, ventilación y alimentación AC.


, , , , y

3. CONSTRUCCIÓN

3.4 Monitoreo ambiental

Se colocaron los tres sensores THP en una caja dentro de la cámara y la electrónica asociada se yubicó en el exterior.

• Temperatura: RTDHumedad: Honeywell HIH 4602 C• Humedad: Honeywell HIH-4602-C

• Presión: Motorola MPX4100AP

Circuitos de acondicionamiento de señal que considera etapas de amplificación y de transmisión basada en el XTR105P, transmisortransmisión basada en el XTR105P, transmisor de corriente 4-20 mA.


3. CONSTRUCCIÓN

3.4 Monitoreo ambiental (continuación)

Pantalla que muestra el qprograma desarrollado en LabView para exhibir y almacenar en archivo l d t d THPlos datos de THP.Desarrollado por el Dpto. de Automatización del CENAM


4. PRUEBAS

4.1 Control de temperatura

21.822.0

Temperatura en cámara ambiental

21.221.421.6

ra /

°C

20.620.821.0

mpe

ratu

20.020.220.4

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2 2 2 2 0Te

m

00:0001:0002:0003:0004:0005:0006:0007:0008:0009:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:0018:0019:0020:0021:0022:0023:0000:00

Hora


4. PRUEBAS

4.2 Ajuste de la humedad relativa

71Humedad relativa en cámara ambiental

%at

iva

/ %

70

edad

rel

69 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2 2 2 2 0H

ume

00:0001:0002:0003:0004:0005:0006:0007:0008:0009:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:0018:0019:0020:0021:0022:0023:0000:00

Hora



5.2 Medición del coeficiente de presión de una referencia Zener

-18

uV

Respuesta con incremento de P

18 0

Coeficiente de presión-2,7x10-9/hPa -> 1,9x10-9/hPa

-20

-19

(Vre

f-Vm

ed)/u

-20.0

-19.0

-18.0

ref-V

med

)/uV

-22

-21

02 03 04 05

(

-22.0

-21.07 8 8 8 8 8 9 9

(Vr

:00

:00

:00

:00

Tiempo

78 80 82 84 86 88 90 92

Pprom/kPa

Coeficiente de presión medido CP = 2,7 x 10-9 /hPa

Coeficiente de presión típico CP = 2 x 10-9 /hPa


Coeficiente de presión típico CP 2 x 10 /hPa


5.3 Medición de la tensión de salida de un divisor Kelvin-Varley alimentado con un Zener de 10 V

TENSIÓN DE SALIDA DE 10 mV DEL DIV K-VTENSIÓN DE SALIDA DE 10 mV DEL DIV. K-V

9.983 850 E-03

9.983 900 E-03

9.983 800 E-03

ENSI

ÓN

9.983 700 E-03

9.983 750 E-03TE

9.983 650 E-0324 ° 26 ° 28 ° 30 ° 32 °

GRADOS CELSIUS


6. CONCLUSIONES

Se diseñó y construyó una cámara ambiental que permite controlar laSe diseñó y construyó una cámara ambiental que permite controlar latemperatura, la humedad y la presión, y que puede ser utilizadaconvenientemente en la caracterización de efectos ambientales sobreinstrumentos de medición y patronesinstrumentos de medición y patrones.

Las características finales obtenidas de la cámara ambiental cumplieron lasespecificaciones de diseñoespecificaciones de diseño.

Se mostraron algunos ejemplos de la aplicación de la cámara ambiental enla determinación de coeficientes de presión de referencias Zener, en lala determinación de coeficientes de presión de referencias Zener, en ladeterminación de efectos térmicos en un divisor Kelvin-Varley, y se mostrótambién que es posible determinar efectos de humedad sobre diversosinstrumentos.


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