Modelamiento, diseño, construcción y evaluación de una celda de punto fijo de indio como patrón termométrico para calibración de termómetros de contacto

Abstract

Se diseñó, construyó y evaluó de manera satisfactoria una celda de punto fijo de indio cerrada. Se desarrolló un modelo computacional para estudiar el proceso de solidificación de un metal puro, el cual permite variar los parámetros geométricos de la celda. Este modelo se validó con los resultados experimentales obtenidos de la celda. Finalmente, se realizó un ejercicio de calibración con un termómetro de resistencia de platino en el sub-intervalo H2O-In. Se realizaron once curvas de solidificación y se obtuvo una temperatura de solidificación promedio de 429.746493 K con una incertidumbre expandida de 2.7 mK, para un factor de cobertura 𝜅= 2, con una duración máxima del plateau de 8 h. Estos resultados son satisfactorios ya que son comparables con los de celdas de punto fijo de indio de otras instituciones metrológicas. Los resultados obtenidos se validaron a partir de dos métodos: 1. La prueba de error normalizado, donde se concluyó que la temperatura de solidificación de la celda construida es comparable con la celda de punto fijo de un proveedor externo que posee actualmente el Instituto Nacional de Metrología (INM) 2. Al evaluar la incertidumbre de medición debido a la repetibilidad de la transición de fase de la celda, cuya contribución a la incertidumbre expandida fue menor al 5 %. La validación del modelo computacional fue exitosa al obtener un error absoluto de 0.86 mK respecto al valor experimental y una incertidumbre expandida máxima en sub-intervalo H2O-In de 3.0 mK. Se concluye que los objetivos de este trabajo fueron alcanzados exitosamente y la celda construida es apropiada para las actividades de laboratorio intencionadas por la Subdirección de Metrología Física del INM. (Texto tomado de la fuente)

A closed indium fixed point cell was satisfactorily designed, built and evaluated. A computational model was developed to study the solidification process of a pure metal, allowing the variation of design geometric parameters of the cell. This model was validated from the experimental results obtained from the cell, finally, a calibration exercise was carried out with a thermometer of platinum resistance in the H2O-In sub-range. Eleven solidification curves were carried out and an average solidification temperature of 429.746493 K was obtained with an expanded uncertainty of 2.7 mK for a coverage factor 𝜅= 2, with a maximum duration of the plateau of 8 h. These results are satisfactory as they are comparable with those of indium fixed point cells from other metrological institutions. The results obtained were validated using two methods: 1. The normalized error test, where it was concluded that the solidification temperature of the built cell is comparable with the fixed-point cell of an external provider currently owned by the National Institute of Metrology (INM) 2. By evaluating the measurement uncertainty due to the repeatability of the phase transition of the cell, whose contribution to the expanded uncertainty was less than 5 %. The validation of the computational model was successful, obtaining an absolute error of 0.86 mK with respect to the experimental value and a maximum expanded uncertainty in the H2O-In sub-interval of 3.0 mK. We concluded that the objectives of this work were satisfactorily achieved and the cell built is appropriate for the laboratory activities intended by the INM Physical Metrology Sub directorate.