CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se relaciona con el campo técnico de la mecánica, la metrología, la termometria, la telemetría, la trazabilidad y la radiación infrarroja, ya que aporta un sistema de medición in-situ para instrumentos de medición de temperatura por telemetría.

ANTECEDENTES DE IA INVENCIÓN

Existen procesos de producción donde se involucran la aplicación de calor por fuentes externas para realizar una operación determinada, la transferencia de calor puede ser de diferentes formas, específicamente, hablando de la transferencia de calor por radiación, se define como la transferencia en el espacio a través de ondas electromagnéticas, si el espacio que atraviesan las ondas está vacío no habrá transformación de energía en forma de calor, pero si hay un cuerpo en este espacio, la radiación podrá ser transmitida, reflejada o absorbida por dicho cuerpo.

En los procesos de producción que realizan aplicaciones de calor, es necesario contar con controles de temperatura, tiempos de exposición y/o tiempos de operación para que, tanto el desarrollo del proceso y el funcionamiento del equipo sea óptimo y confiable. Para esto, es necesario medir de manera precisa la temperatura, lo cual se debe lograr sin contacto debido a las altas temperaturas que manejan los equipos, la inaccesibilidad de las ubicaciones de los dispositivos de radiación de calor o por el simple hecho de los costos elevados que sugiere un paro de línea de producción, por lo tanto, para realizar dichas operaciones es necesario recurrir a la medición de temperatura por infrarrojos . Los termómetros por infrarrojos, mejor conocidos como pirómetro de infrarrojo, término que se utiliza para expresar la diferencia con un termómetro de contacto clásico, ya que mide la radiación térmica y no la temperatura en si, al conocer la cantidad de energía emitida por un objeto y su emisividad se puede determinar su temperatura. Los pirómetros de infrarrojos son específicamente para ser utilizados en ubicaciones que no permiten el uso de los termómetros convencionales de contacto. Con estos instrumentos portátiles se pueden medir temperaturas que van de los -100° a los 3000° C sin entrar en contacto con el objeto a medir. Precisamente por eso, los termómetros infrarrojos son los instrumentos idóneos para medir la temperatura de superficies de piezas de difícil acceso o en movimiento. La temperatura se determina mediante la medición de la radiación de calor; la temperatura emite diferentes amplitudes de ondulación, captadas por la óptica del termómetro infrarrojo. El funcionamiento está basado en las leyes físicas establecidas por los físicos Max Planck y Stefan Boltzmann. La energía emitida con su amplitud característica depende de la temperatura del emisor (ley de radiación de Planck) . La intensidad de esta energía aumenta con la temperatura del emisor en cuestión (ley de Stefan Boltzmann) y, por lo tanto, la óptica tiene que ser adaptada en consonancia con la amplitud para captar la temperatura del objeto.

Los termómetros por infrarrojos se distinguen por su forma constructiva y por el diseño de su óptica. En cuanto a la forma constructiva, existen modelos portátiles y modelos fijos, y en cuanto a las ópticas, se distinguen por sus diferentes sensibilidades espectrales.

La calibración es el proceso de comparar los valores obtenidos por un instrumento de medición con la medida correspondiente de un patrón de referencia (o estándar) . Según la Oficina Internacional de Pesas y Medidas, la calibración es "una operación que, bajo condiciones especificas, establece en una primera etapa una relación entre los valores y las incertidumbres de medida provistas por estándares e indicaciones correspondientes con las incertidumbres de medida asociadas y, en un segundo paso, usa esta información para establecer una relación para obtener un resultado de la medida a partir de una indicación" .

De esta definición se puede deducir que para calibrar un instrumento o un estándar se necesita disponer de uno de mayor precisión (patrón) que proporcione el valor convencionalmente verificable, el cual se utilizará para compararlo con la indicación del instrumento que está siendo sometido a la calibración. Esto se realiza mediante una cadena ininterrumpida y completamente documentada de comparaciones hasta llegar al patrón primario, que constituye lo que se conoce como trazabilidad. El objetivo de la calibración es mantener y verificar el buen funcionamiento de los equipos, responder los requisitos establecidos en las normas de calidad y garantizar la fiabilidad y la trazabilidad de las medidas. El dispositivo usado para calibrar otros instrumentos se conoce como calibrador. Los calibradores varían en forma y función dependiendo de los instrumentos con los cuales están diseñados para trabajar.

Los calibradores de cuerpo negro se usan para calibrar los pirómetros infrarrojos. Típicamente consisten en una placa objetivo que tiene una alta emisividad. La temperatura de la placa objetivo se puede controlar con tolerancias muy estrechas. Para calibrar un pirómetro infrarrojo, el pirómetro toma una medición de la placa objetivo. La temperatura controlada de la placa se compara con la lectura del pirómetro. El pirómetro se ajusta luego hasta que la diferencia sea mínima. La alta emisividad de la placa objetivo minimiza los errores de emisividad. Con el fin de simplificar los procesos de calibración y telemetría, se han diseñado diferentes equipos que pueden ser utilizados in situ, lo cual permite reducir gastos de transporte, tiempos de espera y paros prolongados de procesos lo cual representa pérdidas para la industria en general.

Se realizó una búsqueda técnica de patentes para sistema de medición in-situ para instrumentos de medición de temperatura por telemetría, donde se encontró que se han desarrollado diferentes tipos de equipos con ese fin, como se menciona en la publicación de solicitud de patente número MX/a/2015/017718, con fecha de publicación del 18 de diciembre de 2015, que tiene como título ^w FUENTE DE RADIACION ELECTRICA PARA CALIBRACIÓN Y/O CARACTERIZACIÓN DE INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN DE TEMPERATURA POR TELEMETRÍA, MEJORADA" que describe que para dar trazabilidad a las mediciones de temperatura de termómetros de radiación y equipos termográficos, que permite caracterizar la función de gradientes térmicos de las caras termográficas mediante placas con gradientes térmicos continuos y discretos; así como calibrar y dar trazabilidad a las mediciones de temperatura de termómetros de radiación y equipos termográficos usando la cavidad de cuerpo negro con un termómetro calibrado. Otro objetivo de la invención es hacer disponible dicha fuente de radiación eléctrica para calibración y/o caracterización de instrumentos de medición de temperatura por telemetría, mejorada que además permite definir y conocer el gradiente térmico requerido para caracterizar las diferencias de temperatura que registran los equipos termográficos . Otro objetivo de la invención es hacer disponible dicha fuente de radiación eléctrica para calibración y/o caracterización de instrumentos de medición de temperatura por telemetría, mejorada, que además estructuralmente sea práctico operativamente, eficiente y de fácil operación. El documento antes mencionado hace referencia a un equipo que, por medio de un cuerpo negro permite realizar registros y mediciones de cuerpos termográficos, así como calibrar y dar trazabilidad, sin embargo, tiene la desventaja de ser un equipo que aún cuando es portátil, no es tan fácil su operación porque no cuenta con una base para ubicarlo cerca de la máquina y/o equipo que se desea calibrar, sin que se vea afectado el resultado.

Por otra parte, se encontró el documento de solicitud de patente número MX 2014015910 (A), con fecha de publicación del 17 de junio de 2016, que tiene como título ^xx APARATO Y MÉTODO PARA CALIBRACIÓN Y/O CARACTERIZACIÓN DE INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN DE TEMPERATURA POR TELEMETRÍA FRIO-CALIENTE Y PARA DAR TRAZABILIDAD A MEDICIONES" donde, la invención se refiere a un aparato para calibración y/o caracterización de instrumentos de medición de temperatura por telemetría y para dar trazabilidad a las mediciones, que consta de una carcasa adaptada para recibir internamente una cavidad de cuerpo negro como fuente de radiación térmica de alta emisividad, como fuente de radiación térmica uniforme a baja temperatura (-20°C a 40°C); un arreglo vertical de placas de gradientes térmicos para generar gradientes de temperatura en forma controlada en un alcance de temperatura de -20°C a 80°C, y que comprende un sistema de compresión de dichas placas del arreglo vertical de placas de gradientes térmicos; mismos que están dispuestas entre una placa superior caliente {40°C a 80°C) que presenta un elemento calefactor y una placa inferior fría (-20°C a 80°C) ; un sistema de recirculación de refrigerante para controlar de manera uniforme la temperatura de dicha cavidad de cuerpo negro y para enfriar dicha placa inferior fría; un sistema de inyección de aire para inyectar aire seco en dicha cavidad de cuerpo negro y frente al arreglo vertical de placas de gradientes térmicos, para desplazar el aire ambiental con aire seco y evitar la condensación/escarcha en éstos; un sistema de adquisición de datos, un panel controlador del sistema y un controlador general de potencia. Este documento, también menciona un equipo que permite la calibración de instrumentos, sin embargo, no cuenta con una base portátil que permita operarlo en el sitio de calibración, por lo que refiere a un equipo de uso en laboratorio, incrementando de esta manera los costos para el cliente, así como también los tiempos de espera del equipo a calibrar.

Otro de los documentos encontrados en la búsqueda, fue la patente número MX 340152 (B) , de título "SISTEMA Y MÉTODO PARA CALIBRACIÓN Y/O CARACTERIZACIÓN DE INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN DE TEMPERATURA POR TELEMETRÍA", donde, la invención se refiere a un sistema de calibración y/o caracterización con mayor exactitud de instrumentos de medición de temperatura por telemetría que involucra una unidad de referencia con gradiente térmico definida por un disco con gradiente térmico conformado por, al menos, un anillo metálico difusor térmico concéntrico, con sensores de temperatura que generan un perfil radial de temperaturas escalonadas, ligados mecánicamente con una cavidad de un cuerpo negro alojado en un horno eléctrico, para generarle y controlarle su temperatura; y un método para calibración de instrumentos de medición de temperatura por telemetría, mediante el uso de un subsistema de medición para calibración de equipos de medición de temperatura por telemetría, dispuesto frente a dicho al menos un horno que consta de una plataforma con escala longitudinal graduada como indicador de distancia y que está adaptada para montar los equipos patrón y los equipos a calibrar; y una PC en donde se alimentan las lecturas de temperatura del sistema de anillos de referencia de gradiente térmico, de la cavidad cilindrica de cuerpo negro y la trazabilidad con referencia de los equipos patrón para obtener un perfil de temperaturas que permite mediante un programa de cómputo matemático especializado calibrar y/o caracterizar por comparación los instrumentos de medición de temperatura por telemetría.

Como se puede observar, éste documento describe un sistema comprendido por horno con cuerpo negro para la calibración de instrumentos de temperatura por telemetría, en el cual es posible tener los componentes necesarios para realizar dicha operación, pero este sistema tiene la desventaja de que no es portátil, por lo que su uso se restringe a un lugar fijo como los laboratorios de calibración, no es desarmable, ni tampoco hace mención de poderse adaptar en espacios de áreas reducidas, otra desventaja es que no referencia poder calibrar los instrumentos sin ser desmontados del equipo donde se encuentran instalados.

Por último, se encontró el documento de solicitud de patente numero MX 2014013902 (A), publicado el 16 de mayo de 2016, de título "APARATO DE POSICIONAMIENTO PARA MEDICION Y ANÁLISIS" que cita, la presente invención se refiere a un aparato de posicionamiento para medición y análisis, que comprende: una estructura de soporte conformada por, dos columnas frontales y una columna de giro, unidas por una placa base y un entrepaño; niveladores anti vibración en la parte inferior de cada columna de la estructura de soporte; un soporte; un sistema de giro; una pista de giro, configurada para ser sustentada por los soportes; un riel, se coloca sobre la columna de giro y la pista de giro, dicho riel en su parte frontal tiene un carro de deslizamiento y un freno, y en la parte posterior cuenta con un sistema de posicionamiento; una guía, se encuentra en la parte superior del riel, así como una escala graduada; una plataforma se desliza por el riel por medio de la guía; una base posicionado sobre la plataforma; un freno de desplazamiento lineal, se coloca en el centro de la plataforma, el cual permite asegurar una posición definida de la plataforma; un tablero eléctrico de control para energizar el aparato; y, una luminaria, se encuentra en la parte inferior del riel. Como se puede observar, el documento hace mención de un aparato de posicionamiento, que tiene la ventaja de movimiento en los tres ejes para el ajuste preciso al realizar mediciones y/o calibraciones, pero tiene la desventaja de ser un aparato robusto y de difícil transporte, por lo que no permite realizar calibraciones en sitio (industria) y no cuenta con la versatilidad de poder colocarse en espacios de poca accesibilidad y de diferentes dimensiones.

En conclusión, los documentos antes mencionados carecen de una base de soporte reducida en dimensiones y que puede ser transportada y armada con facilidad para realizar la medición y calibración de instrumentos de medición de temperatura en el interior de instalaciones industriales, reduciendo los tiempos de ajuste y calibración de los equipos, ya que no son desmontados de la maquinaria que los emplea, lo cual repercute en el bajo costo con referencia a los tiempos de paro de producción y espera de tiempos de envío a un laboratorio de calibración ubicado en otras instalaciones.

OBJETO DE LA INVENCION

Es, por lo tanto, objeto de la presente invención, proporcionar un sistema de medición in-situ para instrumentos de medición de temperatura por telemetría, que resuelve los inconvenientes de los documentos de patente anteriormente descritos . BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS

Los detalles característicos de este novedoso sistema de medición in-situ para instrumentos de medición de temperatura por telemetría se muestran claramente en la siguiente descripción y en las figuras que se acompañan, así como una ilustración de la invención, y siguiendo los mismos signos de referencia para indicar las partes mostradas. Sin embargo, dichas figuras se muestran a manera de ejemplo y no deben de ser consideradas como limitativas para la presente invención.

La figura 1 muestra una vista en perspectiva superior frontal del sistema de medición in-situ para instrumentos de medición de temperatura por telemetría .

La figura 2 muestra una vista en perspectiva superior trasera del sistema de medición in-situ para instrumentos de medición de temperatura por telemetría .

La figura 3 muestra una vista en perspectiva de la explosión del sistema de medición in-situ para instrumentos de medición de temperatura por telemetría .

La figura 4 muestra una vista trasera del sistema de medición in-situ para instrumentos de medición de temperatura por telemetría. La figura 5 muestra una vista lateral izquierda del sistema de medición in-situ para instrumentos de medición de temperatura por telemetría. La figura 6 muestra una vista lateral derecha del sistema de medición in-situ para instrumentos de medición de temperatura por telemetría.

La figura 7 muestra una vista superior del sistema de medición in-situ para instrumentos de medición de temperatura por telemetría.

La figura 8 muestra una vista en perspectiva superior frontal del horno calefactor de precisión del sistema de medición in-situ para instrumentos de medición de temperatura por telemetría.

La figura 9 muestra una vista en perspectiva superior trasera del horno calefactor de precisión del sistema de medición in-situ para instrumentos de medición de temperatura por telemetría.

La figura 10 muestra una vista frontal del horno de precisión del sistema de medición in-situ para instrumentos de medición de temperatura por telemetría.

La figura 11 muestra una vista superior del horno de precisión del sistema de medición in-situ para instrumentos de medición de temperatura por telemetría.

La figura 12 muestra una vista inferior del horno de precisión del sistema de medición in-situ para instrumentos de medición de temperatura por telemetría . La figura 13 muestra una vista en perspectiva superior de la explosión del horno de precisión del sistema de medición in-situ para instrumentos de medición de temperatura por telemetría.

La figura 14 muestra una vista en perspectiva superior de la cavidad del sistema de medición in-situ para instrumentos de medición de temperatura por telemetría.

La figura 15 muestra una vista en perspectiva superior de los trazos internos de la cavidad del sistema de medición in-situ para instrumentos de medición de temperatura por telemetría.

La figura 16 muestra una vista lateral de los trazos de la cavidad cónica del sistema de medición in-situ para instrumentos de medición de temperatura por telemetría.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION

Para una mejor comprensión de la invención, a continuación, se enlistan las partes que componen el sistema de medición in-situ para instrumentos de medición de temperatura por telemetría:

Tapón superior

Conector vertical

Conector horizontal

Contrapeso

Tapón posterior

Controlador

Primer anillo sujetador 8. Soporte piña

9. Tapón de pata

10. Patas

11. Medios de sujeción

12. Base

13. Ruedas

14. Soporte de mesa

15. Mesa

16. Poste

17. Soporte de horno

18. Horno

19. Tapón frontal

20. Brazo

21. Aislante térmico

22. Cuerpo negro

23. Carcasas

24. Bisagra

25. Sujetador

26. Resistencia

27. Ranura superior

28. Cavidad cónica

29. Ranura posterior

30. Segundo anillo sujetador

31. Tercer anillo sujetador

Con referencia a las figuras, el sistema de medición in-situ para instrumentos de medición de temperatura por telemetria, está conformado por: Una base (12) la cual preferentemente es de lámina de aluminio, que sirve para dar soporte y está configurada para ensamblarle, al menos, cuatro patas (10) que preferentemente, son de aluminio. Las patas (10) son ajustables a diferentes posiciones, ya sea acortando o alargando la extensión de las mismas, y al mismo tiempo reduciendo o ampliando el ángulo de apertura para lograr un mejor acomodo de la base, dependiendo del área donde se utilizará el sistema de medición in-situ para instrumentos de medición de temperatura por telemetría; al menos, una rueda (13) se instala en el extremo inferior de cada una de las patas (10) con la finalidad de dar movimiento a la base (12); dichas ruedas (13) pueden ser de goma, de hule, de plástico y/o la combinación de las anteriores y cuentan con un freno, para asegurar que el equipo de medición y calibración portátil motivo de la presente invención, no tenga movimiento indeseado al momento de realizar una calibración, medición y/o análisis de los instrumentos .

Un tapón de pata (9) el cual puede ser de plástico, de silicón, de hule y/o la combinación de los anteriores se instala en el extremo exterior de cada una de las patas (10) principalmente para dar un mejor aspecto estético y así evitar que elementos extraños se alojen dentro de la misma. Un soporte piña (8) preferentemente de aluminio, de forma redonda y hueco en su interior se ensambla en el centro de la base (12), sobre dicho soporte (8) se coloca un poste (16) de forma tubular, preferentemente de acero, para dar soporte a todo el sistema.

Un primer anillo sujetador ( 7 ) se coloca en la parte media del poste (16), permitiendo colocar un soporte de mesa (14), con el fin de instalar en la parte superior una mesa (15), preferentemente de madera con acabado en melamina, dicha mesa (15) está configurada para colocar diversos utensilios durante la operación del equipo.

Arriba del soporte de mesa (14) se coloca un segundo anillo sujetador (30) en el poste (16), el cual da soporte a un controlador (6) que permite el registro y/o ajustes de las operaciones del equipo.

En la parte superior del poste (16) se instala un tercer anillo sujetador (31), permitiendo ensamblar en el extremo superior del poste (16) un conector vertical (2) y un conector horizontal (3), que son preferentemente de aluminio.

En el extremo superior del poste (16) se instala un tapón superior (1) el cual puede ser de hule, plástico, silicón y/o la combinación de los anteriores, esto con el fin de que no se introduzcan cuerpos extraños en el interior.

Un brazo (20) preferentemente de acero y de forma tubular, es instalado en el conector horizontal (3) , para permitir colocar en el extremo frontal un soporte de horno (17), preferentemente de lámina de aluminio, configurado para ensamblar un horno (18) .

Un contrapeso (4) el cual preferentemente es de acero, se instala en el extremo posterior del brazo (20) , con la finalidad de mantener un balance con el horno (18). Un tapón posterior (5) y un tapón frontal (19) que pueden ser de plástico, hule, silicón y/o la combinación de las anteriores son instalados en los extremos del brazo (20) .

Con referencia a las figuras 8 a 13, el horno (18) se conforma por, dos carcasas (23) , configuradas para alojar en su interior dos carcasas aislantes térmicas (21), preferentemente de cerámica de alta temperatura, y el cual está configurada para mantener en su interior el calor emitido por, al menos, una resistencia (26) de forma cilindrica y la cual puede ser de diferentes voltajes y de diferentes amperajes . Tal como se ilustra en las figuras 8, 10 y 13, el sistema de medición in-situ para instrumentos de medición de temperatura por telemetría, tiene un cuerpo negro (22) preferentemente de forma cilindrica tubular que se instala en el centro de la resistencia (26), configuradas para permitir su calentamiento, con la finalidad de la realización de mediciones de temperatura por radiación.

Con referencia a las figuras 13 a 15, el cuerpo negro (22) está configurado con una ranura superior (27) la cual está diseñada para dar holgura al interior de este y así ensamblar en la parte posterior una cavidad cónica (28) . Dicha cavidad cónica (28) tiene en la parte trasera una ranura posterior (29) la cual está configurada para alojar un sujetador (25) configurado para mantener sin movimiento el cuerpo negro (22), tal como sé ilustra en las figuras 9, 11 y 13 a 16.

El sujetador (25) se mantiene unido a la carcasa (23) por medio de una bisagra (24) que se encuentra instalada en la parte posterior del horno (18) .

Como se muestra en las figuras, unos medios de sujeción (11) aseguran las patas (10), la base (12), las ruedas (13), el soporte piña (8), el primer anillo sujetador (7), el segundo anillo sujetador (30), el tercer anillo sujetador (31), la base de mesa (14), la mesa (15), el controlador (6), el conector vertical (2), el conector horizontal (3), el brazo (20), el soporte de horno (17), el horno (18) y las carcasas (23). Dichos medios de sujeción (11), pueden ser tornillos, perno, vástagos y/o la combinación de los anteriores. REALIZACION PREFERENTE DE LA INVENSION

El siguiente ejemplo ilustra una manera preferente de cómo llevar a cabo la realización de la presente invención, por lo cual no debe ser considerada como limitativa de la misma.

Ejemplo 1: ensamble y colocación del sistema de medición in- situ para instrumentos de medición de temperatura por telemetría .

De acuerdo a como se muestra en las figuras, se colocan las patas (10) en la base (12) ajustando la extensión requerida de acuerdo a las dimensiones del área donde se va a utilizar el equipo, considerando al mismo tiempo la distancia del sistema a calibrar, para lograr la máxima proximidad y realizar una calibración y medición adecuadas; una vez instaladas las patas (10) se ensamblan en sus extremos las ruedas (13) con freno para lograr el movimiento de toda la base.

Una vez hecho lo anterior, se procede a instalar el soporte piña (8) en el centro de la base (12), posteriormente se coloca el poste (16) . Se inserta el primer anillo sujetador (7) en el poste (16) para después colocar la base de mesa (14) la cual ya tiene instalada la mesa (15), posteriormente se coloca el segundo anillo sujetador (30) para después ensamblar el controlador (6) .

En la parte alta del poste (16) se instala el tercer anillo sujetador (31) para posteriormente colocar un conector vertical (2) en el cual se ensambla el conector horizontal (3) ; se procede a introducir a través del conector horizontal (3) el brazo (20) y se instala en el extremo frontal el soporte de horno (17) . En el extremo frontal del brazo (20) se instala el horno (18) en el soporte de horno (17) y el contrapeso (4) se instala en el extremo posterior del mismo brazo, lo cual ayudará a mantener un balance en todo el brazo (20) .

Se aproxima el equipo ya ensamblado a la máquina a calibrar, de manera que el horno (18) quede a la distancia necesaria al aparato en el que se va a realizar la medición y la calibración, y se acciona el freno de las ruedas (13) para que el equipo no tenga movimiento y evitar errores en las lecturas de medición y en la calibración.