Cuando hablamos de medición de temperatura, en varios cursos o charlas me hacen muchas preguntas al respecto, algunas muy simples de responder y otras… bueno tienen mucha más profundidad técnica, es por eso que ahora les traigo las preguntas más comunes cuando de medición de temperatura se trata.
¡Ojo!, quiero aclarar que pueden existir muchas más dudas, pero en una recopilación estas son las más comunes, no se sorprendan de encontrar preguntas muy básicas, en muchas ocasiones los conceptos aún no están muy claros para algunas personas…¡Sin más empezamos!
1.- ¿Para qué se usa la medición de temperatura?
Si es una pregunta muy común y antes de que ponernos técnicos sobre la medición de temperatura, vamos a aclarar algunas cosas. La gente a veces confunde las palabras «calor» y «temperatura» y piensa que significan lo mismo. Pues ¡NO! es cierto, ni en lo que significan ni en cómo se aplican.
El calor se refiere a una medida de energía. Toda la materia tiene moléculas, y esas moléculas se mueven. Ahora, cuanto más rápido se muevan las moléculas, más calor tendrá en esa materia. Por lo tanto, el calor de un objeto significa la energía total de todo el movimiento molecular en él. Lo mejor de todo es que puedes medirlo.
La temperatura se refiere a una medida del calor promedio de las moléculas en una sustancia. Las moléculas se mueven con un rango de energías (llamado espectro de energía ) e interactúan entre sí, lo que cambia sus energías. Así, promediar la energía térmica de todas las moléculas juntas produce la unidad básica de medida que llamamos temperatura.
Por ejemplo, la pasteurización, es el proceso de esterilización de una bebida mediante su calentamiento y enfriamiento en varios ciclos. Este proceso se utiliza para reducir la cantidad de gérmenes presentes en la bebida que pueden afectar la salud de los consumidores. Pero debes usar temperaturas específicas para que funcione. La leche, por ejemplo, debe permanecer entre 71 y 74 grados Celsius para mantener sus proteínas y eliminar los gérmenes.
2.- ¿Quién inventó la medición de la temperatura?
Para entender esto es bueno revisar un poco de historia. En el año 1593 Galileo Galilei inventó el primer termoscopio, un dispositivo que indica las diferencias de temperatura. Dos décadas más tarde, alrededor de 1612, el amigo de Galileo, Santorio, inventó el primer termómetro. La siguiente novedad 42 años más tarde, en 1654, cuando Fernando II, Gran Duque de Toscana, produjo el primer medidor de líquido en vidrio. Este medidor marcó el primer uso de fluidos para medir la temperatura.
Diez años más tarde, en 1664, Robert Hooke propuso que llamémoslo cero del punto de congelación del agua. Y el comienzo del siglo XVIII se convirtió en un hito para Ole Roemer, quien estableció dos puntos fijos, el punto cero de Hooke y el punto de ebullición del agua en 1702.
En 1714, Daniel Gabriel Fahrenheit inventó el primer termómetro de mercurio en vidrio. Y en caso de que no puedas adivinar, él también inventó la primera escala de temperatura estándar.
En 1730, René Antoine Ferchault de Reaumur creó otra escala, nombrando el punto de congelación del agua como cero grados y el punto de ebullición como 80 grados. No usamos esta escala, pero gracias por participar, Rene.
Luego, una década después, en 1742, Anders Celsius, un científico sueco, estableció el punto de congelación como 100 grados y el punto de ebullición como cero. Y Jean Pierre Christin cambió estos puntos para hacer la escala que usamos hoy.
Finalmente, en 1848 Sir William Thomson, también conocido como Lord Kelvin, creó la escala absoluta, uno de los últimos hitos en la era de la medición de la temperatura.
3.- ¿Cómo funciona la medición de la temperatura?
Podemos usar la medición de temperatura con una amplia variedad de dispositivos, y cada uno tiene un propósito específico, proceso y resultado. Así que he enumerado el más popular con algunos detalles aquí.
Termopar o Termocupla: se basa en efecto Seebeck tiene dos metales diferentes unidos para formar un bucle. La diferencia de potencial entre los dos metales creados en la unión da como resultado una fuerza directamente proporcional al calor que afecta al sensor. Entonces, con una tabla de referencia, puede ver la relación entre el voltaje y la temperatura.
Detector de temperatura de resistencia (RTD): como su nombre indica, estos sensores detectan cambios en la temperatura por cambios en la resistencia de los cables dentro. Hablaremos más sobre esto en un momento.
Sensor infrarrojo: cada objeto emite energía que puede medir a través de la distribución de frecuencias térmicas. Este dispositivo también puede detectar ciertas características mediante la detección de radiación en el rango visible de 700 nanómetros a 1 milímetro en longitud de onda.
4.- ¿Qué es un RTD?
RTD significa detector de temperatura de resistencia. Este dispositivo detecta cambios en la temperatura por cambios en la resistencia del cable dentro. El sistema de control constantemente suministra corriente a través del sensor, por lo que el sensor puede detectar cualquier cambio en la resistencia e informarlo.
Los RTD tienen coeficientes térmicos positivos y negativos de resistividad. Eso significa que la resistencia aumenta o disminuye con el aumento de la temperatura de acuerdo con la ley de Ohm. El tipo de material utilizado para hacer el cable puede afectar el coeficiente de resistividad, el rango y la linealidad.
Los RTD mantienen su linealidad en un amplio rango de operación y mantienen la estabilidad a altas temperaturas. Sin embargo, los golpes y las vibraciones pueden reducir la precisión de la RTD.
5.- ¿Qué es un termopar?
Los termopares detectan la temperatura usando la fuerza electromotriz termoeléctrica (fem térmica) que resulta en una unión de dos metales cuando la corriente pasa a través de ella, son instrumentos para medir la temperatura.
Las tres leyes básicas de la fem térmica de Seebeck, Peltier y Thomson ayudarán a comprender la mecánica.
La ley de Seebeck establece que la expresión de la fem dependerá de las diferencias de temperatura entre dos uniones y el material utilizado para los dos cables.
La ley de Peltier establece que cuando una corriente eléctrica cruza una unión entre dos metales diferentes, una unión se calienta y la otra desarrolla el calor.
La ley de Thomson establece que un conductor sometido a un gradiente de temperatura creará un gradiente de voltaje correspondiente.
Los termopares usan una cantidad de metales como cobre-constantano y platino-rodio. Estos dispositivos pueden cubrir un amplio rango de temperaturas, llegando a los 2700 grados Celsius. Sin embargo, si necesita una buena precisión, entonces debe tener una compensación de unión fría. Más sobre eso más tarde.
6.- ¿Cuáles son los tipos de termopares o termocuplas?
Cada tipo de termopar tiene un rango específico y precisión.
| Numero | Tipo | Temperatura en grados (Fahrenheit) | Precisión (porcentaje) |
| 1 | B | 32 to 3100 | ±0.5 |
| 2 | E | -454 to 1600 | ±1.7 to ±0.5 |
| 3 | J | -346 to 1400 | ±2.2 to ±0.75 |
| 4 | K | -454 to 2300 | ±2.2 to ±0.75 |
| 5 | N | -454 to 2300 | ±2.2 to ±0.75 |
| 6 | R | -58 to 2700 | ±1.5 to ±0.25 |
| 7 | S | -58 to 270 | ±1.5 to ±0.25 |
| 8 | T | -454 to 700 | ±1.0 to ±0.75 |
7.- ¿Cómo calibro un termopar o termocuplas?
Como existen varios puntos de vista, veamos las opciones.
Voltímetro estándar
Puede utilizar este método si el laboratorio tiene el termopar y el voltímetro a la misma temperatura ambiente y utiliza un cable de compensación.
Instale su sensor en el horno de calibración y configure el calefactor para aumentar y disminuir la temperatura. El voltímetro mide la diferencia de potencial que existe en milivoltios, y una tabla de referencia traducirá las milivoltios en grados.
Ensambladura fría
Una unión fría calibrará su sensor para una mayor precisión. Cuanto mayor sea la diferencia entre la unión caliente y las uniones frías, más precisos serán los valores de milivoltios de un voltímetro preciso.
Calibración comparativa con una unión de referencia externa
Aquí tenemos un segundo termopar conectado a una unión de referencia externa. Esto le ayuda a comparar la salida de su sensor con el sensor de referencia. Ambos comienzan en cero grados Celsius.
Calibrador digital
En esta configuración, no debe conectar el sensor directamente al calibrador, ya que compensará la temperatura ambiente. Sin embargo, puede aplicar estos calibradores con el horno de calibración para aumentar y disminuir la temperatura, haciendo que la recopilación de datos sea rápida y automática.
8.- ¿Qué es la compensación del termopar?
La palabra «compensación» en el contexto de los termopares tiene múltiples referencias, pero predominantemente dos. El primero se refiere a un cable de compensación y cómo se diferencia de un cable de extensión. El segundo se refiere a la compensación de la unión fría para una mayor precisión.
Usamos compensación para evitar la fem térmica en los terminales de conexión. Un cambio en los terminales puede cambiar los valores de salida por completo. Sin embargo, el transmisor puede ajustar esta diferencia. También puede usar el método del puente eléctrico o el método de refrigeración termoeléctrica.
9.- ¿Por qué debería usar un termopar con un transmisor?
Hemos revisado mucho hoy, ¿no es así? Nuestro viaje de medición de temperatura finaliza con el uso de un termopar con un transmisor. En primer lugar, el transmisor reducirá el ruido externo de la atenuación de la señal. En segundo lugar, puede traducir los datos del sensor a un formato estándar. Además, el uso de un transmisor digital proporcionará más datos que solo la temperatura.
Los cables de compensación pueden ahorrar dinero en la instalación para distancias cortas. El transmisor generalmente compensa para darle valores de salida precisos. También tiene una entrada / salida remota (IO) en el campo, multiplexores y otras herramientas.