Introducción

Los termómetros infrarrojos permiten medir la temperatura superficial sin contacto. Ofrecen una respuesta rápida y resultan especialmente útiles para objetos calientes, móviles, de difícil acceso o potencialmente peligrosos.

Sin embargo, con el paso del tiempo pueden aparecer desviaciones provocadas por la deriva del sensor, la contaminación del sistema óptico, el envejecimiento de los componentes electrónicos o los cambios en las condiciones ambientales.

Por este motivo, en aplicaciones donde la precisión es importante, conviene comprobar y calibrar periódicamente el instrumento.

Es importante tener en cuenta que calibrar un termómetro infrarrojo no consiste simplemente en compararlo con un termómetro convencional. Una calibración profesional normalmente requiere una fuente de radiación de cuerpo negro estable, con emisividad conocida y una superficie radiante efectiva suficientemente grande.

Puntos clave

● El objetivo de la calibración es determinar la diferencia entre la indicación del termómetro infrarrojo y una temperatura de referencia conocida.
● Para una calibración profesional se utiliza normalmente una fuente de cuerpo negro, no una pared, agua caliente o una superficie metálica convencional.
● El termómetro, la fuente de cuerpo negro y el entorno deben encontrarse térmicamente estabilizados antes de realizar la medición.
● La distancia de medición, la relación D:S, el ajuste de emisividad y el ángulo de medición pueden afectar al resultado.
● La calibración determina el error existente, mientras que el ajuste modifica parámetros internos para corregirlo.
● Cuando se requiere una elevada exactitud, la calibración debe ser realizada por el fabricante o por un laboratorio adecuadamente equipado.

¿Qué es la calibración de un termómetro infrarrojo?

Un termómetro infrarrojo detecta la radiación térmica emitida por la superficie del objeto y calcula su temperatura a partir de la señal del sensor, la emisividad, el sistema óptico y los algoritmos internos de procesamiento.

La calibración consiste en comparar la indicación del instrumento con un valor de referencia conocido bajo condiciones definidas para determinar el error de indicación.

Por ejemplo, si una fuente de cuerpo negro está estabilizada a 100,0 °C y el termómetro indica 100,8 °C, el error de indicación en esas condiciones es de aproximadamente +0,8 °C.

No obstante, una única medición a una sola temperatura no permite evaluar completamente el comportamiento del instrumento. Por ello, las calibraciones profesionales suelen realizarse en varios puntos representativos del rango de medición.

¿Por qué se utiliza un cuerpo negro para calibrar?

Los termómetros infrarrojos responden a la radiación térmica emitida por la superficie del objetivo. La emisividad y las propiedades reflectantes varían considerablemente entre diferentes materiales.

Por este motivo, una medición directa sobre metal, plástico, paredes, superficies pintadas o líquidos puede introducir incertidumbres adicionales.

Una fuente de cuerpo negro proporciona una radiación infrarroja estable, controlada y de características conocidas, por lo que resulta mucho más adecuada como referencia para instrumentos de medición infrarroja.

Un calibrador de cuerpo negro apropiado suele ofrecer:

● Control estable de la temperatura;
● Una superficie radiante efectiva claramente definida;
● Emisividad elevada y conocida;
● Buena uniformidad y estabilidad térmica;
● Una temperatura de referencia con trazabilidad metrológica adecuada.

El uso de una fuente de cuerpo negro adecuada permite reducir las incertidumbres asociadas al material y a la superficie del objetivo.

¿Qué debe comprobarse antes de la calibración?

Antes de comenzar, es necesario revisar tanto el instrumento como las condiciones de ensayo.

● Comprobar la óptica. El polvo, el aceite, la condensación u otros contaminantes en la lente pueden reducir la radiación que llega al detector.
● Revisar el estado de la batería. Una alimentación insuficiente puede afectar al funcionamiento de determinados instrumentos.
● Permitir la estabilización térmica. Si el termómetro acaba de trasladarse desde un almacén frío, un vehículo caliente o un entorno exterior, no debe calibrarse inmediatamente.
● Comprobar la emisividad. En los modelos con emisividad ajustable, el valor debe ser coherente con la fuente de cuerpo negro y el método de calibración utilizado.
● Verificar la distancia de medición. De acuerdo con la relación D:S, el área de medición debe quedar completamente dentro de la superficie radiante efectiva de la fuente.
● Esperar la estabilización del cuerpo negro. Alcanzar el valor de consigna no significa necesariamente que la fuente ya se encuentre térmicamente estable.

Muchas supuestas desviaciones de calibración son en realidad consecuencia de condiciones de ensayo incorrectas.

¿Cómo se calibra un termómetro infrarrojo con un cuerpo negro?

Un procedimiento habitual consiste en comparar el termómetro infrarrojo con una fuente de cuerpo negro en varios puntos de temperatura.

Primero, ajuste el cuerpo negro a la primera temperatura de calibración y espere hasta que se estabilice completamente.

A continuación, oriente el termómetro hacia la superficie radiante efectiva. El instrumento debe mantenerse estable y, siempre que sea posible, aproximadamente perpendicular al objetivo, evitando ángulos de medición excesivos.

El área de medición debe quedar totalmente dentro de la zona activa del cuerpo negro. Si la distancia es demasiado grande y el spot de medición supera el tamaño de la abertura, el detector puede recibir radiación procedente del entorno y alterar el resultado.

Cuando las condiciones sean estables, realice varias lecturas y registre los valores. Después, compárelos con la temperatura de referencia.

Una vez completado el primer punto, cambie la temperatura de la fuente y repita el proceso en otros puntos representativos, por ejemplo en las zonas baja, media y alta del rango de uso.

¿Cómo saber si el instrumento necesita ajuste?

Después de la calibración, se compara el valor indicado por el termómetro con la temperatura de referencia en cada punto.

El error de indicación puede expresarse de forma sencilla como:

Error de medición = Indicación del termómetro infrarrojo − Temperatura de referencia

Ejemplo:

● Temperatura de referencia del cuerpo negro: 200,0 °C
● Indicación del termómetro: 202,1 °C
● Error de indicación: +2,1 °C

Para determinar si este resultado es aceptable, debe consultarse la especificación de exactitud del modelo concreto.

En muchos termómetros infrarrojos, la precisión no se expresa mediante un único valor fijo en ±°C para todo el rango. Es habitual que la especificación combine un valor fijo con un porcentaje de la lectura. Por ello, la evaluación debe realizarse siempre según las especificaciones del fabricante.

Si todos los puntos se encuentran dentro de los límites permitidos, el instrumento puede considerarse conforme con su rendimiento especificado.

¿Cuál es la diferencia entre calibración y ajuste?

Aunque están relacionados, son procesos diferentes.

La calibración determina la diferencia entre la indicación del instrumento y una referencia conocida.

El ajuste modifica los parámetros internos para reducir esa diferencia.

Por tanto, un termómetro infrarrojo puede ser calibrado sin que se realice posteriormente ningún ajuste.

En algunos modelos industriales, los parámetros internos solo pueden modificarse mediante software específico, interfaces de servicio, modos de fábrica o equipos de producción especializados. No se recomienda modificar parámetros ocultos sin la autorización correspondiente, ya que podría alterarse la calibración original del instrumento.

Si el error supera claramente las tolerancias especificadas, lo adecuado es que el fabricante o un servicio de calibración cualificado inspeccione el equipo y realice el ajuste cuando sea necesario.

¿Se puede calibrar un termómetro infrarrojo en casa?

Es posible realizar comprobaciones básicas, pero estas no sustituyen una calibración profesional.

En ocasiones se utilizan agua con hielo, agua caliente, agua hirviendo o un segundo termómetro como referencias aproximadas. Este tipo de prueba puede ser útil para algunos termómetros de contacto, pero presenta importantes limitaciones en instrumentos infrarrojos.

El termómetro infrarrojo mide la temperatura superficial y su lectura también depende de la emisividad, la radiación reflejada, el tamaño del spot, las condiciones ambientales y el estado de la superficie.

Por ejemplo, al medir agua caliente contenida en un recipiente metálico brillante, el termómetro infrarrojo mide principalmente la superficie del recipiente y no directamente la temperatura interna del agua. Por esta razón, una comparación directa con una sonda de inmersión no constituye una calibración rigurosa.

Las comprobaciones sencillas pueden servir para detectar desviaciones importantes, pero no reemplazan la calibración mediante cuerpo negro.

¿Qué factores pueden provocar resultados de calibración incorrectos?

Incluso utilizando un cuerpo negro, una metodología de ensayo incorrecta puede generar resultados poco fiables.

● Distancia de medición excesiva. Si el spot supera la superficie radiante efectiva, la radiación del entorno afecta a la lectura.
● Estabilización insuficiente del cuerpo negro. La fuente puede seguir ajustándose térmicamente después de alcanzar la consigna.
● Emisividad incorrecta. El ajuste del instrumento debe corresponder a las condiciones de calibración.
● Óptica contaminada. El polvo, el aceite o la humedad pueden reducir la radiación que recibe el detector.
● Cambios rápidos de temperatura ambiente. La compensación interna necesita tiempo para estabilizarse.
● Ángulo de medición inadecuado. Un ángulo grande puede modificar el área efectiva de medición y las condiciones radiativas.
● Baja repetibilidad. Si varias lecturas en el mismo punto presentan una dispersión elevada, debe revisarse primero la configuración y el estado del instrumento.

Una calibración fiable depende tanto de la calidad de la referencia como de la correcta ejecución del procedimiento.

¿Cada cuánto tiempo debe calibrarse un termómetro infrarrojo?

No existe un intervalo de calibración único válido para todos los instrumentos y aplicaciones.

La frecuencia adecuada depende del uso, la intensidad de utilización, los requisitos de exactitud, las condiciones ambientales y el sistema de gestión de calidad de la organización.

Para mediciones generales, pueden ser suficientes las comprobaciones periódicas de funcionamiento. En control de calidad industrial, mantenimiento, laboratorio o aplicaciones donde sea necesario conservar registros de medición, normalmente conviene establecer un intervalo de calibración definido.

También es recomendable realizar una comprobación anticipada después de:

● Una caída o golpe importante;
● Un uso prolongado en ambientes de alta temperatura, humedad elevada, polvo o condiciones severas;
● Una desviación clara respecto a los valores históricos;
● Una diferencia persistente frente a un instrumento de referencia fiable;
● Una reparación o sustitución de componentes críticos;
● Un requisito establecido por el sistema de calidad o por el cliente.

Cuando las mediciones influyen directamente en la calidad del producto o en decisiones relacionadas con la seguridad de los equipos, conviene considerar el estado real del instrumento además de un intervalo fijo.

FAQ

¿Se puede calibrar un termómetro infrarrojo con agua y hielo?
El agua con hielo puede servir como referencia básica para algunos instrumentos, pero en una medición infrarroja influyen la emisividad, los reflejos, el recipiente, el estado de la superficie y la radiación ambiental. Por ello, no sustituye una calibración profesional.

¿Puede utilizarse otro termómetro infrarrojo como referencia?
Por lo general, no es recomendable. Cualquier error del instrumento utilizado como referencia se transferirá directamente a la comparación. Una calibración profesional debe basarse en una referencia conocida y con trazabilidad adecuada.

¿Por qué puede medir incorrectamente justo después de pasar del exterior al interior?
El cuerpo del instrumento puede encontrarse todavía a una temperatura diferente de la del ambiente interior. La compensación de temperatura interna aún no se habrá estabilizado. Antes de realizar mediciones de precisión, debe permitirse que el equipo alcance el equilibrio térmico.

¿Sirve el punto láser para calibrar la temperatura?
No. El láser sirve principalmente como ayuda de puntería y no participa directamente en la medición infrarroja. El área real de medición viene determinada por el sistema óptico y la relación D:S.

¿Por qué un termómetro calibrado puede seguir dando valores incorrectos en aplicaciones reales?
Además del error propio del instrumento, la lectura depende de la emisividad del objetivo, la distancia, el tamaño de la superficie medida, la reflectividad, el estado de la óptica y las condiciones ambientales. Una calibración correcta no garantiza la misma exactitud sobre todos los materiales ni en cualquier condición de medición.

Conclusión

La calibración profesional de un termómetro infrarrojo consiste esencialmente en comparar su indicación con una referencia de temperatura radiativa estable, conocida y con trazabilidad metrológica. Las fuentes de cuerpo negro son uno de los medios más utilizados para este propósito.

Para obtener resultados fiables, no solo debe controlarse la temperatura de referencia, sino también la emisividad, la distancia de medición, la relación D:S, el tamaño del spot, la temperatura ambiente, el tiempo de estabilización y el estado del sistema óptico.

Las comprobaciones comparativas sencillas pueden ayudar a detectar desviaciones evidentes. Sin embargo, en aplicaciones de control de calidad industrial, inspección profesional o mediciones con elevados requisitos de precisión, la calibración debe realizarse con una fuente de cuerpo negro adecuada y por el fabricante o un laboratorio cualificado.

Comprender la diferencia entre calibración, evaluación del error y ajuste permite mantener la estabilidad y la fiabilidad del termómetro infrarrojo durante toda su vida útil.