Introducción

Cuando una misma sonda de termopar se conecta a dos termómetros diferentes, las temperaturas indicadas pueden no coincidir exactamente. Por ejemplo, un instrumento puede mostrar 100,3 °C y otro 101,1 °C. Esto no significa necesariamente que uno de los dos equipos esté averiado.

La medición con termopares no depende únicamente de la sonda. Se trata de una cadena completa formada por el termopar, los conectores, el circuito de medida, la compensación de unión fría, el procesamiento de señal, la linealización y la propia precisión del termómetro. Cualquier diferencia en estos elementos puede influir en la lectura final.

Puntos clave

● Es habitual que dos termómetros conectados al mismo termopar presenten pequeñas diferencias;
● La precisión y el estado de calibración de cada instrumento afectan directamente a la lectura;
● La compensación de unión fría es una de las principales causas de diferencias entre equipos;
● Ambos termómetros deben configurarse para el mismo tipo de termopar y este debe coincidir con la sonda utilizada, por ejemplo K, J, T o E;
● La temperatura ambiente, la temperatura de los conectores, la linealización y el filtrado digital pueden influir en el resultado;
● La diferencia debe evaluarse considerando la precisión del instrumento, la tolerancia del termopar y la incertidumbre total de medición.

¿Por qué el mismo termopar no garantiza lecturas idénticas?

Un termopar no genera directamente un valor de temperatura. Produce una pequeña tensión termoeléctrica, normalmente del orden de milivoltios, en función de la diferencia de temperatura entre la unión de medida y la unión de referencia.

El termómetro debe medir esa tensión, determinar la temperatura en sus terminales de entrada, aplicar la compensación de unión fría y convertir después la señal corregida en temperatura utilizando la característica correspondiente al tipo de termopar seleccionado.

El proceso puede resumirse de la siguiente manera:

● El termopar detecta la temperatura en la unión de medida;
● Se genera una tensión termoeléctrica correspondiente;
● El termómetro mide esa tensión;
● El instrumento mide la temperatura de referencia cerca de los terminales de entrada;
● La compensación de unión fría corrige la temperatura de referencia;
● El equipo aplica la linealización correspondiente al tipo de termopar;
● Finalmente, se muestra la temperatura.

Una diferencia en cualquiera de estas etapas puede producir lecturas distintas incluso utilizando exactamente el mismo termopar.

Diferencias en la precisión del termómetro

Los termómetros de termopar pueden tener especificaciones de precisión diferentes.

Por ejemplo, si dos equipos conectados al mismo termopar tipo K tienen precisiones básicas de ±0,5 °C y ±1,0 °C respectivamente, es perfectamente posible observar una diferencia entre sus indicaciones.

La especificación de precisión representa un margen de error permitido. No significa que todos los instrumentos deban mostrar exactamente el mismo valor.

Si la temperatura real es de 100,0 °C, por ejemplo:

● El termómetro A puede indicar 100,4 °C;
● El termómetro B puede indicar 99,6 °C.

Ambos equipos podrían seguir funcionando dentro de sus tolerancias especificadas.

Por ello, no debe considerarse automáticamente uno de los termómetros como referencia absoluta solo porque su lectura difiera de la del otro.

Diferencias en la compensación de unión fría

La compensación de unión fría es una parte fundamental de la medición con termopares y una causa frecuente de diferencias entre instrumentos.

La tensión generada por el termopar representa la diferencia de temperatura entre la unión de medida y la unión de referencia. Los termómetros digitales incorporan normalmente un sensor de temperatura cerca de los terminales de entrada para medir la temperatura de referencia y compensarla electrónicamente.

Las diferencias entre equipos pueden deberse a:

● La precisión del sensor interno de temperatura de referencia;
● La posición del sensor respecto a los terminales de entrada;
● El diseño térmico interno;
● El algoritmo de compensación utilizado;
● La falta de estabilización tras mover el instrumento entre ambientes con temperaturas diferentes.

Si dos termómetros determinan temperaturas de referencia distintas, pueden calcular temperaturas finales diferentes aun recibiendo la misma tensión del termopar.

Configuración incorrecta del tipo de termopar

Este es uno de los primeros aspectos que deben comprobarse.

Cada tipo de termopar utiliza combinaciones metálicas diferentes y presenta una relación específica entre tensión y temperatura. Los tipos K, J, T y E, por ejemplo, no generan la misma tensión a una determinada temperatura.

Si se utiliza un termopar tipo K, pero:

● El termómetro A está configurado como tipo K;
● El termómetro B está configurado incorrectamente como tipo J;

cada instrumento utilizará una curva de conversión diferente para la misma señal, lo que puede producir diferencias importantes.

Antes de comparar dos equipos, compruebe que:

● Ambos están configurados para el mismo tipo de termopar;
● El tipo seleccionado coincide con la sonda real;
● La unidad °C / °F está correctamente ajustada.

Pequeñas diferencias en la linealización

La relación entre la tensión del termopar y la temperatura no es lineal. Por ello, los termómetros digitales deben realizar una linealización.

Según el diseño del instrumento, pueden utilizarse:

● Tablas de referencia de termopares;
● Cálculos polinómicos;
● Linealización por tramos;
● Algoritmos digitales integrados.

Las diferencias de método y resolución de cálculo pueden producir pequeñas desviaciones entre equipos, especialmente en determinadas zonas del rango de temperatura.

En instrumentos correctamente diseñados, estas diferencias suelen ser reducidas, aunque pueden resultar relevantes en aplicaciones de mayor precisión.

Diferente estado de calibración

Incluso dos termómetros del mismo modelo pueden dejar de presentar exactamente las mismas características a lo largo del tiempo.

Los componentes electrónicos pueden sufrir pequeñas desviaciones debido al envejecimiento, los ciclos térmicos y las condiciones ambientales. Por este motivo, cada instrumento tiene su propio estado de calibración.

Por ejemplo:

● El termómetro A ha sido calibrado recientemente;
● El termómetro B lleva varios años utilizándose sin recalibración.

En estas condiciones puede aparecer una desviación sistemática entre ambos equipos.

Si uno de los instrumentos mide de forma constante por encima o por debajo del otro en varios puntos de temperatura, debe considerarse una posible deriva de calibración.

Influencia de los conectores y de su temperatura

Los sistemas de medición con termopares son sensibles tanto a los materiales utilizados en las conexiones como a la temperatura de estas.

Desde la sonda hasta la entrada del instrumento deben utilizarse, cuando corresponda, materiales compatibles con el tipo de termopar. La introducción de metales inadecuados en zonas con gradientes térmicos puede generar tensiones termoeléctricas adicionales.

Conviene comprobar:

● Que el conector corresponde al tipo de termopar;
● Que la polaridad es correcta;
● Que se utiliza un cable de extensión o compensación adecuado;
● Que las conexiones no están flojas, oxidadas o contaminadas;
● Que los terminales de entrada de ambos termómetros no están sometidos a temperaturas muy diferentes.

En mediciones de alta precisión, la luz solar directa, corrientes de aire caliente o frío y el calor interno de otros equipos pueden afectar a la compensación de unión fría.

Temperatura ambiente y equilibrio térmico

Las diferentes condiciones ambientales también pueden provocar diferencias temporales.

Por ejemplo, si un termómetro acaba de trasladarse de un almacén frío a un taller cálido y el segundo lleva tiempo en el taller, sus temperaturas internas serán inicialmente distintas. Los sistemas de compensación de unión fría necesitarán un cierto tiempo para estabilizarse.

Después de un cambio importante de temperatura ambiente, no es recomendable realizar inmediatamente una comparación de precisión.

Ambos instrumentos deben permanecer en el mismo entorno hasta alcanzar un equilibrio térmico adecuado.

La resolución no es lo mismo que la precisión

Que un termómetro muestre más cifras no significa necesariamente que sea más preciso.

Por ejemplo:

● Termómetro A: resolución de 0,1 °C;
● Termómetro B: resolución de 1 °C.

El termómetro A puede mostrar cambios más pequeños, pero esto no implica necesariamente que su error real sea inferior.

Al comparar equipos, la especificación de precisión del fabricante es más importante que el número de cifras de la pantalla.

El filtrado y el tiempo de respuesta pueden producir diferencias temporales

Cuando la temperatura está cambiando, dos termómetros pueden mostrar temporalmente valores distintos aunque finalmente se estabilicen cerca de la misma temperatura.

Algunos instrumentos utilizan filtrado digital o promediado para reducir las fluctuaciones de la lectura. Las diferencias en el nivel de filtrado, la frecuencia de muestreo y la velocidad de actualización pueden hacer que:

● Un termómetro responda con mayor rapidez;
● El otro muestre una lectura más estable pero cambie más lentamente.

Durante procesos rápidos de calentamiento o enfriamiento, la diferencia instantánea puede ser mayor que en condiciones estables.

Para realizar una comparación válida, debe esperarse a que tanto la temperatura como las lecturas se estabilicen.

¿Cómo saber si la diferencia es normal?

Una diferencia entre dos termómetros no significa automáticamente que uno de ellos tenga una avería.

Deben tenerse en cuenta:

● La tolerancia del termopar;
● La precisión del termómetro;
● El error de compensación de unión fría;
● El estado de calibración;
● La estabilidad del entorno de medida;
● El método de conexión;
● La repetibilidad.

Por ejemplo, si dos instrumentos difieren en 0,5 °C y la precisión permitida de ambos está en un orden similar, la diferencia puede estar completamente dentro de las especificaciones.

Si la diferencia alcanza varias decenas de grados, deben revisarse prioritariamente el tipo de termopar, la polaridad, los materiales de conexión y posibles fallos del instrumento.

¿Cómo comparar correctamente dos termómetros de termopar?

Para obtener una comparación fiable, las condiciones de ensayo deben mantenerse lo más uniformes posible:

● Utilizar el mismo termopar y asegurarse de que está en buen estado;
● Configurar ambos equipos para el mismo tipo de termopar;
● Colocar los dos termómetros en el mismo entorno y dejar que alcancen el equilibrio térmico;
● Evitar corrientes directas de aire caliente o frío y la exposición solar sobre los conectores;
● Realizar la comparación en puntos de temperatura estables;
● Esperar a que las lecturas se estabilicen antes de registrarlas;
● Comparar varios puntos de temperatura bajos, medios y altos, no solo uno.

Si es necesario determinar qué instrumento está más próximo a la temperatura real, debe utilizarse un termómetro de referencia con calibración trazable, un calibrador de bloque seco, un baño de temperatura u otro equipo de calibración adecuado.

¿Por qué no se puede decidir simplemente cuál de los dos termómetros es correcto?

Que dos instrumentos indiquen valores diferentes no significa automáticamente que uno sea correcto y el otro incorrecto.

Por ejemplo:

● Temperatura de referencia: 100,0 °C;
● Termómetro A: 100,6 °C;
● Termómetro B: 99,7 °C.

Solo puede afirmarse que el termómetro B está más próximo al valor real si se conoce de forma independiente la temperatura de referencia.

Sin una referencia trazable, la comparación entre dos termómetros convencionales únicamente confirma que existe una diferencia. No permite determinar cuál de los dos es más exacto.

FAQ

¿Es normal una diferencia de 1 °C entre dos termómetros conectados al mismo termopar?
Puede serlo. Depende de la precisión de ambos termómetros, de la tolerancia del termopar y de las condiciones de ensayo. Una diferencia de 1 °C por sí sola no es suficiente para concluir que existe una avería.

¿Por qué dos termómetros del mismo modelo tampoco muestran exactamente el mismo valor?
Incluso equipos idénticos presentan tolerancias de componentes y pequeñas diferencias en el sensor de unión fría y en su estado de calibración. Por ello, sus lecturas no tienen que coincidir exactamente.

¿Qué diferencia debe considerarse anormal?
No existe un valor único aplicable a todos los casos. La diferencia debe compararse con la precisión especificada de los instrumentos y con la incertidumbre global de medición. Si supera claramente el error esperado, conviene investigar la cadena de medida.

¿Por qué la diferencia puede ser mayor justo después de conectar el termopar?
La temperatura del conector, la compensación de unión fría, la temperatura de la sonda y la respuesta de los instrumentos pueden no haberse estabilizado todavía. La comparación es más representativa una vez alcanzado el equilibrio térmico.

¿Se puede utilizar una mezcla de hielo y agua para comprobar dos termómetros de termopar?
Una mezcla de hielo y agua correctamente preparada puede utilizarse para una comprobación funcional básica, siempre que se controlen la profundidad de inmersión, la posición de la sonda y el equilibrio térmico. Para una verificación formal de precisión deben emplearse equipos de referencia calibrados.

¿Es necesario recalibrar el termopar al cambiar de termómetro?
No necesariamente en aplicaciones generales. En mediciones de alta precisión o sometidas a sistemas de calidad, conviene verificar la cadena completa de medida, ya que tanto el termopar como el instrumento contribuyen al error total.

Conclusión

Que el mismo termopar muestre valores diferentes en dos termómetros no significa necesariamente que exista una avería. La medición con termopares depende de una cadena completa en la que intervienen las características del termopar, la precisión del instrumento, la compensación de unión fría, el tipo de termopar seleccionado, la linealización, las condiciones de conexión, la temperatura ambiente y el estado de calibración.

Cuando la diferencia es pequeña, deben revisarse primero las especificaciones de precisión, el tipo de termopar, las conexiones y las condiciones de ensayo. Si la desviación persiste o supera claramente el error esperado, debe verificarse el sistema mediante una referencia de temperatura calibrada.

En ensayos industriales, laboratorios, puesta en marcha de sistemas HVAC, mantenimiento de equipos y supervisión de procesos, el objetivo no es necesariamente que dos termómetros convencionales indiquen exactamente el mismo valor. Lo importante es que el error total de la medición se mantenga dentro de los límites exigidos por la aplicación.