Introducción

Al seleccionar un termopar o un termómetro para termopares, es habitual encontrar especificaciones como “Clase 1”, “Clase 2” o “clase de precisión”. Estas designaciones se interpretan a veces como la precisión del instrumento completo. Por ejemplo, puede suponerse que un termopar Clase 1 garantiza automáticamente una precisión total de ±1,5 °C.

Esta interpretación no es correcta.

Desde un punto de vista técnico, es más preciso hablar de clase de tolerancia. Esta especifica cuánto puede desviarse la fuerza electromotriz generada realmente por el termopar respecto a la relación temperatura–f.e.m. normalizada correspondiente a ese tipo.

Por tanto, la clase describe principalmente el comportamiento del propio termopar y no el error total de todo el sistema de medición.

Puntos clave

● La clase de precisión de un termopar es, técnicamente, una clasificación de tolerancia del elemento termoeléctrico.
● Las clases 1, 2 y 3 admiten diferentes niveles de desviación; normalmente la Clase 1 tiene una tolerancia más estricta que la Clase 2.
● Una misma clase no corresponde necesariamente al mismo valor de tolerancia para todos los tipos de termopar ni para todas las temperaturas.
● La tolerancia suele especificarse mediante una combinación de un valor fijo en °C y un valor proporcional a la temperatura medida.
● Una sonda Clase 1 no convierte automáticamente todo el termómetro en un sistema de medición Clase 1.
● El error real también puede verse afectado por el instrumento, la compensación de unión fría, los conectores, los cables, la instalación y las condiciones ambientales.

¿Qué es la clase de precisión de un termopar?

Los termopares miden la temperatura mediante la tensión termoeléctrica generada por dos conductores metálicos diferentes. Para los tipos normalizados K, J, T, E, N, R, S y B existe una relación de referencia definida entre temperatura y fuerza electromotriz.

Idealmente, todos los termopares del mismo tipo deberían producir exactamente la misma f.e.m. a la misma temperatura.

En la práctica, pequeñas variaciones en la composición de las aleaciones, el proceso de fabricación y el estado del material provocan desviaciones respecto a los valores normalizados.

La clase de tolerancia establece el valor máximo permitido de esa desviación.

La norma IEC 60584-1 define funciones de referencia y tolerancias para los tipos de termopar normalizados K, J, T, E, N, R, S y B.

Por tanto, desde un punto de vista técnico, la clase de precisión puede entenderse como:

La desviación máxima permitida de un termopar respecto a su relación normalizada entre temperatura y fuerza electromotriz.

Cuanto más estricta sea la clase, menor será la desviación admisible y mayores serán las exigencias de uniformidad del material termoeléctrico.

¿Qué significan Clase 1, Clase 2 y Clase 3?

En el sistema IEC se utilizan habitualmente las clases 1, 2 y 3.

En términos generales:

● Clase 1: tolerancia más estricta y mayores exigencias sobre el comportamiento del termopar.
● Clase 2: clase de uso industrial muy común, con una desviación permitida más amplia.
● Clase 3: aplicable a determinados tipos de termopar en intervalos específicos de baja temperatura; no está definida para todos los tipos.

No deben interpretarse de forma simplificada como “Clase 1 = ±1,5 °C” o “Clase 2 = ±2,5 °C”.

La tolerancia depende tanto del tipo de termopar como de la temperatura real.

Por ejemplo, para un termopar Tipo K, son habituales los siguientes valores asociados a IEC 60584-1:

t representa la temperatura medida en °C. Normalmente se aplica el mayor valor absoluto obtenido mediante las dos expresiones.

¿Por qué la tolerancia se expresa en °C y también como proporción de la temperatura?

Los termopares suelen trabajar en intervalos de temperatura muy amplios. Un termopar Tipo K, por ejemplo, puede utilizarse desde temperaturas bajas hasta más de 1000 °C, dependiendo de la construcción de la sonda y de la aplicación.

Un único valor fijo en ±°C no representaría adecuadamente la desviación permitida en todo ese intervalo.

Por esta razón, la tolerancia suele definirse mediante dos componentes:

● Un valor fijo, por ejemplo ±1,5 °C.
● Un valor proporcional a la temperatura, por ejemplo ±0,004 × |t|.

Se aplica el mayor de los dos.

Para un termopar K Clase 1 midiendo 200 °C:

Tolerancia fija:

±1,5 °C

Tolerancia proporcional:

±0,004 × 200 = ±0,8 °C

La tolerancia aplicable es:

±1,5 °C

A 800 °C:

Tolerancia fija:

±1,5 °C

Tolerancia proporcional:

±0,004 × 800 = ±3,2 °C

La tolerancia aplicable pasa a ser:

±3,2 °C

Por tanto, una Clase 1 no significa un único valor fijo de ±°C en todo su intervalo de validez.

¿La misma clase ofrece la misma precisión para todos los tipos de termopar?

No.

Clase 1 y Clase 2 son designaciones de tolerancia, pero sus límites numéricos no son idénticos para todos los tipos de termopar.

Esto se debe a que cada tipo utiliza combinaciones de aleaciones diferentes y presenta distintas características termoeléctricas e intervalos de funcionamiento.

Por ejemplo, un termopar Tipo T puede tener una tolerancia fija Clase 1 de ±0,5 °C en parte de su intervalo especificado, mientras que los tipos K, J, E y N utilizan habitualmente una tolerancia fija Clase 1 de ±1,5 °C en sus respectivos intervalos.

Para comparar correctamente la precisión es necesario comprobar:

● Tipo de termopar.
● Norma aplicable.
● Clase de tolerancia.
● Intervalo de temperatura cubierto por esa clase.
● Tolerancia numérica a la temperatura real de medición.

La designación de clase por sí sola no determina la desviación permitida.

¿La clase de precisión es lo mismo que el rango de medición?

No.

Son dos especificaciones diferentes.

El rango de medición o de uso indica el intervalo de temperatura en el que puede utilizarse el termopar, teniendo en cuenta los materiales termoeléctricos, el aislamiento, la vaina y la construcción de la sonda.

El intervalo de validez de una clase de tolerancia indica el rango de temperatura en el que se aplica una determinada tolerancia normalizada.

Ambos intervalos no tienen por qué coincidir.

Un termopar puede soportar físicamente temperaturas superiores al límite especificado para Clase 1, pero la tolerancia normalizada de Clase 1 puede dejar de ser aplicable fuera de dicho intervalo.

Esto no significa necesariamente que el termopar deje de funcionar. Significa que su comportamiento ya no puede evaluarse utilizando esa especificación concreta de Clase 1.

Por ello, al seleccionar un termopar no basta con preguntar:

“¿Cuál es la temperatura máxima que puede medir?”

También es necesario saber:

“¿Dentro de qué intervalo es válida la clase de tolerancia que necesito?”

¿Un termopar Clase 1 es siempre mejor que uno Clase 2?

Desde el punto de vista de la tolerancia, la Clase 1 suele admitir una desviación menor que la Clase 2 para el mismo tipo de termopar y dentro del intervalo correspondiente.

Sin embargo, no todas las aplicaciones necesitan Clase 1.

En inspecciones generales de equipos, aplicaciones HVAC, mantenimiento industrial o seguimiento de tendencias, una diferencia práctica del orden de ±1 °C frente a ±2 °C puede no modificar la decisión final.

En estos casos, una Clase 2 puede ser totalmente adecuada.

Para ensayos de laboratorio, verificación de temperatura, control preciso de procesos o comparaciones de pequeñas diferencias térmicas, puede ser más conveniente una tolerancia más estricta.

Por tanto, el criterio correcto es:

Seleccionar la clase de tolerancia en función del intervalo real de trabajo y del error máximo admisible para la aplicación.

¿Por qué la clase del termopar no equivale a la precisión del termómetro?

Este es uno de los aspectos más importantes al interpretar las especificaciones.

Un sistema completo de medición con termopar puede incluir:

● Unión de medición.
● Conductores del termopar.
● Conectores o cables de extensión.
● Circuito de entrada del termómetro.
● Conversión analógico-digital.
● Sensor de temperatura de la unión de referencia.
● Compensación de unión fría.
● Linealización de la señal.

Clase 1 o Clase 2 describe principalmente la desviación permitida del propio termopar respecto a su función de referencia normalizada.

Sin embargo, la temperatura mostrada por el termómetro también depende de la precisión del instrumento, de la compensación de unión fría y de otros componentes del sistema.

Puede resumirse así:

Tolerancia del termopar ≠ precisión del termómetro ≠ precisión total del sistema.

Conectar una sonda Clase 1 a un termómetro con un error propio relativamente elevado no produce automáticamente un sistema de alta precisión.

Del mismo modo, un termómetro de alta precisión conectado a un termopar de tolerancia más amplia seguirá estando limitado por el comportamiento de la sonda.

¿Qué factores afectan a la precisión real de la medición?

Además de la clase de tolerancia, otros factores pueden influir en el resultado.

● Precisión del termómetro: el circuito de entrada, el convertidor A/D y los algoritmos internos aportan su propia incertidumbre.
● Compensación de unión fría: el instrumento debe medir correctamente la temperatura en el punto de conexión del termopar y compensarla.
● Cables y conectores: el uso de cables incorrectos, materiales inadecuados o conexiones defectuosas puede generar tensiones termoeléctricas adicionales.
● Contacto térmico: un contacto deficiente puede hacer que la sonda mida una temperatura influida por el entorno en lugar de la temperatura real del objeto.
● Conducción térmica: la vaina, los conductores y los elementos de montaje pueden transferir calor desde el punto de medición.
● Tiempo de respuesta: cuando la temperatura cambia rápidamente, la sonda puede no haber alcanzado aún el equilibrio térmico.
● Deriva a largo plazo: altas temperaturas, oxidación, contaminación y ciclos térmicos repetidos pueden modificar gradualmente las propiedades termoeléctricas.

En aplicaciones exigentes, elegir Clase 1 en lugar de Clase 2 es solo una parte de la evaluación de precisión.

¿Cómo debe seleccionarse la clase de precisión de un termopar?

Un procedimiento práctico consiste en:

● Determinar primero las temperaturas mínima y máxima de la aplicación.
● Seleccionar un tipo K, J, T, E, N u otro adecuado según el rango, el entorno y la construcción de la sonda.
● Confirmar que la temperatura real de trabajo está dentro del intervalo de validez de la clase requerida.
● Elegir Clase 1, Clase 2 u otra clase aplicable según el error permitido por el proceso.
● Comprobar la especificación de precisión y el rendimiento de la compensación de unión fría del termómetro.
● Para aplicaciones de mayor precisión, considerar conjuntamente la sonda, el instrumento, el cableado y la instalación.

Para inspecciones rutinarias de equipos no siempre es necesario seleccionar la clase más estricta.

Cuando la temperatura influye directamente en el control del proceso, la calidad del producto o los resultados de laboratorio, deben evaluarse tanto la tolerancia del termopar como la incertidumbre global del sistema.

¿Pueden compararse directamente las clases de precisión de diferentes normas?

No únicamente por su denominación.

En las normas IEC son habituales Clase 1, Clase 2 y Clase 3, mientras que ASTM E230/E230M utiliza, entre otras, las designaciones Standard Limits of Error y Special Limits of Error.

Los intervalos de temperatura, los valores de tolerancia y las definiciones no son idénticos.

Por ello, no debe suponerse una equivalencia directa entre las designaciones de ambos sistemas.

Si una especificación indica:

“Type K, Class 1”

o

“Type K, Special Limits of Error”,

debe comprobarse siempre la norma de referencia.

Para realizar una comparación técnica deben analizarse conjuntamente la norma, el tipo de termopar, el intervalo de temperatura y la tolerancia numérica.

FAQ

¿Un termopar Clase 1 es más preciso que uno Clase 2?

Para el mismo tipo de termopar, la misma norma y el mismo intervalo de temperatura aplicable, la Clase 1 suele tener una tolerancia más estricta.

¿Un termopar K Clase 1 significa siempre ±1,5 °C?

No. A temperaturas elevadas, el término ±0,004 × |t| puede superar ±1,5 °C y convertirse en la tolerancia aplicable.

¿Una sonda Clase 1 garantiza una precisión total de ±1,5 °C?

No. La Clase 1 se refiere principalmente al termopar. También deben considerarse el error del instrumento, la compensación de unión fría y otras contribuciones del sistema.

¿Una clase de mayor precisión significa un rango de temperatura más amplio?

No. La clase de tolerancia y el rango de uso son especificaciones distintas.

¿Todos los tipos de termopar disponen de Clase 1, Clase 2 y Clase 3?

No. Las clases disponibles y sus intervalos de validez dependen del tipo de termopar.

¿Es suficiente mirar la clase de precisión para seleccionar un termopar?

No. También deben considerarse el tipo de termopar, el rango de temperatura, la construcción de la sonda, el tiempo de respuesta, las condiciones ambientales y la precisión del termómetro.

Resumen

La clase de precisión de un termopar describe la desviación permitida respecto a la relación normalizada entre temperatura y fuerza electromotriz.

Clase 1, Clase 2 y Clase 3 no son valores fijos de ±°C aplicables a todo el rango de medición. La tolerancia real depende del tipo de termopar, de la norma aplicable y de la temperatura medida.

Al seleccionar un termopar conviene comprobar:

● Si la clase requerida cubre la temperatura real de funcionamiento.
● Qué desviación está permitida a la temperatura objetivo.
● Si la tolerancia de la sonda cumple los requisitos de la aplicación.
● Qué precisión ofrece el termómetro utilizado.
● Qué comportamiento puede alcanzar el sistema completo formado por sonda, cableado, instrumento e instalación.

Por tanto, la precisión de un sistema de medición con termopar no debe evaluarse únicamente por la indicación “Clase 1” o “Clase 2”. Es necesario considerar conjuntamente la tolerancia del termopar, la precisión del instrumento y las condiciones reales de aplicación.