Introduction

Lorsqu’une sonde thermocouple est introduite dans un liquide, un flux de gaz, une conduite ou un four, ou lorsqu’elle est appliquée sur une surface solide, une question essentielle se pose : à quel endroit exact correspond la température affichée ?

Un thermocouple ne mesure ni la température moyenne de l’ensemble de la sonde ni simplement la température d’un point quelconque de la gaine métallique. La zone réellement sensible à la température est la jonction de mesure, c’est-à-dire l’endroit où les deux conducteurs thermocouples de nature différente sont réunis. Cette zone est également appelée jonction chaude ou jonction sensible.

Selon la conception de la sonde, cette jonction peut ne pas coïncider exactement avec l’extrémité physique de la gaine. Pour une mesure précise, il est donc important de connaître non seulement la position de la sonde, mais aussi celle de la jonction à l’intérieur de celle-ci.

Points essentiels

● Un thermocouple mesure principalement la température au niveau de la jonction de mesure, et non la température moyenne de toute la sonde.
● La jonction se situe généralement près de l’extrémité de la sonde, mais pas nécessairement exactement au bout de la gaine métallique.
● Les thermocouples à jonction exposée, mise à la masse ou isolée présentent des constructions et des temps de réponse différents.
● Une profondeur d’immersion insuffisante peut provoquer une conduction thermique le long de la sonde et fausser la température de la jonction.
● En présence d’un gradient thermique important, un déplacement de quelques millimètres ou centimètres peut suffire à modifier la température mesurée.
● Pour obtenir une mesure fiable, il faut placer la jonction elle-même dans la zone de température à mesurer.

Le thermocouple mesure la température de sa jonction de mesure

Un thermocouple est constitué de deux métaux ou alliages différents. Lorsque ces deux conducteurs sont reliés à une extrémité et qu’une différence de température existe entre cette jonction et l’extrémité de référence, une tension thermoélectrique est générée.

La jonction utilisée pour mesurer la température du procédé est appelée jonction de mesure.

Du point de vue métrologique, le thermocouple répond donc principalement :

● À la température de la jonction de mesure ;
● Et non à la température sur toute la longueur des conducteurs ;
● Ni à la température moyenne de toute la sonde métallique ;
● Ni à la température de la poignée, du connecteur ou de la fiche.

Par exemple, sur une sonde d’insertion de 150 mm, 100 mm peuvent se trouver dans un environnement chaud. La valeur affichée reste néanmoins principalement déterminée par la température de la jonction située vers l’avant de la sonde.

Les autres parties de la sonde peuvent toutefois influencer la mesure par conduction thermique. Les conditions d’installation restent donc importantes.

Où se situe la jonction de mesure dans une sonde ?

Dans une sonde thermocouple métallique classique, la jonction de mesure se trouve généralement à proximité de l’extrémité avant. Il ne faut cependant pas considérer automatiquement la surface extérieure de la pointe comme le point de mesure exact.

La position réelle dépend de la conception de la sonde.

Sur certains modèles, les deux conducteurs sont réunis très près de l’extrémité. Sur d’autres, la jonction est encapsulée à l’intérieur de la gaine métallique et peut être légèrement en retrait par rapport à la pointe extérieure.

Cette distance peut varier selon le fabricant, le diamètre de la sonde, sa construction interne et le procédé de fabrication.

Pour les applications exigeant une bonne précision, il convient donc de consulter les caractéristiques techniques de la sonde afin d’identifier le type et la position de la jonction au lieu de se fier uniquement à son aspect extérieur.

Quelle est l’influence du type de jonction ?

Les sondes thermocouples sont couramment proposées avec une jonction exposée, mise à la masse ou isolée.

● Jonction exposée : les deux conducteurs sont directement reliés et exposés au milieu mesuré. Le point sensible est clairement identifiable et en contact direct avec l’air, le gaz ou un autre milieu compatible. La faible masse thermique permet généralement une réponse rapide.
● Jonction mise à la masse : la jonction est en contact électrique et thermique avec la gaine métallique. La chaleur traverse rapidement la gaine jusqu’à la jonction, ce qui permet généralement un temps de réponse court.
● Jonction isolée : la jonction est séparée électriquement de la gaine métallique par un matériau isolant. La chaleur doit traverser la gaine puis l’isolant avant d’atteindre la jonction. La réponse est généralement plus lente, mais l’isolation électrique est meilleure.

Quelle que soit la construction, la température indiquée correspond principalement à l’état thermique de la jonction de mesure et non à celui de toute la gaine.

La température de la pointe correspond-elle exactement à la température mesurée ?

Dans de nombreuses applications courantes, on peut dire de manière simplifiée qu’un thermocouple mesure la température « près de la pointe de la sonde ». Cette formulation n’est toutefois pas strictement exacte dans toutes les situations.

L’extrémité de la gaine métallique est une surface physique. La jonction thermocouple peut se situer au niveau de cette extrémité ou légèrement en retrait. De plus, le transfert de chaleur à travers la structure de la sonde jusqu’à la jonction demande un certain temps.

Lorsque la température est stable et uniforme, la pointe et la jonction atteignent généralement des températures très proches.

En revanche, lorsque la température évolue rapidement ou lorsqu’un gradient thermique marqué est présent, des écarts temporaires peuvent apparaître entre la pointe extérieure, la gaine et la jonction interne.

C’est notamment l’une des raisons pour lesquelles une sonde thermocouple présente un temps de réponse mesurable.

Pourquoi la profondeur d’immersion influence-t-elle la mesure ?

Prenons l’exemple d’une mesure de gaz chaud à l’intérieur d’une conduite. Si la sonde n’est introduite que sur une faible profondeur, la jonction peut se trouver dans le conduit tandis qu’une grande partie de la tige reste exposée à un environnement extérieur plus froid.

La chaleur peut alors être conduite le long de la sonde métallique.

Le flux thermique peut suivre approximativement le trajet suivant :

Milieu chaud → zone de la jonction → gaine de la sonde → environnement extérieur plus froid.

Cette perte de chaleur peut maintenir la jonction à une température inférieure à la température locale réelle du procédé.

Une installation correcte ne consiste donc pas uniquement à faire entrer la jonction dans le milieu. Il faut également qu’une longueur suffisante de la sonde se trouve dans une zone présentant une température similaire.

Une profondeur d’insertion ou d’immersion suffisante contribue ainsi à réduire les erreurs dues à la conduction thermique le long de la tige.

Pourquoi les gradients thermiques rendent-ils la position de mesure critique ?

Lorsque la température est pratiquement homogène dans la zone de mesure, un déplacement de quelques millimètres de la jonction a généralement peu d’influence.

En revanche, dans les environnements présentant des gradients thermiques importants, sa position devient déterminante.

Par exemple :

● La zone située près d’un élément chauffant peut être plus chaude que le centre d’un four ;
● Le gaz au centre d’une conduite peut être à une température différente de celui près de la paroi ;
● La surface d’un liquide peut avoir une température différente de celle observée en profondeur ;
● Le centre et le bord d’une plaque chauffée peuvent présenter des températures différentes ;
● Plusieurs zones thermiques peuvent exister à différentes profondeurs dans une machine ou un équipement.

Si la pointe de la sonde se trouve dans une zone à 100 °C alors que la jonction réelle, située quelques millimètres en retrait, se trouve dans une zone à 95 °C, l’indication correspondra principalement à la température de la jonction, et non à celle de l’extrémité extérieure.

La position exacte de la jonction doit donc être prise en compte lorsque le gradient thermique est important.

Quelle température est mesurée dans un liquide ?

Lorsqu’un thermocouple est immergé dans un liquide, il mesure principalement la température locale du liquide autour de la jonction.

Si le liquide est correctement mélangé et que la température est homogène, les mesures réalisées à différents endroits seront généralement proches.

Dans un liquide mal homogénéisé, des écarts importants peuvent exister entre différentes hauteurs ou zones.

Dans un récipient chauffé, par exemple :

● La température peut être plus élevée près de la source de chaleur ;
● La surface peut être refroidie par l’air ambiant ;
● La température près de la paroi peut différer de celle au centre.

Il faut donc déterminer si l’objectif consiste à mesurer la température au centre du liquide, une température représentative du procédé ou une température locale spécifique.

La jonction doit ensuite être positionnée en conséquence.

Quelle température est mesurée dans l’air ou les gaz ?

Lors d’une mesure dans l’air ou un gaz, le thermocouple répond principalement à la température du gaz autour de sa jonction.

La capacité d’échange thermique des gaz étant généralement plus faible que celle des liquides ou des solides, la sonde peut être davantage influencée par le rayonnement thermique des surfaces voisines ainsi que par la conduction le long de sa tige.

Dans un four, par exemple, un thermocouple placé très près d’une paroi chaude peut absorber son rayonnement et indiquer une température supérieure à celle du gaz local.

Pour les mesures de gaz, il faut donc prendre en compte :

● La position spatiale de la jonction ;
● La vitesse et les conditions d’écoulement du gaz ;
● Le rayonnement des surfaces chaudes ou froides voisines ;
● La conduction thermique le long de la sonde ;
● Le temps de réponse de la sonde.

Placer un thermocouple dans un volume d’air ne signifie donc pas automatiquement qu’il mesure la température moyenne de tout ce volume.

La mesure de surface est particulièrement sensible à la position

Pour mesurer la température d’une surface solide, il est essentiel que la jonction soit correctement couplée thermiquement à la surface cible.

Si le contact est partiel, s’il existe un espace d’air, des salissures, une forte rugosité ou une pression de contact insuffisante, la température de la jonction peut différer de la température réelle de la surface.

Une mesure de surface avec thermocouple correspond donc à la température atteinte par la jonction compte tenu des conditions réelles de contact et de dissipation thermique.

Pour améliorer la fiabilité :

● Assurer un bon contact entre la zone sensible et la surface ;
● Éviter tout déplacement de la sonde pendant la mesure ;
● Maintenir une pression de contact constante ;
● Réduire autant que possible le chauffage ou le refroidissement de la jonction par l’air ambiant ;
● Choisir une zone représentative de la surface à contrôler.

Lorsqu’un petit point chaud doit être mesuré, il faut s’assurer que la jonction réelle est placée directement sur celui-ci, et pas seulement que le corps de la sonde recouvre la zone.

Un thermocouple mesure-t-il une température moyenne sur une zone étendue ?

Un thermocouple conventionnel n’est pas conçu pour établir une moyenne de température sur une grande zone.

Sa jonction est relativement localisée. Il s’agit donc essentiellement d’un capteur de température local ou ponctuel.

En pratique, la chaleur doit néanmoins être transmise à la jonction à travers la structure de la sonde. La température de la jonction est donc influencée dans une certaine mesure par les échanges thermiques dans son environnement immédiat.

La zone effective de mesure n’est donc pas un point mathématique infiniment petit. Elle correspond plutôt à une zone thermique locale centrée sur la jonction et influencée par la conduction, la convection, le rayonnement et la construction de la sonde.

Une sonde fine à faible masse thermique suit généralement mieux les variations locales de température. Une sonde plus massive peut être davantage influencée par l’environnement thermique qui l’entoure.

Comment s’assurer que la bonne position est réellement mesurée ?

Il faut d’abord définir précisément la zone dont la température doit être connue. Ensuite, c’est la jonction de mesure elle-même, et pas seulement l’enveloppe extérieure de la sonde, qui doit être placée dans cette zone.

Les points suivants sont particulièrement importants :

● Identifier si la sonde possède une jonction exposée, mise à la masse ou isolée ;
● Vérifier si la jonction est située directement à l’extrémité ou à l’intérieur de la sonde ;
● Prévoir une profondeur d’insertion ou d’immersion suffisante ;
● Éviter de positionner la jonction exactement à la frontière entre deux zones de températures très différentes ;
● Garantir un bon contact thermique lors des mesures de surface ;
● Ne pas assimiler une mesure locale dans un liquide à la température moyenne de tout le récipient ;
● Tenir compte du rayonnement thermique et de la conduction le long de la tige pour les mesures de gaz ;
● Laisser suffisamment de temps à la sonde pour atteindre un état thermique stable lorsque la température varie.

Pour les applications exigeant une précision élevée, il convient d’évaluer conjointement le diamètre de la sonde, le type de jonction, le temps de réponse, la méthode d’installation et les propriétés thermiques de l’objet mesuré.

FAQ

Un thermocouple mesure-t-il directement la température de la pointe ?

On peut généralement dire qu’il mesure la température près de la pointe. Plus précisément, il mesure la température de la jonction. Celle-ci se trouve habituellement près de l’extrémité, mais pas nécessairement exactement au bout de la gaine métallique.

Un thermocouple mesure-t-il la température moyenne de toute la sonde ?

Non. Le thermocouple répond principalement à la température de la jonction de mesure. Les autres parties de la sonde peuvent influencer le résultat par conduction thermique, mais l’instrument ne calcule pas la moyenne de température sur toute sa longueur.

Une plus grande profondeur d’immersion est-elle toujours préférable ?

Pas de manière illimitée. L’essentiel est que la jonction atteigne la zone de mesure souhaitée et que la profondeur d’immersion soit suffisante pour limiter les erreurs de conduction le long de la tige.

Pourquoi la température change-t-elle lorsque la même sonde est introduite à différentes profondeurs ?

Le milieu peut présenter un gradient thermique réel. Une insertion trop faible peut également favoriser la conduction de chaleur vers l’extérieur et empêcher la jonction d’atteindre la température locale réelle du procédé.

Pourquoi la mesure peut-elle rester incorrecte alors que la pointe touche la surface ?

La jonction peut ne pas être suffisamment couplée thermiquement à la surface. Le refroidissement par l’air, la pression de contact, la construction de la sonde, la répartition de température en surface, la conduction et le temps de réponse peuvent également intervenir.

La position de mesure d’un thermocouple à jonction exposée est-elle plus facile à identifier ?

Généralement oui. Les deux conducteurs se rejoignent au niveau d’une jonction visible et exposée. La position sensible est donc clairement identifiable et le temps de réponse thermique est souvent court.

Conclusion

Un thermocouple ne mesure pas la température de l’ensemble de la sonde. Il mesure principalement la température au niveau de la jonction où les deux conducteurs thermocouples sont réunis.

Sur la plupart des sondes, cette jonction se trouve près de l’extrémité. C’est pourquoi on parle souvent, par simplification, d’une mesure « à la pointe de la sonde ». En présence d’un gradient thermique important, d’une profondeur d’immersion insuffisante, d’un mauvais contact de surface ou d’exigences de précision élevées, la position exacte de la jonction devient toutefois déterminante.

Une mesure fiable ne dépend donc pas uniquement du choix du type de thermocouple. Il faut également placer correctement la jonction dans la zone à mesurer et réduire autant que possible les influences de la conduction thermique, du rayonnement et des conditions d’installation.

任务 4｜Versión en español

Título del artículo: ¿En qué punto mide realmente la temperatura un termopar?

Meta Description: ¿Un termopar mide la temperatura en la punta de la sonda o la temperatura media de toda la sonda? Este artículo explica el punto real de medición, la unión de medida, la profundidad de inmersión y la influencia de los gradientes térmicos sobre el resultado.

Resumen del artículo: Un termopar no mide la temperatura media de toda la sonda. La señal termoeléctrica se genera en la unión de medida formada por los dos conductores de metales diferentes. En la mayoría de las sondas, esta unión se encuentra cerca de la punta, aunque su posición exacta depende del tipo de construcción: unión expuesta, puesta a tierra o aislada. Conocer la posición real de medida es esencial para colocar correctamente la sonda y obtener resultados fiables.

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Introducción

Cuando una sonda de termopar se introduce en un líquido, una corriente de gas, una tubería o un horno, o se coloca sobre una superficie sólida, surge una cuestión fundamental: ¿a qué punto exacto corresponde la temperatura mostrada?

Un termopar no mide la temperatura media de toda la sonda ni simplemente la temperatura de cualquier punto de la vaina metálica. La zona que realmente genera la señal de temperatura es la unión de medida, donde se unen los dos conductores de materiales termoeléctricos diferentes. También se conoce como unión caliente o unión sensora.

Dependiendo del diseño de la sonda, esta unión puede no coincidir exactamente con el extremo físico de la vaina. Por este motivo, para realizar una medición precisa es importante conocer no solo dónde está colocada la sonda, sino también dónde se encuentra la unión de medida en su interior.

Puntos clave

● Un termopar mide principalmente la temperatura en la unión de medida, no la temperatura media de toda la sonda.
● La unión suele encontrarse cerca de la punta, pero no necesariamente coincide exactamente con el extremo de la vaina metálica.
● Los termopares con unión expuesta, puesta a tierra y aislada presentan construcciones y respuestas térmicas diferentes.
● Una profundidad de inmersión insuficiente puede provocar conducción de calor a lo largo de la sonda y alterar la temperatura de la unión.
● Cuando existe un gradiente térmico importante, una diferencia de pocos milímetros o centímetros en la posición puede modificar el resultado.
● Para obtener una medición fiable, la unión de medida debe estar situada dentro de la zona cuya temperatura se desea conocer.

El termopar mide la temperatura en su unión de medida

Un termopar está formado por dos metales o aleaciones diferentes. Cuando ambos conductores se unen en un extremo y existe una diferencia de temperatura entre esa unión y el extremo de referencia, se genera una tensión termoeléctrica.

La unión destinada a detectar la temperatura del proceso se denomina unión de medida.

Desde el punto de vista de la medición, el termopar responde principalmente a:

● La temperatura en la unión de medida;
● No a la temperatura de toda la longitud de los conductores;
● No a la temperatura media de toda la sonda metálica;
● Y no a la temperatura del mango, conector o enchufe.

Por ejemplo, una sonda de inserción de 150 mm puede tener 100 mm de longitud dentro de un entorno caliente. Aun así, el valor indicado estará determinado principalmente por la temperatura de la unión situada en la zona frontal de la sonda.

El resto de la sonda puede influir indirectamente a través de la conducción térmica, por lo que las condiciones de instalación siguen siendo importantes.

¿Dónde se encuentra la unión de medida dentro de la sonda?

En una sonda de termopar con vaina metálica convencional, la unión de medida suele estar situada cerca del extremo frontal. Sin embargo, no debe asumirse que la superficie exterior de la punta sea exactamente el punto de medición.

La posición real depende del diseño.

En algunos termopares, los dos conductores están unidos muy cerca del extremo. En otros, la unión está encapsulada dentro de la vaina metálica y puede encontrarse ligeramente por detrás de la punta exterior.

Esta distancia puede variar según el fabricante, el diámetro de la sonda, la construcción interna y el proceso de fabricación.

En aplicaciones con mayores exigencias de precisión, conviene consultar la documentación técnica de la sonda para conocer el tipo y la posición de la unión, en lugar de deducirla únicamente por la apariencia exterior.

¿Cómo influye el tipo de unión en la posición de medida?

Las sondas de termopar suelen fabricarse con unión expuesta, puesta a tierra o aislada.

● Unión expuesta: los dos conductores están unidos directamente y quedan expuestos al medio de medida. El punto sensor está claramente definido y en contacto directo con el aire, gas u otro medio compatible. La masa térmica suele ser baja, por lo que la respuesta suele ser rápida.
● Unión puesta a tierra: la unión está conectada eléctrica y térmicamente a la vaina metálica. El calor se transmite rápidamente desde la vaina hasta la unión, lo que normalmente proporciona una respuesta relativamente rápida.
● Unión aislada: la unión está separada eléctricamente de la vaina mediante material aislante. El calor debe atravesar primero la vaina y el aislamiento antes de llegar a la unión. Su respuesta suele ser algo más lenta, pero ofrece un mejor aislamiento eléctrico.

Independientemente del diseño, la temperatura indicada corresponde principalmente al estado térmico de la unión de medida y no a la temperatura de toda la vaina.

¿La temperatura de la punta es igual a la temperatura medida?

En muchas aplicaciones generales puede decirse, de forma simplificada, que un termopar mide la temperatura “cerca de la punta de la sonda”. Sin embargo, desde un punto de vista estricto, ambas temperaturas no siempre son exactamente iguales.

El extremo de la vaina metálica es una superficie física, mientras que la unión del termopar puede encontrarse en ese mismo extremo o ligeramente por detrás. Además, la transferencia de calor a través de la estructura de la sonda requiere cierto tiempo.

Cuando la temperatura es estable y espacialmente uniforme, la punta y la unión suelen alcanzar temperaturas muy próximas.

Sin embargo, si la temperatura cambia rápidamente o existe un gradiente térmico pronunciado, pueden aparecer diferencias temporales entre la punta exterior, la vaina y la unión interna.

Este es uno de los motivos por los que las sondas de termopar tienen un tiempo de respuesta determinado.

¿Por qué la profundidad de inmersión afecta a la medición?

Supongamos que se quiere medir la temperatura de un gas caliente en el interior de una tubería. Si la sonda se introduce muy poco, la unión puede estar dentro de la tubería mientras gran parte del cuerpo de la sonda permanece expuesto a un ambiente exterior más frío.

En estas condiciones, el calor puede conducirse a lo largo de la sonda metálica.

El flujo térmico puede seguir aproximadamente este recorrido:

Medio caliente → zona de la unión → vaina de la sonda → ambiente exterior más frío.

Esta pérdida de calor puede hacer que la unión alcance una temperatura inferior a la temperatura local real del proceso.

Por lo tanto, una colocación correcta no depende únicamente de que la unión entre en el medio de medida. También es necesario que una longitud suficiente de la sonda permanezca dentro de una zona con temperatura similar.

Una profundidad de inserción o inmersión adecuada ayuda a reducir los errores causados por la conducción térmica a lo largo del vástago.

¿Por qué los gradientes térmicos hacen crítica la posición de medida?

Si la temperatura es prácticamente uniforme en toda la zona de medida, desplazar la unión unos pocos milímetros normalmente tendrá poca influencia.

Sin embargo, cuando existen gradientes térmicos marcados, la posición exacta pasa a ser fundamental.

Por ejemplo:

● La zona próxima a un elemento calefactor puede estar más caliente que el centro de un horno;
● El gas en el centro de una tubería puede tener una temperatura diferente del gas próximo a la pared;
● La superficie de un líquido puede presentar una temperatura distinta de las capas más profundas;
● El centro y los bordes de una placa caliente pueden estar a temperaturas diferentes;
● En el interior de una máquina pueden existir diferentes zonas térmicas según la profundidad.

Si la punta de la sonda se encuentra en una región a 100 °C, pero la unión real está unos milímetros más atrás en una región a 95 °C, la lectura corresponderá principalmente a la temperatura de la unión y no a la del extremo exterior de la sonda.

Por este motivo, la posición exacta de la unión debe tenerse especialmente en cuenta en entornos con gradientes térmicos importantes.

¿Qué temperatura se mide en un líquido?

Cuando un termopar se sumerge en un líquido, mide principalmente la temperatura local del líquido que rodea la unión de medida.

Si el líquido está bien mezclado y la distribución de temperatura es uniforme, las lecturas realizadas en distintos puntos serán normalmente similares.

Si el líquido no está suficientemente homogeneizado, pueden existir diferencias importantes entre distintas zonas o alturas.

Por ejemplo, en un recipiente calentado:

● La temperatura puede ser mayor cerca del calentador;
● La superficie puede enfriarse por contacto con el aire;
● La temperatura cerca de la pared puede ser diferente de la del centro.

Por ello, es necesario definir si se desea conocer la temperatura del centro del líquido, una temperatura representativa del proceso o la temperatura local de una zona determinada.

La unión deberá colocarse en el punto correspondiente.

¿Qué temperatura se mide en el aire o en un gas?

En una medición de aire o gas, el termopar responde principalmente a la temperatura del gas alrededor de la unión de medida.

Sin embargo, los gases suelen transferir calor con menor eficacia que los líquidos o los sólidos. Por este motivo, la sonda también puede verse afectada por la radiación térmica de superficies cercanas y por la conducción de calor a lo largo del vástago.

Por ejemplo, al medir la temperatura del gas dentro de un horno, una sonda situada muy cerca de una pared caliente puede absorber radiación térmica y mostrar una temperatura superior a la del gas local.

En las mediciones de gases deben considerarse:

● La posición espacial de la unión;
● La velocidad y las condiciones de flujo;
● La radiación de superficies calientes o frías cercanas;
● La conducción térmica a lo largo de la sonda;
● El tiempo de respuesta.

Por lo tanto, colocar un termopar dentro de un volumen de aire no significa que esté midiendo automáticamente la temperatura media de todo ese volumen.

La medición de superficies es especialmente sensible a la posición

Al medir la temperatura de una superficie sólida con un termopar, es esencial que la unión tenga un buen contacto térmico con la superficie objetivo.

Si el contacto es parcial, existe una cámara de aire, hay suciedad, una superficie muy rugosa o una presión insuficiente, la temperatura de la unión puede diferir de la temperatura real de la superficie.

Por este motivo, una lectura con un termopar de superficie puede entenderse como la temperatura alcanzada por la unión bajo las condiciones reales de contacto y pérdida de calor.

Para mejorar la fiabilidad:

● Asegurar un buen contacto entre la zona sensible y la superficie;
● Evitar movimientos de la sonda durante la medición;
● Mantener una presión de contacto estable;
● Reducir en lo posible el calentamiento o enfriamiento de la unión por el aire ambiente;
● Seleccionar un punto representativo de la zona que se desea evaluar.

Cuando se mide un punto caliente pequeño, es especialmente importante confirmar que la unión real está situada directamente sobre él y no simplemente que el cuerpo de la sonda cubre esa zona.

¿Un termopar mide una temperatura media sobre una zona amplia?

Un termopar convencional no está diseñado para obtener el promedio de temperatura de una zona extensa.

Dispone de una unión de medida relativamente localizada y, por tanto, funciona esencialmente como un sensor de temperatura local o puntual.

No obstante, en una medición real el calor debe transferirse a la unión a través de la propia estructura de la sonda. Por ello, la temperatura de la unión puede estar influida en cierta medida por el intercambio térmico con su entorno inmediato.

La zona efectiva de medida no es, por tanto, un punto matemático infinitamente pequeño. Es más apropiado considerarla como una región térmica local centrada en la unión y afectada por la conducción, convección, radiación y construcción de la sonda.

Una sonda más fina y con menor masa térmica suele seguir mejor las variaciones locales de temperatura, mientras que una sonda de mayor masa térmica puede estar más influida por el entorno térmico circundante.

¿Cómo asegurarse de medir exactamente la zona deseada?

En primer lugar, debe definirse claramente qué temperatura y qué posición se desea medir. Después, es necesario colocar la unión de medida real, y no simplemente la carcasa exterior de la sonda, dentro de esa zona.

Conviene prestar especial atención a los siguientes aspectos:

● Identificar si la sonda tiene una unión expuesta, puesta a tierra o aislada;
● Comprobar si la unión está exactamente en la punta o ligeramente dentro de la sonda;
● Garantizar una profundidad de inserción o inmersión suficiente;
● Evitar colocar la unión justo en el límite entre dos zonas con temperaturas muy diferentes;
● Asegurar un buen contacto térmico en las mediciones de superficie;
● No interpretar una medición local de un líquido como la temperatura media de todo el recipiente;
● Tener en cuenta la radiación térmica y la conducción a lo largo de la sonda en las mediciones de gases;
● Dejar tiempo suficiente para que la sonda se aproxime al equilibrio térmico cuando la temperatura está cambiando.

En aplicaciones de mayor precisión, deben evaluarse conjuntamente el diámetro de la sonda, el tipo de unión, el tiempo de respuesta, el método de instalación y las propiedades térmicas del objeto medido.

FAQ

¿Un termopar mide la temperatura directamente en la punta de la sonda?

De forma general puede decirse que mide la temperatura cerca de la punta. Con mayor precisión, mide la temperatura en la unión de medida. Esta suele estar cerca del extremo, pero puede no coincidir exactamente con el final de la vaina metálica.

¿Un termopar mide la temperatura media de toda la sonda?

No. El termopar responde principalmente a la temperatura de su unión de medida. Otras partes de la sonda pueden influir mediante conducción térmica, pero el instrumento no calcula directamente una temperatura media a lo largo de toda la sonda.

¿Una mayor profundidad de inserción siempre es mejor?

No de manera ilimitada. Lo importante es que la unión llegue a la zona objetivo y que exista suficiente profundidad de inmersión para reducir los errores provocados por la conducción térmica a lo largo del vástago.

¿Por qué cambia la temperatura cuando se introduce la misma sonda a diferentes profundidades?

El medio puede presentar un gradiente térmico real. Además, con una inserción insuficiente, el calor puede conducirse hacia el exterior a través de la sonda y evitar que la unión alcance la temperatura local real del proceso.

¿Por qué la lectura puede seguir siendo incorrecta aunque la punta toque la superficie?

La unión puede no estar correctamente acoplada térmicamente a la superficie. También pueden influir el aire ambiente, la presión de contacto, la construcción de la sonda, la distribución de temperatura, la conducción térmica y el tiempo de respuesta.

¿Es más fácil identificar la posición de medida en un termopar con unión expuesta?

Generalmente sí. Los dos conductores se unen en una unión visible y directamente expuesta al medio. La posición sensora resulta más evidente y este tipo de unión suele ofrecer una respuesta térmica rápida.

Conclusión

Un termopar no mide la temperatura de toda la sonda. Mide principalmente la temperatura en la unión donde están conectados los dos conductores termoeléctricos.

En la mayoría de las sondas, esta unión está situada cerca del extremo frontal, por lo que habitualmente se habla de medir la temperatura “en la punta”. Sin embargo, en presencia de gradientes térmicos importantes, una profundidad de inmersión insuficiente, un contacto superficial deficiente o mayores requisitos de precisión, la posición exacta de la unión pasa a ser decisiva.

Una medición fiable con termopar no depende únicamente de elegir el tipo correcto de sensor. También requiere colocar la unión realmente dentro de la zona de interés y minimizar los efectos de la conducción térmica, la radiación y las condiciones de instalación.