Cómo funciona la calculadora de termopares
Un termopar produce una tensión que depende de la diferencia de temperatura entre su unión de medida (unión caliente) y el punto donde sus hilos se conectan al cobre: la unión de referencia o unión fría. La relación tensión–temperatura de cada tipo normalizado está definida por las funciones de referencia NIST ITS-90, publicadas en la NIST Monograph 175 y adoptadas por IEC 60584-1. Son polinomios de la temperatura, con un término exponencial adicional para el tipo K por encima de 0 °C.
La calculadora evalúa directamente estas funciones de referencia. Para el sentido inverso, de tensión a temperatura, invierte numéricamente las mismas funciones. El NIST también publica polinomios inversos separados, pero solo aproximan las funciones directas con unas centésimas de grado de error. Invertir la función directa evita ese pequeño error adicional: convertir una temperatura a milivoltios y volver devuelve la misma temperatura con un error menor de 0,001 °C para todos los tipos en todo su rango.
Compensación de unión fría, paso a paso
Todas las tablas de termopares están referidas a 0 °C. Su medidor, sin embargo, ve la tensión entre la unión caliente y sus propios bornes, que suelen estar cerca de la temperatura ambiente. La compensación correcta trabaja con tensiones, no con temperaturas:
- Buscar en la tabla la f.e.m. de la temperatura de la unión fría: E(Tuf).
- Sumarla a la tensión medida: E(Tcaliente) = Emedidor + E(Tuf).
- Convertir ese total de nuevo a temperatura.
Ejemplo, tipo K. La unión caliente está a 500 °C y los bornes a 25 °C. La f.e.m. referida a 0 °C es de 20,644 mV a 500 °C y de 1,000 mV a 25 °C, así que el medidor marca 19,644 mV. Introduzca 19,644 mV en la calculadora con una unión fría de 25 °C y devolverá 500 °C.
Si busca 19,644 mV directamente en una tabla de tipo K, obtiene 476,5 °C: un error de casi 24 °C. Sumar 25 °C a ese resultado da 501,5 °C, que se acerca pero sigue siendo incorrecto, porque la sensibilidad del termopar no es la misma a 25 °C (40,5 µV/°C) que a 500 °C (42,6 µV/°C). En otros tipos la diferencia es mayor: en el tipo J, calcular 300 °C de esta forma da un error de unos 2 °C.
Elegir el tipo de termopar
| Tipo | Rango de las tablas | Uso típico |
|---|---|---|
| K | −270 a 1372 °C | Uso general, el más común en la industria |
| J | −210 a 1200 °C | Equipos antiguos, atmósferas reductoras; el hilo de hierro se oxida al aire a alta temperatura |
| T | −270 a 400 °C | Bajas temperaturas, alimentación y laboratorio, buena precisión cerca del ambiente |
| E | −270 a 1000 °C | Mayor señal por grado entre los tipos de metales comunes |
| N | −270 a 1300 °C | Más estable que el K a alta temperatura |
| R, S | −50 a 1768 °C | Tipos de platino para altas temperaturas y trabajo de referencia; señal baja |
Los rangos de la tabla son los de las funciones de referencia. El rango útil de un termopar real es más estrecho y depende del diámetro del hilo, la vaina y la atmósfera; consulte la hoja de datos de la sonda.
Clases de tolerancia
IEC 60584-1 define clases de tolerancia para el hilo de termopar. Para el tipo K, la clase 1 es ±1,5 °C o ±0,4 % de la temperatura, lo que sea mayor, de −40 a 1000 °C; la clase 2 es ±2,5 °C o ±0,75 %. A 500 °C eso supone ±2,0 °C y ±3,75 °C. La calculadora muestra ambas clases para el tipo y la temperatura elegidos, o «fuera de rango» donde la clase no está definida.
La tabla de f.e.m.
La tabla bajo el convertidor muestra la f.e.m. y la sensibilidad (coeficiente Seebeck) para cualquier rango y paso, en °C o °F. Hay tablas de referencia completas con descarga CSV para los tipos K, J, T, E, N, R y S.
Errores comunes
Sumar temperaturas en lugar de tensiones en la compensación de unión fría, como se muestra arriba.
Prolongar un termopar con cable de cobre. Toda unión de metales distintos es un termopar. Las prolongaciones deben usar cable de extensión o de compensación adecuado; si no, el punto de conexión se convierte en una nueva unión fría a temperatura desconocida.
Polaridad invertida. Un par invertido, o un cable de extensión invertido, resta en lugar de sumar; el error es aproximadamente el doble de la diferencia de temperatura a lo largo del tramo invertido.
Confundir tipos. Muchos instrumentos vienen configurados por defecto para el tipo K. Una sonda tipo J leída como tipo K da un resultado erróneo sin ningún aviso evidente.
Preguntas frecuentes
¿Por qué mi medidor muestra una pequeña tensión con la sonda a temperatura ambiente?
No debería si las uniones caliente y fría están a la misma temperatura; la tensión depende de la diferencia de temperatura. Unos pocos microvoltios pueden deberse a offsets y gradientes térmicos en los bornes.
¿Puedo usar la calculadora con una referencia en punto de hielo a 0 °C?
Sí. Ajuste la unión fría a 0 y la lectura del medidor coincide con la f.e.m. de la tabla.
¿Qué precisión tienen las funciones de referencia?
Las funciones son la propia norma; definen los valores de las tablas. La incertidumbre de una medida real procede de la clase de tolerancia del termopar, su deriva, el cable de extensión y el instrumento.
¿Admite la calculadora °F?
Sí. Cambie entre °C y °F en la parte superior de la página; los campos de temperatura, las tablas y las sensibilidades se convierten automáticamente.