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Calibración de termopares y RTD
Contenido
La medición precisa de la temperatura depende de sensores bien calibrados. Con el tiempo, tanto los termopares como los termómetros de resistencia (RTD) pueden desviarse de sus especificaciones originales debido a diversos factores como envejecimiento, contaminación o esfuerzo mecánico. Esta sección explica cómo funciona la calibración, cómo pueden degradarse los sensores y qué métodos se utilizan para garantizar la exactitud de la medición.
Calibración de termopares
Los cables de termopar se fabrican para cumplir límites de tolerancia estándar, normalmente definidos por normas internacionales. Por ejemplo:
- Tipo R/S: ±1°C en el punto de fusión del oro
- Tipo K: ±7.5°C a 1,000°C
Existen cables con tolerancias más estrictas para aplicaciones de alta exactitud, y lo mismo aplica a los cables de extensión y compensación. Sin embargo, estas tolerancias se aplican solo a sensores nuevos, sin usar.
El cable de termopar—en particular los tipos aislados o MIMS (vaina metálica con aislamiento mineral)—puede variar en su calibración a lo largo de una bobina. Una variación de más de 1°C de un extremo al otro no es inusual (véase Fig. 8.1).
Figure 8.1: Calibration of Glass Insulated Thermocouple at Top and Bottom Ends of the Reel
Problemas comunes de degradación
Con el uso, los termopares pueden degradarse debido a:
- Degradación de la resistencia de aislamiento
- Inhomogeneidad termoeléctrica
- Deterioro de la unión
Todos estos pueden afectar la estabilidad de la calibración con el tiempo.
Calibración del termómetro de resistencia (RTD)
Los elementos RTD se fabrican con extrema precisión. Las tolerancias se aplican al sensor completo, de acuerdo con la IEC 60751, que define dos clases de tolerancia comunes:
- Clase A: ±0.06Ω (≈±0.15°C) a 0°C
- Clase B: ±0.12Ω (≈±0.3°C) a 0°C
Los RTD generalmente mantienen mejor la calibración que los termopares debido a su estabilidad intrínseca. Sin embargo, las tolerancias aún se aplican solo a sensores nuevos. Normalmente, las comprobaciones de calibración solo se necesitan si se requiere alta exactitud o si se sospecha un uso indebido (p. ej., sobrecalentamiento).
Causas de degradación de los RTD
- Oxidación o contaminación química
- Esfuerzo o choque mecánico
- Pérdida de resistencia de aislamiento
- Efectos termoeléctricos por una instalación deficiente
- Desequilibrio de resistencia en los conductores de conexión
Ejemplo real de deriva
En una prueba comparativa:
- 126 sensores RTD fueron monitorizados durante dos años.
- 63 presentaron una deriva superior a 0.1°C
- 46 presentaron una deriva de hasta 1°C
- 17 mostraron una deriva extrema o fallaron por completo
- 66 termopares probados durante seis meses
- Todos presentaron una deriva de al menos 1,4°C
- Uno presentó una deriva de hasta 9,9°C
No se observó ningún patrón de deriva predecible.
Alcanzar una mayor exactitud
Para mediciones críticas, es esencial calibrar los termopares o los RTD con respecto a referencias de temperatura conocidas. La calibración puede implicar solo unos pocos puntos fijos o múltiples puntos a lo largo del rango del sensor. Luego se puede elaborar una tabla o una curva de corrección.
Métodos de calibración
La calibración suele realizarse en laboratorios mediante comparación con termómetros de referencia trazables a normas ITS-90. El método depende del rango de temperatura:
| Rango de temperatura | Método preferido | Instrumento de referencia |
|---|---|---|
| -150°C a +250°C | Baños líquidos agitados (acetona, agua, aceite) | RTD de platino |
| Hasta 550°C | Baños de sales (NaNO₂, KNO₃) | RTD de platino o termopares de metales nobles |
| Hasta 1.000°C | Baños de arena fluidizada | Termopares de platino-rodio |
| Por encima de 600°C | Hornos de tubo horizontales | Termopares Pt-Rh o pirómetros de radiación |
| Calibración por puntos fijos | Puntos de fusión de metales (p. ej., Zn, Ag, Au) | FEM observada durante la fusión |
Importante: Asegúrese siempre de que el sensor esté totalmente sumergido y retírelo de las fundas protectoras cuando sea posible.
Calibración in situ
Para termopares y RTD grandes en servicio, la calibración in situ suele ser más práctica. Se introduce un sensor de referencia calibrado junto al sensor bajo prueba y se comparan las lecturas en las temperaturas relevantes.
Comprobaciones de RTD
La resistencia del RTD a 0°C (R₀) es un fuerte indicador de la estabilidad de la calibración. Un desplazamiento en R₀ puede significar:
- Resistencia inducida por deformación — corregible mediante recocido
- Oxidación — puede revertirse con tratamiento térmico (450°C–550°C)
- Contaminación — típicamente irreversible; requiere recalibración
Método estándar para la prueba de R₀: medir la resistencia en el punto triple del agua. Esto permite seguir la relación de resistencias en lugar de la resistencia absoluta.
Exactitud alcanzable
Termopares:
- Tipo R/S/B: ±0,3 °C hasta 1.100 °C; ±2 °C hasta 1.550 °C
- Tipo K/N (metales base): ±0,1 °C entre -80 °C y +100 °C; errores mayores a temperaturas elevadas debido a la inestabilidad
RTD:
- La calibración dentro de centésimas o incluso milésimas de un grado es posible para unidades de alta calidad
- Las RTD industriales pueden lograr:
- Exactitud de ±0,01 % en todo el rango
- Estabilidad de ±0,005 % por año para sensores de hilo bobinado
Desafíos de calibración
Termopares:
La tensión termoeléctrica se genera a lo largo de la longitud donde existen gradientes de temperatura. La calibración supone propiedades uniformes del conductor, lo que puede no ser cierto para sensores envejecidos. Puede producirse deriva incluso si las temperaturas de las uniones se mantienen iguales (véase la Fig. 8.3).
Figure 8.3: The effects of time and exposure on some thermocouples
RTD:
Las RTD son sensibles al vástago, no a la punta. La calibración debe garantizar una inmersión suficiente en una zona isoterma. Con el tiempo, la exposición a condiciones extremas puede provocar un envejecimiento no uniforme a lo largo de la longitud del sensor, lo que puede hacer que la recalibración en laboratorio sea potencialmente poco fiable.
Resumen
Los termopares y las RTD se fabrican con tolerancias estrictas, pero el uso en el mundo real puede provocar deriva debido a la degradación del aislamiento, daños mecánicos o exposición a productos químicos. En general, las RTD ofrecen mejor estabilidad a largo plazo que los termopares. La calibración periódica—ya sea en un laboratorio o in situ—es esencial para aplicaciones de alta precisión. Las técnicas van desde comparaciones con referencias simples hasta calibraciones en puntos fijos trazables a normas internacionales. Comprender cómo y cuándo se degradan los sensores ayuda a determinar el calendario de calibración adecuado y garantiza la fiabilidad continua de las mediciones.
Nota: La información de esta guía se proporciona únicamente con fines informativos y educativos generales. Aunque procuramos la exactitud, todos los datos, ejemplos y recomendaciones se proporcionan “tal cual”, sin garantía de ningún tipo. Las normas, especificaciones y buenas prácticas pueden cambiar con el tiempo, por lo que siempre debe confirmar los requisitos vigentes antes de su uso.
¿Necesita ayuda o tiene alguna pregunta? Estamos aquí para ayudar — no dude en contactarnos.
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