Existen tantos tipos de termómetros como aplicaciones. Según la actividad, podemos utilizar termómetros portátiles o fijos, termómetros industriales que automatizan procesos, termómetros antiexplosión para zonas peligrosas, etc. Junto a los termómetros se fabrican sensores con diferentes medidas, materiales y fijaciones, ya sean sanitarias o no.
Los termómetros pueden calibrase de acuerdo a varias escalas, que dan lugar a distintas unidades de medición de la temperatura. En el Sistema internacional de unidades, la unidad de temperatura es el kelvin (K), y el punto de inicio para la escala Kelvin (y para la escala de Rankine) es el cero absoluto correspondiente a -273.15°C (grados Celsius o centígrados), 0°K (grados Kelvin), o bien 0°R (grados Fahrenheit) que es la temperatura más baja posible que puede existir.
La escala más utilizada es la escala Celsius que mide en grados centígrados, aunque en Estados Unidos se utiliza preferentemente la escala Fahrenheit.
Cómo se mide la temperatura
A día de hoy, la temperatura se describe como una magnitud relacionada con la energía interna de un sistema termodinámico, definida por el principio cero de la termodinámica, y relacionada de forma directa con la parte de la energía interna conocida como cinética.
La energía cinética es la energía asociada a los movimientos de las partículas del sistema, ya sea en un sentido traslacional, rotacional o en forma de vibraciones. Cuanto mayor sea la energía cinética de un sistema, mayor será su temperatura. En el caso de un elemento sólido, los movimientos en cuestión son las vibraciones de las partículas que lo conforman. En el caso de un gas ideal monoatómico, se trata de los movimientos traslacionales de sus partículas (en gases multiatómicos, también deben tenerse en cuenta los movimientos rotacional y vibracional).
Actualmente, los sensores más utilizados son:
- Termopar: existen varios modelos, en función de los metales empleados. Se aplican a mediciones de altas temperaturas.
- Termorresistencias de platino (RTD): se utilizan para mediciones de alta precisión en temperaturas medias.
- Termistores (NTC): sensores resistivos de temperatura. Su funcionamiento se basa en la variación de la resistividad que presenta un semiconductor con la temperatura.
Todos ellos se aplican junto a un equipo electrónico, el termómetro, que responde con gran precisión a los cambios de temperatura proporcionados por el sensor y permite ajustar su linealidad.
Termómetros de laboratorio LabProcess
En LabProcess facilitamos soluciones para todo tipo de mediciones con sensores de termopar, termorresistencia de platino o termistores. Estos sistemas están disponibles en multitud de diseños (para penetración en carnes, frutas, pescados, líquidos, gases, etc.), y pueden fabricarse a medida de sus necesidades, con vainas y cables de una longitud y grosor personalizados.
Asimismo, existen otros modos de medir la temperatura, como, por ejemplo, los papeles sensibles a la temperatura que cambian de color según la temperatura medida.
Otros termómetros muy utilizados son los termómetros de infrarrojo (IR). Los termómetros IR están formados por una lente que permite enfocar los rayos infrarrojos de energía, convirtiéndola en una señal eléctrica que se puede mostrar en unidades de temperatura (tras ser compensada por la variación de la temperatura ambiente).
Así obtenemos la medición de temperatura sin contacto con el objeto a medir.
Este tipo de termómetros se emplean cuando no se pueden usar termómetros convencionales. Por ejemplo, para medir la temperatura de objetos en movimiento (rodillos, maquinaria en movimiento, cinta transportadora, etc.), o a distancias muy grandes, a temperaturas demasiado altas para termopares u otros sensores de contacto, o cuando se necesita una velocidad de medición extraordinariamente rápida, ya que la respuesta es normalmente de milisegundos.
Para medir con este tipo de termómetros hemos de tener en cuenta el tamaño del objetivo y la distancia, así como el tipo de superficie a medir. Para ello, hay que considerar su emisividad, que es la relación de la energía radiada por un objeto a una temperatura dada, a la energía emitida por un radiador perfecto, o de cuerpo negro, a la misma temperatura. La emisividad (que tiene un valor de entre 0,0 y 1,0) de un cuerpo negro es de 1,0.
En general, cuanto mayor es la emisividad de un objeto, más fácil es obtener una medición precisa de la temperatura. Los objetos con emisividad muy baja (por debajo de 0,2) pueden ser aplicaciones difíciles. Asimismo, las superficies pulidas y los metales brillantes, como el aluminio, son tan reflectantes que las mediciones con termómetros infrarrojos no siempre son posibles.
Dada la elevada velocidad de respuesta de los termómetros IR LabProcess, este tipo de termómetros también se utilizan en el control de la cadena de frio.
Historia del termómetro
El ser humano siempre ha conocido las sensaciones de calor y frío, pero la medida de ambas sensaciones era desconocida. A ciencia cierta, no sabemos si en civilizaciones antiguas la temperatura se llegó a medir de alguna forma, y no fue hasta el Renacimiento cuando se empezó a trabajar en ello.
En 1952, Galileo Galilei construyó un equipo que usaba la contracción del aire en un recipiente para mover una columna de agua, que a su vez se utilizaba para indicar la intensidad del enfriamiento. Sin embargo, este sistema se veía afectado por la presión del aire, de modo que terminó abandonándose.
Veinte años después, el médico italiano Santorio Santorio introdujo un líquido dentro de un tubo de vidrio, lo selló y observó cómo el líquido se movía hacia arriba mientras se expandía. Una escala en el tubo facilitaba la visualización de los cambios, pero todavía no se contaba con unidades de temperatura precisas.
Los primeros termómetros como los conocemos hoy en día los concibieron Ole Christensen Rømer y Daniel Gabriel Fahrenheit. Su diseño constaba también de un tubo sellado, en cuyo interior se utilizaban líquidos como alcohol o mercurio. Éste último era el más eficaz, dada su respuesta lineal a los cambios de temperatura, pero su toxicidad hizo que se usara poco. Con el paso del tiempo, se utilizaron otros líquidos y se avanzó en el diseño. Por ejemplo, se creó una cápsula termométrica que garantizaba una correcta transferencia de calor.
Con la creación de los termómetros se dio la necesidad de otorgar un valor numérico a lo que se considera “frío” o “caliente”. De este modo, se podrían conocer las propiedades de aquellas sustancias que, en función de la temperatura, varían sus propiedades: estado (sólido, líquido, gaseoso, o plasma), volumen, solubilidad, etc.
La temperatura fue tomando más y más importancia y, a finales del siglo XIX, se inventa el sensor de temperatura bimetálico, que emplea la diferencia en la expansión de dos placas de metal unidas para activar termostatos o similares. El sistema tenía una precisión de ±2 grados, pero era muy robusto y económico de fabricar.
En 1821, Thomas Johann Seebeck descubrió el efecto termopar. El físico estonio-alemán demostró que cuando dos extremidades de metales distintos se unen a temperaturas diferentes, se crea un voltaje. Esta relación permite llevar a cabo una conversión directa de la diferencia de temperatura a voltaje eléctrico. Por su parte, el físico francés Jean Peltier descubrió que este efecto puede funcionar en sentido contrario y, en consecuencia, utilizarse para enfriar.
Más de un siglo después, en 1932, C.H. Meyers midió la resistencia eléctrica de un hilo de platino y observó que ofrecía una medición más precisa. Hoy en día, los sensores de platino Pt100 (resistencia de 100Ω a 0ºC y un coeficiente de temperatura fijo α=0,003851 °C-1) y el Pt1000 (resistencia de 1000Ω a 0ºC) son de los más utilizados. Este tipo de sensores han evolucionado de forma considerable y pueden encontrarse en multitud de versiones: cerámicos, de película, etc.
¿Tienes dudas acerca de qué termómetro o sensor es el más adecuado para ti?
