Cuándo usar
Al leer un termopar tipo K con multímetro o calibrador y necesitar la temperatura del proceso; al comprobar la indicación de un transmisor o tarjeta de entrada contra la FEM medida en sus bornes; al preparar la hoja de calibración de un lazo tipo K; y al investigar una lectura sospechosa (polaridad invertida, cable de compensación equivocado, junta fría olvidada).
La cuenta en tres pasos
Un termopar no mide temperatura: mide la diferencia de temperatura entre la junta de medición (en el proceso) y la junta fría (en los bornes del instrumento). Por eso convertir milivoltios a temperatura en un tipo K es siempre:
- medir la FEM en los bornes,
E_medido(mV); - calcular la FEM de la junta fría con la propia función del tipo K,
E(t_ref), y sumarla:E(t_medicion) = E_medido + E(t_ref); - invertir la función de referencia:
t = E^-1(E(t_medicion)).
La calculadora de arriba hace los tres. En el ejemplo de partida — 15,000 mV con bornes a 25 °C — la junta fría aporta 1,0002 mV, la suma es 16,0002 mV y la temperatura es 390,60 °C. Convertir los 15,000 mV directamente daría 366,84 °C.
Tabla termopar tipo K (junta de referencia a 0 °C)
Valores calculados con la función de referencia de la ITS-90 — la misma que corre en la calculadora. Para usarla con la junta fría fuera de 0 °C, sume antes la FEM de los bornes (por ejemplo, 1,0002 mV a 25 °C).
| Temperatura (°C) | FEM (mV) | Seebeck (µV/°C) |
|---|---|---|
| −200 | −5,8914 | 15,26 |
| 0 | 0,0000 | 39,45 |
| 25 | 1,0002 | 40,52 |
| 100 | 4,0962 | 41,37 |
| 200 | 8,1385 | 39,97 |
| 400 | 16,3971 | 42,24 |
| 600 | 24,9055 | 42,51 |
| 800 | 33,2754 | 41,00 |
| 1000 | 41,2756 | 38,98 |
| 1200 | 48,8382 | 36,49 |
| 1372 | 54,8864 | 33,88 |
La tabla completa, en cualquier paso, sale de la hoja de banco de la calculadora (botón de CSV).
La inversa de la ITS-90, rango por rango
Además de la función directa E(t), el NIST publica polinomios inversos t(E) para el tipo K en tres ventanas de tensión:
- −5,891 a 0 mV (−200 a 0 °C), error declarado de −0,02 a +0,04 °C;
- 0 a 20,644 mV (0 a 500 °C), error de −0,05 a +0,04 °C;
- 20,644 a 54,886 mV (500 a 1372 °C), error de −0,05 a +0,06 °C.
Por debajo de −200 °C (hasta −270 °C, −6,458 mV) no hay inversa publicada. Como la norma define la función directa, la calculadora usa la inversa solo como punto de partida y converge por Newton sobre E(t) — en las colas sin inversa, la semilla sale de una bisección. El resultado cierra la ida y vuelta, cosa que la inversa sola no garantiza.
Junta fría: donde nace casi todo error de campo
Con baño de hielo, la junta de referencia está a 0 °C y la lectura de los bornes ya es la FEM absoluta — basta invertir. Con compensación interna (CJC), el instrumento mide sus propios bornes y suma la parcela. Quien comprueba un transmisor con multímetro está en el segundo caso sin darse cuenta: el multímetro mide los bornes, y la temperatura de los bornes tiene que entrar en la cuenta.
Dos detalles cambian el número: la temperatura de la junta fría es la de los bornes, no la de la sala (dentro de un tablero cerrado suele ser bastante mayor); y si entre el cabezal y el tablero hay cable de cobre, la junta fría pasa a ser el cabezal — cuya temperatura nadie mide.
Polaridad y cable de compensación
El Chromel es el positivo y el Alumel, el negativo (y ligeramente magnético). En el código de colores ANSI el rojo es siempre el negativo; en la IEC 60584-3 el tipo K usa verde en el positivo y blanco en el negativo. La polaridad invertida hace que la indicación se mueva al revés de la temperatura del proceso. El cable de extensión o de compensación debe ser tipo K (KX, KCA, KCB): otro tipo, o cobre, crea una junta más en cada empalme con gradiente térmico.
Otros tipos y el RTD
Para los tipos J, T, N, E, R, S y B, para el sentido inverso (temperatura → mV, para simular con calibrador) y para Pt100/Pt1000, use la página general de conversión de termopar y RTD — la calculadora es la misma.
Fórmulas y fundamentos
E(t_medicion) = E_medido + E(t_ref) El voltímetro en los bornes ve la diferencia entre las dos juntas. Para obtener la FEM de la junta de medición referida a 0 °C, se suma la FEM de la junta fría — calculada con la propia función del tipo K a la temperatura de los bornes. Solo entonces se convierte a grados. Con baño de hielo, E(t_ref) = 0.
E(t) = c1*t + c2*t^2 + ... + c10*t^10 E en mV, t en °C. Polinomio de grado 10 sin término exponencial; c1 = 0,039450128025 mV/°C.
E(t) = c0 + c1*t + ... + c9*t^9 + a0*exp(a1*(t - a2)^2) Polinomio de grado 9 más el término gaussiano de la anomalía magnética del Chromel cerca de 127 °C. El c0 = −0,017600413686 mV existe para ser cancelado por el término exponencial en t = 0 — implementar solo la sumatoria crea un escalón en el cero.
t = d0 + d1*E + d2*E^2 + ... + dn*E^n Tres ventanas: −5,891 a 0 mV (−200 a 0 °C, error declarado −0,02 a +0,04 °C); 0 a 20,644 mV (0 a 500 °C, −0,05 a +0,04 °C); 20,644 a 54,886 mV (500 a 1372 °C, −0,05 a +0,06 °C). Por debajo de −200 °C no hay inversa publicada. La calculadora usa la inversa solo como semilla y converge por Newton sobre la función directa, que es la que define la norma.
S(t) = dE/dt [µV/°C] Traduce la incertidumbre de la lectura en mV a incertidumbre en grados. En el tipo K se mantiene cerca de 40 µV/°C en la mayor parte del rango — cada µV vale unos 25 m°C.
Normas y métodos
- ITS-90 · NIST Monograph 175 — función de referencia e inversa del tipo K
- NIST Temperature Scale Database (SRD 60), Version 3.0 — DOI 10.18434/T4S888
- IEC 60584-1 — funciones de referencia y tolerancias de termopares
- IEC 60584-3 — cables de extensión y de compensación, código de colores
Valores típicos de referencia
| Magnitud | Rango típico | Observación |
|---|---|---|
| Rango de la función de referencia del tipo K | −270 a 1372 °C | −6,458 a 54,886 mV; la inversa del NIST solo cubre de −200 a 1372 °C |
| E(25 °C) — junta fría típica de tablero | 1,0002 mV | es lo que se suma a la lectura cuando los bornes están a 25 °C |
| E(100 °C) | 4,0962 mV | Seebeck en el punto 41,37 µV/°C |
| E(1000 °C) | 41,2756 mV | Seebeck en el punto 38,98 µV/°C — la curva ya se está aplanando |
| Error del polinomio inverso del NIST | hasta ±0,06 °C | por eso la calculadora itera sobre la función directa |
Ejemplo resuelto
15,000 mV en un termopar tipo K con bornes a 25 °C
Datos de entrada
- Tipo de termopar
- K Chromel/Alumel
- FEM medida en los bornes
- 15,000 mV
- Temperatura de la junta fría (bornes)
- 25,0 °C
Resultados
- E(t_ref) — FEM de la junta fría
- 1,0002 mV
- E(t_medición) = 15,000 + 1,0002
- 16,0002 mV
- Temperatura de la junta de medición
- 390,60 °C
- Sensibilidad en el punto
- 42,18 µV/°C
- Si se ignorara la junta fría
- 366,84 °C (error de −23,75 °C)
Sumada la parcela de 1,0002 mV de los bornes, la junta de medición está a 16,0002 mV referidos a 0 °C, que la función del tipo K invierte en 390,60 °C (la semilla del polinomio inverso del NIST quedó a 0,001 °C de la raíz; tres iteraciones de Newton cerraron el residuo). La sensibilidad de 42,18 µV/°C dice que cada µV de incertidumbre del multímetro vale 23,7 m°C. Convertir los 15,000 mV sin compensar la junta fría daría 366,84 °C — el error es prácticamente la propia temperatura de los bornes, el síntoma clásico de una CJC olvidada.
Errores comunes
- Ignorar la junta fría. Buscar la tensión de los bornes directamente en la tabla solo es correcto con la junta de referencia a 0 °C. En el ejemplo de abajo, 15,000 mV con bornes a 25 °C son 390,60 °C; convertidos sin compensación dan 366,84 °C — 23,75 °C de error, casi exactamente la temperatura de los bornes.
- Restar la junta fría en lugar de sumarla. En el sentido mV → °C la parcela de la junta fría entra con signo POSITIVO: lo que le falta a la lectura es justamente la FEM entre 0 °C y la temperatura de los bornes. Restarla duplica el error en vez de corregirlo.
- Invertir la polaridad. Con los hilos cambiados, la tensión en los bornes cambia de signo: la indicación BAJA cuando el proceso se calienta y, con el proceso caliente, sale del rango del tipo K, que termina en −6,458 mV. En el código ANSI el conductor rojo es siempre el negativo; en la IEC 60584-3 el tipo K usa verde en el positivo y blanco en el negativo. El Alumel (negativo) es ligeramente magnético — un imán despeja la duda.
- Usar cable de compensación de otro tipo, o cobre, entre el cabezal y el tablero. Con cobre, la junta fría pasa a ser el cabezal del sensor, cuya temperatura el instrumento no mide; con cable tipo J, cada tramo con gradiente térmico suma la diferencia de Seebeck entre los dos pares. El error cambia con el clima y ninguna calibración en banco lo reproduce.
- Linealizar con un factor fijo (mV ÷ 0,041). La sensibilidad del tipo K va de 39,45 µV/°C a 0 °C a 42,63 µV/°C a 500 °C y 36,49 µV/°C a 1200 °C; una recta solo acierta cerca del punto donde se tomó.
- Medir la temperatura del ambiente en lugar de la de los bornes. La junta fría es el punto donde la aleación del termopar se encuentra con el cobre — dentro de un tablero cerrado suele estar varios grados por encima de la sala.
Preguntas frecuentes
¿Cuántos mV da un termopar tipo K a 100 °C?
4,0962 mV con la junta de referencia a 0 °C. Con la junta fría a 25 °C, los bornes leen la diferencia, 4,0962 − 1,0002 = 3,0960 mV, y ese es el valor que un calibrador debe inyectar para simular 100 °C en un instrumento con CJC.
¿Sirve la tabla termopar tipo K si la junta fría no está a 0 °C?
Sirve, con un paso más. La tabla siempre está referida a 0 °C. Primero busque en la misma tabla la FEM de la temperatura de los bornes y SÚMELA a la lectura; después busque la temperatura que corresponde a esa suma. Usar la lectura cruda se equivoca aproximadamente en la temperatura de los bornes.
¿Por qué la calculadora no usa solo el polinomio inverso del NIST?
Porque es una aproximación de la función directa, con error declarado de hasta 0,06 °C en el tipo K, y no existe por debajo de −200 °C. La calculadora usa la inversa como punto de partida e itera sobre la función directa hasta que el residuo baja de la precisión del double — la ida y vuelta cierra.
¿Cuál es el rango de temperatura del termopar tipo K?
La función de referencia de la ITS-90 va de −270 a 1372 °C (−6,458 a 54,886 mV). En la práctica el rango útil depende del calibre del hilo y de la vaina; por encima de unos 1000 °C en atmósfera reductora el tipo K deriva y el tipo N suele ser la mejor opción.
¿Por qué el tipo K tiene un término exponencial?
El Chromel pasa por un ordenamiento magnético cerca de 127 °C, y la curva gana allí una inflexión que un polinomio de grado nueve no reproduce. El NIST suma un término gaussiano válido de 0 a 1372 °C; omitirlo cuesta cerca de 2,6 °C a 100 °C.
¿Funciona para otros tipos (J, T, N, E, R, S, B)?
Sí. La calculadora es la misma de la página general de conversión de termopar y RTD: basta cambiar el tipo en el selector. Esta página solo abre ya en el tipo K, en el sentido mV → °C.
Glosario
- Junta fría (junta de referencia)
- El punto donde los hilos del termopar se encuentran con el cobre del instrumento — en general los bornes del transmisor o de la tarjeta. Su temperatura debe ser conocida.
- CJC
- Cold Junction Compensation: el instrumento mide la temperatura de sus propios bornes y suma la FEM correspondiente antes de convertir.
- FEM
- Fuerza electromotriz termoeléctrica, en mV — siempre una diferencia entre dos juntas.
- Chromel / Alumel
- Las aleaciones del tipo K: Chromel (níquel-cromo) es el positivo, Alumel (níquel-aluminio) es el negativo y ligeramente magnético.
- Cable de compensación / extensión
- Cable con aleaciones de la misma respuesta termoeléctrica del tipo K (KX, KCA, KCB) que lleva la junta fría hasta el instrumento. Debe ser del mismo tipo y respetar la polaridad.
- Coeficiente de Seebeck
- Sensibilidad dE/dt del termopar en el punto, en µV/°C.