jueves, 13 de marzo de 2025 · 0 min read
La historia de la medición de la temperatura.
En este artículo aprenderás sobre la importancia y el desarrollo de la tecnología de medición de la temperatura. Lo abordaremos con la profundidad suficiente para que puedas:
• Comprender qué es la temperatura y por qué es tan importante
• Conocer la historia de los sensores de temperatura
• Ver la relevancia de los sensores de temperatura en aplicaciones de prueba y medición
La propiedad física más medida en el mundo.
La temperatura es de importancia crítica para nuestra salud y nuestro entorno: los edificios donde vivimos y trabajamos, nuestras carreteras y la infraestructura, así como todas las máquinas en el mundo. Una temperatura corporal anormal es una de las primeras señales de que estamos enfermos. Las temperaturas extremas pueden deteriorar o destruir máquinas y estructuras. Medir la temperatura siempre ha sido esencial, aunque no siempre fue posible hacerlo con precisión.
¿Qué es la temperatura?
Los puntos de congelación y ebullición del agua son referencias prácticas tanto en la escala de medición de temperatura Celsius como en la Fahrenheit.
La temperatura es una medida física del calor o del frío en la materia o la radiación. También expresa el flujo de energía de cuerpos más calientes hacia cuerpos más fríos.
K (Kelvin) es el sistema internacional de unidades (SI) para la temperatura. La temperatura más fría es el “cero absoluto”, un estado de actividad molecular prácticamente nula. Este punto se refiere a 0 °K.
Si te lo preguntabas, el cero absoluto equivale a −273,15 °C (−459,67 °F). ¡Eso sí que es frío!
En la escala Celsius, 0 grados corresponden al punto de congelación del agua, y 100 grados al de ebullición. La escala Fahrenheit también usa estos dos puntos de referencia, pero establecidos en 32 y 212 °F.
Alguna vez estándar mundial, la escala Fahrenheit fue reemplazada por la Centígrada en el siglo XX. En la actualidad, Fahrenheit solo se utiliza en Estados Unidos y en unos pocos países más. Centígrado fue renombrado a “Celsius” en 1948 en honor a Anders Celsius, el científico sueco que la desarrolló en 1742. Él propuso que 0 grados fuera el punto de ebullición del agua y 100 grados el de congelación. Más tarde, esta escalada se invirtió para hacerla más intuitiva.
Las escalas Celsius y Fahrenheit se cruzan en −40°.
La presión atmosférica (también conocida como presión barométrica o presión del aire) influye en el comportamiento del agua. Dado que los puntos de congelación y ebullición del agua se usan como referencias en ambas escalas (Celsius y Fahrenheit), se especifica que las mediciones se realizan al nivel del mar, a 1 atmósfera de presión.
Escribimos los valores de temperatura en este formato:
25 °C
107 °F
23.45 °K
Después del valor de la temperatura se coloca un espacio, y el símbolo de grado (°) va seguido de la abreviatura de la unidad (C, F o K). Los valores pueden ser enteros o de punto flotante, como 32 o 32.938, según el nivel de resolución que requiera la aplicación.
Mediciones relativas tempranas
Hasta el siglo XVII, la medición de la temperatura era muy rudimentaria en el mejor de los casos. No existían instrumentos capaces de registrar un valor real de temperatura; Sólo podían realizar mediciones relativas.
Hacia el año 250 a. C., el ingeniero griego Filón Mecánico de Bizancio llenó un globo de plomo hueco con aire y agua y lo conectó, mediante un tubo, a un cántaro abierto al aire. A medida que aumentaba la temperatura del aire dentro del globo, este se expandía y empujaba el agua hacia el tubo. Cuando la temperatura baja, el agua retrocede.
Alrededor del año 50 d. C., Herón de Alejandría desarrolló un termoscopio primitivo. También se basaba en la idea de que el agua o el aire en un globo se expanden al calentarse y se contraen al enfriarse. Esto podía desplazar el agua a lo largo de un tubo conectado para indicar el aumento o la disminución de la temperatura.
Un siglo más tarde, Galeno, médico romano de origen griego, creó un termoscopio similar. Pero él añadió una escala marcada como caliente, frío y temperatura neutra —que no era ni caliente ni fría—. No sería hasta finales de los años 1500 y 1600 cuando se lograría un avance significativo en la medición de la temperatura.
El termoscopio
El célebre astrónomo italiano Galileo Galilei (1564-1642) es uno de los científicos detrás de la invención del termoscopio, junto con Santorio Santorio, Robert Fludd y Cornelius Drebbel. Se colocaba un bulbo unido a un tubo largo en un frasco con agua coloreada. El aire en el bulbo se expandía a temperaturas más altas, empujando el nivel del líquido en el tubo.
Galileo y sus contemporáneos no lo sabían en ese momento, pero los cambios en la presión barométrica influyeron en estas mediciones. El termoscopio ayudó a confirmar la observación de variaciones relativas de temperatura, pero no proporcionó lecturas precisas.
La aparición de la calibración
A principios del siglo XVIII, el astrónomo danés Ole Christensen Rømer ideó una escala de temperatura basada en los puntos de congelación y ebullición del agua, que iban de 7,5 a 60 grados. Fue la primera escala de temperatura calibrada y representó una novedad absoluta, ya que todas las mediciones anteriores habían sido únicamente relativas.
Coincidentemente, casi al mismo tiempo, el físico británico Isaac Newton propuso su propia escala de temperatura calibrada. Newton desarrolló el cero grados en el punto de congelación del agua. Sin embargo, debido a que era el director de la Casa de la Moneda británica, empleó puntos de referencia secundarios, como los puntos de fusión del estaño, el plomo y otros metales.
El primer termómetro práctico
Para eliminar los efectos de la presión barométrica en la lectura, los científicos experimentaron con el uso de un líquido dentro de un recipiente de vidrio sellado. Fernando II de Médicis, gran duque de Toscana, fabricó un termómetro de este tipo con alcohol ya en 1654.
En 1709, Daniel Gabriel Fahrenheit, de origen polaco, creó el primer termómetro de vidrio práctico, llenando parcialmente un tubo sellado con mercurio coloreado. Fahrenheit obtuvo la idea para su escala después de visitar a Rømer en 1708. Marcó el tubo con una escala desde 32 en el punto de congelación del agua hasta 212 en el punto de ebullición. De este modo, la invención de Fahrenheit permitió realizar mediciones confiables y tuvo aplicaciones prácticas en la medicina, entre otros campos.
El pirómetro
Con el fin de medir la temperatura dentro de sus hornos, el alfarero inglés Josiah Wedgewood inventó un pirómetro mecánico a mediados del siglo XVIII.
Otros pirómetros tenían una construcción más compleja, como la que se muestra a continuación. Basado en la expansión de una barra metálica (a) al ser calentada por el horno, la barra en expansión empujaba una aguja a lo largo de una escala marcada. Cuando la temperatura baja, un recurso regresa tanto la barra como la aguja a sus posiciones originales.
El termopar de Seebeck
En 1821, el médico y físico báltico Thomas Seebeck se fascinó con la relación entre el calor y el magnetismo. Descubrió que al conectar dos metales conductores distintos en dos puntos y exponer una de las uniones a una fuente de calor, se generaba un campo magnético (y, por consiguiente, un pequeño voltaje) a lo largo del cable.
En ese entonces aún no se había descubierto el ion, por lo que Seebeck no era consciente de ello; Sin embargo, estaba observando una fuerza electromotriz que más tarde se conocería como el Efecto Seebeck, en su honor. También notó que esta corriente aumentaba o disminuía de acuerdo con la temperatura ambiente. Su investigación condujo directamente a la invención del termopar.
Conoce más sobre los termopares y su historia en este artículo relacionado:
Aparece el RTD
En la Conferencia Bakerian de 1871, Sir Carl Wilhelm Siemens presentó un trabajo sobre la tendencia de los conductores eléctricos a aumentar su resistencia a medida que se eleva la temperatura. Observó que la resistencia que se podía medir en ciertos metales variaba con los cambios de temperatura.
Él inventó un RTD (detector de temperatura por resistencia) de platino, que el físico británico Hugh Longbourne Callendar se hizo más confiable y comercialmente exitoso en 1885.
A diferencia de los termopares, las salidas de un RTD son lineales. Sin embargo, requiere alimentación eléctrica para el sensor. Como resultado, su cableado es más complejo que el de los termopares. Puedes conocer más acerca de los RTD y su uso en este artículo:
El termistor
Un termistor es un semiconductor compuesto de óxidos metálicos prensados en forma de pequeña perla, disco, oblea u otra forma, y sinterizado a altas temperaturas. Normalmente se recubre con epoxi o vidrio.
Cuando se hace pasar una corriente a través de un termistor, se puede medir el voltaje a través del mismo y determinar su temperatura. Un termistor típico tiene una resistencia de 2000 Ω a 25ºC, con un coeficiente de temperatura del 3,9 por ciento. Puedes conocer más sobre los termistores en este artículo:
Medición de temperatura infrarroja sin contacto
El pirómetro infrarrojo
El científico británico William Herschel descubrió la existencia de la radiación infrarroja a principios del siglo XIX. Sin embargo, pasaron más de 100 años antes de que el físico alemán Max Planck desarrollara sus ecuaciones matemáticas sobre la radiación electromagnética, combinando la teoría cuántica y la física para describir la radiación espectral.
El primer termómetro IR se introdujo en 1931, pero la tecnología progresó rápidamente debido a la Segunda Guerra Mundial de la década de 1940. Los primeros sensores IR eran costosos e imprácticos para el uso diario, hasta que en la década de 1960 el doctor alemán Theodore Benzinger desarrolló un pirómetro portátil y económico para aplicaciones médicas.
El termómetro IR más utilizado es el pirómetro, o pirómetro infrarrojo “spot”. Un inofensivo punto láser rojo ayuda al usuario a apuntar el pirómetro, el cual se emplea en aplicaciones de inspección en casi todas las industrias.
Cámaras de imagen térmica
Un pirómetro infrarrojo “spot” solo puede medir la temperatura en un punto específico a la vez. Pero, ¿qué pasa si queremos observar un motor en funcionamiento y ver las temperaturas en toda su extensión? ¿O en todo un cuerpo humano? Afortunadamente, existe una solución llamada imagen térmica.
El físico húngaro Kálmán Tihanyi patentó numerosas tecnologías innovadoras relacionadas con la invención de la televisión a principios de la década de 1920. En 1929, se trasladó a Londres y colaboró con el Ministerio del Aire británico para crear una cámara que utilizaba tecnología IR, de modo que las defensas antiaéreas podían ver exitosamente en la oscuridad. Así, ese mismo año, inventó y patentó la primera cámara IR.
Cerca del final de la Segunda Guerra Mundial, los científicos alemanes continuaron con la tecnología de “visión nocturna” de Tihanyi para aplicaciones de puntería militar. Para la década de 1970, la tecnología IR había avanzado, pero los sensores aún debían enfriarse con nitrógeno líquido y eran bastante grandes y costosos.
Uno de los derivados de la Iniciativa de Defensa Estratégica de EE.UU. UU. en la década de 1980 fue la invención de “sensores inteligentes”. Estos combinaban un sensor con procesamiento, filtrado y otros cálculos avanzados en un solo paquete. Los avances en sensores inteligentes y en la capacidad de procesamientoon aún más la tecnología.
Hoy en día, las cámaras de imagen térmica se utilizan en una amplia gama de aplicaciones, incluyendo la inspección de maquinaria, la medicina y las operaciones.
Acondicionamiento de señal de sensor de temperatura
Todos los registradores de datos y sistemas DAQ proporcionan acondicionamiento de señal para termopares y sensores RTD. Aunque es posible interconectar termómetros directamente con sistemas DAQ, es algo poco frecuente. Las cámaras IR con salidas digitales y controladores de hardware pueden conectarse directamente a un sistema.
Resumen
La medición de la temperatura ha sido importante durante siglos, pero la capacidad de medirla de forma precisa y consistente es una innovación relativamente reciente. Hoy en día, se utilizan miles de millones de sensores de temperatura en todo el mundo cada segundo de cada día. Desde los termistores más pequeños hasta las cámaras IR más avanzadas, la temperatura sigue siendo una medición crítica.
Los sistemas DAQ de Dewesoft proporcionan el mejor acondicionamiento de señal para los termopares, RTDs, termistores y las interfaces digitales para sistemas de imagen térmica de última generación.
Esperamos que esta breve historia de la medición de la temperatura y la revisión de las tecnologías clave en uso hoy en día hayan sido interesantes y valiosas.
Para aprender más sobre los acondicionadores de señal y los sistemas DAQ para mediciones de temperatura actuales, por favor visite:
