El termómetro digital que tienes en casa es uno de los dispositivos médicos más sencillos y a la vez más ingeniosos. No tiene mercurio ni vidrio frágil. En menos de 10 segundos te da una temperatura con precisión de décima de grado. El secreto está en un pequeño componente llamado termistor que cambia su resistencia eléctrica al variar la temperatura, y un circuito convertidor que transforma esa resistencia en un número en la pantalla. Te explico cómo funcionan los tres tipos principales: termómetros digitales de contacto (termistor), infrarrojos de oído y de frente.
El sensor de temperatura: termistores NTC y PTC
El corazón de un termómetro digital de contacto (el de toda la vida, que se pone bajo la lengua, la axila o el recto) es un termistor (contracción de “resistor térmico”). Es un componente semiconductor fabricado con óxidos de metales (manganeso, níquel, cobalto) sinterizados. Su característica principal es que su resistencia eléctrica varía de forma muy pronunciada con la temperatura, mucho más que en un metal común (como el platino de las sondas industriales).
Hay dos tipos:
- NTC (Negative Temperature Coefficient): La resistencia disminuye cuando la temperatura aumenta. Es el más usado en termómetros clínicos porque su sensibilidad es muy alta (cambio de 3-5% por grado Celsius). Por ejemplo, un termistor NTC puede tener 100 kΩ a 0°C y solo 10 kΩ a 40°C.
- PTC (Positive Temperature Coefficient): La resistencia aumenta con la temperatura. Se usan en protección de circuitos (fusibles reiniciables) o en sensores de nivel, pero no tanto en termómetros clínicos por su menor sensibilidad en el rango corporal.
El termistor se encapsula en una sonda metálica (acero inoxidable) para protegerlo y tener un buen contacto térmico. Dentro se conecta mediante cables de cobre a la placa de circuito impreso. La punta metálica debe alcanzar el equilibrio térmico con el tejido donde se coloca; por eso hay que esperar unos segundos a que el termistor se caliente o enfríe hasta la temperatura corporal.
¿Por qué los termistores son tan sensibles?
En un metal (como el cobre), la resistividad aumenta linealmente con la temperatura (coeficiente de temperatura positivo pequeño, del orden de 0,004/°C). En un semiconductor (óxido metálico), el número de portadores de carga (electrones) aumenta exponencialmente con la temperatura, lo que hace que la resistencia caiga mucho al calentarse (coeficiente negativo grande, típicamente -0.04/°C a -0.06/°C). Esto permite medir cambios de temperatura muy pequeños (0.01°C) con circuitos sencillos.
Circuito de medida: puente de Wheatstone y convertidor analógico-digital (ADC)
Un termistor solo no basta: necesitas un circuito que convierta su resistencia en un voltaje medible. El esquema clásico es un puente de Wheatstone (aunque muchos termómetros modernos usan un montaje más simple, un divisor de tensión + ADC). Un puente de Wheatstone tiene cuatro resistencias: el termistor (R_T), dos resistencias fijas (R1, R2, típicamente iguales) y una resistencia de ajuste (R3).
Cuando la temperatura cambia, el termistor varía su resistencia, desequilibrando el puente. La diferencia de potencial entre los dos puntos medios del puente (V_d) es proporcional a la variación de resistencia. Ese voltaje diferencial (del orden de milivoltios) se amplifica mediante un amplificador de instrumentación (de muy bajo ruido y alta impedancia de entrada) y luego se envía a un convertidor analógico-digital (ADC).
El ADC mide el voltaje y lo convierte en un número entero (por ejemplo, de 0 a 4095 si es de 12 bits). Un microcontrolador (un pequeño procesador) lee ese número, aplica una ecuación de calibración (linealización) y finalmente envía el resultado a la pantalla LCD. El microcontrolador también controla el pitido cuando la temperatura se estabiliza, el apagado automático y la memoria de la última medición.
La precisión global depende de la calidad del termistor (tolerancia inicial), la estabilidad de la tensión de referencia, la linealidad del ADC y la calibración de fábrica. Un buen termómetro digital clínico tiene una exactitud de ±0.1°C en el rango 35-42°C, suficiente para diagnóstico de fiebre.
Calibración y linealización: la ecuación de Steinhart-Hart
La relación entre resistencia (R) y temperatura (T) en un termistor NTC no es lineal; sigue aproximadamente una curva exponencial. Si usáramos una simple aproximación lineal, el error sería de varios grados fuera del rango estrecho. Por eso se usa la ecuación de Steinhart-Hart (o una versión simplificada de tres coeficientes):
1/T = A + B·ln(R) + C·[ln(R)]³
donde T está en Kelvin, R en ohmios, y A, B, C son coeficientes calibrados para cada termistor. En la práctica, los microcontroladores de bajo coste no pueden calcular logaritmos en tiempo real; por eso se usan tablas de búsqueda (lookup table) con 100-200 puntos y se interpola linealmente entre ellos. El fabricante calibra cada termistor (o un lote) midiendo su resistencia a 0°C (hielo puro), 30°C y 40°C (baño termostático de precisión) y ajusta los coeficientes.
La mayoría de los termómetros digitales económicos no hacen una calibración individual; usan coeficientes genéricos para el modelo de termistor y asumen una tolerancia del ±0.2°C. Los termómetros de alta precisión (como los de laboratorio o los usados en UCI) tienen certificado de calibración trazable a patrones nacionales (NIST, PTB). Además, incorporan una resistencia de precisión (0.1%) para autocalibrar el ADC y compensar la deriva por temperatura ambiente del propio termómetro.
El problema de la autocalentamiento
Cuando circula corriente a través del termistor, éste se calienta ligeramente por efecto Joule (P = V²/R). Si la corriente es demasiado alta, la medición será falsa (0.1-0.2°C de error). Por eso los termómetros digitales usan una corriente de excitación muy baja (del orden de 100 μA) y miden solo durante breves pulsos (10-20 ms) para que el calentamiento sea despreciable.
Termómetro infrarrojo (de oído y frente): ley de Planck y termopila
Los termómetros sin contacto (de frente o de oído) no necesitan tocar la piel, miden la radiación infrarroja emitida por el cuerpo. Todos los objetos con temperatura superior al cero absoluto emiten radiación electromagnética cuya intensidad pico depende de la temperatura (ley de Planck). El cuerpo humano emite principalmente en el rango infrarrojo medio (8-14 micras).
El sensor es una termopila (o pirómetro): un conjunto de termopares conectados en serie sobre un chip de silicio. Un termopar (dos metales diferentes unidos) genera un voltaje proporcional a la diferencia de temperatura entre la unión caliente y la fría (efecto Seebeck). En la termopila, la unión caliente se calienta por la radiación infrarroja que llega, mientras que la unión fría está a la temperatura del termómetro. El voltaje de salida (típicamente decenas de microvoltios por grado de diferencia) se amplifica y se digitaliza.
La termopila lleva una lente de silicio o seleniuro de zinc (transparente a IR) para enfocar la radiación. En los termómetros de oído, el sensor se coloca dentro del conducto auditivo, que tiene una excelente correlación con la temperatura central (más fiable que la frente). En los de frente, se mide la radiación de la arteria temporal (con corrección por la temperatura ambiente). La velocidad es de 1-2 segundos.
| Tipo | Sensor | Tiempo de medición | Exactitud típica | Ventajas/Inconvenientes |
|---|---|---|---|---|
| Contacto (axila/boca/recto) | Termistor NTC | 10-30 segundos | ±0.1°C | Más exacto, barato. Requiere contacto directo y tiempo. Invasivo en niños. |
| Infrarrojo de oído (timpánico) | Termopila | 1-2 segundos | ±0.2°C | No molesta, rápido. El cerumen o mala dirección del haz dan errores. |
| Infrarrojo de frente (temporal) | Termopila + compensación ambiente | 1 segundo (barrido) | ±0.3°C | Sin contacto, ideal para grandes multitudes (colegios, aeropuertos). Puede subestimar la fiebre si hay sudor. |
| Infrarrojo sin contacto (distancia) | Termopila con óptica | 0.5 s | ±0.5°C | Útil para cribados rápidos (pandemia). Menor exactitud clínica. |
Los termómetros infrarrojos requieren una compensación de la temperatura ambiente y de la emisividad de la piel (humana: 0.98). Si la frente está sudada o con maquillaje, la emisividad cambia y el resultado puede ser más bajo. Por eso en los triajes se usan estos dispositivos como cribado, no como diagnóstico definitivo (se confirma luego con termómetro de contacto).
Termómetro de termopar (uso industrial y de alta temperatura)
Aunque los termómetros clínicos usan termistores, es interesante mencionar los termopares porque son la base de la medición de temperatura en hornos, motores y procesos industriales. Un termopar está formado por dos metales diferentes (cromel-alumel, hierro-constantan, etc.) unidos por un extremo (unión caliente). Al calentarse, se genera un pequeño voltaje (efecto Seebeck) de unos 40-80 μV/°C (depende del par).
Para medir la temperatura de la unión caliente, se debe conocer la temperatura de la unión de referencia (unión fría), normalmente mediante un termistor o RTD de platino (compensación de unión fría). La relación voltaje-temperatura es no lineal y está tabulada (normas IEC 60584). Las ventajas del termopar son: amplio rango (-270 a 2300°C), robustez mecánica y bajo coste. Pero su exactitud es baja (típicamente ±1-2°C) y requiere calibración periódica.
Precisión y uso correcto: cómo evitar errores comunes
Para obtener una medición fiable con un termómetro digital de contacto:
- Antes de usar: Limpiar la sonda con alcohol y dejar secar. Encender el termómetro y asegurarse de que marque «L» (low) o la temperatura ambiente.
- Colocación adecuada:
- Axila: Secar bien la axila (sudor la enfría), colocar la sonda en el centro, apretar el brazo contra el cuerpo. Esperar el pitido. En adultos, añadir 0.5°C para estimar la temperatura central (aunque lo mejor es medir directamente con modo axilar).
- Boca (sublingual): Colocar la sonda debajo de la lengua, cerrar la boca, respirar por la nariz. No hablar ni tomar nada caliente/frío 10 minutos antes. Es buena aproximación de la temperatura central.
- Rectal (niños pequeños): Lubricar la sonda, introducir 1-2 cm (hasta la línea marcada). Es el patrón oro de temperatura central, pero molesto. Se resta 0.5°C para comparar con boca.
- Esperar la estabilización: No retirar antes del pitido. Algunos termómetros tienen la función «Predictive» que estima la temperatura final en 4-6 segundos mediante modelos matemáticos, pero si tienes fiebre muy alta o baja puede equivocarse.
- Repetir si hay duda: Toma la temperatura dos veces seguidas; si difiere más de 0.2°C, la primera medida es inválida (mala colocación).
- Baterías bajas: Un termómetro digital con batería casi agotada puede dar lecturas erráticas o no encender. Cambiar la pila tipo botón (LR41, SR41, CR2032) al menos una vez al año.
Fiebre vs. temperatura normal
La temperatura corporal normal varía: por la mañana es más baja (36.2-36.5°C), por la tarde-noche sube hasta 37.2°C. En ancianos y recién nacidos puede ser más baja. Se considera fiebre cuando la temperatura axilar supera 37.5°C, la bucal 37.8°C o la rectal 38°C. La fiebre moderada (38-39°C) no suele ser peligrosa; hipertermia (>41°C) es una emergencia médica.
Por qué ya no se usan termómetros de mercurio (y cómo se reciclan)
El mercurio es un metal líquido a temperatura ambiente que se expande de forma muy lineal con la temperatura. Los termómetros de mercurio eran muy exactos y baratos. Pero el mercurio es neurotóxico, y si un termómetro se rompe, libera vapores que pueden causar daño neurológico (especialmente en niños y embarazadas). Además, es contaminante ambiental persistente. Por eso, la Unión Europea prohibió la fabricación y venta de termómetros de mercurio en 2007 (Directiva RoHS).
Hoy es ilegal comprar o vender termómetros de mercurio nuevos, aunque aún se pueden encontrar en algunos hogares antiguos. Si se rompe uno, se debe ventilar la habitación, recoger las gotas con una jeringa o cartón (nunca con aspiradora) y depositar los residuos en un punto limpio como residuo peligroso. Los termómetros digitales han demostrado ser igual de exactos si se usan correctamente, y mucho más seguros.