Termómetro infrarojo

Un termómetro infrarrojo es un termómetro que infiere la temperatura a partir de una porción de la radiación térmica, a veces llamada radiación de cuerpo negro, emitida por el objeto que se está midiendo. A veces se les llama termómetros láser, ya que se utiliza un láser para ayudar a apuntar el termómetro, o termómetros sin contacto o pistolas de temperatura, para describir la Capacidad del dispositivo para medir la temperatura a distancia. Al conocer la cantidad de energía infrarroja emitida por el objeto y su emisividad, la temperatura del objeto a menudo se puede determinar dentro de un cierto rango de su temperatura real. Los termómetros infrarrojos son un subconjunto de dispositivos conocidos como "termómetros de radiación térmica".

A veces, especialmente cerca de la temperatura ambiente, las lecturas pueden estar sujetas a errores debido al reflejo de la radiación de un cuerpo más caliente (incluso la persona que sostiene el instrumento) en lugar de la radiación del objeto que se está midiendo, y a una emisividad supuesta incorrectamente.

El diseño consiste esencialmente en una lente para enfocar la radiación térmica infrarroja en un detector, que convierte la potencia radiante en una señal eléctrica que se puede mostrar en unidades de temperatura después de ser compensada por la temperatura ambiente. Esto permite medir la temperatura a distancia sin contacto con el objeto a medir. Un termómetro infrarrojo sin contacto es útil para medir la temperatura en circunstancias en las que los termopares u otros sensores tipo sonda no se pueden utilizar o no producen datos precisos por diversas razones.

Ejemplos de uso

Algunas circunstancias típicas son cuando el objeto a medir se está moviendo; donde el objeto está rodeado por un campo electromagnético, como en el calentamiento por inducción; cuando el objeto esté contenido en el vacío u otra atmósfera controlada; o en aplicaciones donde se requiere una respuesta rápida, se desea una temperatura superficial precisa o la temperatura del objeto está por encima del punto de uso recomendado para sensores de contacto, o el contacto con un sensor dañaría el objeto o el sensor, o introduciría un gradiente de temperatura significativo en la superficie del objeto.

Los termómetros infrarrojos se pueden utilizar para realizar una amplia variedad de funciones de control de temperatura. Algunos ejemplos proporcionados incluyen la detección de nubes para la operación remota del telescopio, la verificación de la temperatura y los puntos calientes de equipos mecánicos o eléctricos, la medición de la temperatura de los pacientes en un hospital sin tocarlos, la verificación de la temperatura del calentador o del horno, para calibración y control, la verificación de puntos calientes en extinción de incendios, seguimiento de materiales en procesos de calentamiento o enfriamiento y medición de la temperatura de volcanes. En tiempos de epidemias de enfermedades que causan fiebre, como el coronavirus del SARS y la enfermedad del virus del Ébola, se han utilizado termómetros infrarrojos para controlar la fiebre de los viajeros que llegan sin causar transmisiones dañinas entre los examinados.

En 2020, cuando la pandemia de COVID-19 azotó el mundo, se utilizaron termómetros infrarrojos para medir la temperatura de las personas y negarles la entrada a posibles sitios de transmisión si mostraban signos de fiebre. Autoridades de salud pública como la FDA en Estados Unidos publicaron reglas para asegurar la precisión y consistencia entre los termómetros infrarrojos.

Existen muchas variedades de dispositivos sensores de temperatura por infrarrojos, tanto para uso portátil como de mano y como instalaciones fijas.

Precisión

Los termómetros infrarrojos se caracterizan por especificaciones que incluyen precisión y cobertura angular. Los instrumentos más simples pueden tener un error de medición de aproximadamente ±2 °C o ±4 °F.

La relación distancia-punto (D:S) es la relación entre la distancia a la superficie de medición y el diámetro del área de medición de temperatura. Por ejemplo, si la relación D:S es 12:1, el diámetro del área de medición es una doceava parte de la distancia al objeto. Un termómetro con una relación D a S más alta es capaz de detectar una superficie más específica y estrecha a una distancia mayor que uno con una relación más baja. Un dispositivo con una relación de 12:1 puede detectar un círculo de 1 pulgada a una distancia de un pie, mientras que un dispositivo con una relación de 10:1 logra el mismo círculo de 1 pulgada a 10 pulgadas, y un círculo más ancho y menos específico de 1,2 pulgadas a una distancia de un pie. una distancia de 12 pulgadas.

El área objetivo ideal debe ser al menos el doble del tamaño del punto a esa distancia; las áreas más pequeñas en relación con la distancia dan como resultado una medición menos precisa. Un termómetro infrarrojo no debe colocarse demasiado cerca de su objetivo, ya que esta proximidad podría provocar que se acumule calor en la carcasa del termómetro y dañar el sensor. El error de medición generalmente solo disminuye con demasiada distancia debido a los efectos de la reflectividad y la inclusión de otras fuentes de calor dentro del campo de visión del sensor.

Según la ley de Stefan-Boltzmann, la potencia radiante es proporcional a la cuarta potencia de la temperatura, por lo que cuando la superficie de medición tiene áreas frías y calientes, la temperatura indicada puede ser mayor que la temperatura promedio real y más cercana a la cuarta. -potencia media media.

La mayoría de las superficies tienen una alta emisividad (más de 0,9 para la mayoría de las superficies biológicas) y la mayoría de los termómetros IR se basan en esta suposición simplificadora; sin embargo, las superficies reflectantes tienen una emisividad menor que las superficies no reflectantes. Algunos sensores tienen una configuración de emisividad ajustable, que se puede configurar para medir la temperatura de superficies reflectantes y no reflectantes. Se puede utilizar un termómetro no ajustable para medir la temperatura de una superficie reflectante aplicando pintura o cinta no reflectante, con cierta pérdida de precisión.

También se puede utilizar un sensor con una configuración de emisividad ajustable para calibrar el sensor para una superficie determinada o para medir la emisividad de una superficie. Cuando se conoce con precisión la temperatura de una superficie (por ejemplo, midiendo con un termómetro de contacto), entonces la configuración de emisividad del sensor se puede ajustar hasta que la medición de temperatura mediante el método IR coincida con la temperatura medida mediante el método de contacto; el ajuste de emisividad indicará la emisividad de la superficie, que se puede tener en cuenta para mediciones posteriores de superficies similares (únicamente).

Pirómetro infrarrojo

El termómetro infrarrojo más común es el pirómetro infrarrojo puntual o pirómetro infrarrojo, que mide la temperatura en un punto de una superficie (en realidad, un área relativamente pequeña determinada por la relación D:S). Por lo general, proyectan un punto rojo visible en el centro del área que se está midiendo que identifica el punto que se está midiendo, pero que no desempeña ningún papel en la medición. El área angular real que se mide varía según los instrumentos y no se limita al punto visible.

Equipos relacionados, aunque no estrictamente termómetros, incluyen sistemas de escaneo infrarrojos y cámaras de imágenes térmicas infrarrojas. Los sistemas de escaneo infrarrojo escanean un área más grande, típicamente usando lo que es esencialmente un termómetro de mancha apuntado a un espejo giratorio. Estos dispositivos se utilizan ampliamente en la fabricación de transportadores o procesos "web", tales como hojas grandes de vidrio o metal saliendo de un horno, tela y papel, o pilas continuas de material a lo largo de una cinta transportadora. Las cámaras de imágenes térmicas infrarrojas o cámaras infrarrojas son esencialmente termómetros de radiación infrarrojos que miden la temperatura en muchos puntos sobre un área relativamente grande para generar una imagen bidimensional, llamada termograma, con cada píxel representando una temperatura. Esta tecnología es más intensivo en procesadores y software que los termómetros de detección o escaneo, y se utiliza para monitorear grandes áreas. Las aplicaciones típicas incluyen la vigilancia del perímetro utilizada por personal militar o de seguridad, la vigilancia de la calidad de la inspección y el procesamiento de los procesos de fabricación, y el equipo o la vigilancia del espacio cerrado en caliente o en frío para fines de mantenimiento de la seguridad y la eficiencia.

Una cámara fotográfica que utiliza película infrarroja y lentes adecuados, etc., también se denomina "cámara de infrarrojos". Éste sólo capta el infrarrojo cercano y no es sensible a la radiación térmica de los objetos a temperatura ambiente.