Termómetro por infrarrojos Raytek MI3

¿Qué es un termómetro infrarrojo?

Un termómetro infrarrojo es un sensor que mide la temperatura de un objeto a partir de la radiación infrarroja que éste emite .

¿En que se basa la tecnología de los termómetros infrarrojos?

Todo cuerpo con una temperatura por encima del cero absoluto (-273.15°C = 0º Kelvin) emite radiación infrarroja proporcional a su temperatura. La causa de esta radiación es el movimiento mecánico de las moléculas. A mayor temperatura, el movimiento aumenta lo que implica una emisión de fotones (radiación electromagnética). Estos fotones se mueven a la velocidad de la luz y se comportan de acuerdo a los principios ópticos conocidos. Pueden ser desviados, enfocados con una lente o reflejados por superficies reflectantes. El espectro de esta radiación va desde longitudes de onda de 0.7 hasta 1000 µm. Por esta razón, esta radiación normalmente no es visible por el ojo desnudo.

El espectro visible por el ojo humano se mueve entre 0,4 y 0,8 µm.

El rango de infrarrojos utilizado para medir la temperatura se mueve entre 1 y 20 µm.

La siguiente imagen indica la relación entre la radiación emitida por un cuerpo a diferentes temperaturas.

En esta imagen se puede ver que el pico máximo de la radiación se mueve hacia longitudes de onda más pequeñas a medida que la temperatura del cuerpo aumenta, y que las curvas de un cuerpo no se cruzan a diferentes temperaturas. La energía radiante en el rango total de la longitud de onda (el área por debajo de cada curva) se incrementa a la potencia de 4 en relación con la temperatura. Estas relaciones fueron reconocidas por Stefan y Boltzmann en 1879 y demuestran que se puede medir la temperatura de forma no ambigua a partir de la señal de radiación.

En esta imagen también podemos ver que un cuerpo a la temperatura del sol (uno 5.500º Kelvin) tendría su pico de radiación máxima a una longitud de onda de 0,55 µm. En este caso, podemos ver que cuerpos a muy altas temperaturas emiten una pequeña cantidad de radiación visible (en el rango de longitud de onda visible). Se pueden ver cuerpos a muy altas temperaturas (por encima de 600ºC) brillando entre el rojo y el blanco. Nota: los trabajadores expertos de la industria del acero pueden estimar la temperatura a partir del color.

¿Cuál sería un pirómetro por infrarrojos ideal?

Siguiendo con la imagen anterior, el objetivo debería ser conseguir un pirómetro con el mayor rango posible de manera que captara la mayor energía posible del cuerpo a medir (área debajo de la curva), pero también vemos que a 2 µm la intensidad de la radiación es mayor que a 10 µm. La regla general es que deberemos elegir la longitud de onda más baja posible que abarque el rango de temperatura que queramos medir, de esta manera tendremos mayor sensibilidad y exactitud a los cambios de temperatura.

Cuerpos negros, cuerpos grises y cuerpos no grises

La figura anterior muestra el comportamiento ideal de un cuerpo negro: es un cuerpo que emite la máxima radiación a la temperatura a la que está en ese momento. Hay cuerpos que con la misma temperatura que un cuerpo negro emiten menos radiación: son los cuerpos grises.

La relación entre la radiación emitida por un cuerpo negro y la emitida por un cuerpo gris (a la misma temperatura) que el cuerpo negro se conoce como emisividad (ε).

Por otro lado, hay cuerpos que su emisividad depende de la temperatura y de la longitud de onda: son los cuerpos no grises.

La suma de la emisión se compone de la Absorción (A)  + Reflexión (R) + Transmisión (T) y es igual a 1.

A + R + T = 1

Los cuerpos sólidos no tienen transmisión en el rango de los infrarrojos, por lo que T=0. Además, según la Ley de Kirchhof, se asume que toda la radiación es absorbida por un cuerpo, lo que lleva a un incremento de temperatura, y es entonces también emitida por este cuerpo. El resultado, entonces, para absorción y emisión es:

A ↔ E = 1 – R 

El cuerpo negro tampoco tiene Reflexión (R=0) por lo que E = 1

Muchos materiales no metálicos tales como madera, plástico, hule, materiales orgánicos, roca, hormigón tienen superficies que reflejan muy poco. Por lo tanto, tienen altas emisividades (entre 0.8 y 0.95). Po rotro lado, metales (especialmente aquellos con superficies pulidas o brillantes) tienen emisividades que pueden estar alrededor de 0.1.

En el siguiente link puedes encontrar una guía orientativa de valores de emisividad para diferentes materiales:

Guía de valores de emisividad