Termómetro infrarrojo

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Un termómetro infrarrojo es un termómetro que infiere la temperatura a partir de una parte de la radiación térmica, a veces llamada radiación de cuerpo negro , emitida por el objeto que se está midiendo. A veces se los 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 , a menudo se puede determinar la temperatura del objeto 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 temperaturas 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 ^{[ cita requerida ]}  ), en lugar de la irradiada por el objeto que se está midiendo, y a una emisividad asumida incorrectamente.

El diseño consiste básicamente en una lente para enfocar la radiación térmica infrarroja hacia 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 la medición de 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 no se pueden utilizar termopares u otros sensores de tipo sonda o no producen datos precisos por diversas razones.

Algunas circunstancias típicas son cuando el objeto a medir está en movimiento; cuando el objeto está rodeado por un campo electromagnético , como en el calentamiento por inducción ; cuando el objeto está contenido en un 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 cumplir una amplia variedad de funciones de control de temperatura. Algunos ejemplos que se proporcionan incluyen la detección de nubes para el funcionamiento remoto de telescopios, la comprobación de equipos mecánicos o eléctricos para detectar la temperatura y los puntos calientes, la medición de la temperatura de los pacientes en un hospital sin tocarlos, la comprobación de la temperatura de calentadores u hornos, para calibración y control, la comprobación de puntos calientes en la lucha contra incendios, la supervisión de materiales en procesos que implican calefacción o refrigeración, y la medición de la temperatura de los volcanes. En épocas de epidemias de enfermedades que causan fiebre, como el coronavirus del SARS y la enfermedad del virus del Ébola , los termómetros infrarrojos se han utilizado para comprobar la fiebre de los viajeros que llegan sin causar transmisiones dañinas entre los examinados. ^{[1] [2]}

En 2020, cuando la pandemia de COVID-19 golpeó al mundo, se utilizaron termómetros infrarrojos para medir la temperatura de las personas y negarles la entrada a posibles lugares de transmisión si mostraban síntomas de fiebre. Las autoridades de salud pública, como la FDA de Estados Unidos, publicaron normas para garantizar la precisión y la coherencia entre los termómetros infrarrojos. ^[3]

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

Los termómetros infrarrojos se caracterizan por sus especificaciones, que incluyen precisión y cobertura angular. Los instrumentos más simples pueden tener un error de medición de aproximadamente ±2 °C o ±4 °F. ^{[ cita requerida ]}

La relación entre la distancia y el punto (D:S) es la relación entre la distancia a la superficie de medición y el diámetro del área de medición de la 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:S más alta es capaz de detectar una superficie más específica y más 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 amplio y menos específico de 1,2 pulgadas a una distancia de 12 pulgadas. ^{[ cita requerida ]}

El área ideal del objetivo debe ser al menos el doble del tamaño del punto a esa distancia ^[4] , y las áreas más pequeñas en relación con la distancia dan como resultado una medición menos precisa. ^{[ cita requerida ]} 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. ^{[5] [6]}

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 calientes y frías, la temperatura indicada puede ser mayor que la temperatura promedio real y más cercana al promedio de la cuarta potencia . ^[7]

La mayoría de las superficies tienen una alta emisividad (más de 0,9 para la mayoría de las superficies biológicas) ^{[ cita requerida ]} , 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. ^{[ cita requerida ]} 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 una pintura o cinta no reflectante, con cierta pérdida de precisión. ^{[ cita requerida ]}

También se puede utilizar un sensor con un ajuste de emisividad para calibrarlo 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), se puede ajustar el ajuste de emisividad del sensor hasta que la temperatura medida por el método IR coincida con la temperatura medida por 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 (solamente).

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). Estos suelen proyectar un punto rojo visible en el centro del área que se está midiendo que identifica el punto que se está midiendo, pero no juega ningún papel en la medición. El área angular real que se mide varía entre los instrumentos y no se limita al punto visible.

Los equipos relacionados, aunque no son estrictamente termómetros, incluyen sistemas de escaneo infrarrojo y cámaras termográficas infrarrojas. Los sistemas de escaneo infrarrojo escanean un área más grande, generalmente utilizando lo que es esencialmente un termómetro puntual apuntando a un espejo giratorio. Estos dispositivos se utilizan ampliamente en la fabricación que involucra transportadores o procesos de "red", como grandes láminas de vidrio o metal que salen de un horno, tela y papel, o pilas continuas de material a lo largo de una cinta transportadora. Las cámaras termográficas infrarrojas o cámaras infrarrojas son esencialmente termómetros de radiación infrarroja que miden la temperatura en muchos puntos sobre un área relativamente grande para generar una imagen bidimensional, llamada termograma , donde cada píxel representa una temperatura. Esta tecnología requiere más procesador y software que los termómetros puntuales o de escaneo, y se utiliza para monitorear áreas grandes. Las aplicaciones típicas incluyen la monitorización del perímetro utilizada por personal militar o de seguridad, la inspección/monitoreo de la calidad del proceso de los procesos de fabricación y la monitorización de puntos calientes o fríos de equipos o espacios cerrados con fines de mantenimiento de seguridad y eficiencia.

También se denomina "cámara infrarroja" a una cámara fotográfica que utiliza una película infrarroja y un objetivo adecuado, etc. Esta cámara sólo capta el infrarrojo cercano y no es sensible a la radiación térmica de los objetos a temperatura ambiente.

• Subcomité E20.02 de ASTM sobre Termometría de Radiación
• Bolómetro
• Pirómetro
• Ecuación de Sakuma-Hattori
• Cámara termográfica
• Termografía

• Cómo evitar errores comunes que pueden comprometer un programa de inspección por infrarrojos