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Introducción a los termómetros infrarrojos

El diseño más básico consiste en un lente para enfocar la energía infrarroja (IR) en un detector, que convierte la energía en una señal eléctrica que se puede exhibir en unidades de temperatura después de que se compensa la variación en la temperatura ambiente. Esta configuración facilita la medición de temperatura a distancia sin contacto con el objeto a medir. Como tal, el termómetro infrarrojo es útil para medir la temperatura en circunstancias en las que los termopares u otros sensores de tipo de sonda no se pueden usar 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 de un campo electromagnético, como en calentamiento por inducción; cuando el objeto está contenido en un vacío u otra atmósfera controlada; o en aplicaciones en las que se requiere una respuesta rápida.

Al seleccionar instrumentos de medición de temperatura sin contacto, es necesario tomar en cuenta no solo el objetivo y su emisividad, sino también el entorno y la atmósfera que está en medio.

Preguntas frecuentes al usar un termómetro infrarrojo:

¿Por qué debería usar un termómetro infrarrojo para medir la temperatura en mi aplicación?
Los pirómetros infrarrojos permiten a los usuarios medir la temperatura en aplicaciones en las que no se pueden usar sensores convencionales. Específicamente, en casos que tratan con objetos en movimiento (por ejemplo, rodillos, maquinaria en movimiento, o una banda transportadora), o cuando se requieren mediciones sin contacto debido a contaminación o razones de riesgo (como alta tensión), donde las distancias son demasiado grandes, o donde las temperaturas a medir son demasiado elevadas para los termopares u otros sensores de contacto.

¿Qué debería tener en cuenta sobre mi aplicación al seleccionar un termómetro infrarrojo?
Los aspectos cruciales para cualquier pirómetro infrarrojo son el campo visual (tamaño del objetivo y distancia), tipo de superficie que se está midiendo (consideraciones de emisividad), respuesta espectral (para efectos atmosféricos o transición a través de superficies), rango de temperatura y montaje (portátil de mano o montura fija). Otros factores a considerar son el tiempo de respuesta, entorno, limitaciones de montaje, aplicaciones de puerto o ventana de visión, y procesamiento de señal deseado.

¿Qué significa campo visual y por qué es importante?
El campo visual es el ángulo de visión al que opera el instrumento y lo determina la óptica de la unidad. Para obtener una lectura de temperatura precisa, el objetivo que se está midiendo deberá llenar por completo el campo visual del instrumento. Puesto que el dispositivo infrarrojo determina la temperatura promedio de todas las superficies dentro del campo visual, si la temperatura del fondo es diferente de la temperatura del objeto, puede ocurrir un error de medición. OMEGA ofrece una solución única a este problema. Muchos pirómetros infrarrojos OMEGA vienen con láser patentado que se puede cambiar de círculo a punto. En el modo de círculo una mira láser crea un círculo de 12 puntos que indica claramente el área objetivo que se está midiendo. En el modo de punto un solo láser marca el centro del área de medición.

Pirómetro infrarrojo OMEGA con mira láser integrada conmutable entre punto y círculo


¿Qué es la emisividad y en qué forma se relaciona con las mediciones de temperatura infrarrojas?
La emisividad se define como la relación de la energía radiada por un objeto a una temperatura dada a la energía emitida por un radiador perfecto, o cuerpo negro, a la misma temperatura. La emisividad de un cuerpo negro es 1.0. Todos los valores de emisividad quedan entre 0.0 y 1.0. Casi todos los termómetros infrarrojos tienen la capacidad de compensar para diferentes valores de emisividad, para diferentes materiales. en general, cuanto más alta sea la emisividad de un objeto, más fácil es obtener una medición de temperatura precisa usando infrarrojo. Los objetos con emisividades muy bajas (debajo de 0.2) pueden ser aplicaciones difíciles. Algunas superficies metálicas brillantes y pulidas, como aluminio, reflejan tanto en el infrarrojo que o siempre es posible una medición de temperatura precisa.

Cinco maneras de determinar la emisividad
Hay cinco maneras de determinar la emisividad del material, para garantizar mediciones de temperatura precisas:
  1. Caliente una muestra del material a una temperatura conocida, usando un sensor preciso, y mida la temperatura usando el instrumento IR. Luego ajuste el valor de emisividad para obligar al indicador a mostrar la temperatura correcta.
  2. Para temperaturas relativamente bajas (hasta 500 °F), se puede medir una pieza de cinta de enmascarar, con un valor de emisividad de 0.95. Luego ajuste el valor de emisividad para obligar al indicador a mostrar la temperatura correcta del material.
  3. Para mediciones de alta temperatura, se puede taladrar un orificio (con una profundidad de al menos 6 veces el diámetro) en el objeto. Este orificio actúa como un cuerpo negro con una emisividad de 1.0. Mida la temperatura en el orificio, luego ajuste la emisividad para obligar al indicador a mostrar la temperatura correcta del material.
  4. Si el material o una parte de él, se puede cubrir, una pintura negro mate tendrá una emisividad de aproximadamente 1.0. Mida la temperatura de la pintura, luego ajuste la emisividad para obligar al indicador a mostrar la temperatura correcta.
  5. Se dispone de los valores de emisividad estandarizados para casi todos los materiales (ver páginas 114-115). Estos valores se pueden ingresar en el instrumento para estimar el valor de emisividad del material.
¿Cómo puedo montar el pirómetro infrarrojo?
El pirómetro puede ser de dos tipos: montura fija o portátil. Las unidades de montura fija en general se instalan en una ubicación para monitorear en forma continua un proceso dado. Normalmente funcionan con energía de línea y apuntan a un solo punto. La salida de este tipo de instrumento puede ser una visualización local o remota, junto con una salida analógica que se puede usar para otra visualizacion u otro lazo de control. También se dispone de "pistolas" infrarrojas de batería portátiles; estas unidades tienen todas las características de los dispositivos de montura fija, normalmente sin la salida analógica para fines de control. En general estas unidades se usan en mantenimiento, diagnóstico, control de calidad y medición puntual de procesos críticos.
Tipos de termómetro infrarrojo
Termómetro infrarrojo de mano OS530E Termómetros infrarrojos de mano
Los termómetros infrarrojos de mano son uno de los tipos más populares de pirómetro infrarrojo. Normalmente se usan para aplicaciones portátiles aunque algunos modelos tienen una montura de trípode integral. OMEGA ofrece una gran variedad de termómetros infrarrojos en diversas formas y factores de forma. Muchos de los pirómetros infrarrojos de mano OMEGA vienen con la mira láser círculo punto/círculo patentada de OMEGA que indica claramente el campo visual del termómetro.

Termómetro infrarrojo  de bolsillo/tipo bastón OS643 Termómetro infrarrojo de bolsillo/tipo bastón
los termómetros infrarrojos de bolsillo o tipo bastón son extremadamente compactos. Normalmente son suficientemente pequeños para que se puedan llevar en el bolsillo de una camisa.
Termopares infrarrojos OS36 Termopares infrarrojos
Los termopares infrarrojos son sensores infrarrojos pequeños y de bajo costo. Son únicos en el sentido de que son autónomos en cuanto a energía y producen una salida que imita la de un sensor de termopar.
Termómetros infrarrojos de montura fija /Transmisores infrarrojos de montura fija Termómetro /Transmisor infrarrojos de montura fija
Los termómetros infrarrojos de montura fija se usan en procesos industriales en los que el termómetro se puede montar en una posición estacionaria. Lea el artículo Transmisor infrarrojo de fibra óptica de alta velocidad (en Inglés) para obtener información sobre la serie OS4000.
Termometría de relación de dos colores IR2 Termometría de relación de dos colores
Dado que la emisividad tiene un papel vital en la obtención de datos de temperatura precisos de los termómetros infrarrojos, no es de sorprender que se hayan hecho intentos para diseñar sensores que midan en forma independiente de esta variable. De estos diseños el mejor conocido y el que se aplica con más frecuencia es el termómetro de relación de dos colores. Esta técnica no es diferente de los termómetros infrarrojos descritos hasta ahora, pero mide la relación de energía infrarroja emitida desde el material a dos longitudes de onda, en lugar de la energía absoluta a una longitud de onda o banda de onda. El uso de la palabra "color" en este contexto es un poco anticuado, pero sin embargo no se ha reemplazado. Se origina en la antigua práctica de relacionar el color visible con la temperatura, de ahí "temperatura de color".

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