Termómetro infrarrojo

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. ^{[ 1 ] [ 2 ]} 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". ^{[ 2 ]}

En ocasiones, especialmente cerca de la temperatura ambiente, las lecturas pueden estar sujetas a errores debido a la reflexión de la radiación de un cuerpo más caliente o a una emisividad asumida incorrectamente. ^{[ 2 ]}

El diseño consiste esencialmente en una lente que enfoca la radiación térmica infrarroja sobre un detector , el cual convierte la potencia radiante en una señal eléctrica que se puede mostrar en unidades de temperatura tras compensar 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 no se pueden usar termopares u otros sensores de sonda, o estos no producen datos precisos por diversas razones. ^{[ 2 ]}

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 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 pueden utilizarse para una amplia variedad de funciones de monitorización de temperatura. Algunos ejemplos incluyen la detección de nubes para el funcionamiento remoto de telescopios, la comprobación de la temperatura y los puntos calientes de equipos mecánicos o eléctricos, la medición de la temperatura de pacientes en un hospital sin contacto físico, la comprobación de la temperatura de calentadores u hornos para su calibración y control, la detección de puntos calientes en la extinción de incendios, la monitorización de materiales en procesos de calentamiento o enfriamiento, y la medición de la temperatura de volcanes. En épocas 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, evitando así la transmisión de enfermedades entre las personas examinadas. ^{[ 3 ] [ 4 ]}

En 2020, cuando la pandemia de COVID-19 azotó al mundo, se utilizaron termómetros infrarrojos para medir la temperatura de las personas y negarles el acceso a posibles lugares de transmisión si presentaban fiebre. Las autoridades de salud pública, como la FDA en Estados Unidos, publicaron normas para garantizar la precisión y la uniformidad de los termómetros infrarrojos. ^{[ 5 ]}

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

Los termómetros infrarrojos se caracterizan por especificaciones que incluyen precisión y cobertura angular. Los instrumentos más sencillos pueden tener un error de medición de aproximadamente ± 2 °C (3,6 °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:S más alta puede detectar una superficie más específica y estrecha a mayor distancia que uno con una relación más baja. Un dispositivo con una relación de 12:1 puede detectar un círculo de 2,5 cm (1 pulgada) a una distancia de 30 cm (un pie), mientras que un dispositivo con una relación de 10:1 detecta el mismo círculo de 2,5 cm (1 pulgada) a 25 cm (10 pulgadas) y un círculo más amplio y menos específico de 3 cm (1,2 pulgadas) a una distancia de 30 cm (12 pulgadas).

El área objetivo ideal debe ser al menos el doble del tamaño del punto a esa distancia, ^{[ 6 ]} ya que áreas más pequeñas en relación con la distancia resultan en una medición menos precisa. Un termómetro infrarrojo no debe colocarse demasiado cerca de un objetivo caliente, ya que esta proximidad podría causar una acumulación de calor en la carcasa del termómetro y dañar el sensor. El error de medición generalmente solo disminuye con una distancia excesiva debido a los efectos de la reflectividad y la inclusión de otras fuentes de calor dentro del campo de visión del sensor. ^{[ 7 ] [ 8 ]}

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 a la media de la cuarta potencia . ^{[ 9 ]}

La mayoría de las superficies tienen una alta emisividad (superior a 0,9 en el caso de la mayoría de las superficies biológicas) , y la mayoría de los termómetros infrarrojos se basan en esta simplificación; sin embargo, las superficies reflectantes tienen una emisividad menor que las no reflectantes. Algunos sensores cuentan con un ajuste de emisividad regulable, que permite medir la temperatura tanto de superficies reflectantes como no reflectantes. Un termómetro no regulable puede utilizarse para medir la temperatura de una superficie reflectante aplicando pintura o cinta no reflectante, aunque con cierta pérdida de precisión.

Un sensor con ajuste de emisividad también puede utilizarse 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, mediante un termómetro de contacto), se puede ajustar la emisividad del sensor hasta que la temperatura medida por el método infrarrojo coincida con la medida por el método de contacto. El ajuste de emisividad indicará la emisividad de la superficie, que podrá tenerse en cuenta para mediciones posteriores de superficies similares (únicamente).

El termómetro infrarrojo más común es el pirómetro infrarrojo puntual , que mide la temperatura en un punto de una superficie (en realidad, un área relativamente pequeña determinada por la relación D:S). Estos termómetros suelen proyectar un punto rojo visible en el centro del área medida, que identifica dicho punto, pero no interviene en la medición. El área angular medida varía entre los instrumentos y no se limita al punto visible.

El equipo relacionado, aunque no se trata estrictamente de termómetros, incluye sistemas de escaneo infrarrojo y cámaras termográficas infrarrojas. Los sistemas de escaneo infrarrojo escanean un área más extensa, generalmente mediante un termómetro puntual apuntando a un espejo giratorio. Estos dispositivos se utilizan ampliamente en la fabricación con cintas transportadoras o procesos continuos, 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 múltiples puntos sobre un área relativamente grande para generar una imagen bidimensional, denominada termograma , donde cada píxel representa una temperatura. Esta tecnología requiere mayor capacidad de procesamiento y software que los termómetros puntuales o de escaneo, y se utiliza para la monitorización de grandes áreas. Entre sus aplicaciones típicas se incluyen la monitorización perimetral utilizada por personal militar o de seguridad, la inspección y el control de calidad de los procesos de fabricación, y la monitorización de puntos calientes o fríos en equipos o espacios cerrados para fines de mantenimiento de seguridad y eficiencia.

Una cámara fotográfica que utiliza película infrarroja y una lente adecuada, etc., también se denomina "cámara infrarroja". Esta solo capta la radiación infrarroja cercana y no es sensible a la radiación térmica de 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.