Pirómetro de radiación Un sensor de temperatura sen contacto

O pirómetro de radiación é un dispositivo que mide a temperatura dun obxecto distante detectando a radiación térmica que emite. Este tipo de sensor de temperatura non necesita tocar o obxecto nin estar en contacto térmico con el, a diferencia de outros termómetros como termopares e detectores de temperatura por resistencia (RTDs). Os pirómetros de radiación úsanse principalmente para medir temperaturas altas por riba dos 750°C, onde o contacto físico co obxecto quente non é posible ou deseable.

Que é un Pirómetro de Radiación

Un pirómetro de radiación defineuse como un sensor de temperatura sen contacto que infere a temperatura dun obxecto detectando a súa radiación térmica emitida naturalmente. A radiación térmica ou irradiación dun obxecto depende da súa temperatura e emissividade, que é unha medida de cantísimo ben irradia calor comparado cun corpo negro perfecto. Segundo a lei de Stefan-Boltzmann, a radiación térmica total emitida por un corpo pódese calcular por:

Onde,

• Q é a radiación térmica en W/m$^2$

• ϵ é a emissividade do corpo (0 < ϵ < 1)

• σ é a constante de Stefan-Boltzmann en W/m$2$K$4$

• T é a temperatura absoluta en Kelvin

Un pirómetro de radiación consiste en tres compoñentes principais:

• Unha lente ou un espello recollen e focalizan a radiación térmica do obxecto nun elemento receptor.

• Un elemento receptor que converte a radiación térmica nunha señal eléctrica. Isto pode ser un termómetro de resistencia, un termopar ou un fotodetector.

• Un instrumento de rexistro que amosa ou rexistra a lectura de temperatura baseada na señal eléctrica. Isto pode ser un milivoltímetro, un galvanómetro ou unha pantalla dixital.

Tipo de Pirómetros de Radiación

Hai principalmente dous tipos de pirómetros de radiación: de foco fixo e de foco variable.

Pirómetro de Radiación de Foco Fixo

Un pirómetro de radiación de foco fixo ten un tubo longo cunha abertura estreita no extremo frontal e un espello cóncavo no extremo traseiro.

Colócase un termopar sensible fronte ao espello cóncavo a unha distancia adecuada, de maneira que a radiación térmica do obxecto reflétese no espello e focalízase na xunción quente do termopar. A f.e.m. xerada no termopar métrase entón cun milivoltímetro ou un galvanómetro, que pode calibrarse directamente con a temperatura. A vantaxe deste tipo de pirómetro é que non necesita axustarse para diferentes distancias entre o obxecto e o instrumento, xa que o espello sempre focaliza a radiación no termopar. No entanto, este tipo de pirómetro ten un rango limitado de medida e pode verse afectado pola poeira ou suxeira no espello ou lente.

Pirómetro de Radiación de Foco Variable

Un pirómetro de radiación de foco variable ten un espello cóncavo axustábel feito de acero altamente pulido.

A radiación térmica do obxecto recóllese primeiro polo espello e despois reflétese nunha xunción térmica escura formada por un disco pequeno de cobre ou prata ao que se soldan os cables que forman a xunción. A imaxe visible do obxecto pódese ver no disco a través dun ocular e un orificio central no espello principal. A posición do espello principal axústase ata que o foco coincide co disco. O aquecemento da xunción térmica debido á imaxe térmica no disco xera unha f.e.m. que se mide cun milivoltímetro ou un galvanómetro. A vantaxe deste tipo de pirómetro é que pode medir temperaturas nun amplo rango e tamén pode medir raio invisibles da radiación. No entanto, este tipo de pirómetro require un axuste e alineación cuidadosos para lecturas precisas.

Vantaxes e Desvantaxes dos Pirómetros de Radiación

Os pirómetros de radiación teñen algunhas vantaxes e desvantaxes en comparación con outros tipos de sensores de temperatura.

Algúns das vantaxes son:

• Poden medir temperaturas altas por riba dos 600°C, onde outros sensores poden derretirse ou danarse.

• Non necesitan contacto físico co obxecto, evitando así contaminación, corrosión ou interferencia.

• Teñen unha rápida velocidade de resposta e unha alta saída.

• Son menos afectados por atmosferas corrosivas ou campos electromagnéticos.

Algúns das desvantaxes son:

• Teñen escalas non lineares e posibles erros debido a variacións de emissividade, gases ou vapores intermedios, cambios de temperatura ambiente ou suxeira nos componentes ópticos.

• Requiren calibración e manutención para lecturas precisas.

• Poden ser caros e complexos de operar.

Aplicacións dos Pirómetros de Radiación

Os pirómetros de radiación úsanse amplamente en aplicacións industriais onde están implicadas temperaturas altas ou onde o contacto físico co obxecto non é factible ou deseable.

Algunhas exemplos son:

• Medir a temperatura de fornos, caldeiras, hornos, fogóns, etc.

• Medir a temperatura de metais fundidos, vidro, cerámicas, etc.

• Medir a temperatura de llamas, plasmas, lasers, etc.

• Medir a temperatura de obxectos en movemento como rodillos, transportadores, cables, etc.

• Medir a temperatura media de superfícies grandes como parede, techos, tubos, etc.

Conclusión

O pirómetro de radiación é un dispositivo que mide a temperatura dun obxecto distante detectando a radiación térmica que emite. Este tipo de sensor de temperatura non necesita tocar o obxecto nin estar en contacto térmico con el, a diferencia de outros termómetros como termopares e detectores de temperatura por resistencia (RTDs). Os pirómetros de radiación úsanse principalmente para medir temperaturas altas por riba dos 750°C, onde o contacto físico co obxecto quente non é posible ou deseable.