Pirometro a Radiazione: Un Sensore di Temperatura a Contatto Zero

Un pirometro a radiazione è un dispositivo che misura la temperatura di un oggetto distante rilevando la radiazione termica che emette. Questo tipo di sensore di temperatura non ha bisogno di toccare l'oggetto o di essere in contatto termico con esso, a differenza di altri termometri come termocoppie e sensori di temperatura a resistenza (RTD). I pirometri a radiazione sono principalmente utilizzati per misurare temperature elevate superiori ai 750°C, dove il contatto fisico con l'oggetto caldo non è possibile o desiderabile.

Cos'è un Pirometro a Radiazione

Un pirometro a radiazione è definito come un sensore di temperatura a distanza che deduce la temperatura di un oggetto rilevando la radiazione termica da esso emessa naturalmente. La radiazione termica o irradiazione di un oggetto dipende dalla sua temperatura ed emissività, che è una misura di quanto bene esso irraggi calore rispetto a un corpo nero perfetto. Secondo la legge di Stefan-Boltzmann, la radiazione termica totale emessa da un corpo può essere calcolata da:

Dove,

• Q è la radiazione termica in W/m$^2$

• ϵ è l'emissività del corpo (0 < ϵ < 1)

• σ è la costante di Stefan-Boltzmann in W/m$2$K$4$

• T è la temperatura assoluta in Kelvin

Un pirometro a radiazione è composto da tre componenti principali:

• Una lente o uno specchio raccoglie e focalizza la radiazione termica dell'oggetto su un elemento ricevente.

• Un elemento ricevente che converte la radiazione termica in un segnale elettrico. Questo può essere un termometro a resistenza, una termocoppia o un fotodetettore.

• Un strumento di registrazione che visualizza o registra la lettura della temperatura basandosi sul segnale elettrico. Questo può essere un millivoltmetro, un galvanometro o un display digitale.

Tipi di Pirometri a Radiazione

Esistono principalmente due tipi di pirometri a radiazione: a fuoco fisso e a fuoco variabile.

Pirometro a Radiazione a Fuoco Fisso

Un pirometro a radiazione a fuoco fisso ha un lungo tubo con un'apertura stretta all'estremità anteriore e uno specchio concavo all'estremità posteriore.

Una termocoppia sensibile viene posizionata davanti allo specchio concavo ad una distanza adeguata, in modo che la radiazione termica dall'oggetto venga riflessa dallo specchio e focalizzata sulla giunzione calda della termocoppia. L'fem generato nella termocoppia viene poi misurato da un millivoltmetro o un galvanometro, che può essere direttamente tarato con la temperatura. Il vantaggio di questo tipo di pirometro è che non è necessario regolarlo per diverse distanze tra l'oggetto e lo strumento, poiché lo specchio focalizza sempre la radiazione sulla termocoppia. Tuttavia, questo tipo di pirometro ha un intervallo di misurazione limitato e può essere influenzato dalla polvere o sporco sullo specchio o sulla lente.

Pirometro a Radiazione a Fuoco Variabile

Un pirometro a radiazione a fuoco variabile ha uno specchio concavo regolabile realizzato in acciaio altamente lucidato.

La radiazione termica dall'oggetto viene prima ricevuta dallo specchio e poi riflessa su una giunzione termica annerita costituita da un piccolo disco di rame o argento al quale i fili che formano la giunzione sono saldati. L'immagine visibile dell'oggetto può essere vista sul disco attraverso un occhietto e un foro centrale nello specchio principale. La posizione dello specchio principale viene regolata fino a quando il fuoco coincide con il disco. Il riscaldamento della giunzione termica a causa dell'immagine termica sul disco produce un fem che viene misurato da un millivoltmetro o un galvanometro. Il vantaggio di questo tipo di pirometro è che può misurare temperature in un ampio intervallo e può anche misurare raggi invisibili dalla radiazione. Tuttavia, questo tipo di pirometro richiede un'accurata regolazione e allineamento per letture accurate.

Vantaggi e Svantaggi dei Pirometri a Radiazione

I pirometri a radiazione hanno alcuni vantaggi e svantaggi rispetto ad altri tipi di sensori di temperatura.

Alcuni vantaggi sono:

• Possono misurare temperature elevate superiori ai 600°C, dove altri sensori potrebbero fondere o danneggiarsi.

• Non necessitano di contatto fisico con l'oggetto, evitando contaminazione, corrosione o interferenze.

• Hanno una rapida velocità di risposta e un elevato output.

• Sono meno influenzati da atmosfere corrosive o campi elettromagnetici.

Alcuni svantaggi sono:

• Hanno scale non lineari e possibili errori dovuti a variazioni di emissività, gas o vapori interposti, cambiamenti di temperatura ambiente o sporco sui componenti ottici.

• Richiedono taratura e manutenzione per letture accurate.

• Possono essere costosi e complessi da operare.

Applicazioni dei Pirometri a Radiazione

I pirometri a radiazione sono ampiamente utilizzati per applicazioni industriali in cui sono coinvolte temperature elevate o in cui il contatto fisico con l'oggetto non è fattibile o desiderabile.

Alcuni esempi sono:

• Misurazione della temperatura di fornaci, caldaie, forni, forni, ecc.

• Misurazione della temperatura di metalli fusi, vetro, ceramiche, ecc.

• Misurazione della temperatura di fiamme, plasma, laser, ecc.

• Misurazione della temperatura di oggetti in movimento come cilindri, nastri trasportatori, fili, ecc.

• Misurazione della temperatura media di grandi superfici come muri, tetti, tubi, ecc.

Conclusione

Un pirometro a radiazione è un dispositivo che misura la temperatura di un oggetto distante rilevando la radiazione termica che emette. Questo tipo di sensore di temperatura non ha bisogno di toccare l'oggetto o di essere in contatto termico con esso, a differenza di altri termometri come termocoppie e sensori di temperatura a resistenza