Pirômetro de Radiação: Um Sensor de Temperatura sem Contato
Um pirimetro de radiação é um dispositivo que mede a temperatura de um objeto distante detectando a radiação térmica que ele emite. Este tipo de sensor de temperatura não precisa tocar o objeto ou estar em contato térmico com ele, ao contrário de outros termômetros, como termopares e detectores de temperatura por resistência (RTDs). Os pirimetros de radiação são principalmente usados para medir temperaturas elevadas acima de 750°C, onde o contato físico com o objeto quente não é possível ou desejável.
O que é um Pirimetro de Radiação
Um pirimetro de radiação é definido como um sensor de temperatura sem contato que infere a temperatura de um objeto detectando sua radiação térmica emitida naturalmente. A radiação térmica ou irradiância de um objeto depende de sua temperatura e emissividade, que é uma medida de quão bem ele irradia calor comparado a um corpo negro perfeito. De acordo com a lei de Stefan-Boltzmann, a radiação térmica total emitida por um corpo pode ser calculada por:
Onde,
Q é a radiação térmica em W/m$^2$
ϵ é a emissividade do corpo (0 < ϵ < 1)
σ é a constante de Stefan-Boltzmann em W/m$2$K$4$
T é a temperatura absoluta em Kelvin
Um pirimetro de radiação consiste em três componentes principais:
Uma lente ou espelho coleta e focaliza a radiação térmica do objeto em um elemento receptor.
Um elemento receptor que converte a radiação térmica em um sinal elétrico. Isso pode ser um termômetro de resistência, um termopar ou um fotodetector.
Um instrumento de gravação que exibe ou registra a leitura de temperatura com base no sinal elétrico. Isso pode ser um milivoltemetro, um galvanômetro ou um display digital.
Tipos de Pirimetros de Radiação
Existem principalmente dois tipos de pirimetros de radiação: tipo de foco fixo e tipo de foco variável.
Pirimetro de Radiação de Foco Fixo
Um pirimetro de radiação de foco fixo tem um tubo longo com uma abertura estreita na extremidade frontal e um espelho côncavo na extremidade traseira.
Um termopar sensível é colocado na frente do espelho côncavo a uma distância adequada, de modo que a radiação térmica do objeto seja refletida pelo espelho e focalizada na junção quente do termopar. O emf gerado no termopar é então medido por um milivoltemetro ou um galvanômetro, que pode ser calibrado diretamente com a temperatura. A vantagem deste tipo de pirimetro é que ele não precisa ser ajustado para diferentes distâncias entre o objeto e o instrumento, pois o espelho sempre focaliza a radiação no termopar. No entanto, este tipo de pirimetro tem uma faixa limitada de medição e pode ser afetado por poeira ou sujeira no espelho ou lente.
Pirimetro de Radiação de Foco Variável
Um pirimetro de radiação de foco variável tem um espelho côncavo ajustável feito de aço altamente polido.
A radiação térmica do objeto é primeiro recebida pelo espelho e depois refletida em uma junção térmica enegrecida, composta por um pequeno disco de cobre ou prata, ao qual os fios formando a junção são soldados. A imagem visível do objeto pode ser vista no disco através de uma ocular e um orifício central no espelho principal. A posição do espelho principal é ajustada até que o foco coincida com o disco. O aquecimento da junção térmica devido à imagem térmica no disco produz um emf que é medido por um milivoltemetro ou um galvanômetro. A vantagem deste tipo de pirimetro é que ele pode medir temperaturas em uma ampla faixa e também pode medir raios invisíveis da radiação. No entanto, este tipo de pirimetro requer ajuste e alinhamento cuidadosos para leituras precisas.
Vantagens e Desvantagens dos Pirimetros de Radiação
Os pirimetros de radiação têm algumas vantagens e desvantagens em comparação com outros tipos de sensores de temperatura.
Algumas vantagens são:
Eles podem medir temperaturas elevadas acima de 600°C, onde outros sensores podem derreter ou se danificar.
Eles não precisam de contato físico com o objeto, o que evita contaminação, corrosão ou interferência.
Eles têm uma velocidade de resposta rápida e alta saída.
Eles são menos afetados por atmosferas corrosivas ou campos eletromagnéticos.
Algumas desvantagens são:
Eles têm escalas não lineares e possíveis erros devido a variações de emissividade, gases ou vapores interpostos, mudanças na temperatura ambiente ou sujeira nos componentes ópticos.
Eles requerem calibração e manutenção para leituras precisas.
Eles podem ser caros e complexos de operar.
Aplicações dos Pirimetros de Radiação
Os pirimetros de radiação são amplamente utilizados em aplicações industriais onde são envolvidas temperaturas elevadas ou onde o contato físico com o objeto não é viável ou desejável.
Alguns exemplos são:
Medir a temperatura de fornos, caldeiras, fornos, fornalhas, etc.
Medir a temperatura de metais fundidos, vidro, cerâmica, etc.
Medir a temperatura de chamas, plasmas, lasers, etc.
Medir a temperatura de objetos em movimento, como rolos, esteiras, fios, etc.
Medir a temperatura média de grandes superfícies, como paredes, telhados, tubulações, etc.
Conclusão
Um pirimetro de radiação é um dispositivo que mede a temperatura de um objeto distante detectando a radiação térmica que ele emite. Este tipo de sensor de temperatura não precisa tocar o objeto ou estar em contato térmico com ele, ao contrário de outros termômetros, como termopares e detectores de temperatura por resistência (RTDs). Os pirimetros de radiação são principalmente usados para medir temperaturas elevadas acima de 750°C, onde o contato físico com o objeto quente não é possível ou desejável.
