Breve descripción del principio de funcionamiento de los termómetros infrarrojos
Un termómetro infrarrojo consta de un sistema óptico, un fotodetector, un amplificador de señal, un circuito de procesamiento de señales, una pantalla y una unidad de salida. El sistema óptico recoge la energía radiante infrarroja del objetivo dentro de su campo de visión. El tamaño del campo de visión está determinado por los componentes ópticos del termómetro y su disposición. La energía infrarroja se concentra en el fotodetector y se convierte en la correspondiente señal eléctrica. Después de pasar por el amplificador y el circuito de procesamiento de señal, la señal se convierte en el valor de temperatura del objetivo medido, calibrado mediante el algoritmo incorporado y la emisividad del objetivo.
En la naturaleza, todos los objetos con una temperatura superior al cero absoluto emiten continuamente energía radiante infrarroja al espacio circundante. La magnitud de la energía radiante infrarroja de un objeto y su distribución de longitudes de onda tienen una estrecha relación con la temperatura de su superficie. Por lo tanto, la temperatura de la superficie de un objeto se puede medir con precisión detectando la energía infrarroja irradiada por el propio objeto. Esto constituye la base objetiva de la termometría por radiación infrarroja.
Un cuerpo negro es un radiador ideal. Absorbe energía radiante de todas las longitudes de onda sin reflexión ni transmisión, y su emisividad superficial es igual a 1. Sin embargo, casi todos los objetos reales de la naturaleza no son cuerpos negros. Para estudiar las leyes de la distribución de la radiación infrarroja, se debe adoptar un modelo teórico apropiado. Planck propuso el modelo de oscilador cuantificado para la radiación de cavidad, que derivó la ley de Planck de la radiación del cuerpo negro, es decir, la radiancia espectral de un cuerpo negro expresada en función de la longitud de onda. Este es el punto de partida de todas las teorías sobre la radiación infrarroja y se conoce como ley de radiación del cuerpo negro.
La cantidad radiante de objetos reales depende no sólo de la longitud de onda de la radiación y la temperatura del objeto, sino también del tipo de material, método de fabricación, historial térmico, condición de la superficie y condiciones ambientales. Por lo tanto, para aplicar la ley de radiación del cuerpo negro a objetos reales, se debe introducir un coeficiente proporcional relacionado con las propiedades del material y el estado de la superficie, es decir, la emisividad. Este coeficiente indica qué tan cerca se aproxima la radiación térmica de un objeto real a la de un cuerpo negro, oscilando entre 0 y menos de 1. Según las leyes de la radiación, las características de la radiación infrarroja de cualquier objeto se pueden determinar una vez que se conoce la emisividad del material. Los principales factores que afectan la emisividad incluyen el tipo de material, la rugosidad de la superficie, la estructura física y química y el espesor del material.
Al medir la temperatura objetivo con un termómetro de radiación infrarroja, el instrumento primero detecta la cantidad radiante infrarroja del objetivo dentro de su banda espectral y luego calcula la temperatura objetivo. Para termómetros de un solo color, la lectura es proporcional a la cantidad radiante dentro de la banda. Para los termómetros de dos colores, la lectura es proporcional a la relación de cantidades radiantes de dos bandas espectrales.
