Principio de funcionamiento y composición del sistema de termómetros infrarrojos.
Un termómetro infrarrojo consta de un sistema óptico, un detector fotoeléctrico, un amplificador de señal, una unidad de procesamiento de señal, un módulo de visualización y 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 detector fotoeléctrico 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 según algoritmos integrados y la corrección de 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 en longitudes de onda tienen una relación muy estrecha con la temperatura de su superficie. Por lo tanto, la temperatura de la superficie se puede determinar con precisión midiendo la energía infrarroja irradiada por el propio objeto. Éste es el fundamento objetivo 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 ningún objeto real en la naturaleza es un cuerpo negro. Para comprender y obtener las leyes que rigen la distribución de la radiación infrarroja, se debe adoptar un modelo teórico apropiado para la investigación: el modelo de oscilador cuantificado de radiación de cavidad propuesto por Planck. Esto conduce a la ley de Planck sobre la radiación del cuerpo negro, que describe la salida radiante espectral de un cuerpo negro en función de la longitud de onda. Sirve como punto de partida para todas las teorías sobre la radiación infrarroja y se conoce como ley de radiación del cuerpo negro. La cantidad radiante de todos los 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 factores 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 las condiciones de la superficie: es decir, la emisividad. Este coeficiente indica qué tan cerca se aproxima la radiación térmica de un objeto real a la radiación del cuerpo negro, y su valor oscila entre 0 y menos de 1. Según las leyes de la radiación, las características de la radiación infrarroja de cualquier objeto se pueden conocer una vez que se obtiene la emisividad del material. Los principales factores que afectan la emisividad incluyen el tipo de material, la rugosidad de la superficie, la estructura fisicoquímica y el espesor del material.
Al medir la temperatura objetivo con un termómetro de radiación infrarroja, el instrumento primero mide la cantidad de radiación infrarroja del objetivo dentro de su banda de ondas de trabajo y luego calcula la temperatura objetivo. Un termómetro monocromático es proporcional a la cantidad radiante dentro de una banda de ondas, mientras que un termómetro de dos colores es proporcional a la relación de cantidades radiantes de dos bandas de ondas.
