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¿Cómo Funcionan los Pirómetros de Relación?

Hay muchas aplicaciones donde el termómetro estándar de un color lee las temperaturas de manera incorrecta e incluyen: 

  1. Objetos muy pequeños (muy pequeños para llenar el cono de visión). 
  2. Polvo, humo o vapor que obscurecen la línea de visión. 
  3. Ventanas en el proceso que se ensucian y que son difíciles de mantener limpias. 
  4. La emisividad del producto cambia (debido al cambio de la aleación o la condición de la superficie).

Un pirómetro de dos colores o de relación, tal como la Serie Endurance, puede operar adecuadamente aún frente a estos problemas e indicar la temperatura correcta.

¿Cuál es la diferencia respecto a un pirómetro de dos colores frente a uno de un color? Un pirómetro de dos colores consiste en dos pirómetros de un color en un mismo paquete. Utiliza dos detectores, operando en dos longitudes de onda separadas, pero ambos mirando hacia el mismo objetivo caliente.

Un pirómetro de dos colores o de relación, tal como la Serie Endurance, puede operar adecuadamente aún frente a estos problemas e indicar la temperatura correcta.

Esquema de implementación de un pirómetro de relación utilizando 2 detectores en una estructura de sándwich.

Esquema de implementación de un pirómetro de relación utilizando 2 detectores en una estructura de sándwich.

 

Sin Atenuación de Señal

Consideremos primero la gráfica azul en el ejemplo de abajo. El termómetro de dos colores está mirando hacia un cuerpo negro con un valor de emisividad de 1.0 y con una temperatura del cuerpo negro de 1500°C. Basándonos en la ley de Planck, los dos detectores están suministrando las siguientes unidades de energía de acuerdo a la curva azul con un valor de emisividad de 1.0:

El detector #1 con una longitud de onda λ1 dará una salida de 500 unidades.

El detector #2 con una diferente longitud de onda λ2 dará una señal de salida de 1000 unidades.

Ya que este es un termómetro de relación, dividimos 1000 entre 500 lo que nos resulta una relación de 2. Este instrumento está calibrado de manera que su lectura es de 1500°C cuando ve una relación de 2.

Curvas de Planck para el termómetro de relación mirando con dos detectores a un cuerpo negro a una temperatura de 1500°C.

Curvas de Planck para el termómetro de relación mirando con dos detectores a un cuerpo negro a una temperatura de 1500°C.

 

Atenuación de Señal

Ahora, ¿qué sucede si de algún modo la señal del objetivo caliente se reduce o está impedida de llegar al detector? Esto podría ser causado por una ventanilla sucia, el objeto muy pequeño para llenar el cono de visión, o tal vez exista humo en la línea de visión. La gráfica café nos muestra un ejemplo con una pérdida de señal de 90%, pero la temperatura del objetivo está aún en 1500°C. Esto es lo mismo que tener una aparente caída de la emisividad de 1.0 a 0.1.

El detector #1 nos dará una señal de salida de 50 unidades.

El detector #2 nos dará una señal de salida de 100 unidades.

Ambas señales han sido reducidas en un 90% comparadas con la curva superior (E=1.0). note que 100 dividido por 50 de nuevo nos da una relación de 2, y el instrumento leerá 1500°C aún cuando hemos perdido el 90% de la señal. Todo termómetro de dos colores tiene un límite en cuanto a cuánta señal puede ser reducida. Esto se llama atenuación, la que puede variar desde 0% a tanto como 95% de la señal y aún poder entregar una lectura precisa.

 

Pendiente-E

Básicamente, un termómetro de dos colores funciona adecuadamente en tanto que lo que afecta a una de las longitudes de onda, también afecte a la otra longitud de onda en la misma cantidad. Desafortunadamente, existen aplicaciones donde la emisividad del objeto es diferente para las dos longitudes de onda, por ejemplo midiendo metales fundidos. Cuando el termómetro de dos colores mira al metal fundido, la relación de la señal (o la pendiente) será incorrecta y ocurrirá un error en la lectura de temperatura.

¿Esto puede ser corregido? Todos los termómetros de dos colores tienen un ajuste llamado la Pendiente-E. Cuando están mirando al metal fundido, el ajuste de la Pendiente-E se gira hasta que el instrumento lea la temperatura correcta del metal. La temperatura correcta se puede obtener utilizando un termopar desechable. Este ajuste de la Pendiente-E simplemente corrige la relación por una constante que corrige la indicación del instrumento debida a las desiguales emisividades espectrales del objetivo. Una vez que la Pendiente-E es ajustada, entonces el problema de humo, vapor, polvo, objetivos pequeños, etc., es manejado correctamente por el instrumento.

 

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