De ce se foloseste un pirometru în infrarosu pentru a mãsura temperatura în diverse aplicatii?
Pirometrele în infrarosu permit utilizatorilor sã mãsoare temperatura în aplicatii în care senzorii obitnuti nu pot fi folositi. În special, în cazurile în care sunt implicate obiecte mobile (cum ar fi rolele, ansamblu mobil, sau o bandã transportoare), sau când sunt necesare mãsurãtori non-contact din motive de contaminare sau risc (cum ar fi tensiune ridicatã), atunci când distantele sunt prea mari, sau când temperaturile ce trebuie mãsurate sunt prea mari pentru termocuple sau alti senzori de contact.

Ce trebuie avut în vedere atunci când se alege un pirometru în infrarosu?
Trãsãturile caracteristice pentru orice pirometru în infrarosu includ câmpul de observatie (tinta si distanta), tipul de suprafatã ce trebuie mãsuratã (emisivitatea), rãspunsul spectral (pentru efectele atmosferice sau transmisia prin suprafete), domeniul de temperaturã si montarea (portabil sau fix). Alte consideratii includ timpul de rãspuns, mediul înconjurãtor, limitele de montare, vizorul sau fereastra, si procesarea semnalului dorit.

Ce semnificã si ce importantã are câmpul de observatie?
Câmpul de observatie este unghiul de vedere sub care opereazã instrumentul si este determinat de optica aparatului. Pentru obtinerea unei citiri precise a temperaturii tinta ce urmeazã a fi mãsuratã trebuie sã intre complet în câmpul de observatie al instrumentului. Deoarece dispozitivul în infrarosu determinã temperatura medie a tuturor suprafetelor din câmpul de observatie, dacã temperatura suportului este diferitã de cea a obiectului, poate sã aparã o eroare de mãsurã. 
Cei mai generali indicatori au o distantã focalã între 20 si 60". Distanta focalã este punctul la care apare spotul minim de mãsurã. De exemplu, un aparat cu un raport distantã-spot de 120:1, si cu o lungime focalã de 60" va avea mãrimea minimã a spotului de 0,5" la 60" distantã. Instrumentele cu focalitate micã au o lungime focalã tipicã de 0,1 la 12", în timp ce aparatele cu domeniu mai mare pot folosi distante focale de ordinul a 50'. Multe instrumente folosite pentru distante mari sau dimensiuni mici ale spotului contin si lunete de vizare pentru o focalizare mai bunã. Majoritatea instrumentelor au diagrame ale câmpului de observatie care ajutã la estimarea dimensiunii spotului la distante specifice.

Ce este emisivitatea si care este legãtura ei cu mãsurãtorile de temperaturã în infrarosu?
Emisivitatea este definitã ca raportul dintre energia radiatã de un obiect la o temperaturã datã si energia emisã de un radiator ideal, sau corp negru, la aceeasi temperaturã. Emisivitatea unui corp negru este 1,0. Toate valorile de emisivitate se gãsesc între 0,0 si 1,0.
Emisivitatea (e ), un factor major dar reglabil în mãsurãtorile de temperaturã în IR, nu poate fi ignoratã. În legãturã cu emisivitatea sunt reflexia (R), o mãsurã a capacitãtii unui obiect de a reflecta energia în infrarosu, si transmisivitatea (T), o mãsurã a capacitãtii unui obiect de a opri sau a transmite energia IR. Toatã energia de radiatie datoratã temperaturii corpului(E), trebuie emisã transmisã (T) sau reflectatã (R). Energia totalã, suma emisivitãtii, transmisivitãtii si reflexiei este egalã cu 1:

Suprafaþa idealã pentru mãsurãtorile în infrarosu este un radiator ideal, sau un corp negru cu o emisivitate de 1,0. Majoritatea obiectelor, însã, nu sunt ideale, dar vor reflecta si/sau transmite o parte de energie. Cele mai multe instrumente au capacitatea de compensare pentru diferite valori de emisivitate, pentru diferite materiale. În general, cu cât emisivitatea unui obiect este mai mare cu atât mai usor se efectueazã o mãsurãtoare precisã a temperaturii folosind razele infrarosii. Obiectele cu emisivitate foarte scãzutã (sub 0,2) sunt foarte dificile. Unele suprafeþe metalice slefuite, lucioase, cum ar fi aluminiul, au o reflexie atât de mare în infrarosu încât nu sunt întotdeauna posibile mãsurãtori precise de temperaturã.
Reflexia este, de regulã, o trãsãturã mai importantã de luat în considerare decât transmisia exceptând câteva aplicaþii speciale, cum ar fi filmele de plastic subtiri. Emisivitatea celor mai multe substante organice (lemn, haine, plastice, etc.), este de aproximativ 0,95. Majoritatea suprafetelor neprelucrate sau vopsite au si ele valori ale emisivitãtii ceva mai mari.
Sunt cinci modalitãti de a determina emisivitatea materialului, asigurând precizia mãsurãtorilor de temperaturã:

1. Încãlziti o probã dintr-un material la o temperaturã cunoscutã folosind un senzor precis si mãsurati temperatura folosind aparatul IR. Apoi reglati valoarea emisivitãtii pânã când indicatorul va arãta temperatura corectã.
2. Pentru temperaturi relativ scãzute (pânã la 200° C), poate fi mãsuratã o bucatã de bandã cu emisivitatea de 0,95. Apoi reglati valoarea emisivitãtii pânã când indicatorul va arãta temperatura corectã a materialului.
3. Pentru temperaturi ridicate, poate fi sãpatã în obiect o gaurã (a cãrei adãncime este de cel putin 6 ori diametrul). Aceasta se comportã ca un corp negru cu emisivitatea de 1. Mãsurati temperatura în gaurã, apoi reglati valoarea emisivitãtii pânã când indicatorul va arãta temperatura corectã a materialului.
4. Dacã materialul, sau o portiune din el, poate fi izolat, un strat de vopsea neagrã nelucios va avea o emisivitate de aprox. 1,0. Mãsurati temperatura stratului de vopsea, apoi reglati valoarea emisivitãtii pânã când indicatorul va arãta temperatura corectã.
5. Exista valorile standard ale emisivitãtii pentru majoritatea materialelor. Acestea pot fi introduse în aparat pentru a estima valoarea emisivitãtii materialului.

Mãsurarea temperaturii printr-o fereastrã de sticlã sau de cuart; Ce consideratii speciale existã?
Transmisia energiei în infrarosu prin sticlã sau cuart este un factor important de luat în considerare. Pirometrul trebuie sã aibã o lungime de undã transparentã pentru sticlã, ceea ce înseamnã cã se poate folosi numai pentru temperaturi ridicate. Altfel, instrumentul va avea erori de mãsurare datoritã mediei dintre temperatura sticlei si temperatura doritã a produsului.

Cum se poate monta pirometrul în infrarosu?
Pirometrul poate fi de douã tipuri: fix sau portabil. Cele fixe sunt instalate în general într-un loc pentru monitorizarea continuã a proceselor date. De regulã, functioneazã la tensiune continuã si sunt orientate cãtre un singur punct. Ieiirea acestora poate fi localã sau telecomandatã, de-a lungul unei iesiri în semnal analogic care poate fi folositã pentru indicare sau buclã de control.
"Pistoalele" portabile, alimentate de la baterie au toate trãsãturile celor fixe, de regulã, fãrã iesirea în semnal analog pentru control. În general, aceste unitãti sunt utilizate pentru întretinere, diagnosticare, controlul calitãtii si mãsurãtori punctuale ale proceselor critice, determinarea pierderilor de cãldurã prin peretii sau geamurile constructiilor.

Ce mai trebuie luat în cosiderare când alegeti si instalati un sistem de mãsurã în infrarosu?
Instrumentul trebuie sã rãspundã cât de rapid la schimbãrile din timpul unui proces pentru a înregistra o temperaturã precisã sau pentru reglare. Timpii de rãspuns caracteristici pentru termometrele în infrarosu sunt în domeniul 0,1 la 1 secunde. Apoi, aparatul trebuie sã poatã functiona în mediul înconjurãtor, la temperatura ambientalã.
Alte consideraþii se referã la restrictiile de montare, capacitãtile ferestrei/vizorului (mãsurarea prin sticlã) si procesarea semnalului dorit, pentru a duce la iesirea doritã pentru aplicatiile viitoare, afisaj sau reglare.

APARATE PENTRU APLICATII SPECIALE
METALE: Metalele prezintã proprietãti specifice pentru mãsurarea temperaturii în IR. În general, majoritatea metalelor au tendinta sã fie foarte reflexive (mai putin cele oxidate), si de aceea au emisivitãti scãzute. Unele dintre aceste emisivitãti sunt atât de joase încât o mare parte din energia primitã este radiatie reflectatã (de regulã de la radiatoare, flãcãri, pereti refractari, etc.). Acest lucru poate sã conducã la citiri variabile si inexacte. Pentru cele mai multe metale, problema este cu atât mai mare cu cât lungimea de undã este mai mare.
Se impune folosirea lungimii de undã cea mai micã posibilã. Emisivitatea celor mai multe metale se îmbunãtãteste pe mãsurã ce descreste lungimea de undã.
De asemenea, o modificare micã în temperatura indicatã este datoratã aceleiasi modificãri a emisivitãtii la o lungime de undã mai micã, ducând la mãsurãtori mai precise când au loc variatii ale emisivitãtii.
Minima lungimii de undã este în functie de doi factori: 1) cea mai joasã temperaturã ce trebuie mãsuratã; din curbele de radiatie ale unui corp negru se observã cum, cu cât lungimea de undã este mai micã cu atât mai micã este energia degajatã la acea lungime de undã, si 2) lungimea domeniului de temperaturã dorit. Cu cât lungimea de undã descreste, diferenta nivelului energetic între douã temperaturi date, creste si este necesar un amplificator cu domeniul dinamic mai larg. În acelasi punct, amplificatorul necesar pentru acest lucru este inaccesibil. Din acest motiv, trebuie fãcut un compromis; trebuie folositã cea mai micã lungime de undã care permite domeniul de temperaturã solicitat.
Alte consideratii ar putea fi: pretul instrumentului si disponibilitatea, prezenta gazelor sau flãcãrilor în linia de vizare, capacitatea de a vedea prin fereastra camerei de vacuum, etc. Cea mai bunã lungime de undã pentru metalele cu temperaturã ridicatã este lângã infrarosu, în jur de 0,8m. Alte optiuni sunt 1,6m (unde unele metale au aceeasi emisivitate la temperaturi diferite), 2,2m ºi 3,8m (ambele recomandate pentru citirea prin flãcãri curate). Dacã metalele sunt acoperite, oxidate sau pot fi îmbogãtite temporar cu o acoperire cu emisivitate ridicatã, pot fi folosite instrumente cu lungimea benzii de 8-14m . Alte optiuni pentru metalele cu temperaturã scãzutã sunt benzile de 3,43m si 5,1m.

DOMENIUL SPECTRAL PENTRU MATERIALE PLASTICE
În general, materialele plastice mai subtiri de 0,1" pot fi mãsurate folosind instrumente cu bandã 8-14m . În cazul filmelor subtiri, însã, materialele plastice sunt partial transparente în banda 8-14m . Sursele de cãldurã din partea cealaltã a filmului si variatiile de grosime vor duce la variatii în citirea în IR a temperaturii. Din fericire, sunt puncte clare de rezonantã în spectrul IR, la care filmele subtiri sunt opace pentru un termometru în IR datoritã legãturilor moleculare, eliminând complet energia transmisã la o lungime de undã cunoscutã. Unele materiale plastice (polietilenã, polipropilen, nylon, polistiren) sunt opace la 3,43m ; altele (poliester, poliuretan, teflon, FEP, celulozã, polimide) sunt opace la 7,9m . Unele filme sunt opace la ambele valori. În ultimul caz, selectia se poate face dupã reflectantã, pretul instrumentului si termenul de livrare, sau tipul de încãlzitori cu cuart folosit în timpul procesului (deoarece acesti încãlzitori pot afecta serios interferenta la lungimi de undã mai mici de 5m). Pentru materialele plastice opace doar la 3,43m este posibilã utilizarea unui atenuator cu lungimea de undã secundarã de 6,86mpentru a evita interferenta cu încãlzitorii cu cuart.

DOMENIUL SPECTRAL PENTRU STICLÃ
În ceea ce priveste sticla industrialã, pentru obtinerea unor rezultate optime în mãsurãtorile IR, trebuie bine întelesi factorii implicati, în special reflexia si transmisia. În general, placa de sticlã este opacã peste 5m si devine progresiv transparentã la lungimi de undã mai mici (observabil cu ochiul). Instrumentele cu 0,8m mãsoarã câtiva inch în sticla topitã, 2,2mîn jur de 3-4 inch. Instrumentele care fososesc banda de 3,8mnu vor mãsura mai mult de 1 sau 2 inch, în functie de tipul de sticlã, astfel încât aceastã lungime de undã este optimã pentru medierea temperaturilor. (Aceste caracte-ristici sunt pentru sticla necoloratã si trebuie retinut cã sticla în apropierea suprafetei va contribui cel mai mult la citirea temperaturii; sticla coloratã va fi mai opacã, chiar la lungimi de undã mici). Pentru plãci, butelii si alti pereti subtiri de sticlã, trebuie folositã cea mai mare lungime de undã. Reflexia este criticã la 8-14m ; 15% media reflexiei. Aceastã bandã poate fi utilizatã cu bune rezultate pentru 0,85 emisivitate. Reflectivitatea este neglijabilã între 5-8mdar este preferatã 5,1m deoarece cea mai mare parte din temperatura primitã provine de la câtiva mm adâncime fatã de suprafatã, reducând efectul de rãcire al curentilor de convectie de la suprafatã. Banda 5-7m este nesatisfãcãtoare dacã nu este certã absenta aburilor sau vaporilor de apã (datoritã benzii de absorbtie de la 5,5 la 7,5m); 7,9meste idealã pentru mãsurãtori de suprafatã, fãrã reflectantã.

DOMENIUL SPECTRAL PENTRU MÃSURA FLÃCÃRII/OPTIMIZAREA ARDERII
În timp ce majoritatea instrumentelor în IR pot fi folosite sã mãsoare temperaturile flãcãrilor "murdare", o flacãrã curatã (fãrã impuritãti sau fum) poate fi mãsuratã la 4,5munde CO₂ ºi NO_x sunt opace si numai dacã aceste componente sunt prezente si lungimea traiectoriei IR prin flacãrã depãseste 10 inch. Acelasi instrument poate fi folosit si pentru optimizarea arderii, chiar pentru flãcãri mai mici, deoarece se pot accepta si citirile relative (nu sunt necesare citiri absolute).

TERMOMETRE ÎN IR FIXE SI PORTABILE
Instrumentele fixe sunt instalate în general într-un singur loc pentru monitorizarea sau reglarea continuã a unui proces dat. Sunt alimentate de la o sursã localã de alimentare (110/220Vac), sunt îndreptate cãtre un singur punct sau scaneazã o suprafatã cu ajutorul unui dispozitiv mecanic de tintire. De regulã sunt furnizate cu o geantã de transport si pot fi mutate dintr-un loc în altul. În fabricã, un proces poate fi studiat monitorizând câteva puncte la diferite intervale. Capul sensibil poate fi montat pe un trepied si semnalul de iesire transmis la un înregistrator sau data logger pentru analize ulterioare.
Dacã este necesar un aparat portabil, alimentat de la baterie, termometrele în IR "pistoale" întrunesc caracteristici ale aproape tuturor celor fixe cu exceptia functiilor de control. Restrictiile acestor aparate sunt legate de necesitatea ca utilizatorul sã fie atent în permanentã si de faptul cã bateria trebuie înlocuitã periodic. În general sunt folosite pentru diagnosticare, functii de control al calitãtii, mãsurãtori punctuale periodice în procesele cu temperaturi critice, si supravegherea energiei.

SPECIFICATII PARTICULARE
În plus fattã de proprietãtile optice, rãspunsul spectral, emisivitate, domeniu de temperaturã, modele fixe sau portabile, urmãtoarea listã de probleme trebuie luatã în considerare în alegerea unui termometru IR:

1. Timpul de rãspuns: Aparatul trebuie sã rãspundã cât mai rapid la modificãrile din timpul procesului pentru obtinerea unei înregistrãri corecte sau pentru reglarea temperaturii. De regulã, termometrele IR sunt mai rapide decât marea majoritate a dispozitivelor pentru mãsurarea temperaturii, cu timpi de rãspuns specifici în domeniul 100 ms¸ 1 s.
2. Mediul înconjurãtor: Aparatul trebuie sã functioneze în domeniul temperaturilor mediilor înconjurãtoare în care sunt expuse. Trebuie luate mãsuri de precautie speciale pentru a-l proteja de murdãrie, praf, flãcãri si vapori. În functie de mediu, se solicitã instrumente cu protectie anti-ex sau izolate.
3. Restrictii fizice de montare: Capul sensibil trebuie sã se potriveascã în spatiul destinat asezãrii obiectului. Dacã aceasta este o locatie cu grad de pericol, riscul poate fi diminuat folosind un senzor care contine cel mai mic numãr de componente (ex. doar senzorul de detectie si de temperaturã a ambientului) astfel încât o deteriorare de mari proportii sã nu necesite înlocuirea întregului aparat. Acest tip de instrument are de regulã, o cutie cu componente electronice aflatã la distantã continând majoritatea circuitelor care pot fi montate la o distantã de sigurantã de o locatie cu grad de pericol. Ca alternative se folosesc fibre optice, tuburi de vizare sau oglinzi frontale de suprafatã orientate sã directioneze energia IR cãtre detector.
4. Aplicatiile pentru orificii sau ferestre de vizare: Dacã o camerã de vacuum, atmosferã specialã sau alt proces necesitã mãsurarea termperaturilor prin ferestre în recipienti, trebuie avut grijã ca fereastra sã lase sã treacã energia la lungimile de undã mãsurate de instrument. Sticla va lãsa sã treacã lungimi de undã mai mici de 3m , cuartul 0,5 la 4,5m, selenura de zinc de la 2 la 15m , germaniu 4 la 14m . Un material special fabricat de Kodak, Irtran, disponibil în diferite benzi, va lãsa sã treacã lungimi de undã de la 0,5 la 20m.

Dacã se solicitã vizare în spectrul vizibil cât si în infrarosu, atunci trebuie folosit un material pentru fereastrã care sã transmitã energia vizibilã cât si în infrarosu. Domeniul de temperaturã al mãsurãtorii impune sã treacã lungimea de undã cea mai mare, deoarece lungimea de undã a energiei de vârf creste pe mãsurã ce scade temperatura.
5. Procesarea semnalului: Sunt integrate diverse dispozitive de procesare a semnalului pentru a transmite iesirile la monitoare, înregistratoare, controlere, data loggere si computere. Monitoarele, punctele de alarmare si controlerele sunt, de regulã, parte integrantã a termometrelor IR. Ecranele cu semnal analogic sunt cele mai potrivite în situatiile în care au loc modificãri rapide si punctarea unei urme este complicatã. Ecranele digitale au o precizie mai mare în situatiile statice sau când se fac mãsurãtori punctuale.

Citirea valorii maxime: o valoare stocatã pentru cea mai ridicatã temperaturã mãsuratã.
Citirea valorii minime: o valoare stocatã pentru cea mai scãzutã temperaturã mãsuratã.
Diferenþa: maximum - minimum.
Temperatura medie: media tuturor tempera-turilor mãsurate într-o perioadã de timp datã.
Constantã de timp variabilã: permite o mediere a temperaturii afisate sau iesirea în cazul schimbãrilor rapide la mãsurãtorile de temperaturã.
Iesirea de sigurantã: un semnal de iesire special dedicat declanseazã sistemul de încãlzire în cazul unei defectiuni a instrumentului.
Tipuri de iesire: 

• mV liniarã sau neliniarã
• mA liniarã sau neliniarã (constant/curent)
• echivalent pentru termocuple
• BCD
• RS-232
• IEEE-488
• curent sau tensiune neliniare
• contacte cu închidere pentru puncte de alarmare presetate
• reglare proportionalã1,2 sau 3 moduri.

CONSIDERATII CARE IMPUN UTILIZAREA TERMOMETRELOR IR dacã suprafata ce urmeazã a fi mãsuratã este:

1. Prea fierbinte pentru a fi mãsuratã cu termocuple.
2. Prea mare pentru a fi mãsuratã fãrã a folosi un numãr foarte mare de termocuple.
3. Cu deplasãri prea mari încât cablul termocuplului se poate rupe.
4. Încãrcatã cu un potential electric atât de mare încât folosirea unui termocuplu ar fi periculoasã.
5. Atât de usoarã încât chiar termocuplul va afecta temperaturile suprafetei.
6. Prea fragilã sau umedã pentru a se acomoda la un termocuplu de contact.
7. Prea activã (chimic) pentru a accepta un termocuplu sau sonda sa.
8. Într-o atmosferã ostilã unui termocuplu.
9. Inaccesibilã unui termocuplu sau accesoriilor sale.
10. În apropierea unor perturbatii care produc câmpuri electrice sau magnetice.

1. Inspectia Sistemelor Electrice.

Cãldura unei rezistente electrice poate provoca multe probleme. Inspectiile cu infrarosii gãsesc rapid punctele fierbinti în toate tipurile de conexiuni, inclusiv în terminatii, contacte, comutatoare, întrerupãtoare, conexiuni de rezistentã, conexiuni directe, baterii. Fie cã sunt folosite pentru tensiuni ridicate sau plãci cu circuite imprimate, termometrele IR duc la economii importante ajutând utilizatorii sã reducã îmbãtrânirea prematurã a echipamentului si sã previnã defectarea lui sau a produsului. Mai sunt folosite si pentru verificarea reparatiilor pentru a vedea dacã sunt adecvate.
La birourile centrale din Boston ale firmei Stone and Webster, panourile cu sigurante sunt inspectate sâmbãta de cãtre personalul de întretinere a clãdirii cu termometre IR.
 
2. Inspectia Sistemelor Mecanice.

Echipamentul IR poate fi folosit pentru verificarea lagãrelor echipamentului rotativ; pentru inspectia sistemelor hidraulice si a balansului iesirilor Hvac; pentru verificarea radiatorilor, schimbãtorilor de cãldurã si liniilor de transport de fluid. În reconstructia motoarelor si generatoarelor, sunt foarte importante inspectiile cu infrarosii la cablaj si bobinajul motoarelor. Pentru multe aplicatii mecanice, echipamentul IR este cel mai potrivit în combinaþie cu (si nu ca înlocuitor) alte metode nedistructive de testare cum ar fi analiza vibratiilor si inspectia cu ultrasunete. Industria petrochimicã depinde de echipamentul IR pentru sustinerea instrumentatiei existente în determinarea nivelului lichidelor în rezervoare, în special în timpul transferurilor problematice.
O mare companie de cãrbune foloseste termometria IR pentru obtinerea de informatii asupra temperaturii echipamentului mecanic critic: actionãri finale, mori, benzi transportoare, etc.
 
3. Inspectia Sistemelor cu Abur.

Echipamentul IR poate fi folosit pentru inspectia oalelor de condens si izolatiei conductelor de abur; inspectia refractome-tricã pentru determinarea stadiilor prema-ture de spargere; pentru localizarea blocajelor în boilere sau tuburi de încãlzire. În anumite conditii, poate fi folosit si pentru localizarea liniilor subterane de abur, deteriorarea izolatiei si scurgerilor de abur.
O companie de hârtie a efectuat inspectia tuturor vaselor sale de condens într-o zi si jumãtate cu ajutorul unui sistem IR. În mod normal aceasta ar fi durat trei sãptãmâni.
 
4. Monitorizarea Proceselor.

Multe procese ce implicã temperatura si umiditatea pot fi monitorizate si reglate folosind de la distantã echipament IR (fix sau portabil). În special, termometre IR ieftine sunt introduse în reglarea procesului, monitorizând continuu produsul sau temperaturile echipamentului si directionând semnalele analogice sau digitale la controlere, computere sau sisteme de achizitionare a datelor. Asemenea senzori permit reglarea în bucle închise si ON/OFF ale încãlzitorilor, cuptoarelor, uscãtoarelor, etc. Rezultatul este cresterea profitului si o mai bunã calitate a produsului: hârtie, materiale plastice, imprimante, textile, alimente, vopsele si alte produse din procesele industriale ale cãror dinamici implicã temperatura.