Termometri a infrarossi (IR)

I termometri a infrarossi (pirometri IR) sono strumenti senza contatto per la misura di temperatura superficiale di corpi, basati sulla rilevazione della radiazione termica emessa naturalmente da ogni corpo a temperatura superiore allo zero assoluto secondo la legge di Stefan-Boltzmann e la legge di Planck. La radiazione infrarossa (lunghezza d’onda 0,7-100 µm) viene captata da un sensore (pirosensore, microbolometro, sensore quantistico), focalizzata da un’ottica, processata dall’elettronica e visualizzata come temperatura sul display. Sono utilizzati ampiamente in industria, manutenzione predittiva, edilizia, alimentare, sicurezza, controllo di processo, per la velocità di misura, l’assenza di contatto e la possibilità di misurare punti inaccessibili.

Principio fisico

Ogni corpo a temperatura T emette radiazione termica con spettro descritto dalla legge di Planck, con un picco a lunghezza d’onda inversamente proporzionale a T (legge di Wien: λ_max·T = 2898 µm·K). L’intensità totale è proporzionale a T⁴ (legge di Stefan-Boltzmann: W = ε·σ·T⁴, dove ε è l’emissività del materiale, σ la costante di Stefan-Boltzmann). Il pirometro misura l’intensità di radiazione in una banda spettrale definita dall’ottica e dal sensore, e calcola T conoscendo ε del materiale. L’emissività varia con il materiale (corpi neri ε≈1; metalli lucidi ε=0,1-0,3; materiali organici e plastica ε=0,9-0,95) e va impostata correttamente nello strumento per ottenere misure accurate.

Caratteristiche degli strumenti

I pirometri portatili coprono range tipici di -30°C / +500°C (modelli generali) fino a +2000°C e oltre (modelli per metallurgia). L’accuratezza tipica è ±1°C o ±1% del valore letto. La risoluzione è 0,1°C. La distanza di lavoro e la dimensione del bersaglio sono caratterizzate dal rapporto D:S (distance-to-spot ratio, tipicamente 10:1 fino a 50:1 nei modelli alta qualità). Un puntatore laser (visibile in dot o circle) facilita il targeting del punto di misura. Le funzioni avanzate includono emissività regolabile, max/min/avg, soglie di allarme, datalogger, output Bluetooth/USB. I modelli con doppia ottica (telescopica e standard) coprono applicazioni diverse.

Bande spettrali

I pirometri si distinguono per banda spettrale: short wavelength (1-2 µm, per alte temperature, metalli, indifferenti all’emissività in modo dual-color); medium wavelength (3-5 µm, per molte applicazioni industriali, ottimi per vetro e materiali ceramici); long wavelength (8-14 µm, per basse e medie temperature, ottimi per HVAC e materiali organici). La scelta della banda dipende dalla temperatura tipica (preferire la banda con il picco di emissione del materiale) e dal materiale (alcuni materiali sono trasparenti in alcune bande IR).

Applicazioni

Le applicazioni sono molto diversificate: manutenzione elettrica (verifica di hot spot su quadri MT/BT, motori, cabine elettriche); manutenzione meccanica (cuscinetti, freni, alberi, ventilatori); ispezioni edili (perdite termiche, ponti termici, integrità di isolamento); industria alimentare HACCP (controllo temperatura di prodotti con accuratezza inferiore alle sonde a contatto ma molto più rapido); industria della carta (essiccatori); plastica (linee di soffiaggio film, termoformatura); metallurgia (forni, laminazione, fucinatura, controllo di colata); applicazioni mediche (screening corporeo, monitor medicali); sicurezza antincendio.

Limiti di emissività

Il maggior limite della pirometria IR è la dipendenza dall’emissività del materiale: superfici metalliche lucide (ε≈0,1) producono misure molto incerte se non si conosce esattamente ε. Per superare il limite si utilizzano: pirometri dual-color o ratio (misura simultanea in due bande spettrali, il rapporto è indipendente dall’emissività in approssimazione); applicazione di vernice nera opaca o nastro adesivo nero (ε≈0,95) come “patch” di emissività nota sul punto di misura; misura indiretta su parti del sistema con emissività nota (calotte interne, terrarie, fori di osservazione); calibrazione con termometro a contatto di riferimento.

Norme e taratura

I pirometri IR sono caratterizzati metrologicamente secondo VDI/VDE 3511 e ASTM E2847. La taratura si esegue con corpi neri di riferimento a temperature note, certificati ISO 17025, su almeno 3-5 punti del range di misura. La frequenza tipica è annuale o secondo intensità d’uso e requisiti del cliente.