El cuerpo negro es el calibrador ideal para un termómetro infrarrojo. Esto se debe a que los cuerpos negros tienen una emisividad igual a 1.000.
Un cuerpo negro perfecto solo tendría una emisividad de 1.000. Esto ocurriría en un sistema donde no podría escapar ni la luz ni la radiación, y toda la radiación permanecería en su interior para siempre. En la práctica, no existe un cuerpo negro perfecto para la termometría infrarroja. Esto se debe a que no habría ninguna abertura para realizar mediciones en dicho sistema. Sin embargo, el cuerpo negro perfecto es un buen prototipo para modelar la radiación térmica.
La emisividad es la relación entre la energía radiada por un material específico y la energía radiada por un cuerpo negro a la misma temperatura. Un cuerpo negro verdadero tendría una emisividad = 1, mientras que cualquier objeto real tendría una emisividad < 1. La emisividad es una cantidad adimensional. Todo material irradia energía. La cantidad de energía radiada depende de la temperatura y la emisividad del material.
Los termómetros infrarrojos utilizan este método. Miden la cantidad de energía radiada por un objeto en la banda infrarroja. Esta banda puede variar de 1 a 14 micrómetros. Según el rango de longitud de onda, los termómetros infrarrojos utilizan diferentes tipos de sensores para determinar la temperatura. Calculan la temperatura basándose en la potencia medida y la emisividad del material.
La emisividad es una de las principales fuentes de error en las mediciones infrarrojas. Conocer la emisividad de la superficie medida es fundamental para cualquier usuario de un termómetro IR. Por lo tanto, es fundamental conocer los efectos de la emisividad de la superficie al medirla. Una desviación de la emisividad supuesta del cuerpo objetivo de medición podría generar un error significativo en la medición de la temperatura. Es fundamental tener en cuenta el conocimiento adecuado de la emisividad y la temperatura de fondo al medir la temperatura de una superficie. Estos factores son aún más importantes al utilizar un calibrador de termómetro IR. Prestar atención a estos factores permitirá una mejor calibración y una mejor metrología IR.
Ley de Planck
La ecuación matemática que describe la potencia espectral radiada por un cuerpo negro perfecto para una longitud de onda dada es la Ley de Planck. Si la Ley de Planck se integra en todo el espectro electromagnético, se obtiene la Ley de Stefan-Boltzmann. Esta es la conocida ley de la T a la 4.ª (T4). El problema con la Ley de Stefan-Boltzmann es que no se limita a una banda específica. Para obtener dicho valor, necesitaríamos integrar la Ley de Planck para los límites de este ancho de banda. Esta integral no puede resolverse analíticamente.
Caries
Practically, there is no such thing as perfect blackbody in real world. Manufactures of Black bodies make different shapes and geometries which can be used or which can act as near perfect blackbody. A near perfect Black Body will have its emissivity close to 1 but not exactly equal to 1. A good approximation of a perfect blackbody is a cavity. A cavity can have different shapes; it can be a sphere, cylinder, cone or a combination of these. It must have a well controlled uniform temperature on its surfaces. The total emissivity of a cavity depends on its geometry, but is generally close to 1.000. Cavities will typically have an emissivity of 0.99, 0.999 etc. In simple terms we can understand that as emissivity is more close to 1, it acts as a better approximation for a perfect Black Body. A cavity is not always the best for all types of IR thermometers, especially handheld instruments. This is due to the optical scheme of these instruments. For an error free measurement the spot size of the IR thermometer should lie inside the radiating area. The spot size is the amount of area the IR thermometer sees when measuring temperature on a surface. Surface Black bodies are made which have a large surface area radiating energy and the whole surface is very uniform in terms of temperature and emissivity.
Error causado por la emisividad
La emisividad contribuye a la incertidumbre al utilizar un cuerpo negro superficial. Si el usuario desconoce la emisividad de la superficie, esta puede ser un factor importante en el error causado en la medición de temperatura. Los usuarios de estos calibradores de cuerpo negro o IR deben contar con una tabla estándar sobre la emisividad del material de la superficie utilizada. Si la emisividad asumida del cuerpo negro difiere de la emisividad real de la superficie, puede causar un error significativo en la medición de temperatura. Por ejemplo, si la emisividad de la superficie del calibrador es de 0,93 y se asume que es de 0,95, esto causará un error de 6,6 °C a una temperatura superficial de 500 °C al medir en la banda de 8 a 14 μm.
Efecto de la longitud de onda
Se pueden encontrar muchas tablas que enumeran la emisividad de varios materiales. Estas son buenas guías al buscar propiedades emisivas de materiales, pero no nos dicen siempre el valor correcto porque la emisividad de la mayoría de los materiales varía con la longitud de onda. En otras palabras, los materiales tienen una respuesta de emisividad espectral. Un termómetro IR integra la emisividad dentro de su ancho de banda. Un estudio mostró que la emisividad en la banda de 8 a 14 μm variaba entre 0,90 y 0,97 con una dependencia de la longitud de onda. Otros estudios muestran un rango similar de emisividades. Efecto de la temperatura La emisividad también puede variar con la temperatura. El otro efecto que puede tener la temperatura es que a medida que cambia la temperatura, la cantidad de energía medida por el termómetro IR cambia dentro de la banda. A medida que la temperatura aumenta, la energía emitida por la superficie cambia de las longitudes de onda más altas a las más bajas como predice la Ley de desplazamiento de Wien. Esto hace que la emisividad efectiva que mide el termómetro IR cambie de la del extremo superior del ancho de banda a la del extremo inferior a medida que aumenta la temperatura.
Manejo de cuerpos negros
Al utilizar un cuerpo negro, se debe tener cuidado de no dañar la superficie emisora. El daño puede deberse a diversas causas. En primer lugar, se debe tener cuidado de no...
No permita que entren materiales extraños en la superficie del calibrador. Incluso la grasa de la piel puede dañar la superficie del calibrador, especialmente al calentarse. La superficie no debe enfriarse mediante ningún otro método que no sea la convección natural. El aire forzado suele contener aceite o agua. Incluso el agua puede dejar depósitos minerales en la superficie. Intentar enfriar la superficie demasiado rápido también puede provocar un choque térmico en la superficie emisora. El calibrador no debe permanecer a altas temperaturas durante un período prolongado.
Esto puede provocar que se degrade la emisividad de la superficie.
Efecto del fondo
El otro efecto que tiene la emisividad es el de la temperatura de fondo. Si una superficie opaca tiene una emisividad de 0,9, esto significa que 10% de la energía se refleja como predice la Ley de Kirchoff. Este 10% depende de la temperatura de las superficies que están frente a la superficie medida. Esta temperatura se llama temperatura de fondo. Hay una ligera incertidumbre causada por la temperatura de fondo. No es una gran preocupación al medir temperaturas más altas. Sin embargo, se convierte en una preocupación a temperaturas más bajas. Parte de este error se anula si la temperatura IR es una superficie a 0 °C medida en la banda de 8 a 14 μm. Si el usuario del termómetro IR está de pie frente al objetivo, el usuario podría muy bien convertirse en el fondo. Esto podría aumentar el fondo de 23 °C a 37 °C causando un error de 3,5 °C en la medición.
Cuadro de productos de carrocería negra
Los cuerpos negros disponibles con nosotros para diferentes rangos de temperatura son los siguientes:
Hornos de cuerpo negro
