A instrumentação eletrônica se baseia cada vez em tecnologias novas que fazem uso de componentes dos mais diversos tipos. É o caso dos termômetros infravermelhos que encontram uma ampla gama de utilizações tanto na indústria como na medicina, num mundo agropecuário e em muitos outros lugares. Entender alguns dos fenômenos físicos com seus termos e significados é fundamental para o profissional e mesmo usuários dos equipamentos. É deste assunto que tratamos neste artigo.
Uma técnica importante de medida de temperaturas é a que se baseia na emissão de radiação infravermelha por um corpo aquecido.
Esse conceito vem da curva de radiação de Boltzmann mostrada na figura 1 que nos mostra que um corpo aquecido emite radiação que se distribui pelo espectro de acordo com sua temperatura.
Verificamos que quanto mais quente estiver o corpo, mais a radiação emitida se concentra nas radiações de menor comprimento de onda e, portanto, chegando a parte visível do espectro.
É por esse motivo que um objeto de metal pouco aquecido não é visível no escuro, mas à medida que se aquece se torna avermelhado, pois já temos uma certa emissão na parte vermelha do espectro visível e à medida que a temperatura sobe mais, ele se torna vermelho, alaranjado, amarelo, branco para depois, finalmente brilhar com luz azulada.
As lâmpadas incandescentes aproveitam esse efeito para “acender” com luz esbranquiçada concentrando uma parte da emissão no espectro visível, conforme mostra a figura 2.
Sabemos que uma boa parte da energia utilizada neste tipo de lâmpada não é aproveitada para se obter luz visível, daí o baixo rendimento desta fonte luminosa.
Mas, o que nos ensina essa curva e esse fenômeno ligado ao aquecimento é que podemos usar a emissão de radiação de um corpo para medir sua temperatura.
Para isso temos de levar em conta alguns fatos que nos são ensinados pela física.
Corpo Negro
As curvas de emissão de Boltzmann levam em conta as características de um corpo especial, pois os corpos se comportam de forma diferente quando emitem radiação e quando a recebem.
Leva-se em conta que o corpo tem a capacidade de emitir toda a radiação produzida e se estiver recebendo essa radiação, de absorvê-la totalmente. As curvas são para o corpo perfeito, ou seja, o Corpo Negro.
Um corpo negro tem então emissividade ideal ou máxima, que podemos especificar como 100% ou 1. Assim, de um corpo que retém toda a radiação não emitindo e que tem a emissividade 0 podemos ter todos os graus intermediários.
Nas aplicações práticas em que vamos medir a temperatura de um corpo pela radiação infravermelha emitida, precisamos então conhecer a emissividade do corpo considerado.
As características de emissividade dos diversos materiais são obtidas através de experimentos e existem diferenças quando um material pode ter composição diferentes.
Assim, vemos que o grafite, por exemplo, pode ter emissividades entre 0,8e 0,9 dependendo da forma como ele é cristalizado. Da mesma forma, a madeira pode ter emissividades entre 0,9 e 0,95.
O corpo humano, normalmente tem como valor adotado para emissividade 0,98, o que quer dizer que devemos ajustar o termômetro para este valor para verificar, por exemplo se uma pessoa está com febre.
Normalmente, uma tabela para ajustes acompanha os termômetros ópticos, dando a emissividade de cada material, conforme dada como exemplo a seguir: Essa tabela acompanha o termômetro óptico infravermelho da Multicomp que descrevemos em artigo a ser publicado e que está disponível no link abaixo para compra. Nesse link temos o acesso ao datasheet.
https://www.farnell.com/datasheets/2805095.pdf
Parte da tabela é mostrada a seguir:
Usando o termômetro.
O termômetro tem um sensor que está calibrado para captar a emissão infravermelha de uma área que cobre uma superfície que depende da distância. Se a parte emissiva ocupar uma parcela apenas da área abrangida, a indicação de temperatura será incorreta.
Desta forma, para usar corretamente o termômetro devemos considerar as dimensões da área emissora e em sua função determinar a distância em que ele deve ser posicionado, conforme mostra a figura 4.
Na aplicação normal, quando queremos ler a temperatura de um corpo qualquer devemos então levar em conta a emissividade do material de que é feito esse corpo e também o posicionamento do termômetro.
