Son instrumentos que miden la temperatura de un cuerpo captando toda o gran parte de la radiación emitida por este.

Pirómetro de radiación total:

(1) bobina de compensación de temperatura ambiente
(2) lente
(3) termopila
(4) lente de enfoque
(5) tornillo de ajuste
(6) aro de montaje
(7) bornas
(8) conducto
(9) empaquetadura
         

 

      Este pirómetro está formado por una lente (2) de pyrex, sílice o fluoruro de calcio que concentra la radiación del objeto caliente en una pila termoeléctrica (3) formada por varios termopares de Pt - Pt Rd de pequeñas dimensiones y montados en serie. La radiación está enfocada incidiendo directamente en las uniones caliente de los termopares. La f.e.m. que proporciona la pila termoeléctrica depende de la diferencia de temperaturas entre la unión caliente (radiación procedente del objeto enfocado) y la unión frío. Esta última coincide con la de la caja del pirómetro, es decir, con la temperatura ambiente. La compensación de este se lleva a cabo mediante una resistencia de níquel (1) conectada en paralelo con los bornes de conexión del pirómetro.

    La compensación descrita se utiliza para temperaturas ambientales máximas de 120C. A mayores temperaturas se emplean dispositivos de refrigeración por aire o por agua que disminuyen la temperatura de la caja en unos 10 a 40 C por debajo de la temperatura ambiente.

    En la medida de bajas temperaturas la compensación se efectúa utilizando además una resistencia termostática adicional que mantiene constante la temperatura de la caja en unos 50 C, valor que es un poco más alto que la temperatura ambiente que pueda encontrarse y lo suficientemente bajo como para reducir apreciablemente la diferencia de temperatura útil. El pirómetro puede apuntar al objeto bien directamente, bien a través de un tubo de mira abierto (se impide la llegada de radiación de otras fuentes extrañas) o cerrado (medida de temperatura en baños de sales para tratamientos térmicos, hornos)

    Los tubos pueden ser metálicos o cerámicos. Los primeros son de acero inoxidable o aleaciones metálicas resistentes al calor y a la corrosión y se emplean temperaturas que no superan generalmente los 1100 C.

    Permiten una respuesta más rápida a los cambios de temperatura que los tubos cerámicos. Los tubos cerámicos se utilizan hasta 1650 C.

    En las siguientes tablas se pueden ver las características de estos tubos:
 

Aleación

Composición química (%)

Aplicaciones

Ni

Cr

Fe

Ti

Si

Al+Ni

Inconel 600

76

17

7

     

para atmósferas carburantes, gases de combustión, nitruración, carbo-nitruración, amoníaco disociado, baños de sales de temple y cementación

Nimonic 75

76

20

4

0.1

   

igual al anterior, no fragilizándose por el hidrógeno a alta temperatura

Incoloy 800

32

20

resto

   

0.6

parecidas al Inconel, pero menos eficaz

Incoloy D.S.

38

20

resto

 

2.5

 

igual que el anterior

Aleaciones resistentes a la corrosión a alta temperatura y a sales fundidas

 

Material

Composición

Temperatura máxima (C)

Observaciones

cuarzo

sílice fundida

1260

resistencia excelente al choque térmico

firebick

 

1450

protección secundaria para tubos Sillramic

sílice

sílice

1600

en crisoles para vidrio

sillramic

sílice-aluminio

1650

resistencia al choque térmico 
resistencia mecánica débil

mullite

sílice-aluminio

1650

protección secundaria de choque mecánico y térmico. De mayor diámetro que el anterior

aluminio de alta pureza

99 % aluminio puro

1870

resistencia al choque mecánico y térmico

óxido de berilio

óxido de berilio

2200

resistencia excelente al choque térmico 
resistencia débil al choque mecánico

tubos metálicos cerámicos

cromo-aluminio

1425

resistencia excelente a los sulfuros 
buena resistencia al choque térmico y mecánico

Tubos cerámicos

 

    La relación entre la f.e.m. generada y la temperatura del cuerpo es independiente de la distancia entre el cuerpo y la lente (excluyendo la presencia de gases o vapores que absorban energía) siempre que la imagen cubra totalmente la unión caliente de la pila termoeléctrica.

     El fabricante normaliza la relación entre las dimensiones del objeto y su distancia a la lente, para garantizar unas buenas condiciones de lectura. De este modo existen pirómetros de radiación de ángulo estrecho (factor de distancia 20:1) y de ángulo ancho (factor de distancia 7:1)
 

Pirómetros de radiación de ángulo estrecho (a) y de ángulo ancho (b)


 
    Un problema de gran importancia es la selección del material de la lente que debe transmitir la máxima energía compatible con la gama de radiaciones emitida.
 

    En la figura de distribución de energía radiante (vista anteriormente) puede verse que la radiación visible presenta el área entre 0.4 y 0.75 micras, que las lentes de pyrex permiten el paso de ondas de 0.3 a 2.7 micras, que las de sílice fundida dejan pasar ondas de 0.3 a 3.5 micras; las llamas no luminosas irradian y absorben energía en una banda ancha de 2.4 a 3.2 micras debido a la presencia de CO2 y vapor de agua. De este modo, el empleo de la lente de pyrex elimina prácticamente todas las longitudes de onda correspondientes a la energía irradiada por el CO2 y vapor de agua y por consiguiente la medida de la temperatura no viene influida por la presencia de llamas no luminosas. Sin embargo, un pirómetro con lente de sílice que deja pasar ondas entre 0.3 y 3.8 micras es sensible a la radiación de la llama no luminosa si ésta interfiere en la línea de mira del instrumento. Asimismo, un pirómetro especial constituido por una lente de fluoruro de calcio y con un ángulo de enfoque ancho para captar la mayor cantidad posible de energía (que a bajas temperaturas es muy débil) permite medir temperaturas muy bajas de 50 C a 200 C.

USOS

    El pirómetro de radiación se puede recomendar en lugar del termoeléctrico en los casos siguientes:

    Este pirómetro reemplaza al pirómetro óptico cuando se desea registrar y vigilar las temperaturas superiores a 1600 C. Esta sustitución requiere que la fuente sea lo suficientemente grande para llenar el campo del pirómetro de radiación.

Un ejemplo interesante de la termometría basada en la radiación del cuerpo negro fue descubierto por A. Penzias y R.W. Winson en 1965. Utilizando un radiotelescopio y operando en el intervalo de longitudes de ondas centimétricas detectaron una radiación de fondo que parece inundar uniformemente el universo y cuyas características espectrales coinciden con las correspondientes a un cuerpo negro a la temperatura de unos 3 K (radiación 3 K del universo).

Por este motivo Penzias y Wilson recibieron el Premio Nobel de Física de 1978.

Diagrama esquemático de un pirómetro de radiación total (Fery)

 

Diagrama de un pirómetro de radiación visible