GUÍA TÉCNICA SOBRE TRAZABILIDAD E INCERTIDUMBRE EN LA CALIBRACIÓN DE TERMÓMETROS DE RADIACIÓN
México, Abril de !!" Derec#o$ re$er%&do$ '
(RESENTACIÓN Para asegurar la uniformidad y validez técnica de la expresión de la trazabilidad de las mediciones y de la estimación de la incertidumbre de las mismas, la entidad mexicana de acreditación, a. c ., solicitó al Centro Nacional de Metrología la revisión y elaboración de Guías écnicas sobre razabilidad razabilidad e !ncertidumbre de las Mediciones" #os $ubcomités de evaluación de #aboratorios %creditados de Calibración y de &nsayo de la entida entidad d mexic mexicana ana de acredi acreditac tación ión se incorporaron a este proyecto transmitiendo sus conocimientos y experiencias relacionados con la trazabilidad e incertidumbre de sus mediciones" &l Centro Nacional de Metrología coordinó la elaboración de las Guías, proponiendo criterios técnicamente sustentados, procurando 'ue las opiniones de los $ubcomités fueran apropiadamente consid considera eradas das y asegu aseguran rando do la co(ere co(erenc ncia ia de las mismas mismas con otros otros docume documento ntoss técni técnicos cos de referencia" #as Guías écnicas de razabilidad e !ncertidumbre de las Mediciones observan lo establecido en documentos de referencia conocidos ampliamente en la comunidad internacional, en los cuales se fundamentan las políticas de razabilidad e !ncertidumbre de la entidad mexicana de acreditación" #as Guías aportan criterios técnicos 'ue sirven de apoyo a la aplicación de la norma NM)*&C* +-./*!MNC*.--0" #a co(erencia de las Guías con esta norma y con otros documentos de referencia, contribuye a asegurar la confiabilidad y uniformidad de las mediciones 'ue realizan los laboratorios acreditados"
%bril de .--1"
Dr) *éc+or O) N&%& &i-e$
M&r.& I$&bel L/0e1 M&r+.2e1
2irector General Centro Nacional de Metrología a. c.
2irectora &3ecutiva entidad entidad mexicana mexicana de acredita acreditación, ción,
Guía técnica de trazabilidad e incertidumbre para la calibración de termómetros de radiación4%bril .--1 5ec(a de emisión .--1*-6*+6, fec(a de entrada en vigor .--1*-*-+, revisión --
.434
AGRADECIMIENTOS acreditación expresa su reconocimiento al 5ondo de %poyo para la #a entidad mexicana de acreditación Micro, Pe'ue7a y Mediana &mpresa 859N29 P:M&;, auspiciado por la $ecretaría de &conomía, por (aber proporcionado los recursos financieros para la elaboración de este documento, mediante el proyecto aprobado con folio 5P.--*+0-/ de nombre <&laboración de guías técnicas sobre trazabilidad e incertidumbre para la medición 'ue permitan el fortalecimiento del $istema Nacional de %credita %creditación ción de #aboratorios #aboratorios de &nsayo &nsayo y Calibración Calibración== y por este medio (ace patente patente su sincero reconocimiento y agradecimiento a la $ecretaría de &conomía, a la $ubsecretaría para la Pe'ue7a y Mediana &mpresa, &mpresa, a la 2irección General de 2esarrollo 2esarrollo &mpresarial y 9portunidades 9portunidades de Negocio, y a los profesionales 'ue aportaron su tiempo y conocimiento en su desarrollo, destacando a los responsables de la elaboración>
GRU(O DE TRABAO
*ERN5NDEZ LÓ(EZ o$é E6r&.2, CENAM LIRA CORTÉS CORTÉS Leo2el, CENAM LU7O AL8ARADO S&9l &%ier, CENAM MÉNDEZ LANGO Ed:&r, Ed:&r, CENAM RODRÍGUEZ ARTEAGA *;:o, CENAM
$e agradece los comentarios y sugerencias del $ubcomité de temperatura, presión y (umedad, de la &M%
Guía técnica de trazabilidad e incertidumbre para la calibración de termómetros de radiación 5ec(a de emisión .--1*-6*+6, fec(a de entrada en vigor .--1*-*-+, revisión --
?434
ÍNDICE
P@&$&N%C!AN""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""" . %G@%2&C!M!&N9$"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""" ? G@BP9 2& @%%D9 """""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""" ? EN2!C&""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""" 6 +" Propósito de la Guía"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""" / ." %lcance"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""" / ?" Mensurando""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""" / 6" Método y sistema de medición"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""" 0 /" Confirmación metrológica """""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""" ++ 0" razabilidad de las mediciones"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""+? " &stimación de la incertidumbre de medición"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""" +0 1" Falidación de métodos"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""" + " uenas prHcticas de medición""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""" + +-" @eferencias bibliogrHficas"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""" .%nexo %"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""" .. %nexo """""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""" ?%nexo C" """"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""" ?+
<)
(ro0/$i+o de l& G;.&
#a presente Guía tiene como finalidad orientar sobre> a; métodos para calibrar termómetros de radiación, b; estimar la incertidumbre de la calibración, c; los re'uisitos para demostrar trazabilidad de las mediciones en los servicios de calibración, y d; expresar la trazabilidad de las mediciones realizadas por los laboratorios" &n ella se describen los elementos bHsicos de un sistema de calibración de termómetros de radiaciónI se resaltan criterios para sustentar la trazabilidad y para estimar la incertidumbre de las mediciones" &stos criterios se deben observar durante la evaluación de un laboratorio"
)
Alc&2ce
&sta Guía se aplica a la calibración de termómetros de radiación de banda anc(a o angosta, a temperaturas menores al punto de solidificación de la plata, y sirve de apoyo para> Calibración por comparación de las mediciones de un termómetro patrón contra las
mediciones del termómetro ba3o calibración" &valuar la estimación de la incertidumbre en las calibraciones" &valuar la documentación de la trazabilidad de las mediciones 'ue se realizan en las calibraciones" &sta Guía no aplica en la calibración de> a'uellos termómetros denominados como
3)
Me2$;r&2do
Para los métodos de medición 'ue se presentan en esta Guía, el mensurando es el error de medición del termómetro de radiación ba3o calibración"
3)<
Modelo -&+e-=+ico 0&r& el -e$;r&2do
&l modelo matemHtico del error de medición del instrumento ba3o calibración 8!C;, para cada temperatura de calibración es> error IBC t IBC t P
donde: t IBC
( IBC ) t P
4)
8 IBC ;
8+;
es la temperatura de radiancia, indicada por el !C en KC, es la corrección por la diferencia entre la emisividad de la fuente radiante y la emisividad a3ustada en el !C, 8 IBC ;, es la temperatura de la fuente radiante, indicada por el termómetro patrón 'ue mide la temperatura de su pared"
Mé+odo > $i$+e-& de -edici/2
&l método empleado es el de comparación con los siguientes casos>
comparar la temperatura de radiancia de un cuerpo negro medida por el !C, donde la temperatura del cuerpo negro se mide con un termómetro de resistencia de platino patrón" comparar la temperatura de radiancia de una fuente conocida de radiación medida con el instrumento ba3o calibración, contra la temperatura de radiancia medida por un termómetro de radiación calibrado, usado como patrón de referencia"
Si$+e-& de -edici/2
&n consecuencia los sistemas de medición son>
Bn cuerpo negro cuya temperatura se mide con un termómetro de resistencia de platino o Bna fuente de radiación caracterizada y un termómetro de radiación calibrado"
4)<
C&r&c+er.$+ic&$ de lo$ ele-e2+o$ de ;2 $i$+e-& de -edici/2
?;e2+e$ r&di&2+e$@
&n las mediciones se utilizan generalmente cinco tipos de fuentes radiantes> Cuerpos negros con puntos fi3os de la &scala !nternacional de emperatura de +-" Cuerpos negros inmersos en ba7o lí'uido" Cavidad de un tubo de calor cerrada por un extremo" Cavidad de un (orno de temperatura variable con calentamiento eléctrico, de una o mHs zonas de calefacción" Plato caliente de temperatura variable, con emisividad conocida" Re;i$i+o$ 0&r& l&$ 6;e2+e$ r&di&2+e$@
#a abertura de la cavidad del cuerpo negro, o el radiador, deberH tener un diHmetro
cuando menos dos veces mayor 'ue el diHmetro del campo visual del !C, a cual'uiera de las distancias establecidas para la calibración L/" &l valor de la emisividad del cuerpo negro, 'ue se considera como una cavidad isotérmica, no debe ser menor 'ue -, L/" &l valor de la emisividad de fuentes radiantes diferentes a cuerpos negros, debe tener evidencia de su validez" #a tabla + incluye algunos e3emplos de cavidades de cuerpos negros y algunas de sus características" T&bl& <) C&%id&de$ de c;er0o 2e:ro > &l:;2&$ de $;$ c&r&c+er.$+ic&$ 4)
!ntervalo de temperaturas 4 KC 2esde asta *.-
Medio para establecer la temperatura
+-/
Gradientes mHximos de temperatura &n el fondo4KC+
&ntre la abertura y el fondo . Q a R -,6 Q
!nmersión en mezcla de O+ etilenglicol y agua /./!nmersión en aceite de O+ . Q a R -,6 Q silicón //-Calefactor eléctrico O .,/ +- Q a R . Q 6-1-Calefactor eléctrico O .,/ +- Q a R . Q 1-0. Calefactor eléctrico O/ +- Q a R . Q + Con respecto al centro" . Cociente de temperaturas absolutas, con respecto al centro de la cavidad" Re;i$i+o$ 0&r& lo$ +er-/-e+ro$ 0&+ro2e$@
Para cuerpos negros cuya temperatura se mide con un termómetro de resistencia de platino> &l termómetro debe estar calibrado, $e deberH comprobar 'ue la temperatura medida con el termómetro de resistencia de platino patrón, no depende de la profundidad de inmersión, en la proximidad del fondo de la cavidad" &l resultado de una prueba de inmersión es suficiente, en el alcance de medición de interés"
Para fuentes de radiación con termómetros de radiación patrón" #a emisividad de la cavidad debe ser conocida en el intervalo de temperatura 'ue se utilice y en las regiones espectrales del patrón y del !C" &l termómetro patrón debe estar calibrado" &n caso de 'ue la emisividad de la fuente no corresponda a a'uella 'ue con la 'ue fue calibrado el termómetro patrón, entonces se debe> o a3ustar el control de del termómetro patrón al valor de emisividad de la fuente o o calcular la corrección correspondiente"
4)
Co2dicio2e$ de re6ere2ci& 0&r& l& re&li1&ci/2 de l&$ c&libr&cio2e$
Del &-bie2+e
#a temperatura y la (umedad del lugar donde se llevan a cabo las calibraciones deben estar dentro de los límites especificados de operación de los componentes del sistema de calibración y del !C" Di$+&2ci&
Bn termómetro de radiación puede presentar un error de medición 'ue estH asociado con la relación entre el tama7o relativo del campo visual y el tama7o del ob3eto cuya temperatura se mide" &ste error de medición es variable y para determinarlo es necesario 'ue durante la calibración del termómetro se realicen mediciones a varias distancias entre el termómetro y la fuente radiante" Para 'ue el usuario de un termómetro de radiación ba3o calibración, disponga de información sobre el error de medición de tal termómetro, la calibración se debe realizar al menos a dos distancias> a'uella para la cual el campo de visión del !C tiene un diHmetro 'ue es igual a la mitad del diHmetro de la fuente radiante, y a'uella para la cual el campo de visión del !C tiene un diHmetro cuyo tama7o estH entre el -Q y el - Q del diHmetro de la fuente radiante"
#a distancia establecida para la calibración y el diHmetro de la fuente radiante, deberHn estar descritas en el informe de la calibración" Ali2e&ci/2 del ee de $i-e+r.& del c&-0o %i$;&l del IBC
&l e3e de simetría del sistema óptico del !C debe ser coincidente con el e3e de simetría de la cavidad del cuerpo negro o coincidente con la normal 'ue cruza el centro del radiador usado como fuente radiante" Co2dicio2e$ 0&r& el i2$+r;-e2+o
&l !C se deberH mantener por lo menos 61 (oras en un ambiente con temperatura y (umedad dentro de los límites de operación especificados en su manual de operación o referencia 'ue apli'ue" Co2dicio2e$ 0&r& l& e$+&bilid&d de l& +e-0er&+;r& de l& 6;e2+e r&di&2+e &2+e$ de i2ici&r l& c&libr&ci/2
2eberH esperarse (asta 'ue el termómetro patrón indi'ue 'ue la temperatura de la fuente radiante es estable" &l laboratorio deberH especificar las condiciones para declarar la estabilidad de la temperatura de la fuente" N9-ero de -edicio2e$ 0or $erie
$e recomienda 'ue la temperatura medida con el !C se compare con el promedio de dos mediciones de temperatura del termómetro patrón realizadas antes y después de una medición del !C" &sta serie de comparaciones entre la lectura del !C y el promedio de mediciones del patrón, se debe e3ecutar al menos tres veces" 4)3
E$;e-&$ de c&libr&ci/2
4)3)< C;&2do el co2+rol de e-i$i%id&d del IBC 0er-i+e $er &;$+&do & l& e-i$i%id&d e6ec+i%& de l& 6;e2+e
a3o este es'uema tanto el patrón como el !C se deben a3ustar al valor de emisividad de la fuente radiante y la corrección 8 IBC ; se (ace igual a cero en la ecuación +"
Por lo tanto, el error de medición ba3o este es'uema de calibración, es el 'ue resulta de comparar las lecturas del !C contra las lecturas del patrón> error IBC
S
t IBC t p
Ee-0lo <@
$upóngase 'ue a una distancia dada, se calibra un termómetro a3ustado a S +,-- y 'ue la calibración se realiza mediante la medición de la temperatura de un cuerpo negro donde el termómetro patrón indica 'ue éste se encuentra a +-- KC" $upóngase también 'ue la temperatura indicada por el !C es +--,6 KC" TCuHl sería el error de medición del !C a esa temperatura de calibraciónU Sol;ci/2@
a3o este es'uema> 8 IBC = 1; S No+&> Cuando un termómetro de radiación opera a3ustado a S +, los valores desplegados no provienen de una se7al compensada" Por esto, la corrección 8 IBC ;
vale cero"
2ado 'ue t IBC S +--,6 KC y t P S +-- KC, el error de medición del !C es> Error IBC = +--,6 KC - KC +-- KC S -,6 KC
4)3) C;&2do el IBC 2o 0er-i+e $er &;$+&do &l %&lor de e-i$i%id&d e6ec+i%& de l& 6;e2+e
$e debe usar este es'uema cuando el !C opera a un valor de emisividad fi3o 8distinto al de la fuente; y se debe calcular la compensación 8 IBC ; 'ue el termómetro introduce en el valor desplegado de la temperatura medida" a3o este es'uema, el error de medición es el 'ue resulta de comparar las lecturas corregidas del !C contra las lecturas del patrón, como indica la ecuación +I véase e3emplo ."
)
Co26ir-&ci/2 -e+rol/:ic&
Confirmación metrológica> Con3unto de operaciones re'ueridas para asegurar 'ue el e'uipo
de medición es conforme a los re'uisitos correspondientes a su uso previsto" Notas>
#a confirmación metrológica generalmente incluye la calibración y verificación,
cual'uier a3uste o reparación necesario y la subsiguiente recalibración, la comparación con los re'uisitos metrológicos para el uso previsto del e'uipo, así como cual'uier sellado y eti'uetado re'uerido"
#a confirmación metrológica se obtiene cuando se (a demostrado y documentado la
adecuación del e'uipo de medición para el uso previsto"
#os re'uisitos para el uso previsto del e'uipo de medición, incluyen
consideraciones tales como alcance, resolución y error mHximo permitido"
Ee-0lo @
$upóngase 'ue a una distancia dada, se calibra un termómetro con banda de respuesta espectral de 1 m a +6 m y 'ue opera con un a3uste de emisividad a S -,/ y 'ue la calibración se realiza mediante la medición de la temperatura de un cuerpo negro donde un termómetro patrón se encuentra instalado en la pared 'ue forma la cavidad e indica 'ue ésta se encuentra a +-- KC" $upóngase 'ue la temperatura indicada por el !C es +-?,/ KC" TCuHl sería el error de medición del !C, si el instrumento pudiera a3ustarse a S +U Sol;ci/2@
#a compensación introducida a la temperatura medida por el !C a un valor de emisividad S -,/ para la banda de respuesta espectral de 1 m a +6 m y a la temperatura de +-- KC, de acuerdo al método 'ue se describe en el %nexo % de esta guía, vale> 8 IBC = 0,95; S ?,. KC &ntonces, dado 'ue t IBC S +-?,/ KC y t P S +-- KC 8la temperatura de calibración medida con el patrón;, el error de medición del !C es> Error IBC = +-?,/ KC ?,. KC +-- KC S -,? KC
#a confirmación metrológica es Jtil en ausencia de prescripciones de características de los ba7os y (ornos establecidas por el fabricante, esto es comJn en este tipo de e'uipo" $u propósito es asegurar 'ue el sistema de calibración tenga las características adecuadas para el uso previsto" &l laboratorio debe tener un sistema de confirmación metrológica para su sistema de medición 'ue indi'ue el programa de calibración y verificación de sus patrones, la caracterización de fuentes de radiación y el control metrológico de a'uellos instrumentos de medición 'ue se usen durante la calibración" Nota para el evaluador> &ste sistema de confirmación metrológica estH de acuerdo a lo establecido en la norma NM)*&C*+-./*!NMC*.--0, apartados /"0"?"+ 8Patrones de referencia; y /"0"?"? 8Ferificaciones intermedias;" &l sistema debe contener criterios técnicos respecto al sistema de calibración utilizado en la calibración> caracterización periódica de uniformidad térmica, criterios de estabilidad y control estadístico" #a confirmación metrológica es Jtil en ausencia de prescripciones de características de e'uipos e instrumentos usados en la calibración para asegurar 'ue sus características sean adecuadas para el uso previsto" #os criterios técnicos respecto a la utilidad de los e'uipos e instrumentos de medición utilizados en la calibración, son los siguientes> ?;e2+e de r&di&ci/2> #os principales aspectos a considerar son>
verificación de su emisividad y caracterización de sus gradientes térmicos" $e recomienda el uso de cartas de control para observar el comportamiento de estas características en el tiempo"
Notas>
#a verificación de la emisividad efectiva de una fuente depende de la emisividad de
sus paredes y de su forma geométrica" &xisten en la literatura modelos para estimar su valor en función de estos parHmetros L+." #os gradientes térmicos pueden medirse con termómetros de resistencia de platino 8insertos en las paredes de la cavidad; con3untamente con termómetros de radiación de Hngulo sólido agudo, vía la medición del campo de temperatura en la zona de interés" Ter-/-e+ro 0&+r/2 de re$i$+e2ci& de 0l&+i2o) &l patrón debe> estar calibrado, presentar evidencias de 'ue su inmersión en las paredes 'ue forman la cavidad es
adecuada, es decir, 'ue la inmersión es mayor 'ue cual'uiera de a'uellas donde el termómetro muestra dependencia con la posición del sensor y
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verificarse periódicamente su R- en un ba7o de (ielo" Ter-/-e+ro de r&di&ci/2 0&+r/2" &l patrón debe> estar calibrado y tener caracterizada su dependencia del valor medido como función de la distancia
del mismo a la fuente radiante"
F)
Tr&1&bilid&d de l&$ -edicio2e$
De6i2icio2e$@ Trazabilidad > Propiedad del resultado de una medición o de un patrón, tal 'ue ésta pueda
ser relacionada con referencias determinadas, generalmente patrones nacionales o internacionales, por medio de una cadena ininterrumpida de comparaciones teniendo todas incertidumbres determinadas L0" N9%$ &ste concepto se expresa frecuentemente por el ad3etivo trazable" #a cadena ininterrumpida de comparaciones es llamada cadena de trazabilidad" Patrón>
Medida materializada, aparato de medición o sistema de medición destinado a definir, realizar, conservar o reproducir una unidad, o uno o varios valores conocidos de una magnitud, para servir de referencia L0" Bn material de referencia certificado también es un patrón de medición" Calibración>
Con3unto de operaciones 'ue establecen ba3o condiciones especificadas, la relación entre los valores indicados por un aparato o sistema de medición o los valores representados por una medida materializada y los valores correspondientes de la magnitud realizada por los patrones L0" erificación>
Confirmación y provisión de evidencia ob3etiva de 'ue se (an cumplido los re'uisitos especificados L" #os aspectos relacionados con la trazabilidad de las mediciones deben ser acordes con lo dispuesto en la política de la ema al respecto y cumplir con los re'uisitos de la sección /"0 de la norma NM)*&C*+-./*!MNC*.---" Bna carta de trazabilidad completa debe indicar los valores de las incertidumbres de cada uno de los instrumentos 'ue incluye e información de sus informes de calibración" Guía técnica de trazabilidad e incertidumbre para la calibración de termómetros de radiación 5ec(a de emisión .--1*-6*+6, fec(a de entrada en vigor .--1*-*-+, revisión --
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No+& 0&r& el e%&l;&dor@
#a trazabilidad a patrones nacionales, de las mediciones realizadas con los patrones de referencia o de traba3o 'ue son utilizados por el laboratorio solicitante, serH obtenida de sus calibraciones y demostrada por> certificados o informes de calibración, cuya vigencia es validada por verificaciones intermedias 8entre calibraciones subsecuentes;, registros en cartas de control 'ue el laboratorio lleve a cabo para dic(os patrones y 'ue pueda presentar como evidencia y sólo puede considerarse completa si se cuenta con una estimación correcta de la incertidumbre de las mediciones 'ue son obtenidas con esos patrones
&3emplo de una carta de trazabilidad para las calibraciones de termómetros de radiación Patrón Nacional de Temperatura CNM-PNE-2 Conjunto de celdas de puntos fjos de la EIT-90 Alcance: M % del punto del mercurio al punto N de la & C plata
Conjunto de patrones de trabajo Term"metros de resistencia de plano Alcance: del punto del mercurio al punto de la plata Incerdumbre: ±# m a ±$0 m
Incerdumbre: ±0,4 m a ±! m
Patrones de Referencia del laboratorio de calibraciones Term"metros de resistencia de plano Alcance: de % 40 &C a 9'0 &C Incerdumbre: ±$0 m a ±40 m
n ó i c a r b i l a c e d s o i r o t
Patrones de trabajo del laboratorio de calibraciones Term"metros de resistencia de plano, termopares, etc( Alcance: de %40 &C a !!0 &C Incerdumbre: ±!0 m a ±$00 m
s o i r a u s B
Termómetros usados en la Industria
Cavidades de cuerpo negro laboratorio de calibraciones Alcances: de %#0 &C a #! &C de !0 &C a !00 &C de #00 &C a '!0 &C de !00 a 9'0 &C
Termómetros de laboratorios de prueba
%lcance> de 6- KC a 0- KC !ncertidumbre> O+ V a O+- V
Termómetros de otros usuarios
)
E$+i-&ci/2 de l& i2cer+id;-bre de -edici/2
#a tabla . contiene a los componentes de incertidumbre del mesurando 'ue se deben de tomar en consideración para los es'uemas de calibración de esta guía" T&bl& ) Co-0o2e2+e$ de i2cer+id;-bre 0&r& lo$ di6ere2+e$ e$;e-&$ de c&libr&ci/2
Componentes de incertidumbr e 5uente radiante !nstrumento ba3o calibración
)<
2escripción de la componente
6"?"+
2e la medición de su temperatura 2el valor de su emisividad #ecturas &fecto del tama7o de la fuente 2istancia de calibración Compensación por a3uste de emisividad
&s'uema
6"?".
) ) ) ) ) ) Féase sección "6 ) ) * )
Co-0o2e2+e de i2cer+id;-bre@ +er-/-e+ro 0&+r/2
Para esta componente debe considerarse lo siguiente> la calibración del termómetro patrón, la resolución del termómetro patrón, la dispersión de las lecturas 'ue se realizan con el termómetro patrón"
)
Co-0o2e2+e de i2cer+id;-bre@ e-i$i%id&d de l& 6;e2+e r&di&2+e
))< De l& e-i$i%id&d i2+r.2$ec& de l& 0&red de l& 6;e2+e r&di&2+e i$o+ér-ic& ;e $e ob$er%& de2+ro del c&-0o %i$;&l del IBC
Bna forma de determinar la incertidumbre de la emisividad intrínseca, es con la ecuación siguiente L1> !8
bb, W
;
+ bb !8 ; +
donde> bb
emisividad efectiva de la fuente radiante,
emisividad intrínseca del material 'ue recubre a la pared de la fuente radiante,
!8 ;
incertidumbre de la emisividad intrínseca del recubrimiento"
)) I2cer+id;-bre de l& e-i$i%id&d ;e $e debe & co2dicio2e$ 2o i$o+ér-ic&$
Cuando no se pueden asegurar condiciones isotérmicas en las paredes 'ue forman a la fuente radiante, se re'uiere la medición de la distribución de temperaturas en ellas, por e3emplo mediante el uso de un termómetro de radiación de buena resolución y campo visual agudo" $i las desviaciones a condiciones isotérmicas fueran pe'ue7as, la estimación de la incertidumbre de la emisividad efectiva de la fuente puede realizarse con métodos numéricos de simulación basados en el método de Monte Carlo" Cuando las desviaciones a condiciones isotérmicas son grandes, se puede (acer la estimación de la incertidumbre ba3o la suposición 'ue sólo la pared del fondo se encuentra a una temperatura menor con respecto a la 'ue se tendría en cual'uiera otra región de la cavidad, con un valor mHximo T , 'ue llevaría al valor de la emisividad de la cavidad a un valor mínimo" $i se asocia una distribución rectangular con valor medio igual a cero al error debido a los gradientes de temperatura, la incertidumbre de la emisividad por gradientes de temperatura se puede determinar con la siguiente ecuación L1> 8
!
bb,
T
;
c# )$
) T *T T i 1 ⎡ ⎣ xp c #
i
(
#
T Ti ⎦ i
)⎤
2onde T i se refiere a cada uno de los valores de las temperaturas de calibración expresados en Xelvin y Ti son las longitudes de onda efectivas limitantes 'ue les corresponden, de acuerdo con la ecuación "+ y calculadas con coeficientes dados en la tabla "+ del %nexo "
))3 Coe6icie2+e$ de $e2$ibilid&d 0&r& l&$ i2cer+id;-bre$ de l& e-i$i%id&d de l& 6;e2+e
#a combinación de las incertidumbres de la emisividad de la fuente radiante con
otras incertidumbres del proceso de calibración, re'uiere 'ue las primeras, mediante el uso de coeficientes de sensibilidad, se expresen en unidades de temperatura" Con el auxilio de métodos de simulación numérica, se puede determinar el efecto 'ue un cambio de emisividad de la fuente tiene en la temperatura de radiancia medida con el !C y con ello obtener los coeficientes de sensibilidad re'ueridos, tal como se muestra en un e3emplo en la sección %"+". del %nexo %"
)3
Co-0o2e2+e de i2cer+id;-bre@ lec+;r&$ del IBC
Para esta componente debe considerarse lo siguiente> la dispersión de las lecturas 'ue se obtienen con el !C, la resolución de la pantalla de desplegados del !C"
)4
Sobre l& i2cer+id;-bre ;e $e debe &l e6ec+o del +&-&Ho de l& 6;e2+e
!dealmente, las lecturas de un termómetro de radiación debieran ser independientes del tama7o de la fuente de radiación 'ue se mide, siempre 'ue la imagen de la fuente, formada dentro del !C, cubra totalmente el Hrea de su detector" $in embargo, experimentalmente se observa 'ue esto no es así" &l efecto del tama7o de la fuente se puede determinar por dos métodos>
8 ", "- ;
# 8 $, "; # 8 $, "- ; # 8 $ ;
donde " es el diHmetro de una fuente de radiancia uniforme, "- es un diHmetro de referencia arbitrario y $ es la radiancia de la fuente entonces, en el método indirecto, "- es el diHmetro de una zona obscura centrada en la fuente de radiancia" &n este caso, # 8 $; es la se7al obtenida al observar a la fuente de radiancia sin obstrucción de la zona obscura y # 8 $, "; es la se7al obtenida al observar a la fuente con una zona obscura central 'ue tiene el diHmetro " de la fuente y # 8 $ ,"-; es la se7al obtenida cuando a la fuente se le coloca enfrente una abertura variable con su diHmetro a3ustado al tama7o de la zona obscura central" Cuando se conoce la función del efecto del tama7o de la fuente, es conveniente realizar correcciones a los valores medidos y estimar sus incertidumbres" &l propósito de esta Guía no estH dirigido a la determinación de esas correcciones ni sus incertidumbres, sino a la calibración de un termómetro de radiación a diferentes distancias, para 'ue el usuario conozca las variaciones del error del instrumento por esta causa" Por esta razón, en esta Guía, no se solicita estimar una incertidumbre para el efecto del tama7o de la fuente"
")
8&lid&ci/2 de -é+odo$
&l laboratorio deberH validar sus métodos de calibración mediante> #a presentación de evidencias de 'ue sus patrones se encuentran calibrados, Yue la calibración cubre los intervalos de temperatura de los servicios ofrecidos" #a presentación de evidencias ob3etivas y documentadas sobre la emisividad de sus fuentes radiantes" #a participación en comparaciones es muy recomendable como parte de la validación de métodos"
)
B;e2&$ 0r=c+ic&$ de -edici/2
$e recomienda seguir las siguientes prHcticas, orientadas a me3orar la validez de los resultados> (&r& el +er-/-e+ro 0&+r/2 de re$i$+e2ci& de 0l&+i2o
$e deberH comprobar 'ue sus lecturas no dependen de la profundidad de inmersión en la pared de la fuente radiante" $e deberH verificar el valor de su R- en un ba7o de (ielo" (&r& el +er-/-e+ro de r&di&ci/2 0&+r/2
$e deberH asegura la limpieza de su sistema óptico" $e debe su3etar con soportes mecHnicos para asegurar su posición y alineación" (&r& l& 6;e2+e r&di&2+e
2eberH esperarse un tiempo razonable, posterior al momento en 'ue su indicador de temperatura permanezca sin cambios" $e deberH contar con estudios documentados 'ue suministren información sobre los tiempos re'ueridos para 'ue el e'uipo alcance su estabilidad" &n el caso de plato caliente, se debe contar con el conocimiento de su emisividad espectral, 8 ;, en la banda espectral de respuesta del !C" Nota> $i la respuesta espectral del !C no estH contenida en el intervalo de la respuesta espectral del termómetro patrón y la fuente radiante no es un cuerpo negro, entonces es Guía técnica de trazabilidad e incertidumbre para la calibración de termómetros de radiación 5ec(a de emisión .--1*-6*+6, fec(a de entrada en vigor .--1*-*-+, revisión --
+434
muy recomendable 'ue el laboratorio verifi'ue la validez de las correcciones 'ue se calculan" (&r& el IBC
&l instrumento se deberH mantener por al menos 61 (oras en un ambiente con (umedad menor 'ue -Q" $e deberH verificar 'ue el sistema óptico del !C se encuentre limpio de polvo y manc(as" $i fuera necesario realizar una limpieza, se deben seguir las indicaciones del fabricante" $e debe realizar la calibración con un 3uego de pilas nuevas, o con un eliminador de batería" $e debe su3etar con soportes mecHnicos para asegurar su posición y alineación" (&r& l& +o-& de lec+;r&$
$e recomienda 'ue las indicaciones de temperatura obtenidas con el !C, se comparen con el promedio de las dos indicaciones del termómetro patrón obtenidas antes y después de tomar una lectura con el !C" $e sugiere 'ue el nJmero de repeticiones de lecturas, obtenidas de la manera 'ue se describe en el pHrrafo anterior, sea mayor 'ue ?"
Re6ere2ci&$ biblio:r=6ic&$
L+ National !nstitute for $tandards and ec(nologyI <(e N!$ reference for Constants, Bnits and Bncertainty=I pHginas electrónicas de la !nternet para (ttp>44p(ysics"nist"gov4cuu4Constants" L. Preston*(omas, "I (e !nternational emperature $cale of +-I Metrologia .I +-I pp ?*+-" L? Nutter, G" 2" <@adiation (ermometers=, Capítulo 6 de <(eory and Practice of @adiation (ermometers=, editado por 2" P" 2e Zitt y Gene 2" NutterI Do(n Ziley [ $onsI Nueva :orXI +1I pp ./-*./." L6 Norma !ndustrial DaponesaI
A2exo A Ee-0lo del c=lc;lo de l&$ co-0e2$&cio2e$ i2+rod;cid&$ 0or ;2 +er-/-e+ro de r&di&ci/2 ;e o0er& & ;2 &;$+e de e-i$i%id&d di$+i2+o de <
&n la literatura se pueden encontrar varias propuestas para determinar una compensación al valor de temperatura medido de un ob3eto 'ue no es un cuerpo negro, en función de su emisividad y su temperatura L, +-" &n general, el valor de la emisividad suele variar para las diferentes longitudes de onda del espectro emitido por una fuente de radiación y para las diferentes temperaturas a las 'ue la fuente se pueda encontrar" $in embargo, se puede determinar un valor de emisividad promedio de la fuente de radiación para la banda de respuesta espectral del patrón y del !C 'ue pueda mane3arse como si fuera independiente de las longitudes de onda de esa banda" Con un valor de emisividad tal, la se7al de salida 8T ; 'ue produce la radiancia de una fuente de radiación 'ue no es un cuerpo negro, se compensa mediante el cociente de esa se7al y esa emisividad L++> B^8T ;
B8T
;
8%"+;
2e esta manera, se obtiene un valor de se7al 'ue sería e'uivalente al de un cuerpo negro 'ue se encuentra a la misma temperatura del ob3eto 'ue se mide y con este valor determinar el valor de la temperatura de la fuente" A<)< B&2d& de re$0;e$+& e$0ec+r&l de lo$ +er-/-e+ro$ de r&di&ci/2 de b&2d& &2c#&
Bn inconveniente para realizar mediciones de temperatura con termómetros de radiación es la trasmitancia del medio 'ue (ay entre el ob3eto medido y el instrumento" Por e3emplo, una atmósfera con vapor de agua y C9. es poco
A<) SeH&l ;e $e 0rod;ce e2 ;2 +er-/-e+ro de r&di&ci/2, ;e o0er& b&$&do e2 l& :e2er&ci/2 de ;2& 6;er1& elec+ro-o+ri1 J?EMK e2 ;2& +er-o0il&
2e acuerdo con L+-, la se7al de salida de un termómetro de banda anc(a, 'ue opera basado en la generación de se7al en una termopila, se puede determinar con la ecuación siguiente> ⎡ ⎤ $ 8T R ; 8%".; B(T ) - . $ 8T - ;d . d ⎦⎥ 2onde> ⎢ es el ⎣a3uste de emisividad con el 'ue opera el termómetro, 'ue en el me3or de los - casos corresponde al valor de emisividad de la fuente 'ue se mide, $ 8T - ; es la radiancia espectral de un cuerpo negro 'ue se encuentra a la temperatura T - de la fuente 'ue se mide, en Xelvin, la cual es indicada por el instrumento 'ue se calibra, es la radiancia espectral de un cuerpo negro 'ue se encuentra a la temperatura T R $ 8T R; de las paredes del recinto donde se realizan las mediciones, en Xelvin, +
+
+ . son
las longitudes de onda extremas del filtro pasabanda 'ue define a la respuesta espectral del termómetro" #a ecuación %". es vHlida si se cumplen las siguientes condiciones> &l elemento transductor del detector del instrumento, es una termopila #a respuesta del detector es plana en la banda de respuesta del instrumento" &l detector del instrumento se encuentra a la misma temperatura 'ue la del recinto
donde se efectJan las mediciones, &l ob3eto 'ue se mide se comporta como un cuerpo gris, es decir, 'ue el valor de su emisividad es independiente de las longitudes de onda del espectro emitido por él, en la banda de respuesta del instrumento" A<) De+er-i2&ci/2 del %&lor co-0e2$&do de +e-0er&+;r& de ;2 e-i$i%id&d <
obe+o co2
Cuando se conocen las longitudes de onda 'ue delimitan a la banda de respuesta del instrumento, la ecuación %". puede resolverse mediante integración numérica para diferentes valores de emisividad, en función de la temperatura T - de la fuente 'ue se mide y T R del recinto donde se llevan a cabo las mediciones" #a tabla %+ muestra los valores de B8T ; obtenidos con la ecuación %". para T - igual a ??,+/ Xelvin 8+-- KC; y ?0,// Xelvin 8+-?,. KC;, para un termómetro 'ue opera con un filtro pasabanda de + S 1 mm a . S +6 mm, para S + y T R S ./,+/ Xelvin 8.. KC;" #os valores mostrados de B_8t - ; en la tabla para S -,/ se obtuvieron al dividir los valores de B8t - ; con este valor de emisividad"
No+&@
Para los cHlculos, se usaron valores de temperatura termodinHmica 8en Xelvin;, denotados con T 8mayJscula;, 'ue luego se (icieron corresponder a los valores de temperatura prHctica 8en KC; 'ue se dan en la tabla %+, denotados con t 8minJscula;" 2e acuerdo con los valores dados en la tabla, un cuerpo negro 'ue se encontrara a +-- KC, debiera producir una se7al de salida B8t - ; S 1/,1 unidades arbitrarias 8u"a";, en el detector de un termómetro 'ue opera con la banda de respuesta descrita" $i el termómetro se a3ustara a S +, el valor de 1/,1 u" a", correspondería a un valor de temperatura medido igual a +-KC, mismo 'ue sería desplegado en su pantalla de lecturas" T&bl& A<
Falores obtenidos para B8t - ; y B_8t - ; con los valores de emisividad indicados, para un termómetro con banda de respuesta de 1 m a +6 m, cuando t R S .. KC +,--,/ - t - 4KC B8t - ; 4 8u" a"; B_8t - ; 4 8u" a"; 100
85,8
90,3
103,2
90,3
95,1
Pero cuando ese termómetro se operara a3ustado a S -,/, el instrumento calcularía un valor de se7al compensado B_8t - ; igual -,? u" a", 'ue correspondería a un valor de temperatura medido de +-?,. KC" &stos resultados tienen las siguientes interpretaciones> a" $i el ob3eto 'ue se mide fuera un cuerpo negro a +--,- KC, la se7al producida en el detector del termómetro a3ustado a S +, sería igual a 1/,1 u"a" b" $i el ob3eto 'ue se mide fuera un cuerpo negro a +-?,. KC, la se7al producida en el detector del termómetro a3ustado a S +, sería igual a -,? u"a" c" $i el ob3eto fuera un cuerpo gris a +-?,. KC y su emisividad valiera -,/, se produciría en el detector una se7al 'ue sería el / Q de la producida por un cuerpo negro a esa temperatura, es decir> -,? u" a" x -,/ S 1/,1 u" a" d" $i el cuerpo gris citado en 8c;, se midiera con el termómetro a3ustado a S +, el valor de temperatura desplegado sería +-- KC, 'ue corresponde a una se7al de 1/,1 u" a" &l error se debería a 'ue el a3uste en el instrumento no corresponde a la emisividad del ob3eto" e" $i el cuerpo gris citado en 8c;, se midiera con el termómetro a3ustado a S -,/I el valor de se7al de 1/,1 u" a" sería compensado a -,? u" a" y el valor de temperatura desplegado sería +-?,. KC" &n este caso, el valor a3ustado en el instrumento, correspondería a la emisividad del ob3eto"
f"
Cuando el ob3eto 'ue se mide es un cuerpo negro a +-- KC y el termómetro opera a3ustado a S -,/I la se7al producida sería igual a 1/,1 u" a", la cual sería compensada y llevada al valor de -,? u" a" &n este caso el valor desplegado sería +-?,. KC"
2el comentario dado en el inciso 8f;, se puede inferir 'ue el valor de compensación introducido por el instrumento, al operar a3ustado a un valor de emisividad distinto de +, corresponde a la diferencia de las dos temperaturas calculadas, para la se7al compensada y sin compensar> Compenación S t - 8 Bcompensada; t - 8 Bsin compensar ;
Ee-0lo A)<
TCuHl es el valor de compensación introducido a la temperatura indicada de +-?,. KC por un termómetro 'ue opera a un a3uste de emisividad a S -,/ si el instrumento traba3a con una banda de respuesta de 1 m a +6 mU Sol;ci/2>
2e acuerdo con los valores mostrados en la tabla %+, el valor de temperatura 'ue se determina para una se7al de -,? u" a", es> t - ` B S -,? u" a" S +-?,. KC
$e sabe 'ue el instrumento calcula este valor de temperatura a partir de una se7al compensada" 2e acuerdo con la ecuación %"+, se puede determinar el valor de la se7al sin compensación, de la manera siguiente> B8t - ; S B_8t - ; S -,/ x -,? u" a" S 1/,1 u" a"
&l valor de temperatura 'ue corresponde a la se7al sin compensar es> t - ` B S 1/,1 u" a"
Por lo tanto>
S +--,- KC Compenación = +-?,. KC +--, - KC
S ?,. KC
A<)3 Coe6icie2+e$ de $e2$ibilid&d 0&r& lo$ %&lore$ de l&$ co-0e2$&cio2e$ c&lc;l&d&$
%l calcular las compensaciones de las temperaturas medidas con un termómetro 'ue opera a3ustado a un valor de emisividad distinto de +, para un intervalo de temperaturas cercanas
de la temperatura de calibración, se puede obtener un coeficiente de sensibilidad para las incertidumbres de la compensación calculada" #a figura %+ muestra los resultados de un cHlculo tal, para un termómetro 'ue opera a3ustado a S -,/ y tiene una banda de respuesta de 1 mm a +6 mm, donde las compensaciones, a cada temperatura una de las temperaturas del e3e x, se calcularon de la manera 'ue se describe en el e3emplo %+" &l valoRr absoluto de la pendiente de la curva mostrada en la figura, se puede usar como el coeficiente de sensibilidad 'ue se re'uiere para determinar las incertidumbres de las compensaciones calculadas 'ue provienen de la incertidumbre de la resolución de las lecturas del termómetro 'ue se calibra"
5ig" %+" Compensaciones calculadas, alrededor de +-?,. KC 'ue es la temperatura indicada por el instrumento en el e3emplo %"+"
Ejemplo !
+eterminar la incerdumbre de la compensaci"n calculada en el ejemplo A($, si la resoluci"n del IC es $ &C( "olución
a incerdumbre de la resoluci"n del instrumento, con una distribuci"n de probabilidad rectan.ular asociada, ene el /alor si.uiente: 1C 029 C uresolución )t IBC $ # a incerdumbre de la compensaci"n, se obene de mulplicar la incerdumbre de la resoluci"n del IC por la pendiente de la cur/a de la f.ura A$ )el coefciente de sensibilidad, o sea:
ucompensacói n )t IBC 0034(029C) 001C
A<)4 8&ri&ci/2 de lo$ %&lore$ de +e-0er&+;r&$ de r&di&2ci& c&lc;l&d&$ e2 6;2ci/2 de l& e-i$i%id&d del obe+o
#a tabla %. muestra los valores de t R, las temperaturas de radiancia calculadas a partir de valores de se7ales empobrecidas por la emisividad del ob3eto" T&bl& A
Falores de temperaturas de radiancia calculadas para se7ales empobrecidas B.8t - ; por la emisividad indicada para el ob3eto, para la banda de 1 m a +6 m B.8t - ; 4 u" a" t R/" 4 KC 0,99
84,9
99,4
0,98
84,1
98,8
0,97
83,2
98,1
0,96
82,4
97,5
0,95
81,5
96,9
Para los resultados mostrados en la tabla, se usó como punto de partida el valor de B8t - ; igual a 1/,1 u" a" 'ue se obtiene con la ecuación %"., cuando t - es la temperatura de un cuerpo negro a +-- KC y t R es .. KC" #uego se obtuvieron los valores de B.8t - ;, al multiplicar el valor de 1/,1 u" a" por los valores de emisividad indicados en la primera columna"
#as temperaturas de radiancia de la tercera columna, se calcularon para la banda de 1 m a +6 m, en un proceso iterativo inverso al solicitado por la ecuación %"." &s decir, se buscaron los valores de t - correspondientes, para los cuales B8T ; tiene los valores 'ue se dan en la segunda columna de la tabla" %l graficar los valores de temperatura dados en la tabla %., en función de la emisividad del ob3eto, como se muestra en la figura %+, se observa la variación de las temperaturas de radiancia medidas del ob3eto"
5igura %+" emperaturas de radiancia de un ob3eto en función de su emisividad, cuando ellas se calculan para una banda de 1 m a +6 m" &l valor absoluto de la pendiente de la curva a(í mostrada, puede usarse como coeficiente de sensibilidad para los determinar las incertidumbres relacionadas con la emisividad de la fuente radiante usada para la calibración"
Ejemplo !
+eterminar la incerdumbre de la temperatura de radiancia medida de la 1uente a la temperatura de calibraci"n de $00 &C, debida a 2ue su emisi/idad ene un /alor i.ual a 0,99 con una incerdumbre de ± 0,0$ 3 ene asociada una 1unci"n de probabilidad con distribuci"n rectan.ular( "olución
El coefciente de sensibilidad para la incerdumbre de la emisi/idad de la 1uente, a la temperatura de calibraci"n de $00 &C, es el /alor absoluto de pendiente de la cur/a 2ue se muestra en la f.ura A$, de manera 2ue la incerdumbre de la temperatura de radiancia medida es: u)
!
)
001 21C 03 *
C
A2exo B Lo2:i+;d de o2d& e6ec+i%& li-i+&2+e
Cuando un termómetro de radiación permite medir la se7al de salida de su detector, se le puede calibrar a diferentes puntos de referencia para encontrar los coeficientes de alguna función de interpolación, como la siguiente ecuación L1> # 8T
;
C
8"+;
⎛ ⎞ . exp⎜ ⎟ ⎝ /T " B ⎠ c
2onde c., es la segunda constante de radiación, C es una constante de proporcionalidad, / y B constantes de la función, determinadas en la calibración" % %"? se le conoce como la ecuación de $aXuma*attori, la cual ofrece la gran venta3a de determinar la temperatura de radiancia, sin re'uerir la respuesta espectral del termómetro de radiación" $in embargo, tiene limitaciones importantes, particularmente cuando se trata de termómetros de banda anc(a" #a tabla %". da valores aproximados de / y B para termómetros con bandas de respuesta espectral simétricas centradas en -, y también valores determinados para longitudes de onda efectivas limitadoras, en función de la temperatura medida con el termómetro 'ue se calibra" ales longitudes de onda se determinan con la ecuación siguiente, para cada temperatura de calibración L1> 8".;
T&bl& B)<
Falores aproximados para las constantes % y de la ecuación de $aXuma*attori Re$0;e$+& e$0ec+r&l del +er-/-e+ro-
A-
-, +,0 ?, 1 * +6
-,10 +,/1 ?,,0+
B- ! -
/,+ /,+0 +,1+/+
-,1 +,/?,-6 ++,--
I2+er%&lo 0&r& I2+er%&lo de +e-0er&+;r& PC T -
6.- * +-1/ +/- * 0. .- * 0. 6- * /--
-,+6 * -,-/ +,0-6 * +,/11 ?,+. * ?,-? +-,/ * +-,--
A2exo C) Al:;2&$ de6i2icio2e$ de +er-o-e+r.& de r&di&ci/2 R&di&ci/2 elec+ro-&:2é+ic&
Cual'uier ob3eto 'ue tenga una temperatura mayor 'ue - Xelvin, emite energía 'ue se conoce como radiación electromagntica, la cual se divide en regiones 'ue se llaman epectro, 'ue dependen de su longitud de onda" &ntre los espectros mHs comunes estHn> el ultravioleta, el visible y el infrarro3o" &l infrarro3o se divide en> el infrarro3o cercano, el infrarro3o de longitudes de onda medias y el infrarro3o de longitudes de onda grandes" R&di&2ci& de ;2 c;er0o 2e:ro, le> de (l&2cQ
Bn cuerpo negro es una fuente 'ue emite radiación electromagnética de acuerdo con la ley de PlancX>
2onde> c1 $
c2 T
es la primera constante de radiación para radiancia espectral, con valor igual a +,++ -6. / x +-*+0 Zm.sr *+ L+" &s la longitud de onda, en m" $egunda constante de radiación, con un valor igual a +,6?11 x +-*. mV L." emperatura del cuerpo negro, en Xelvin"
$C 8 ,T ; es la radiación electromagnética emitida, llamada radiancia epectral por'ue
involucra propiedades físicas de la fuente, como son> la potencia radiada, en Z, el Hrea de la fuente, en m., el Hngulo sólido, en sr"
&3emplos de radiancia espectral se muestran en la figura +" Ter-o-e+r.& de r&di&ci/2
#a temperatura de un ob3eto se puede medir a partir de su radiancia espectral" Bn termómetro 'ue funcione así se llama +er-/-e+ro de r&di&ci/2, y la temperatura medida se llama +e-0er&+;r& de r&di&2ci&"
?i:;r& <" @adiancia espectral de tres cuerpos negros de punto fi3o" &l
punto fi3o del oro, aluminio y zinc" Le> de ie2
Cuando se cumple c.4 T +, se puede emplear la ley de Zien para la radiancia espectral de un cuerpo negro>
E-i$i%id&d de $;0er6icie$ re&le$
#a radiancia de un ob3eto real, $ !p, y la radiancia de un cuerpo negro, $C , estHn relacionadas a través de la emisividad, como se indica en el siguiente cociente>
%lgunos fabricantes de termómetros de radiación, sino es 'ue la mayoría, suponen un valor constante de emisividad para cual'uier ob3eto o fuente, es decir independiente de la temperatura y la longitud de onda" $in embargo, en la mayoría de los casos no se cumple> la emisividad de los cuerpos en general depende tanto de su temperatura como de la longitud de onda" $olamente para un cuerpo negro ideal se cumple 'ue el valor de su emisividad es independiente de su temperatura y de la longitud de onda"
E$c&l& i2+er2&cio2&l de +e-0er&+;r& JEIT!K
#a escala internacional de temperatura, entre el triple punto de e'uilibrio del (idrogeno 8+?,1-?? V; y el punto de solidificación de la plata 80+,1 KC;, T 90 estH definida por medio de termómetros de resistencia de platino calibrados, a través de un con3unto de puntos fi3os, con procedimientos de interpolación específicos L." %rriba del punto fi3o de la plata, - estH definida por la siguiente ecuación>
2onde> $8T -; y $LT -8 2 ; son las concentraciones espectrales de las radiancias de un cuerpo negro, a la longitud de onda , a las temperaturas T - y T -8 2 ;, respectivamenteI T -8 2 ; se refiere a la temperatura del punto de solidificación 'ue puede ser cobre, oro o plata, y c( S -,-+6?11 mV" Nota> la &!*- establece el cociente de radiancias espectrales 8ecuación anterior;, para medir temperaturas superiores al punto de solidificación de la plata" Para temperaturas inferiores se emplean termómetros de resistencia de platino" Ec;&ci/2 de -edici/2
&l termómetro de radiación mide la concentración de radiancia 'ue incide sobre su detector, 'ue puede ser de tipo térmico o fotoeléctrico, y 'ue como respuesta entrega una se7al de salida, # con unidades de corriente o tensión eléctrica" #a ecuación del termómetro de radiación, en su forma general, es la siguiente L?>
2onde> Ri $
es la respuesta de radiancia espectral del instrumento es la radiancia espectral incidente en el detector
Ter-/-e+ro de r&di&ci/2 de b&2d& &2:o$+&
