Pistola de temperatura frente a tecnología termográfica

• Un pirómetro puntual solo le ofrece un número; las cámaras termográficas generan una imagen.
• Un pirómetro puntual lee la temperatura de un solo punto; una cámara termográfica le ofrece lecturas de temperatura para cada píxel de toda la imagen térmica.
• Debido a la óptica avanzada, las cámaras termográficas también pueden resolver temperaturas a más distancia. Esto le permite inspeccionar rápidamente grandes áreas.

El pirómetro puntual también se conoce como pistola de temperatura o termómetro de infrarrojos. Como funciona de acuerdo con el mismo principio físico que una cámara térmica, un pirómetro puntual puede considerarse una cámara térmica con un solo píxel. Una herramienta así puede ser muy útil para muchas tareas, pero como solo mide la temperatura de un solo punto, es fácil que el operador pase por alto información crucial. La alta temperatura de algunos componentes fundamentales que están a punto de fallar y necesitan repararse puede pasar desapercibida.

Un pirómetro puntual mide la temperatura de un punto.

La cámara termográfica FLIR E40sc mide la temperatura de 19 200 puntos.

Utilice miles de pirómetros puntuales al mismo tiempo

Una cámara termográfica también proporciona lecturas de temperatura sin contacto, igual que un pirómetro puntual. A diferencia de un pirómetro puntual, las cámaras termográficas no producen una, sino miles de lecturas de temperaturas al mismo tiempo, una para cada píxel de la imagen térmica. El uso de una cámara termográfica por tanto se corresponde con miles de mediciones de un pirómetro puntual. La cámara termográfica FLIR E40sc tiene una resolución de imagen de 160 x 120 píxeles, que produce 19 200 lecturas de temperatura de un vistazo. La FLIR T1030sc, uno de los modelos de más alta gama, para aplicaciones de I+D/ciencia industriales, tiene una resolución de imagen de 1024 x 768 píxeles, lo que ofrece 786 432 lecturas de temperatura al mismo tiempo.

Lo qué «ve» un pirómetro puntual.

Lo qué «ve» una cámara termográfica.

Lo qué «ve» un pirómetro puntual.

Lo qué «ve» una cámara termográfica.

Ahorre tiempo y «vea» el calor

Una cámara termográfica no solo le ofrece miles de lecturas de temperatura, sino que además traduce estas lecturas a una imagen térmica. Esta conversión en una imagen tiene como consecuencia una visión general completa del equipo inspeccionando y permite al operador para ver inmediatamente pequeños puntos calientes que sería fácil que pasaran desapercibidos con un pirómetro puntual. Utilizar una cámara termográfica también ahorra tiempo. Escanear grandes áreas con muchos componentes utilizando un pirómetro puntual es una tarea que consume mucho tiempo, porque hay que escanear cada componente por separado. Puede utilizarse una cámara termográfica para comprobar la disipación de calor en placas de circuitos impresos, para realizar comprobaciones de calidad o inspeccionar el impacto térmico en el sector de la automoción, o para realizar análisis de fallos en el laboratorio.

Para medir de forma precisa la temperatura de un objeto con un pirómetro puntual, el objetivo debe cubrir por completo el punto de medición. Esto limita la distancia a la que pueden medirse temperaturas con precisión.

Otra ventaja de las cámaras termográficas en comparación con las pistolas de temperatura es que pueden medir con precisión temperaturas a más distancia. La distancia a la que algunos pirómetros puntuales son capaces de medir un objetivo de cierto tamaño suele describirse como «relación de distancia y tamaño de punto» (D:S) o «relación de tamaño de punto» (SSR). ¿Pero de dónde sale ese valor y qué significa? El «tamaño de punto» de un pirómetro puntual es el área más pequeña que aún puede medirse con precisión con el dispositivo. Esto quiere decir que el objeto cuya temperatura queremos medir, también conocido como el objetivo, debe cubrir todo el tamaño del punto. La radiación de infrarrojos que emite el objetivo pasa a través de la óptica del pirómetro puntual y se proyecta en el detector. Si el objeto es más pequeño que el tamaño de punto, al detector también llegarán partes de la radiación procedentes de los alrededores del objeto. Por tanto, el dispositivo no leerá la temperatura del objeto únicamente, sino una mezcla de las temperatura del objeto y sus alrededores.

Cuanto más lejos sujete el pirómetro puntual del objeto que desea medir, más grande se hará el tamaño de punto, debido a la naturaleza de la óptica. En consecuencia, cuanto menor sea el objetivo, más cerca debe sujetar el pirómetro puntual para medir con precisión su temperatura. Por tanto es muy importante vigilar el tamaño de punto y asegurarse de que está lo bastante cerca para cubrir todo el tamaño de punto con el objetivo, preferiblemente incluso algo más cerca, para crear un margen de seguridad. La relación de tamaño de punto (SSR por sus siglas en inglés) define el tamaño de punto de un pirómetro puntual para cualquier distancia dada al objetivo.

Si la SSR de un pirómetro puntual es de 1:30, por ejemplo, esto significa que la temperatura de un punto con un tamaño de 1 cm de diámetro puede medirse con precisión a una distancia de 30 cm. La temperatura de un punto que tenga un tamaño de 4 cm puede medirse a una distancia de 120 cm (1,2 metros). La mayoría de pirómetros puntuales tienen una SSR entre 1:5 y 1:50. Esto significa que la mayoría de pirómetros puntuales pueden medir la temperatura de un objetivo de 1 centímetros a una distancia de 5 a 50 cm. Las cámaras termográficas son muy parecidas a los pirómetros puntuales en el hecho de que la radiación de infrarrojos se proyecta hacia una matriz del detector, en la que cada píxel de la imagen se corresponde a una medición de la temperatura.

Los productores de cámaras termográficas no suelen especificar valores de SSR para describir la resolución espacial de sus productos, sino que en su lugar utilizan un campo de visión instantáneo (IFOV por sus siglas en inglés). El IFOV se define como el campo de visión de un solo elemento detector del conjunto de detectores de la cámara.

En teoría, el IFOV determina directamente la relación de tamaño de punto de una cámara termográfica. Como la radiación de infrarrojos que emite el objetivo pasa a través de la óptica y se proyecta en el detector, la radiación de infrarrojos proyectada debe cubrir por completo al menos un elemento detector, que se corresponde con un píxel en la imagen térmica. Así, en teoría, cubrir un píxel en la imagen térmica debería ser suficiente para asegurar mediciones correctas de la temperatura. El IFOV suele expresarse en milirradianes (una milésima de un radián).

Las cámaras termográficas le permiten «ver» el calor.

El término radián describe la relación entre la longitud de un arco y su radio. Un radián se define matemáticamente como el ángulo que se forma cuando la longitud de un arco circular es igual al radio del círculo. Como la circunferencia es igual a 2π por el radio, un radián es igual a 1/2π del círculo, o aproximadamente 57,296 grados angulares y un mrad es igual a 0,057 grados angulares. En la situación en la que una cámara termográfica se utiliza para medir la temperatura de cierto objetivo, suponemos que la distancia al objetivo es igual al radio del círculo y también consideramos que el objetivo es bastante plano. Como el ángulo de visión de un solo elemento detector es pequeño, podemos suponer que la tangente de ese ángulo es aproximadamente igual a su valor en radianes. Por tanto, el tamaño de punto se calcula como IFOV (en mrad), dividido por 1000 y multiplicado por la distancia al objetivo.

Donde el IFOV se expresa en mrad.

Ideal para óptica real

Utilizando la fórmula, puede calcular que una cámara con un IFOV de 1,4 mrad tendrá una SSR teórica de 1:714, por lo que en teoría, debería ser posible medir un objeto de 1 cm de diámetro a una distancia de más de 7 metros. Sin embargo, como indicamos anteriormente, este valor teórico no se corresponde con la situación en la vida real, ya que no tiene en cuenta el hecho de que la óptica en la vida real nunca es completamente perfecta. La lente que proyecta la radiación de infrarrojos en el detector puede causar dispersión y otras aberraciones ópticas. Nunca puede tener la certeza de que el objetivo se proyecta exactamente en un solo elemento detector. La radiación de infrarrojos proyectada también puede «desbordarse» desde elementos detectores adyacentes. Dicho de otra forma: la temperatura de las superficies de alrededor del objetivo podrían influir en la lectura de temperatura.

Como sucede con un pirómetro puntual, en el que el objetivo no solo debe cubrir por completo el tamaño de punto, sino que también debería cubrir un margen de seguridad alrededor del tamaño de punto, es recomendable utilizar un margen de seguridad al utilizar una cámara termográfica de microbolómetro para mediciones de la temperatura. El margen de seguridad se captura en el término campo de campo de visión de medición (MFOV por sus siglas en inglés). El MFOV describe el tamaño de punto de medición real de una cámara térmica, dicho de otra forma: el área medible más pequeña para conseguir lecturas correctas de temperatura. Suele expresarse como un múltiplo del IFOV, el campo de visión de un solo píxel.

Una pauta muy utilizada para cámaras de microbolómetro es que el objetivo debe cubrir un área que sea al menos el triple del IFOV para tener en cuenta las aberraciones ópticas. Esto significa que en la imagen térmica, el objetivo no solo debe cubrir un píxel, lo que en una situación ideal habría sido suficiente para la medición, pero también los píxeles alrededor de ella. Cuando se observa esta pauta, la fórmula para determinar la relación de tamaño de punto puede adaptarse para tener en cuenta el factor de la óptica real. En lugar de utilizar 1 x IFOV, podemos utilizar la pauta de 3 x IFOV, que lleva a la siguiente fórmula, más realista:

Donde el IFOV se expresa en mrad.

Basándose en esta fórmula, una cámara con un IFOV de 1,4 mrad tendrá una SSR teórica de 1:238, lo que significa que debería ser posible medir un objeto de 1 cm de diámetro a una distancia de poco menos de 2,4 metros. Este valor teórico es probable si se es conservador, debido al margen de seguridad observado. Por tanto, la SSR del mundo real podría ser más alta, pero utilizando estos valores conservadores de SSR, se protege la precisión de las lecturas de temperatura.

En una situación ideal, el objetivo proyectado debería cubrir al menos un píxel. Para asegurar lecturas precisas, es recomendable cubrir un área más amplia para tener en cuenta la dispersión óptica de la proyección.

La energía de infrarrojos (A) que irradia un objeto se enfoca con el sistema óptico (B) sobre un detector de infrarrojos (C). El detector envía los datos al sensor electrónico (D) para procesar la imagen. Finalmente, el sensor traduce los datos en una imagen (E), compatible con el visor y visualizable en un monitor de vídeo estándar o una pantalla LCD.

Los pirómetros puntuales tienen una SSR que suele estar comprendida entre 1:5 y 1:50. La mayoría de modelos tienen una SSR de 1:5 a 1:10, mientras que los modelos más avanzados (y por tanto más caros) llegan a valores de SSR de hasta 1:40 o incluso 1:50. Pero tenga en cuenta que los pirómetros puntuales también tienen el mismo problema que las cámaras termográficas en lo que se refiere a la óptica. Al comparar las especificaciones de los pirómetros puntuales, debe saber si el número de SSR se refiere al valor teórico o al que se compensa por la imperfección de la óptica.

Detecte temperaturas a distancia

Incluso cuando se tiene en cuenta el factor de la óptica ideal frente a la realista, la diferencia entre las cámaras termográficas y los pirómetros puntuales para medir distancias es enorme. La mayoría de pirómetros puntuales no pueden sujetarse a más de 10 o 50 cm, suponiendo que el objetivo sea de 1 cm. La mayoría de las cámaras termográficas pueden medir con precisión la temperatura de un objetivo de este tamaño (1 cm) a varios metros de distancia. Hasta la cámara termográfica FLIR E40, con un IFOV de 2,72 mrad, puede medir con precisión la temperatura de un punto de este tamaño (1 cm) a más de 120 cm de distancia. La cámara termográfica FLIR T1030sc, uno de los modelos más avanzados de FLIR para inspecciones industriales, puede medir la temperatura de un objetivo de este tamaño a una distancia de más de siete metros con una lente estándar de 28°. Estos valores se calculan suponiendo que se utiliza la lente estándar.

Muchas de las cámaras termográficas más avanzadas incluyen lentes intercambiables. Cuando se utiliza una lente diferente, cambia el IFOV, lo que afecta a su vez a la relación de tamaño de punto. Para la cámara termográfica FLIR T1030sc, por ejemplo, FLIR no solo ofrece la lente estándar de 28°, sino también una lente telescópica de 12°. Con esta lente, que se desarrolla específicamente para observaciones a larga distancia, la relación de tamaño de punto es significativamente mejor. Con la lente telescópica de 12°, el IFOV de una cámara termográfica FLIR T1030sc es de 0,20 milirradianes. Con esta lente, la misma cámara termográfica puede medir con precisión la temperatura de un objetivo del mismo tamaño a una distancia de casi 17 metros.

Vea si necesita acercarse más

Las cámaras termográficas superan claramente a los pirómetros puntuales en lo que se refiere a valores de SSR, pero los valores de SSR solo se refieren a la distancia a la que puede realizarse una medición precisa de la temperatura. En la vida real, para detectar un punto caliente no siempre se requiere una lectura precisa de temperatura. El punto caliente puede distinguirse en la imagen térmica incluso aunque el objetivo solo cubra un píxel en la imagen térmica. La lectura de temperatura podría no ser perfecta, pero el punto caliente se detecta y el operador puede acercarse más para asegurarse de que el objetivo cubre más píxeles en la imagen térmica, asegurándose de que la lectura de temperatura es correcta.

Los pirómetros puntuales también presenta desafíos para medir la temperatura en objetos pequeños. Esta capacidad cada vez es más importante para la inspección de sistemas electrónicos. Como los dispositivos tienen una velocidad de procesamiento cada vez mayor, pero deben caber en paquetes pequeños, encontrar formas de disipar el calor e identificar puntos calientes es un problema real. Una pistola de temperatura puede detectar y medir la temperatura con efectividad, pero su tamaño de punto es simplemente demasiado grande. Sin embargo, las cámaras térmicas con óptica de aumento puede enfocar a una distancia de menos de 5 μm (micrómetros) para el tamaño de punto de píxel. Esto permite a los ingenieros y técnicos realizar mediciones a muy pequeña escala.

Deje de hacer conjeturas, empiece a ver

Un pirómetro puntual solo le ofrece un número. Ese número podría ser impreciso, lo que le obliga a hacer conjeturas. Las cámaras termográficas le permiten «ver» el calor, lo que no solo le ofrece mediciones de la temperatura, sino también una imagen instantánea de la distribución del calor. Esta combinación de información visual y mediciones precisas de la temperatura le permite encontrar fallos de forma rápida y precisa. Deje de hacer conjeturas, suba de nivel con una cámara termográfica de FLIR Systems y empiece a encontrar los problemas de forma más rápida y sencilla.

Las lentes de aumentos y microscópicas proporcionan un gran detalle de la imagen y le permiten medir puntos pequeños. Esto resultaría dificilísimo hacerlo con un pirómetro puntual. La imagen superior se tomó con una lente de 4 aumentos y la inferior, con una lente de 15 micrones.