Termometro infrarossi o termoscanner: come funziona, quali sono le applicazioni, le caratteristiche da considerare

I termometri a infrarossi, spesso indicati con la sigla IR (dall’inglese Infra Red), sono strumenti versatili che trovano applicazione in vari contesti, dalla misurazione della temperatura corporea alla valutazione delle temperature di superfici industriali o di prodotti alimentari. La loro principale caratteristica distintiva è la capacità di effettuare misure a distanza, senza la necessità di contatto diretto con l’oggetto o il soggetto in esame.

In questo articolo, esploreremo la teoria alla base del funzionamento di questi strumenti, il concetto di campo visivo e come la distanza di misura influisce sui risultati.

Teoria di funzionamento

Per comprendere come funzionano i termometri a infrarossi, è fondamentale avere una conoscenza di base della fisica alla base delle radiazioni elettromagnetiche. Ogni corpo emette radiazione elettromagnetica, un processo regolato dalla Legge di Planck. Questa radiazione varia in base alla temperatura del corpo e può essere di diversi tipi, tra cui luce visibile, ultravioletto (UV) e infrarosso (IR).

La radiazione emessa da un corpo è direttamente proporzionale alla sua temperatura superficiale, come previsto dalla Legge di Stefan-Boltzmann. Inoltre, la lunghezza d’onda a cui la radiazione emessa è massima varia con la temperatura, secondo la Legge di Wien.

I termometri a infrarossi sfruttano questa relazione tra l’energia emessa da un corpo e la sua temperatura superficiale. La formula di Stefan-Boltzmann, ad esempio, esprime la relazione tra l’energia totale emessa, l’emissività del corpo, la costante di Boltzmann, la temperatura del corpo e l’area della superficie misurata.

Emissività

L’emissività è un parametro chiave nel funzionamento dei termometri a infrarossi. Questo valore, compreso tra 0 e 1, rappresenta la capacità di un corpo di emettere radiazione rispetto a un corpo nero ideale (emissività 1) che assorbe tutta l’energia incidente. La maggior parte dei materiali ha un’emissività stabile tra 0,85 e 0,9, mentre alcuni metalli hanno un’emissività più bassa. Ad esempio, il corpo umano ha un’emissività di circa 0,98.

La scelta del termometro a infrarossi dipende spesso dal valore di emissività del materiale da misurare, e alcuni termometri consentono di regolare questo parametro per ottenere misure accurate.

Lunghezza d’onda ottimale

La lunghezza d’onda ottimale per la misurazione dipende dalla temperatura del corpo o dell’oggetto da analizzare. Ad esempio, per misurare la temperatura corporea umana (37 °C o 310,15 gradi Kelvin), la lunghezza d’onda di picco ideale è di circa 9,34 µm. Pertanto, è essenziale utilizzare sensori IR specifici per il range di lunghezza d’onda desiderato.

Come la distanza influisce sulla misura

La distanza tra il termometro a infrarossi e l’oggetto o il soggetto in esame influisce sulla misura. Un concetto importante da considerare è il “Distance to Spot” (D:S) ratio, che rappresenta il rapporto tra la distanza tra il termometro e l’oggetto (d) e il diametro dell’area osservata (s). Ad esempio, un rapporto di 10:1 indica che a una distanza di 1 metro, il termometro misurerà un’area di 10 cm di diametro.

Il campo visivo (Field Of View o FOV) del termometro rappresenta la porzione di spazio che può essere osservata dal sensore. Maggiore è il rapporto D:S, più stretto è il campo visivo e più precisa è la misura. Tuttavia, è fondamentale assicurarsi che nel campo visivo del termometro ci sia solo l’oggetto da misurare, altrimenti la temperatura rilevata sarà una media tra quella dell’oggetto e quella dell’ambiente circostante.

L’importanza dell’ottica

Nel processo di costruzione dei termometri a infrarossi, l’ottica riveste un ruolo fondamentale nel determinare il campo visivo dello strumento. La scelta del tipo di sensore è il primo passo, con alcune varianti che permettono un’apertura visiva di 120° (D:S 0,3:1) o meno. I termometri più precisi utilizzano sistemi ottici con lenti e diaframmi per ridurre l’angolo visivo fino a 10° (D:S 5,7:1) o meno.

La scelta del materiale per le lenti ottiche è essenziale, poiché i materiali comuni diventano opachi a lunghezze d’onda superiori a 4 µm. Per misurazioni a temperature inferiori a circa 450 °C, è consigliabile utilizzare materiali come il Germanio, il Selenide di Zinco o il Solfuro di Zinco. Per temperature più elevate, si possono considerare materiali come il Fluoruro di Magnesio, il Fluoruro di Calcio o il Fluoruro di Bario.

Quali sono i parametri da considerare quando si sceglie un termometro a infrarossi e quali di questi incidono maggiormente sul prezzo?

La scelta di un termometro a infrarossi dipende da diversi parametri, e alcuni di questi possono influire notevolmente sul prezzo del dispositivo. Ecco i principali parametri da considerare quando si sceglie un termometro a infrarossi:

1. Precisione: La precisione è un parametro fondamentale. Si tratta della capacità del termometro a infrarossi di fornire letture accurate della temperatura. I termometri di alta precisione tendono ad avere un prezzo più elevato.
2. Campo di misura: È importante verificare il campo di misura del termometro, ovvero il range di temperature che è in grado di rilevare. Alcuni termometri a infrarossi sono progettati per misurare temperature estremamente basse o estremamente alte, il che può influenzare il prezzo.
3. Rapporto D:S (Distanza-Spot): Il rapporto D:S indica la distanza dalla quale il termometro è in grado di misurare la temperatura rispetto alla dimensione dell’area di rilevamento. Ad esempio, un rapporto D:S di 12:1 significa che il termometro può misurare la temperatura di un’area di 1 pollice a una distanza di 12 pollici. Termometri con rapporti D:S più elevati solitamente sono più costosi, ma offrono maggiore flessibilità nelle applicazioni a distanza.
4. Emissività regolabile: L’emissività è un parametro che indica la capacità di un oggetto di emettere radiazioni infrarosse. Alcuni termometri consentono di regolare l’emissività in base al materiale che si sta misurando. Questa funzionalità può influire sul prezzo, ma è importante per ottenere misurazioni accurate su superfici diverse.
5. Risposta veloce: La velocità con cui un termometro a infrarossi fornisce una lettura può essere un fattore importante in alcune applicazioni. Termometri più veloci possono avere un prezzo più alto.
6. Funzioni aggiuntive: Alcuni termometri a infrarossi includono funzioni aggiuntive come la memorizzazione delle letture, la registrazione dati, la connettività Bluetooth o la visualizzazione delle temperature minime e massime. Queste funzioni extra possono influire sul prezzo.
7. Brand e qualità: I termometri a infrarossi prodotti da marchi noti per la qualità e l’affidabilità tendono ad avere un prezzo più elevato rispetto a quelli di marchi meno conosciuti o di qualità inferiore.
8. Applicazioni specifiche: Termometri a infrarossi progettati per applicazioni specifiche, come la misurazione della temperatura corporea umana, possono avere un prezzo diverso rispetto a quelli utilizzati per scopi industriali o scientifici.
9. Certificazioni: Alcuni termometri a infrarossi possono essere certificati per specifiche applicazioni o conformità a standard di settore. Queste certificazioni possono influire sul prezzo del dispositivo.
10. Durata della batteria: Se il termometro è alimentato a batteria, la durata della batteria può essere un fattore importante da considerare. Termometri con batterie a lunga durata possono costare di più.
11. Garanzia: La disponibilità di una garanzia e la sua durata possono influire sul prezzo del termometro. Dispositivi con garanzie più lunghe possono costare di più a causa dell’assistenza post-vendita inclusa.

Quali sono le applicazioni industriali dei termometri a infrarossi?

I termoscanner trovano ampie applicazioni industriali grazie alla loro capacità di misurare la temperatura di oggetti o superfici a distanza senza contatto fisico. Di seguito sono elencate alcune delle principali applicazioni industriali di questi strumenti:

1. Monitoraggio di impianti elettrici ed elettronici: I termometri a infrarossi vengono utilizzati per rilevare surriscaldamenti in componenti elettrici ed elettronici, come connettori, trasformatori, motori e circuiti. Possono aiutare a prevenire guasti e incendi dovuti al surriscaldamento.
2. Manutenzione industriale: Gli operatori di manutenzione utilizzano i termometri a infrarossi per ispezionare macchinari, attrezzature e strutture industriali alla ricerca di anomalie termiche che potrebbero indicare problemi o malfunzionamenti. Ciò consente di pianificare e programmare interventi di manutenzione preventiva.
3. Controllo di processo: In diversi processi industriali, è essenziale monitorare e controllare con precisione la temperatura. I termometri a infrarossi sono utilizzati per misurare la temperatura di fluidi, materiali in transito su nastri trasportatori e superfici di produzione in tempo reale.
4. Produzione di vetro e ceramica: Nell’industria del vetro e della ceramica, i termometri a infrarossi vengono utilizzati per controllare e regolare la temperatura dei forni. Questo contribuisce a ottenere prodotti di alta qualità e a ridurre gli sprechi.
5. Industria chimica e petrolchimica: In ambienti pericolosi o inaccessibili, i termometri a infrarossi consentono di monitorare le temperature senza dover effettuare ispezioni dirette. Sono utilizzati per rilevare surriscaldamenti in reattori, tubazioni e serbatoi.
6. Produzione di materiali plastici e gomma: I termometri a infrarossi sono impiegati per monitorare la temperatura nei processi di estrusione e stampaggio di materiali plastici e gomma. Garantiscono che i prodotti siano conformi alle specifiche di produzione.
7. Controllo di qualità: I termometri a infrarossi vengono utilizzati per il controllo di qualità in vari settori, tra cui l’automotive, l’aerospaziale e l’industria dei semiconduttori, per verificare la temperatura durante i processi di produzione e garantire la conformità ai requisiti di qualità.
8. Settore metallurgico: Nell’industria metallurgica, i termometri a infrarossi sono utilizzati per monitorare la temperatura dei metalli fusi o dei materiali durante il processo di forgiatura e formatura.
9. Ricerca e sviluppo: Nell’ambito della ricerca e dello sviluppo di nuovi materiali e processi industriali, i termometri a infrarossi sono strumenti preziosi per acquisire dati termici accurati e supportare lo sviluppo di nuove soluzioni.

Quali sono le applicazioni nel settore alimentare dei termometri a infrarossi?

Ecco alcune delle principali applicazioni dei termometri a infrarossi nell’industria alimentare:

1. Controllo della temperatura degli alimenti cotti: I termometri a infrarossi vengono utilizzati per verificare la temperatura interna degli alimenti cotti, come carni, pesci e prodotti da forno. Possono essere utilizzati per garantire che gli alimenti siano cucinati alla temperatura corretta per garantire la sicurezza alimentare.
2. Monitoraggio della temperatura durante il raffreddamento: Dopo la cottura, gli alimenti devono essere raffreddati rapidamente per prevenire la proliferazione batterica. I termometri a infrarossi consentono di monitorare la temperatura superficiale degli alimenti durante il processo di raffreddamento.
3. Controllo della temperatura di stoccaggio: Per garantire la freschezza e la qualità degli alimenti, è essenziale mantenere la temperatura corretta durante lo stoccaggio. I termometri a infrarossi possono essere utilizzati per verificare la temperatura degli scaffali dei frigoriferi e dei congelatori.
4. Produzione di alimenti confezionati: Nell’industria alimentare, i termometri a infrarossi possono essere impiegati per monitorare la temperatura di prodotti alimentari durante il processo di confezionamento. Assicurano che gli alimenti siano riscaldati o raffreddati secondo le specifiche prima di essere confezionati.
5. Ristorazione: Ristoranti e catene di fast food utilizzano spesso termometri a infrarossi per verificare la temperatura delle pietanze preparate prima di servirle ai clienti. Ciò è cruciale per garantire la sicurezza alimentare e la soddisfazione del cliente.
6. Controllo di qualità: I termometri a infrarossi sono utilizzati nel controllo di qualità per verificare la temperatura durante la produzione di alimenti confezionati, come bevande in bottiglia o prodotti lattiero-caseari. Assicurano che gli alimenti siano conformi agli standard di qualità.
7. Industria del gelato e delle creme gelate: Nell’industria del gelato, i termometri a infrarossi vengono utilizzati per monitorare la temperatura della miscela durante il processo di produzione e il confezionamento delle creme gelate.
8. Misurazione della temperatura dei forni: Nella produzione di prodotti da forno, i termometri a infrarossi possono essere utilizzati per monitorare la temperatura interna dei forni per garantire una cottura uniforme dei prodotti.
9. Controllo della temperatura di consegna: Durante la distribuzione degli alimenti, i termometri a infrarossi possono essere utilizzati per verificare la temperatura dei veicoli di consegna e dei contenitori termici per garantire che gli alimenti siano consegnati a temperature sicure.

Quali sono le applicazioni dei termometri a infrarossi nel settore medico e sanitario?

. Ecco alcune delle principali applicazioni dei termometri a infrarossi in questo settore:

1. Misurazione della temperatura corporea: I termometri a infrarossi senza contatto vengono utilizzati comunemente per misurare la temperatura corporea dei pazienti. Questo è particolarmente utile nei casi in cui è importante evitare il contatto diretto, come durante le epidemie o per evitare la contaminazione incrociata in ospedali e strutture sanitarie.
2. Triage medico: Nei centri medici e negli ospedali, i termometri a infrarossi vengono utilizzati per effettuare il triage medico, cioè per identificare rapidamente i pazienti con febbre o temperature anomale. Ciò è particolarmente importante in situazioni di emergenza, come epidemie o pandemie.
3. Monitoraggio della temperatura dei pazienti critici: I termometri a infrarossi sono utilizzati per monitorare continuamente la temperatura dei pazienti critici, come quelli in terapia intensiva o in sala operatoria. Questo permette al personale medico di rilevare rapidamente variazioni nella temperatura corporea.
4. Misurazione della temperatura delle superfici: I termometri a infrarossi sono utilizzati anche per misurare la temperatura di superfici come la pelle, le ferite o le protesi. Questo è importante per il monitoraggio delle condizioni dei pazienti o per verificare la corretta funzionalità delle protesi.
5. Monitoraggio della temperatura di apparecchiature mediche: Nei centri sanitari, i termometri a infrarossi sono utilizzati per monitorare la temperatura di apparecchiature mediche sensibili, come frigoriferi per farmaci, incubatori neonatali e dispositivi di raffreddamento.
6. Controllo della temperatura ambientale: Nei reparti di ospedali e strutture sanitarie, i termometri a infrarossi possono essere utilizzati per controllare la temperatura ambientale nelle stanze dei pazienti e nelle aree di lavoro del personale medico.
7. Industria farmaceutica: Nell’industria farmaceutica, i termometri a infrarossi sono utilizzati per controllare la temperatura durante la produzione e lo stoccaggio di farmaci e vaccini, garantendo che siano conservati alle temperature corrette per mantenere l’efficacia.
8. Prevenzione delle infezioni: L’uso di termometri a infrarossi senza contatto può contribuire alla prevenzione delle infezioni negli ospedali, poiché riduce il rischio di diffusione di patogeni attraverso il contatto fisico.
9. Screening di massa: Durante le epidemie, i termometri a infrarossi sono utilizzati per lo screening di massa in aeroporti, stazioni ferroviarie e altri luoghi pubblici per identificare potenziali casi di febbre o sintomi correlati.

Quali sono i principali produttori di termoscanner?

Nel mercato dei termoscanner, ci sono diversi produttori noti che offrono una gamma di dispositivi per la misurazione della temperatura a infrarossi. Di seguito sono elencati alcuni dei principali produttori di termoscanner:

1. FLIR Systems: FLIR è uno dei leader globali nella produzione di termoscanner e sistemi di imaging termico. Offre una vasta gamma di termoscanner per molteplici applicazioni, tra cui termografia industriale e sicurezza.
2. Testo: Testo è un produttore tedesco specializzato in strumenti di misurazione e controllo di precisione, tra cui termoscanner per uso industriale, medico e termografia edile.
3. Hikvision: Hikvision è un’azienda cinese che produce una varietà di prodotti per la sicurezza, tra cui termoscanner adatti per il controllo dell’accesso in ambienti pubblici, aziendali e sanitari.
4. Fluke Corporation: Fluke è rinomata per la produzione di strumenti di misurazione elettrica e termica ad alta precisione. Offre termoscanner avanzati per l’uso industriale e professionale.
5. Infratec: Infratec è un produttore tedesco specializzato in sistemi termografici e termoscanner per molteplici applicazioni, tra cui il controllo di qualità e il monitoraggio termico.
6. Axis Communications: Axis Communications è noto per la produzione di telecamere di sicurezza e soluzioni di sorveglianza. Offre anche termoscanner per il monitoraggio della temperatura in ambienti pubblici e commerciali.
7. Seek Thermal: Seek Thermal è una società che si concentra sulla produzione di dispositivi di imaging termico, inclusi termoscanner a infrarossi per il controllo della temperatura corporea e altre applicazioni.
8. Eaton: Eaton è un produttore globale di prodotti elettrici e di controllo. Offre soluzioni di termoscanning per l’uso in applicazioni industriali e commerciali.
9. Optex: Optex è specializzata nella produzione di dispositivi di rilevamento, tra cui termoscanner per la sicurezza e il monitoraggio della temperatura in ambienti aziendali e pubblici.
10. Dahua Technology: Dahua Technology è un produttore cinese noto per le soluzioni di sicurezza e sorveglianza. Offre termoscanner per il controllo dell’accesso e la misurazione della temperatura in tempo reale.
11. 3M: 3M è un’azienda multinazionale che produce una vasta gamma di prodotti, tra cui termoscanner per applicazioni industriali e mediche.