Temperatura Contactless
Tutti i corpi emettono una radiazione elettromagnetica direttamente correlabile alla loro temperatura. Questo fenomeno fisico risulta di immediata comprensione nel caso in cui si osservi un metallo incandescente, che si colora di rosso, arancione o bianco quando viene riscaldato. Al contrario, può risultare meno immediato quando ci si concentra su un corpo freddo. La ragione di questa discrepanza risiede nel fatto che i corpi freddi emettono uno spettro di radiazione elettromagnetica non rilevabile dall’occhio umano, che risiede in una regione dello spettro detta non visibile, mentre i metalli incandescenti emettono una porzione di radiazione rilevabile dal nostro apparato visivo.
Esistono, però, dei sensori in grado di rilevare la radiazione non visibile e di trasformarla in un segnale elettrico. Questo principio è alla base della misurazione della temperatura in modalità contact-less.
Nel campo della misura della temperatura si definisce corpo nero un oggetto ideale che emette una radiazione elettromagnetica dipendente unicamente dalla sua temperatura e non dalla sua composizione chimica. In Figura 1 viene illustrato il tipico spettro di emissione di un corpo nero. Considerando che la radiazione visibile risiede nel range 390 – 700 nm, risulta immediato come un’ingente porzione di radiazione, anche negli oggetti caldi, ricada nello spettro del non visibile.
I corpi reali emettono uno spettro di radiazione elettromagnetica simile a quella di un corpo nero, a meno di alcuni dettagli. In particolare, a seconda di alcuni parametri quali la loro composizione chimica, la finitura superficiale ed eventuale presenza di rivestimenti, lo spettro emesso da un corpo reale ad una data temperatura differirà sensibilmente rispetto a quello ideale. Conoscendo i parametri chiave dell’oggetto da misurare, è possibile ottimizzare la risposta del sensore al fine di ottenere una misura contact-less della temperatura della oggetto con un’ottima accuratezza.
Un tipico esempio di misura di temperatura contact-less risiede nella misura della temperatura corporea. Nello specifico, utilizzando e calibrando un apposito sensore in grado di rilevare lo spettro di emissione elettromagnetica emesso dalla pelle degli esseri umani, è possibile risalire in modo immediato alla temperatura corporea. Per ottenere una misura accurata, il sistema di misura deve essere progettato opportunamente e il processo di misura deve seguire un rigido protocollo. Esempi di sistemi di questa tipologia si possono trovare nei totem di misurazione corporea, di particolare attualità a causa della pandemia Covid-19, così come nei termometri ad infrarossi per la misura della temperatura corporea. Segue in esempio l’immagine del sistema di rilevazione della temperatura corporea, sviluppato in collaborazione con Informatica System.
Anche in campo industriale, la misura della temperatura di oggetti in modalità contact-less può rappresentare un’importante risorsa. Basti pensare, ad esempio, a tutte le applicazioni in cui una misura a contatto non è possibile o risulta svantaggiosa, come la rilevazione della temperatura di una massa fusa, o una misura in linea o ancora la rilevazione di umidità o perdite idrauliche all’interno di edifici. Un ulteriore campo di applicazione di tale metodologia riguarda l’efficienza energetica degli edifici, con questo metodo è possibile individuare, ad esempio, le dispersioni di calore ed intervenire tempestivamente per rendere gli edifici ecosostenibili.
La misura della temperatura in modalità contact-less permette, inoltre, di ottenere una mappa termica bi-dimensionale. Per ottenere dati di questo tipo è necessario l’utilizzo di uno strumento apposito, denominato termocamera. La rilevazione della temperatura da parte di una termocamera segue le stesse leggi fisiche illustrate nella prima parte della presente Tech Pill. Al contrario di un semplice sensore, però, il cuore di quest’ultima è rappresentato da una matrice ordinata di sensori e fa ausilio di ottiche opportunamente dimensionate per ottenere una mappa 2D di temperatura dell’area messa a fuoco. Tale mappa può essere acquisita nel tempo con l’obiettivo, ad esempio, di analizzare il flusso termico di un materiale soggetto ad un particolare processo. In Figura 2, a titolo di esempio, viene illustrata la mappa termica di un polimero soggetto ad una radiazione laser infrarossa.
La conoscenza delle leggi fisiche alla base della misura di temperatura in modalità contact-less risulta di fondamentale importanza per la definizione di un adeguato sistema di misura. I parametri in gioco che permettono l’ottenimento di una misura accurata, infatti, sono molteplici e spaziano dalla termometria, all’ottica fino alla calorimetria. I progettisti di Microla sono in grado di definire i migliori sensori o strumenti atti alla misurazione della temperatura di oggetti sulla base delle specifiche del cliente e garantiscono una progettazione elettro-meccanica adeguata all’ottenimento di una elevata accuratezza.