Un operatore punta il termometro a infrarossi su un tubo di acciaio inox spazzolato appena uscito dal forno di trattamento e legge 214 °C. Ripete la misura tre volte, da posizioni leggermente diverse: 213, 215, 214. Il valore è stabile, ripetibile, coerente con l’attesa di reparto. Viene trascritto sul rapporto di processo e nessuno lo mette in discussione. La temperatura reale del tubo, verificata poco dopo con una sonda a contatto applicata correttamente, è di oltre 280 °C.
Non si tratta di uno strumento guasto né di un operatore distratto. Il pirometro ha fatto esattamente il suo mestiere: ha misurato la radiazione infrarossa che gli è arrivata sul sensore e l’ha convertita in gradi usando i parametri che gli erano stati impostati. Il punto è che fra la temperatura di un oggetto e il numero visualizzato ci sono almeno cinque passaggi fisici, e ciascuno di essi può produrre uno scostamento sistematico. Uno scostamento sistematico non trema, non oscilla, non insospettisce: sembra una buona misura.
Per questo la ripetibilità è il peggior indizio di correttezza in termometria senza contatto. Gli errori nella misura con termometri a infrarossi più costosi sono proprio quelli che restituiscono valori regolari. Di seguito cinque situazioni concrete, una per sezione: che cosa si vede a display, perché accade sul piano fisico, come si riconosce sul campo e come si evita. I riferimenti di metodo sono UNI EN ISO 18434-1, ASTM E1256, ASTM E1933 e, per la gestione documentale dello strumento, UNI EN ISO 9001.
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Emissività ferma a 0,95: gli errori più frequenti dei termometri portatili a infrarossi
Il valore 0,95 preimpostato in fabbrica descrive bene vernici, plastiche, gomme e materiali organici. Non descrive affatto un metallo lucido: l’acciaio inox spazzolato, l’alluminio laminato, il rame pulito hanno emissività anche inferiore a 0,2. Se lo strumento crede di guardare una superficie che irradia il 95 per cento di quanto irradierebbe un corpo nero, e ne riceve un quinto, attribuisce quella scarsità a una temperatura più bassa. Il difetto si riconosce da uno scarto che cresce con la temperatura e che resta identico ripetendo la misura. Si evita determinando l’emissività secondo ASTM E1933, per confronto con un punto di riferimento a temperatura nota, oppure applicando sul punto di misura un tratto di nastro opaco o di vernice a emissività nota e certificata, e impostando poi quel valore sullo strumento.
Distanza di misura e rapporto D:S trascurati
Ogni pirometro ha un campo di vista che si allarga con la distanza, descritto dal rapporto D:S fra distanza e diametro della macchia misurata. Con un D:S di 12:1, a tre metri lo strumento integra un’area di venticinque centimetri di diametro. Se il bersaglio è una valvola, un cuscinetto o un morsetto più piccolo di quella macchia, il display mostra la media pesata fra il bersaglio e tutto ciò che gli sta intorno: quasi sempre più freddo. Il sintomo tipico è una lettura che sale avvicinandosi e si stabilizza solo sotto una certa distanza. Si evita calcolando la macchia prima di misurare, avvicinandosi finché il bersaglio riempie almeno il doppio del campo di vista, e verificando le prestazioni geometriche dello strumento secondo ASTM E1256.
Radiazione riflessa da sorgenti calde vicine
Il sensore non distingue la radiazione emessa dal pezzo da quella che il pezzo si limita a riflettere. In fonderia, davanti a un forno aperto, sotto una lampada alogena o vicino a una parete refrattaria, una superficie a bassa emissività si comporta quasi da specchio: più il materiale è lucido, più il contributo riflesso pesa. Anche il corpo dell’operatore, a trentasei gradi, entra nel bilancio quando il pezzo è freddo. Il sintomo è una lettura che cambia solo spostando l’angolo di puntamento, a distanza costante. Si evita misurando fuori asse rispetto alle sorgenti, schermando con un cartone opaco, e impostando la temperatura apparente riflessa secondo la procedura di compensazione descritta in UNI EN ISO 18434-1.
Strumento non stabilizzato con l’ambiente di misura
Un radiometro portato dal furgone a meno cinque gradi dentro un reparto a venticinque non è pronto: l’ottica si appanna per condensa e il sensore, che compensa la propria temperatura interna, resta in deriva finché non raggiunge l’equilibrio. Nello stesso momento la misura è bassa, instabile nei primi minuti e poi apparentemente ferma su un valore ancora sbagliato. Il sintomo è una serie di letture che scivolano lentamente nella stessa direzione durante il primo quarto d’ora di lavoro. Si evita rispettando il tempo di stabilizzazione dichiarato dal costruttore, in genere da dieci a trenta minuti, e ripetendo una misura di controllo su un riferimento noto prima di aprire la sessione di rilievi.
Ottica sporca e finestre di ispezione non trasparenti all’infrarosso
Un velo di polvere di molatura, un film oleoso o una lente graffiata attenuano la radiazione in ingresso e abbassano la lettura in modo proporzionale, quindi perfettamente stabile. Lo stesso accade quando si misura attraverso una finestra: il vetro comune e il policarbonato sono opachi nell’infrarosso lungo e restituiscono la temperatura della finestra, non quella dell’oggetto. Si riconosce confrontando la lettura con e senza il diaframma interposto, e pulendo l’ottica con i mezzi indicati dal costruttore prima di ogni campagna.
La difesa strutturale contro tutti e cinque i casi è documentale: parametri impostati, distanza, emissività adottata e condizioni ambientali vanno registrati insieme al valore, e lo strumento va tenuto sotto controllo periodico come previsto dalla gestione delle apparecchiature di monitoraggio di UNI EN ISO 9001. Per i dati di campo di misura, ottica e dotazione dello strumento, la pagina dedicata ai termometri a infrarossi raccoglie ciò che è a catalogo.
Gli strumenti su cui questi cinque errori si fanno, e si evitano
I cinque errori descritti sopra appartengono a ogni misura di temperatura senza contatto: al termometro a infrarossi puntuale, che legge un punto alla volta, e alla termocamera, che legge un’intera scena e rende visibile il gradiente. Il catalogo propone entrambe le strade: sette schede fra i termometri a infrarossi e otto termocamere, con emissività e temperatura riflessa impostabili dall’utente.
Emissività impostabile sullo strumento
Tramex IRT2
Termometro a infrarossi palmare a doppio laser: l’emissività è regolabile dall’utente, con un valore preimpostato per le superfici opache e verniciate. Il costruttore dichiara che i laser servono soltanto al puntamento e non partecipano alla misura.
Ottica 50:1 e sonda a contatto
Testo 835-T1 e 835-T2
Rapporto ottico 50:1 per i bersagli piccoli o lontani, con emissività impostabile da 0,10 a 1,00 a passi di 0,01 e tabella di venti valori memorizzabili. L’ingresso per sonda a contatto di tipo K consente di ricavare l’emissività per confronto. Campo a infrarossi fino a +600 °C sul T1 e fino a +1500 °C sul T2.
Termocamera con emissività regolabile
Testo 872s
Termocamera con rivelatore da 320 x 240 pixel e sensibilità termica dichiarata inferiore a 0,05 °C: l’emissività si imposta da 0,01 a 1 insieme alla temperatura riflessa, gli stessi due parametri che falsano la lettura puntuale. Due campi di misura selezionabili, da -30 a +100 °C e da 0 a +650 °C.
I modelli sono raccolti nelle pagine di catalogo Termometri a infrarossi e Termocamere. Campo di misura, rapporto distanza-macchia, accuratezze, tempo di risposta e risposta spettrale sono nelle schede.
Restano validi, come dice l’articolo, i limiti dichiarati dal costruttore: la misura è di superficie e non del cuore del pezzo, l’ottica raccoglie l’energia emessa, riflessa e trasmessa — ed è per questo che il riflesso falsa la lettura — e l’impiego non è raccomandato su superfici metalliche lucide o lucidate.
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