Introducción

Al medir un objeto estático con un termómetro infrarrojo, normalmente resulta relativamente sencillo obtener una lectura estable si la distancia de medición, la emisividad, el tamaño del objetivo y las demás condiciones son adecuadas. Sin embargo, cuando el objetivo se desplaza rápidamente, gira o atraviesa de forma continua la zona de medición, el resultado puede variar de manera considerable aunque la precisión especificada del instrumento no haya cambiado.

Una de las principales razones es el tiempo de respuesta.

Un termómetro infrarrojo necesita cierto tiempo para recibir la radiación infrarroja emitida por la superficie del objetivo y convertirla en una lectura de temperatura. Si el objetivo abandona la zona de medición antes de que el instrumento haya respondido suficientemente, el valor mostrado puede representar una combinación de la temperatura del objetivo y la del fondo, en lugar de la temperatura superficial real del objeto.

Por esta razón, al medir objetos en movimiento rápido no basta con considerar el rango y la precisión. También deben evaluarse el tiempo de respuesta, la velocidad del objetivo, sus dimensiones y el tamaño del punto de medición.

Puntos clave

● El tiempo de respuesta indica la rapidez con la que un termómetro infrarrojo reacciona a un cambio de temperatura del objetivo.
● Cuanto más rápido se desplaza el objetivo, menor suele ser el tiempo que permanece dentro del punto de medición.
● Si el tiempo de permanencia es significativamente menor que el tiempo de respuesta del instrumento, la lectura puede no alcanzar la temperatura real del objetivo.
● Los objetivos en movimiento rápido pueden provocar picos térmicos atenuados, lecturas retrasadas o valores inestables.
● Para determinar si un instrumento es adecuado para mediciones dinámicas, deben considerarse conjuntamente el tiempo de respuesta, la velocidad, el tamaño del objetivo y el tamaño del punto de medición.
● Las líneas de producción de alta velocidad, los componentes giratorios y los procesos térmicos de muy corta duración requieren especial atención a la capacidad del instrumento para seguir los cambios de temperatura.

¿Qué es el tiempo de respuesta de un termómetro infrarrojo?

El tiempo de respuesta puede entenderse como el tiempo que necesita un termómetro infrarrojo para reaccionar a un cambio de la radiación recibida y hacer que el valor indicado se aproxime a la nueva temperatura.

Por ejemplo, si el instrumento está midiendo inicialmente un fondo relativamente frío y después se apunta rápidamente a un objeto caliente, la lectura no cambia de forma literalmente instantánea hasta el valor final. El detector, el procesamiento de señal y el sistema de visualización necesitan tiempo para responder.

El tiempo de respuesta varía entre distintos termómetros infrarrojos. En las especificaciones técnicas suelen aparecer valores de milisegundos o de varios cientos de milisegundos. En general, un tiempo de respuesta más corto resulta más adecuado para captar cambios rápidos de temperatura.

Sin embargo, el tiempo de respuesta no es lo mismo que la precisión de medición.

Un instrumento puede ofrecer una alta precisión en condiciones estables y, aun así, no captar correctamente un evento térmico muy breve si su respuesta es demasiado lenta.

¿Por qué los objetos en movimiento rápido se ven especialmente afectados por el tiempo de respuesta?

Con un objetivo estático, el termómetro infrarrojo puede recibir continuamente radiación de la misma zona superficial y dispone normalmente de tiempo suficiente para estabilizar la lectura.

Con un objetivo en movimiento rápido, la situación es diferente.

Una vez que el objeto entra en el punto de medición, permanece en él durante un tiempo limitado. Si sale antes de que el instrumento haya respondido suficientemente, la radiación que recibe el detector vuelve a cambiar.

En estas condiciones, el instrumento intenta seguir continuamente una señal variable.

Por ello, en una medición dinámica la cuestión principal no es únicamente “¿A qué velocidad se mueve el objetivo?”, sino también:

● Cuánto tiempo permanece dentro de la zona efectiva de medición;
● Si ese tiempo es suficiente para que el instrumento responda adecuadamente.

El tiempo de permanencia del objetivo en la zona de medición es importante

Para comprender la relación puede utilizarse una aproximación sencilla:

Tiempo efectivo de permanencia en la zona de medición ≈ longitud efectiva de medición ÷ velocidad del objetivo

Manteniendo iguales las demás condiciones:

● Cuanto mayor es la velocidad, menor es el tiempo de permanencia;
● Cuanto menor es la zona de medición, menos tiempo tarda el objetivo en atravesarla;
● Cuanto menor es el objetivo, menor puede ser el tiempo durante el cual cubre completamente el punto de medición.

Por ejemplo, si un objetivo solo cubre totalmente la zona de medición durante unas pocas decenas de milisegundos, mientras el termómetro necesita varios cientos de milisegundos para responder de forma sustancial a la nueva temperatura, la pantalla puede no llegar nunca a mostrar la temperatura real del objetivo.

Esta relación simplificada sirve principalmente para comprender el comportamiento dinámico. En la práctica, la respuesta también puede depender del detector, del procesamiento de señal, del intervalo de muestreo y de la velocidad de actualización de la pantalla. Por tanto, una fórmula sencilla no permite determinar por sí sola la precisión final.

¿Qué ocurre cuando el tiempo de respuesta es insuficiente?

Uno de los efectos más habituales es la reducción del pico de temperatura medido.

Por ejemplo, una pequeña pieza caliente que está claramente por encima de la temperatura del fondo atraviesa rápidamente la zona de medición. El instrumento comienza a detectar el aumento de temperatura, pero la pieza puede abandonar el punto de medición antes de que el sistema alcance su temperatura real. Como resultado, la lectura solo aumenta parcialmente.

El fenómeno contrario también puede producirse cuando un objetivo frío pasa rápidamente delante de un fondo más caliente: la temperatura mínima mostrada puede no llegar a la temperatura real del objetivo.

También pueden aparecer otros efectos:

● La lectura de temperatura queda retrasada respecto a la posición real del objetivo;
● Los valores fluctúan cuando pasan piezas sucesivas;
● Diferentes ciclos producen distintos valores máximos;
● Los picos térmicos muy breves pueden no mostrarse con claridad;
● La diferencia aparente de temperatura entre un objetivo caliente y un fondo frío puede reducirse.

Desde el punto de vista de la señal, el instrumento actúa de forma similar a un suavizado temporal de los cambios rápidos de temperatura.

¿Un tiempo de respuesta más corto siempre es mejor?

Para objetivos dinámicos con cambios rápidos, un tiempo de respuesta corto suele ser ventajoso porque permite que el instrumento siga más rápidamente las variaciones de temperatura.

Sin embargo, no debe evaluarse de forma aislada.

Si el punto de medición es mayor que el objetivo, incluso un instrumento muy rápido recibirá simultáneamente radiación infrarroja del objetivo y del fondo. Esto puede seguir provocando errores importantes.

Por tanto, en una medición dinámica deben considerarse conjuntamente, como mínimo:

● Tiempo de respuesta;
● Velocidad del objetivo;
● Tamaño del objetivo;
● Distancia de medición;
● Relación distancia-punto D:S;
● Tamaño real del punto de medición;
● Diferencia de temperatura entre el objetivo y el fondo;
● Emisividad de la superficie.

Una respuesta rápida solo resulta realmente útil cuando las demás condiciones de medición también son adecuadas.

¿Por qué el tamaño del punto de medición y el tiempo de respuesta afectan conjuntamente al resultado?

Un termómetro infrarrojo no mide el punto láser en sí. Mide la radiación infrarroja procedente de una determinada zona definida por su sistema óptico.

Por ello, el objetivo en movimiento debe cubrir el punto de medición lo más completamente posible.

Si el objetivo es más pequeño que el punto, el instrumento recibe radiación tanto del objetivo como del fondo. Incluso con un detector muy rápido, la temperatura obtenida puede seguir siendo un valor combinado.

Cuando el objetivo cubre completamente el punto de medición, el instrumento tiene más posibilidades de recibir principalmente radiación de la superficie objetivo durante su paso.

En aplicaciones reales, no es recomendable que el tamaño del objetivo sea exactamente igual al tamaño teórico del punto. Conviene mantener cierto margen para reducir errores de apuntado, vibraciones o variaciones en la trayectoria del objeto.

¿Cómo afecta el tiempo de respuesta al medir una cinta transportadora en movimiento?

Una cinta transportadora en funcionamiento continuo es un ejemplo típico de objetivo dinámico.

Si la temperatura de toda la superficie de la cinta es relativamente uniforme, incluso una velocidad elevada puede no generar un problema importante de tiempo de respuesta, porque el instrumento observa continuamente una superficie de características similares.

Sin embargo, si se desea detectar un punto caliente localizado, una unión, una zona calentada por fricción o un tramo corto con temperatura elevada, el tiempo de respuesta se vuelve mucho más importante.

Cuanto menos tiempo permanezca la zona caliente dentro del punto de medición, más difícil será para el instrumento mostrar su temperatura máxima real.

Para detectar puntos calientes localizados deben considerarse conjuntamente:

● Longitud real de la zona caliente;
● Velocidad de la cinta;
● Tamaño del punto de medición;
● Tiempo de respuesta del instrumento.

¿Por qué también es importante el tiempo de respuesta al medir rodillos y piezas giratorias?

Las superficies de rodillos, ejes, poleas, componentes de motores y otras piezas giratorias pasan continuamente por la posición de medición.

Si toda la circunferencia presenta una temperatura aproximadamente uniforme, la radiación infrarroja recibida cambia poco y normalmente puede obtenerse una lectura relativamente estable.

Sin embargo, si solo existe un pequeño punto caliente, este puede permanecer en la zona de medición durante muy poco tiempo en cada vuelta.

Cuanto mayor sea la velocidad de giro y menor el punto caliente, menor será el tiempo disponible para detectarlo.

En consecuencia, la temperatura real del punto caliente puede ser considerablemente superior al valor máximo mostrado por el instrumento.

En estas aplicaciones, un tiempo de respuesta corto y funciones como MAX pueden resultar útiles, siempre que la zona caliente también cubra adecuadamente el punto de medición.

¿Por qué es más difícil medir pequeñas piezas que pasan de forma continua?

En muchas líneas de producción pasan continuamente por el punto de medición pequeñas piezas, envases, componentes metálicos o productos procesados.

La dificultad consiste en que el campo de medición puede alternar repetidamente entre “pieza – espacio – pieza – espacio”.

Durante los espacios entre piezas, el punto de medición puede incluir la cinta transportadora, la estructura de la máquina u otra superficie de fondo.

La radiación infrarroja recibida cambia entonces muy rápidamente.

Si estos cambios son más rápidos que la capacidad del instrumento para seguirlos eficazmente, la lectura puede representar una combinación temporal de varias superficies en lugar de la temperatura real de cada pieza individual.

Por ello, en aplicaciones de alta velocidad no solo debe utilizarse un sensor infrarrojo con un tiempo de respuesta adecuado. También conviene optimizar la posición de medición para que cada objetivo cubra la zona de forma estable durante el mayor tiempo posible.

¿Por qué la temperatura del fondo puede aumentar aún más el error en una medición dinámica?

Cuando un objetivo rápido no cubre completamente la zona de medición, la radiación procedente del fondo contribuye a la lectura.

Si el objetivo y el fondo tienen temperaturas similares, el efecto puede ser relativamente pequeño.

Sin embargo, si el objetivo está a 150 °C y el fondo a solo 25 °C, una proporción significativa de fondo dentro del punto de medición puede hacer que la temperatura mostrada sea claramente inferior a la temperatura real del objetivo.

El mismo principio se aplica a un objetivo frío delante de un fondo caliente, aunque el sentido del error puede invertirse.

Cuanto mayor sea la diferencia de temperatura entre el objetivo y el fondo, más visibles suelen ser los efectos de una cobertura insuficiente y de una respuesta demasiado lenta.

¿Cómo mejorar la medición infrarroja de objetos en movimiento rápido?

● Seleccionar un termómetro infrarrojo con un tiempo de respuesta adecuado para la velocidad del objetivo.
● Reducir la distancia de medición cuando sea posible, de modo que el punto de medición quede completamente dentro del objetivo.
● Utilizar la especificación D:S para determinar el tamaño real del punto a la distancia prevista.
● Elegir una posición de medición en la que la trayectoria del objetivo sea estable y no existan obstáculos.
● En piezas que pasan continuamente, maximizar el tiempo durante el cual cada objetivo cubre completamente la zona de medición.
● Si el instrumento dispone de función MAX, puede ayudar a registrar valores altos de corta duración, pero no debe considerarse una compensación completa de un tiempo de respuesta insuficiente.
● En procesos críticos, puede ser útil comparar las lecturas a una velocidad de línea reducida para comprobar si el valor cambia significativamente con la velocidad.
● En procesos de muy alta velocidad o eventos térmicos extremadamente breves, conviene considerar sensores infrarrojos más rápidos o sistemas específicos de monitorización de procesos.

¿Cómo saber si una lectura está siendo afectada por el tiempo de respuesta?

Puede realizarse una comprobación práctica modificando las condiciones de medición.

Si el proceso lo permite, reduzca la velocidad del objetivo. Si la temperatura máxima medida aumenta de forma clara mientras las demás condiciones permanecen prácticamente iguales, es posible que la lectura original a alta velocidad estuviera limitada por el tiempo de respuesta.

También puede modificarse la distancia de medición.

Si al reducir la distancia, y con ello el tamaño del punto, el pico de temperatura se vuelve más evidente, la medición anterior pudo estar afectada tanto por una cobertura incompleta del objetivo como por las limitaciones de respuesta dinámica.

Estas pruebas son útiles para el análisis en campo, pero no sustituyen una verificación metrológica o una calibración formal.

¿Son lo mismo el tiempo de respuesta y la velocidad de actualización de la pantalla?

No.

El tiempo de respuesta describe la rapidez con la que el sensor y el sistema de medición reaccionan a un cambio de temperatura. La velocidad de actualización de pantalla indica únicamente con qué frecuencia se renueva el valor mostrado.

Por ejemplo, el sistema interno puede realizar varias mediciones mientras la pantalla solo se actualiza unas pocas veces por segundo.

En mediciones manuales normales, esta diferencia puede pasar desapercibida. En procesos dinámicos de alta velocidad, sin embargo, es importante distinguir ambos parámetros.

Una pantalla que cambia rápidamente no significa necesariamente que el sistema de medición tenga un tiempo de respuesta suficientemente corto.

Para seleccionar un instrumento destinado a mediciones dinámicas, debe consultarse el tiempo de respuesta especificado y no basarse únicamente en la velocidad visible de cambio de los dígitos.

FAQ

¿Se pueden medir objetos en movimiento rápido con un termómetro infrarrojo?
Sí. Muchos objetivos móviles pueden medirse correctamente siempre que el tiempo de respuesta, el tamaño del objetivo, su velocidad, el tamaño del punto y la distancia de medición estén correctamente relacionados.

¿Un tiempo de respuesta más corto significa siempre una mayor precisión dinámica?
No. El tiempo de respuesta es solo uno de los factores. Si el objetivo es más pequeño que el punto de medición, la emisividad está mal configurada o existe una reflexión importante del entorno, pueden producirse errores considerables incluso con una respuesta muy rápida.

¿Por qué disminuye la temperatura medida cuando aumenta la velocidad de la línea de producción?
Una posible causa es que el objetivo permanece menos tiempo en la zona de medición y el instrumento no llega a responder completamente antes de que el objetivo salga. Una cobertura insuficiente del punto puede producir un efecto similar.

¿Puede la función MAX compensar un tiempo de respuesta insuficiente?
No completamente. La función MAX solo registra el valor más alto que el instrumento ha medido realmente. Si el termómetro no llega a responder al verdadero pico térmico, el valor MAX registrado también será inferior al pico real.

¿Qué debe considerarse al medir un eje que gira a alta velocidad?
Deben considerarse el tiempo de respuesta, el diámetro del eje, el tamaño del punto de medición, la velocidad de giro, el tamaño de cualquier punto caliente y la emisividad de la superficie. En superficies metálicas muy reflectantes también es necesario prestar especial atención a la emisividad y a la radiación reflejada del entorno.

¿Cómo puedo saber si un termómetro infrarrojo es adecuado para mi línea de producción?
Determine primero el tamaño del objetivo, la velocidad de funcionamiento, el tiempo efectivo dentro de la zona de medición y la distancia de medición. Después compárelos con el tiempo de respuesta y la relación D:S del instrumento. En procesos de alta velocidad también pueden realizarse pruebas comparativas a distintas velocidades.

Conclusión

El tiempo de respuesta determina la rapidez con la que un termómetro infrarrojo puede seguir los cambios de temperatura del objetivo.

En objetos estáticos o procesos con cambios térmicos lentos, normalmente no es el principal factor limitante. Sin embargo, en piezas que pasan rápidamente, puntos calientes localizados en cintas transportadoras, rodillos de alta velocidad o componentes giratorios, el objetivo puede permanecer muy poco tiempo dentro de la zona de medición. En estos casos, el tiempo de respuesta puede determinar directamente si se detecta o no el verdadero pico de temperatura.

Por tanto, una medición infrarroja dinámica no debe evaluarse únicamente a partir del tiempo de respuesta. También deben considerarse conjuntamente la velocidad, el tamaño del objetivo, la relación D:S, el tamaño del punto de medición, la distancia, la emisividad y la temperatura del fondo.

En términos sencillos, el instrumento no solo debe poder “ver” el objetivo, sino que también debe disponer de tiempo suficiente para “responder” a su temperatura. Solo cuando la cobertura espacial y la respuesta temporal son adecuadas, la medición de objetos en movimiento rápido puede proporcionar resultados fiables.