Todos os corpos com temperatura superior a 0 K emitem energia. A energia emitida aumenta à medida que a temperatura do objecto aumenta. Este facto permite que se possam fazer medições de temperatura a partir de medições da energia emitida, particularmente se essa energia for infravermelha ou visível.
Os vários tipos de energia radiada podem ser caracterizados pela frequência (F) ou comprimento de onda (l). Assim, a zona do visível abrange comprimentos de onda compreendidos entre 400 nm e 700 mm, e os infravermelhos (IV) entre 700mm e 20 mícrons. Na prática, o pirómetro de IV comum usa a banda entre 5 e 20 mícrons. Os vários tipos de radiação encontram-se representados na figura abaixo:
A amplitude (intensidade) de energia radiada pode ser expressa como função do comprimento de onda a partir da Lei de Planck. A figura abaixo representa as curvas de emissão de energia a temperaturas diferentes. A área sob cada curva representa o total da energia radiada a essa temperatura.
À medida que a temperatura aumenta, constatam-se dois factos: a amplitude da curva aumenta, aumentando a área; e o ponto de maior energia desloca-se para valores de comprimento de onda mais pequenos. Esta relação é descrita pela Lei do Deslocamento de Wien:
lmáx (comprimento de onda em nm a que corresponde a intensidade máxima) = 2900 /T (K)
Porque este ponto máximo se desloca para a esquerda do gráfico à medida que a temperatura aumenta, é necessário muito cuidado na selecção óptima do espectro a usar nas medições de temperatura.
Um conceito importante é a emissividade (E): o quociente entre a energia que um corpo radia a uma dada temperatura e a energia que o corpo negro radia a essa mesma temperatura. A emissividade do corpo negro é então igual a 1. Para corpos reais, a emissividade está compreendida entre 0 e 1. Assim, a emissividade mede a capacidade de um corpo emitir energia. Analogamente, definem-se a reflectividade (R) que mede a capacidade de um corpo reflectir energia, a transmissividade (T) que mede a capacidade de um corpo transmitir energia, e a absorvidade (A) que mede a capacidade de um corpo absorver energia. A relação entre A, R e T é de complementaridade:
A + R + T = 1
Na prática, os valores habituais são A=70%, R=020%, T=10%. Se um objecto estiver em estado de equilíbrio térmico, então a energia que está a absorver é igual à energia que está a emitir (A=E). Pelo que fica:
E + R + T = 1
Como é ilustrado na figura abaixo, a energia recebida pelo sensor pode não reflectir a verdadeira temperatura do objecto. A reflectividade R e a transmissividade T são conceitos associados à natureza do objecto (opaco ou translúcido) e às condições atmosféricas na zona entre sensor e objecto.
A superfície ideal para efectuar medições de temperatura seria então o corpo negro, i.e., um objecto com E=1 e R=T=0. Na prática, contudo, a maioria dos corpos são corpos cinzentos (têm a mesma emissividade em todos os comprimentos de onda) ou corpos não-cinzentos (a emissividade varia com o comprimento de onda/temperatura):
Na prática, as medições de temperatura devem ser feitas em ambientes em que a atmosfera seja "transparente" (R=0), e ajustando a resposta espectral do sensor a uma banda de comprimentos de onda na qual o objecto seja opaco (T=0). Se, p.ex., um objecto tiver E=0,7 então ele só está a emitir 70% da energia disponível, pelo que o pirómetro indicaria uma temperatura inferior à real. Por isso, os pirómetros estão equipados com um mecanismo que ajusta a amplificação do sinal do sensor de modo a corrigir esta perda de energia.
Um esquema genérico de um pirómetro de radiação é indicado na figura abaixo:
Existem vários tipos de pirómetros de radiação: estes podem-se englobar em duas classes - pirómetros de banda larga e pirómetros de banda estreita. Nos primeiros usa-se uma relação exponencial entre a energia total da radiação emitida e a temperatura. Nos segundos usa-se a variação da emissão de energia de radiação monocromática com a temperatura.
Dentro dos pirómetros de banda larga encontram-se os pirómetros de radiação total e de infravermelhos. Nestes aparelhos, a radiação proveniente de um objecto é colectada pelo espelho esférico e focada num detector de banda larga D, que emite um sinal que é função da temperatura. O valor de temperatura indicado é um valor médio da temperatura dos corpos que se encontram dentro do seu campo de visão, pelo que uma característica importante é a sua abertura.
O pirómetro de banda estreita clássico é o chamado pirómetro óptico. Este destina-se a temperaturas entre 700-4000ºC. A energia radiante emitida pelo corpo é focada por meio de uma objectiva sobre o filamento de uma lâmpada de incandescência, senso a imagem do conjunto, depois de filtrada, observada por uma ocular. O filtro de absorção destina-se a estender a utilização do pirómetro a temperaturas elevadas. O filtro vermelho efectua a análise espectral numa banda de frequências estreita da zona do visível, onde é importante para o espectro de radiação correspondente à gama de medida do pirómetro. A imagem observada pela ocular contem o filamento e o objecto incandescente sobrepostos. A figura abaixo descreve o que se vê em três situações possíveis (Tf=temperatura do filamento, To=temperatura do objecto).
Mais informação sobre o princípio de funcionamento destes medidores pode ser consultada em: