Gewoonlijk, je zult geen stralingsthermometer tegenkomen totdat iemand er een in je oor stopt bij de dokterspraktijk of je er een op je voorhoofd wijst als je koorts hebt. Maar meer verfijnd en hoog gekalibreerd, "contactloze" thermometers van onderzoekskwaliteit - die de infrarode (warmte) straling van objecten meten zonder ze aan te raken - zijn van cruciaal belang voor veel andere inspanningen naast de gezondheidszorg.

Echter, zelfs geavanceerde conventionele stralingsthermometers hebben metingen opgeleverd met zorgwekkend grote onzekerheden. Maar nu hebben onderzoekers van het National Institute of Standards and Technology (NIST) een draagbare, opmerkelijk stabiele stralingsthermometer van standaardkwaliteit met een lengte van ongeveer 60 cm (24 in.) die temperaturen kan meten tot op enkele duizendsten van een graad Celsius.

NIST heeft een lange geschiedenis in het bestuderen van stralingsthermometers. Het nieuwe prototype-instrument, die voortbouwt op dat werk, kan temperaturen meten tussen -50 ˚C (-58 ˚F) tot 150 ˚C (302 ˚F). De corresponderende infraroodgolflengten zijn van 8 tot 14 micrometer (miljoensten van een meter), wat een soort thermodynamische sweet spot is.

"Alle temperaturen zijn gelijk, maar sommigen zijn gelijker dan anderen, " zei NIST-natuurkundige Howard Yoon, die het thermometerontwerp heeft gemaakt en het project heeft geleid, beschreven in het journaal Optica Express . "Die overspanning van 200 graden dekt bijna alle natuurlijk voorkomende temperaturen op aarde. Als je een grote impact maakt bij het meten van objecten in dat bereik, het doet er echt toe."

Naast klinische geneeskunde, temperaturen in die regio zijn van groot belang bij toepassingen waar contact niet gepast of haalbaar is. Bijvoorbeeld, chirurgen moeten vóór de transplantatie de temperatuur van organen meten. Moderne boeren hebben nauwkeurige temperaturen nodig bij het hanteren, opslaan, en het verwerken van voedsel. Satellieten hebben contactloze thermometers nodig voor het meten van temperaturen op het land en op het zeeoppervlak.

Conventionele stralingsthermometers bevatten vaak niet meer dan een lens voor het focussen van de infraroodstraling en een pyro-elektrische sensor, een apparaat dat warmte-energie omzet in een elektrisch signaal. Hun metingen kunnen worden beïnvloed door temperatuurverschillen langs de thermometer en door temperatuur buiten het instrument.

Het NIST-ontwerp, genaamd de Ambient-Radiation Thermometer (ART) is uitgerust met een reeks interne thermometers die constant de temperatuur op verschillende punten in het instrument meten. Die metingen worden verzonden naar een feedbacklussysteem dat de 30 cm (12 inch) cilinder met de detectoreenheid op een constante temperatuur van 23 ˚C (72 ˚F) houdt.

Het beschikt ook over andere ontwerpverbeteringen, inclusief een methode om fouten te verminderen van wat het size-of-source-effect wordt genoemd, die ontstaat wanneer straling het instrument binnenkomt vanuit gebieden buiten het gespecificeerde gezichtsveld.

Het grote voordeel van de ART is zijn ongekende stabiliteit. Nadat het is gekalibreerd tegen contactthermometers van standaardkwaliteit, het instrument kan maandenlang stabiel blijven tot op een paar duizendsten van een graad bij continu gebruik. Dat maakt het systeem zeer veelbelovend voor toepassingen waarbij gedurende lange perioden remote sensing nodig is.

"Stel je voor dat je het NIST-ontwerp in het veld kunt gebruiken als reizende stralingsthermometers voor het nauwkeurig meten van variabelen zoals land- en zeeoppervlaktetemperaturen, Yoon zei. "Het zou kunnen dienen als een betrouwbare methode voor het kalibreren van IR-satellietsensoren en het valideren van de enorme weerwetenschappelijke programma's die worden gebruikt om te voorspellen, bijvoorbeeld, de paden en sterktes van orkanen." Het lagere bereik van -50 ˚C (-58 ˚F) maakt het geschikt voor het bewaken van de temperatuur van ijs boven poolgebieden, typisch in het bereik van -40 C (-40 F) tot -10 ˚C (14 ˚F).

Er zijn verschillende methoden om zeer nauwkeurige temperatuurmetingen uit te voeren, maar weinigen zijn zeer geschikt voor veldwerk. Platina weerstandsthermometers zijn kwetsbaar en moeten regelmatig opnieuw worden gekalibreerd. De standaardtemperatuurbron voor het overbrengen van die kalibratie naar de ART omvat een warmtebronholte in ongeveer 42 liter (11 gallon) vloeistof.

"Dat zijn de beste bronnen die we hebben, "Zei Yoon. "Maar het is onpraktisch om de watertemperatuur te meten door met tussenpozen een thermometer in de oceaan te steken, en je wilt je stralingsthermometer niet constant ijken met zo'n ijkbron aan boord van een schip."

Gerard Fraser, hoofd van de Sensor Science Division van NIST, zei:"De innovatie van Yoon maakt contactloze thermometrie concurrerend met de beste commerciële contactthermometers wat betreft nauwkeurigheid en stabiliteit in een temperatuurbereik dat mensen dagelijks ervaren. Dit biedt veel nieuwe mogelijkheden in productinspectie en kwaliteitscontrole en in defensie en veiligheid waar conventionele contactmethoden onpraktisch of te duur zijn."

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan NIST. Lees hier het originele verhaal.