Temperaturmessung mit Infrarot-Handhelds

Zuverlässig ohne Brandblasen

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Richtig angewendet sind Infrarot-Thermometer sehr gut geeignet, um schnell und unkompliziert die Prozesstemperatur an schwer zugänglichen oder beweglichen Teilen zu bestimmen. Überall dort, wo die Temperatur maßgeblich die Prozesssicherheit und Produktqualität beeinflusst, sollte ein portables Messgerät zur Hand sein. Die sogenannten Hand-Helds erlauben eine berührungslose Temperaturbestimmung in einem weiten Messbereich.

Dipl.-Ing. Danica Aulbach

Infrarot-Thermometer werden vor allem dort eingesetzt, wo Thermoelemente oder andere Thermometer der klassischen berührenden Temperaturmesstechnik nicht verwendet werden können. Die Temperatur wird berührungslos durch Messung der Wärmestrahlung bestimmt. Die Thermometer lassen sich zum einen in ihrer Bauform und zum anderen in ihrer aufgebauten Optik unterscheiden. Bei den Bauformen wird zwischen portablen und stationären IR-Thermometer unterschieden. Portable Geräte, die sogenannten IR-Handhelds, werden mit Batterien betrieben. Es gibt sie in pistolenähnlicher und kameraähnlicher Bauform. Um die Temperatur problemlos ablesen zu können, ist eine Taste am Griff angebracht, mit der der Messwert gespeichert werden kann. Unterschiedliche Emissionsgrade und Umgebungstemperaturen können an besonderen Einstellknöpfen berücksichtigt werden.
Zur Abgrenzung der spektralen Empfindlichkeiten werden Filter im Strahlungsempfänger eingebaut. Es wird zwischen Gesamtstrahlungspyrometern, Spektralpyrometern, Bandstrahlungspyrometern und Verhältnispyrometern unterschieden. Gesamtstrahlungspyrometer nutzen den gesamten energetisch wirksamen Spektralbereich. Damit detektieren sie 90 % der Strahlung, die ein Messobjekt aussendet und sind insbesondere für die Messung von tiefen Temperaturen geeignet. Genaue Messungen mit diesem Pyrometer können nur bei konstanten atmosphärischen Bedingungen, z.B. unter Schutzgas oder im Vakuum erfolgen. Die Spektralpyrometer reagieren nur auf einen engen Spektralbereich empfindlich. Somit kann man ihnen eine von der Temperatur unabhängige Wellenlänge zuordnen und es lassen sich hohe Genauigkeiten erreichen. Durch Wahl geeigneter Spektralbereiche ist auch eine Messung der Temperatur in der Tiefe eines Objekts, z. B. bei Glas, Metall oder Kunststoff, möglich. Der Aufbau eines Bandstrahlungspyrometers entspricht dem eines Spektralpyrometers. Durch die Verwendung anderer Filter und Detektoren wird die Strahlung in einem breiteren Wellenlängenbereich gemessen (z. B. 8 bis 14 µm), dadurch wird mehr Intensität am Detektor gewonnen und eine sehr gute Temperaturauflösung der Messwerte erreicht. Verhältnispyrometer ermitteln entgegen den vorherigen Pyrometern die Temperatur aus dem Verhältnis zweier Signale und werden häufig dann eingesetzt, wenn der Emissionsgrad nicht bekannt ist oder ermittelt werden kann. Die Verhältnisbildung liefert ein vom Emissionsgrad unabhängiges Messergebnis.
Robuste Messtechnik
Die portablen Wika-Geräte der Serie CTH71 erlauben genaue Temperaturmessungen innerhalb eines weiten Messbereichs zwischen -32 und 760 °C. Sie zeichnen sich durch ihre robuste Ausführung und hohe Zuverlässigkeit aus. Alle Geräte besitzen eine Einzellaser-Visiereinrichtung und können, je nach Modell, mit zusätzlichen Funktionen wie Min.-/Max.-Temperatur, Mittelwertbildung, Hi-/Lo-Alarm und Datenlogger ausgestattet sein. Während einige Modelle für einfache Messaufgaben auf kurze Distanz ausgelegt sind, erlauben die hochwertigen Ausführungen mit einer optischen Auflösung von 50:1 Messentfernungen von bis zu 8 m. Da der Emissionsgrad bei manchen Modellen einstellbar ist, lassen sich diese Geräte noch besser an die jeweilige Messaufgabe anpassen. Dabei werden Genauigkeiten von 1 K bzw. 0,5 % des Messwerts erreicht.
Praktische Anwendung
Bei jeder Messung steht das Messobjekt im Vordergrund und die Messaufgabe besteht darin, die Temperatur möglichst exakt zu bestimmen. Im Idealfall nimmt ein Messobjekt die ganze einfallende Strahlung auf und wandelt diese komplett in Wärmestrahlung um (idealer Strahler). Leider spielen in der Realität noch weitere Kenngrößen eine Rolle, wie Transmission und Reflexion. Aufgrund dieses Verhaltens von realen Strahlern wurde der Emissionsgrad eingeführt. Er gibt an, wie viel Strahlung der Körper im Vergleich zu einem idealen Strahler, einem schwarzen Körper, abgibt. Ein Emissionsgrad von 0,95 bedeutet z. B., dass bei 100 % gemessener Strahlung 95 % Emission und 5 % Reflexion sind. Hinter jedem IR-Thermometer steckt eine Optik, die die von einem kreisförmigen Messfleck abgestrahlte Energie auffängt und auf einen Detektor fokussiert. Der Detektor, eines der wichtigsten Bauteile, wandelt die Strahlung in ein elektrisches Signal um. Die Auflösung eines IR-Thermometers ist definiert als das Verhältnis zwischen der Entfernung des Thermometers zum Messobjekt und dem Messfleckdurchmesser (E:M/D:S). Je größer dieser Wert, desto besser ist die optische Auflösung und desto kleiner kann das Messobjekt bei gegebener Entfernung sein. Der Wert von 50:1 sagt aus, dass der Durchmesser des Messflecks 50-mal kleiner ist als der jeweilige Messabstand. Zur Markierung des Messflecks kommt bei den Wika-Geräten ein Einpunktlaser als Visiereinrichtung zum Einsatz.
cav 451

Infrarot-Thermometer
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