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Messen und Prüfen - Temperaturmessung

Grundlagen der berührungslosen Temperaturmessung

1. Vorteile beim Einsatz von IR-Thermometern

Die Temperatur ist die nach der Zeit am zweithäufigsten gemessene physikalische Größe. Sowohl in der Fertigung und Qualitätskontrolle als auch bei Wartungsarbeiten spielt die Temperatur als Indikator für den Zustand eines Produktes oder einer Maschine eine große Rolle. Eine präzise Temperaturüberwachung führt zu einer Steigerung der Produktqualität und der Produktivität. Stillstandszeiten werden verringert, da die Fertigungsprozesse kontinuierlich unter optimalen Bedingungen ablaufen können. Dabei ist die Infrarot-Technologie keine neue Erfindung - seit Jahrzehnten wird sie bereits erfolgreich in Industrie und Forschung eingesetzt - doch haben in jüngster Zeit eingeführte Innovationen die Kosten gesenkt, die Zuverlässigkeit erhöht und den Sensoren immer kleinere Abmessungen gegeben. All diese Faktoren haben die Infrarot-Technologie für neue Anwendergruppen und Einsatzgebiete interessant gemacht.

Welche Vorteile bietet die berührungslose Temperaturmessung?

  1. Schnell (im ms-Bereich), dadurch Zeitersparnis bzw. mehrere Messungen und mehr Informationsgewinn möglich (Temperaturfeldbestimmung)
  2. Messungen an bewegten Objekten möglich (Bandprozesse)
  3. Messung an gefährlichen oder schwer zugänglichen Stellen (Hochspannung führende Teile, große Messentfernung)
  4. Hohe Messtemperaturen über 1300°C sind kein Problem. Dort haben Kontaktthermometer nur eine begrenzte Lebensdauer.
  5. Rückwirkungsfrei d. h. dem Messobjekt wird keine Energie entzogen. Speziell bei schlechten Wärmeleitern wie Plastik und Holz ergibt sich damit eine hohe Messgenauigkeit und keine Verfälschung der Messwerte im Vergleich zur Berührung mit Kontaktthermometern.
  6. Hygienisch und ohne mechanische Einwirkung auf die Oberfläche. Dadurch verschleißfrei, beispielsweise Lackoberflächen werden nicht zerkratzt bzw. es können weiche Oberflächen gemessen werden.

Nachdem die Vorteile genannt wurden, bleibt die Frage, was beim Einsatz von IR-Thermometern zu beachten ist:

  1. Das Objekt muss optisch (infrarotoptisch) für das IR-Thermometer sichtbar sein. Starker Staub oder Rauch beeinträchtigen die Messung sowie feste Hindernisse z.B. geschlossene metallische Reaktionsgefäße lassen im Inneren natürlich keine Messung zu.
  2. Die Optik des Messkopfes muss vor Staub und kondensierenden Flüssigkeiten geschützt werden. (Die Hersteller bieten dazu nötiges Zubehör an.)
  3. Es lassen sich in der Regel nur Oberflächentemperaturen messen, wobei die unterschiedlichen Abstrahlungseigenschaften verschiedener Werkstoffoberflächen beachtet werden müssen.

2. Das Infrarotmesssystem

Ein IR-Thermometer lässt sich mit dem menschlichen Auge vergleichen. Die Linse des Auges stellt die Optik dar, durch welche die Strahlung (Photonenfluss) vom Objekt über die Atmosphäre zur lichtempfindlichen Schicht (Netzhaut) gelangt. Dort findet eine Umwandlung in ein Signal statt, welches zum Gehirn geleitet wird. In der Abb. 1 ist ein IR-Messsystem gezeigt.

Abb. 1. Infrarotmesssystem

Abb. 1. Infrarotmesssystem

Jeder Körper mit einer Temperatur (T) über dem absoluten Nullpunkt sendet entsprechend seiner Temperatur infrarote Strahlung, so genannte Eigenstrahlung aus. Ursache dafür ist die innere mechanische Molekülbewegung. Die Intensität dieser Bewegung hängt von der Temperatur dieses Körpers ab. Da Molekülbewegungen gleichzeitig Ladungsbewegungen darstellen, wird eine elektromagnetische Strahlung (Photonenteilchen) ausgesandt. Diese Photonen bewegen sich mit Lichtgeschwindigkeit und gehorchen den bekannten optischen Gesetzmäßigkeiten. Sie lassen sich umlenken, mittels Linsen bündeln oder können von spiegelnden Flächen reflektiert werden. Das Spektrum dieser Strahlung erstreckt sich von 0,7 bis 1000 mm Wellenlänge. Daher ist es für unser Auge normalerweise nicht sichtbar. Dieser Bereich liegt unter dem roten Bereich des sichtbaren Lichtes und wurde deshalb lateinisch „infra“-rot genannt (siehe Abb. 2).

Abb. 2: Das elektromagnetische Spektrum, messtechnisch interessant der Bereich von etwa 0,7 - 14 µm

Abb. 2: Das elektromagnetische Spektrum, messtechnisch interessant der Bereich von etwa 0,7 - 14 µm

Kurzfassung eines Beitrags von Dr.-Ing. Gruner, Raytek GmbH. Den ausführlichen Beitrag finden Sie im Anschluss.

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