Einführung in die praktische - Thermografie. Mehr. Sehen. · Infrarot-Thermografie © 2011 Dietrich Schneider Einführung in die praktische Infrarot-Thermografie

Infrarot-Thermografie

© 2011

Dietrich Schneider

Einführung in die praktische



© 2012 Seite 2

1 Einführung

2 IR-Grundlagen

3 Wärme und Temperatur

4 Gerätetechnik

5 Meßtechnik

6 Geräteparameter

7 Praxisanwendungen in der Bau-, Elektro- und Industriethermografie

8 Dokumentation

9 praktische Übungen mit IR-Wärmebildkameras

Dietrich Schneider 2012

10 Verzeichnis der Tabellen und Abbildungen

11 Literaturempfehlungen

Inhalt


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2. IR-Grundlagen

Jeder Körper mit einer Temperatur oberhalb des absoluten

Nullpunktes von 0 K (-273,15 °C) sendet elektromagnetische

Strahlung aus.

Für die Infrarottechnik ist der Wellenlängenbereich oberhalb

des sichtbaren Spektrums (0,38 – 0,76 µm) interessant.

Die technische Temperaturmessung nutzt den als thermisches

Infrarot bezeichneten Wellenlängenbereich von 0,8 – 14 µm.

Hier wird der größte Teil der gesamten Wärmestrahlung emittiert.

Infrarot-Thermografie – was ist das?

Infrarot-Thermografie/Pyrometrie –

Infrarot-Temperaturmeßverfahren, bei dem berührungslos die Intensität der

elektromagnetischen Strahlung eines Körpers gemessen wird.

Abb. 2: Thermogramm „Hubschrauber“


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2. IR-Grundlagen

Beispiele 1

0,4 0,7 2 5 8 12

100 1 10

m

m

CT

KT

~ 0,5 2,4 9,3 10,6 37,6

~5780 ~1200 310 273 77

~5525 ~927 37 0 -196

Sonne Flamme Mensch Eis LN

Abb. 8: Typische Temperatur- und Wellenlängenbereiche

Arbeitsbereich von MW- bzw. LW-Thermokameras


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3.2 Wärmeübertragung

Mechanismus der Wärmeübertragung

Wärmeströmung

(Konvektion)

Wärmestrahlung

Wärmeleitung

(Konduktion)

in den umgebenden Raum

in die benachbarten Bauteile

in das umgebende Fluid

Beispiel: CPU-Kühlung

Abb. 18: Wärmeübertragung


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4. Gerätetechnik

Klassifizierung – Arbeitsweise

Je nach Auslegung des Strahlengangs der Geräte unterscheidet man 0-, 1- oder 2-dimen-

sionale Strahlungsmeßgeräte:

Scanner

(Zeilenkamera)

Pyrometer

IR-Kamera

Abb. 36: Arbeitsweise von Strahlungsmeßgeräten


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4. Gerätetechnik

Bilddarstellung – Funktion von „LEVEL“ und „SPAN“

Die Signalverarbeitung

der IR-Kamera erfolgt

mit 14/16 Bit Auflösung

über den gesamten

Temperaturmeßbereich.

Die Darstellung im Display

kann durch Level und Span

beeinflußt werden und er-

reicht 8 Bit Auflösung.

Somit können 256 Stufen

farblich codiert dargestellt

werden.

Schw

arzkörper-T

em

peraturm

eß

bereic

h

14 b

it =

214 =

16.3

84 T

em

peraturstufe

n

Span

Level 8 b

it =

28 =

256 G

rau-/Farbw

erte

A/D-Wandlung IR-Bilddarstellung

Span

Kontrast

Level

Helligkeit

Abb. 48: Level und Span


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β = 90

1,0

0,5

0

0,5

1,0

β = 0

β = 0

β = 45

β = 45

elektrische

Leiter

elektrische

Nichtleiter

εβ

Schwarzer

Strahler

5. Meßtechnik

Emissionsgrad – Abhängigkeit vom Blickwinkel β

Ein Kamerablickwinkel auf das Meßobjekt sollte zwischen 90° (senkrecht) und ca. 60° (Nicht-

leiter) bzw. ca. 45° (elektr. Leiter) liegen tendenzieller Einfluß des Emissionsgrades!

Abb. 62: Emissionsgrad in Abhängigkeit vom Blickwinkel (schematisch)

εβ

Nichtleiter

Schwarzer Strahler

0 45 90

Leiter

0

1

β [

]


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5. Meßtechnik

Meßparameter – Übersicht

Ein korrektes Thermogramm erfordert die Eingabe folgender Kamera-Parameter:

Temperatur Umgebung TUmg

Temperatur Atmosphäre TAtm

Emissionsgrad ε

Abstand d

relative Luftfeuchte rF

Abb. 68: Thermogramm „Flüssigaluminium-Transport“


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5. Meßtechnik

Meßpraxis – Praxisbeispiel Außenthermografie

Wintertag Anfang März, ca. 11:00 Uhr, klar, sonnig, Außentemperatur -2 °C, windstill,

Abgasanlage außer Betrieb

Beachte: Darstellung der Um-

gebungstemperatur an der

diffus reflektierenden Ober-

fläche des Abgasrohres in Ab-

hängigkeit des Blickwinkels!

0°C -20°C

L1

Abb. 95: Reflexion bei Außenthermografie


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6. Geräteparameter

Geometrische Auflösung – reale Meßfleckgröße

Praxisbeispiel:

- IFOV = 1,2 mrad

- Objektabstand d = 0,5 m

- Kabeldurchmesser 2 mm

- ges.: x real

[mm] (realer Meßfleck)

x real

= IFOV ∙ d ∙ fOptik

= 1,2 mrad ∙ 0,5 m ∙ 3

= 1,8 mm

Abb. 110: Kabelklemme


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7. Praxisanwendungen

Anwendungsgebiete – Übersicht

Leistungs- und

Fehleranalyse

Bauthermografie Instandhaltung

Prozeßoptimierung

Forschung und

Entwicklung

Medizin


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8. Dokumentation

IR-Report – Grundstruktur

Ein IR-Report besteht typischerweise aus folgenden Kapiteln:

Deckblatt

Beschreibung Thermogramme

und

Fotos

Fazit


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9. Praktische Übungen

Praktische Thermografie mit eigener oder Leihkamera

„Grau, teurer Freund, ist alle Theorie.

Und grün des Lebens goldner Baum.“ (Goethe, Faust I)

Kontakt:

[email protected]

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Internet

www.media-4-biz.de

www.hs-ansbach.de

Abb. 123: Thermogramm „Dietrich Schneider“

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11. Literaturempfehlungen

Autorenkollektiv (Herrmann, K. & Walther, L.) (1990). Wissensspeicher Infrarottechnik. Leipzig: Fachbuchverlag

Riedl, M. J. (2002). Optische Grundlagen für Infrarot-Systeme. Bellingham/Washington: SPIE - The International Society for

Optical Engineering

Schuster, N. & Kolobrodov, V. G. (2004). Infrarotthermografie. Weinheim: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA

Bernhard, F. (2004). Technische Temperaturmessung. Berlin: Springer Verlag

Literatur

Documents

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