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6 Fluke Corporation Einführung in die Infrarot-Temperaturkalibrierung
Energie enthält auch reflektierte
Strahlung, die durch die
Umgebungstemperatur im Raum
verursacht wird. Reflexion steht
in einer interessanten Beziehung
zur Emissivität. Die erkennbare
Infrarotstrahlung, die vom
Kalibrator kommt, ist normaler-
weise eine Kombination von
Wärmestrahlung, die durch die
Messoberfläche abgegeben
wird, und reflektierter Energie,
die von anderen warmen
Objekten in der Umgebung
(z. B. Fenster, Wände, Personen)
kommt. Für ein lichtundurch-
lässiges Objekt ist die Summe
von Emissivität und Reflexion
gleich 1.
Wenn demzufolge der
Emissionswert eines
lichtundurchlässigen Objekts
gleich null ist, dann wird
keine vom Objekt kommende
Strahlungsenergie durch die
eigene thermodynamische
Temperatur (des Objekts)
verursacht. Die gesamte Menge
des durch das Thermometer
erkannten Lichts wird in diesem
Fall von einem anderen Objekt
strahlungsreflektiert (Strahlung
von einem anderen Ort im
Raum). Wenn der Emissionswert
des Objekts 0,95 ist, dann ist
der Reflexionswert des Objekts
0,05. Anders ausgedrückt
absorbiert das Objekt 95 %
der Energie im Raum und
reflektiert die restlichen 5 %.
Das bedeutet auch, dass die
durch Temperatur verursachte
durch das Objekt abgegebene
Energie 95 % des Werts
ausmacht, der durch einen
perfekten schwarzen Körper
erzielt würde. IR-Thermometer
versuchen die Energie zu
kompensieren, die durch ein
Objekt reflektiert wird; wenn
jedoch ein Ziel im Vergleich
zur Umgebung sehr kalt ist
oder die Emissivität sehr gering
ist, erschwert die reflektierte
Energie eine korrekte
Temperaturmessung. Dies ist
so, weil die reflektierte Energie
einen relativ großen Teil des
Signals ausmacht, das vom
Thermometer empfangen wird,
wenn die Objekttemperatur
niedriger ist als die Umgebungs-
temperatur. Diese Situation
wird oft als niedriges Signal-
Störungsverhältnis beschrieben.
IR-Thermometer messen
eine Gruppe von Wellenlängen,
ein sog. Spektralband.
IR-Thermometer sind
Spektralbandthermometer,
weil sie Spektralstrahldichte
messen; Spektralstrahldichte ist
die kollektive Strahlung aller
Wellenlängen innerhalb eines
bestimmten Spektralbands,
beispielsweise 8 µm bis 14 µm.
Temperaturberechnung
anhand von Strahlung
Eine genaue Temperatur-
berechnung erfordert die
Einstellung der Emissivität auf
dem Thermometer entsprechend
der tatsächlichen Emissivität
des zu messenden Objekts. Im
Falle eines Objekts mit einer
radiometrischen Kalibrierung
sollte die Emissivitäts-
Einstellung des Thermometers
der tatsächlich kalibrierten
Emissivität des Objekts
entsprechen, sodass ein direkter
Vergleich der Infrarottemperatur
des Kalibrator-Objekts und
des zu prüfenden Infrarot-
thermometers möglich ist.
Fazit
Infrarotthermometer werden
in einer Reihe von Situationen
eingesetzt, in denen Kontakt-
messungen nicht sind.
Anwendungen, die diese
nützlichen Geräte einbeziehen,
werden oft verkannt, was
zu geringerer Nutzung der
resultierenden Messungen
führt. Die Zuverlässigkeit
dieser Messungen wird jedoch
durch Kalibrierung gesteigert.
Wenn die Anforderungen hoch
sind, bzw. die Anwendung
wichtig ist, ist die gesteigerte
Zuverlässigkeit der Messungen,
den Aufwand für regelmäßiges
Testen und Kalibrieren der
IR-Thermometer sehr wohl wert.
Nicht alle Kalibrierungen
sind gleichwertig; die richtige
Wahl der Kalibrierausrüstung
kann entscheidend sein. Bei
der Auswahl eines Kalibrators
sollte darauf geachtet werden,
dass die Messfläche des
Kalibrators ausreichend groß
ist, um die periphere Sicht des
Thermometers unterzubringen.
Die Messfläche sollte
wahrscheinlich ebenso groß
sein wie die Messfläche, die
der Hersteller für seine eigenen
Kalibrierungen verwendet.
Thermometerhersteller
empfehlen zudem die
gleiche Kalibrierdistanz,
die sie selbst zum Erzielen
von Laborgenauigkeit bei
Kalibrierungen verwenden.
Wenn der Kalibrator keine
radiometrische Kalibrierung
bietet, muss die Emissivität
der Messfläche bekannt sein,
sodass die entsprechenden
Korrekturen berechnet werden
können. Diese Berechnungen
sind schwierig, sodass die
korrekte Kalibrierung zu Beginn
sehr wichtig ist. Ähnliche
Berechnungen müssen
durchgeführt werden, wenn
die Emissivitäts-Einstellungen
auf dem Thermometer
nicht mit den Werten des
Kalibrators übereinstimmen,
und deshalb kann ein gut
konzipierter Kalibrator, der diese
Berechnungen durchführen
kann, Zeit und Geld sparen.