Berührungslose Temperaturmessung

Autor: Hans-Jürgen Schwarz

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Abstract

Möchte man die Temperatur eines Objektes messen ohne es zu berühren, so benutzt man die vom Messobjekt ausgehende Wärmestrahlung als Messgröße.

Strahlungsthermometer

Abbildung 1 - IR-Handthermometer

Eine besondere Möglichkeit der Messung von Oberflächentemperaturen erlauben Strahlungsthermometer , auch Pyrometer genannt [Bernhard:2003]Titel: Technische Temperaturmessung. Physikalische und messtechnische Grundlagen, Sensoren und Messverfahren, Messfehler und Kalibrierung
. Der Vorzug dieser Geräte liegt darin, dass die Oberflächentemperaturen berührungslos und verzögerungsfrei gemessen werden können. Die Messung selbst beeinflusst dabei das Messobjekt nicht.

Abbildung 2 - Messfeld eines IR-Thermometers

Grundlage: Thermische oder infrarote Energie ist Licht mit einer Wellenlänge, welche zu groß ist, um vom menschlichen Auge wahrgenommen zu werden. Diese Energie ist derjenige Abschnitt des elektromagnetischen Spektrums, welchen wir als Wärme wahrnehmen. Im Gegensatz zu sichtbarem Licht strahlt in der Welt des Infraroten jedes Objekt, dessen Temperatur über dem absoluten Nullpunkt liegt, Wärme ab. Daher geht sogar von sehr kalten Objekten wie z. B. Eiswürfeln infrarote Strahlung aus. Je höher die Temperatur eines Objekts ist, desto intensiver ist die von ihm abgegebene Infrarotstrahlung.

Zu beachten ist, dass ein Infrarotmessgerät die vom Material ausgesandten Strahlung misst. Die Strahlungsintensität eines Körpers hängt u.a. auch von seiner Oberflächenstruktur und seiner Farbe, d. h. vom Emissionsgrad ab. Der gemessene Temperaturwert muss deshalb um den sog. Emmissionsfaktor des Messobjektes korrigiert werden. Zwar gibt es hierfür Tabellen, doch relativieren die Möglichkeiten beim Einsatz auf Baustellen die genaue Erfassung dieses Emissionsfaktors und damit eine sehr genaue Temperaturmessung.

In fast allen Fällen ist aber für die Schadensbeurteilung die Kenntnis der absoluten Temperatur an allen Stellen nicht notwendig, sondern es genügt meist der Temperaturverlauf, der, bezogen auf eine zu eichende Oberflächentemperatur, wie oben beschrieben, genau gemessen werden kann.

Für die Praxis heißt dies, dass der Messende sich bemüht, den Emissionsfaktor so genau wie möglich einzustellen und dann den Temperaturverlauf beispielsweise dort zu messen beginnt, wo die Oberflächentemperatur bereits mit einem Kontaktfühler bestimmt worden ist. Das Infrarotthermometer zeigt nun zumindest im gesamten untersuchten Messbereich die Temperaturänderungen an, vorausgesetzt, über das gesamte Gebiet sind die gleichen Baustoffe an der Oberfläche vorhanden.

Mit speziellen Geräten, die durch Fokussierung einen sehr engen Messwinkel erlauben, ist es auch möglich, die Temperaturen einer freskierten Decke ohne Gerüste und Leitern zu erfassen oder gefährdete Wände und Decken abzutasten.

Infrarotkamera

Die Infrarotkamera basiert auf den gleichen Grundlagen wie das Infrarotthermometer. Hier wird jedoch mit Hilfe eines gekühlten Halbleiterdetektors eine bestimmte Bildfläche abgerastert. Die einzelnen Messpixel werden elektronisch in ein Bild umgewandelt.

Im Infraroten können wir Dinge erkennen, die sonst für unsere Augen nicht sichtbar sind.

Infrarotkameras erzeugen Bilder der unsichtbaren Infrarot- bzw. Wärmestrahlung und ermöglichen damit präzise berührungslose Temperaturmessungen.

Thermografie ist die Sichtbarmachung und Messung der von einem Objekt abgestrahlten thermischen Energie mit Hilfe einer Kamera.

Abbildung 3: Aufnahme, mit einer Infrarotkamera: Blick nach Osten in der Alten Kirche in Idensen

Dabei können die Temperaturen in Graustufen oder auch in unterschiedlichen Farben abgebildet werden. Man erhält mit der Infrarotkamera direkt einen Überblick über ganze Gebäudepartien und kann schnell z. B. Wärmebrücken erkennen.

Literatur

[Bernhard:2003]

Bernhard, Frank (Hrsg.) (2003): Technische Temperaturmessung. Physikalische und messtechnische Grundlagen, Sensoren und Messverfahren, Messfehler und Kalibrierung, Springer, Berlin