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Industrielle Automation 3/2018

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Industrielle Automation 3/2018

SENSOR+TEST

SENSOR+TEST 2018 I MESSE Für ein optimales Ergebnis Worauf es bei der Kalibrierung von Thermografiekameras ankommt Ursprünglich im Rahmen militärischer Nutzung als Nachtsichtgeräte entwickelt, werden Thermografie- Kameras heute als industrielle Messinstrumente zur ortsaufgelösten berührungslosen Temperaturmessung eingesetzt. Die Anwendungen reichen von - 20 °C für die Lebensmittelindustrie bis zu über + 1 500 °C in Prozessen der Metallurgie und Glaserzeugung. Lesen Sie, was es bei der Kalibrierung von Thermografiekameras zu beachten gilt. Die breite kommerzielle Nutzung von Thermografiekameras wurde erst durch den mittlerweile vollständig vollzogenen Übergang von scannenden Systemen zu Kameras mit Focal Plane Arrays (FPA), also Matrixdetektoren unterschiedlicher Pixelanzahl, ermöglicht. Unter Verwendung dieser FPA sind zwei grundsätzlich unterschiedliche Detektortechnologien im Einsatz: einerseits ungekühlte thermische Detektoren, meist sogenannte Mikrobolometer, andererseits Photonendetektoren, meist gekühlt aber auch ungekühlt verfügbar. Diese unterscheiden sich in wesentlichen technischen Merkmalen wie Zeitkonstante und Empfindlichkeit, stets auch in den Kosten. Kennparameter ermitteln und einhalten Für den Anwender, der eine Temperaturverteilung ortsaufgelöst mit hoher Genauigkeit messen möchte, zeigt sich zunächst am Markt eine Vielzahl unterschiedlicher Gerätevarianten mit abweichenden Beschreibungen und Merkmalen, die nicht unmittelbar vergleichbar sind oder deren Relevanz für ihn nicht klar ist. So sind bspw. Parameter zur Beschreibung der Sichtweite für die Erkennung von Personen bei Dunkelheit und Nebel wichtig, für die Temperaturmessung im Industrieprozess jedoch uninteressant. Die „Integrationszeit“, ein den Anwendern von visuellen Kameras gut vertrauter Parameter, spielt bei Thermografiekameras mit Photonendetektoren eine vergleichbar wichtige Rolle, nicht jedoch für häufig eingesetzte Thermografiekameras mit Mikrobolometer. Bei diesen bestimmt die thermische Zeitkonstante des empfindlichen Detektorelements das zeitliche Verhalten und weniger die Integrationszeit der Auslesung. Für die Anwendung als ortsaufgelöstes Dr. Frank Nagel, Leiter Vertrieb Infrarotsysteme bei der DIAS Infrared GmbH in Dresden 16 INDUSTRIELLE AUTOMATION 3/2018

Temperaturen erfassen und überwachen Mit der Richtlinie zur Kalibrierung von Strahlungsthermometern VDI/VDE 5585 Blatt 1 werden die messtechnischen Parameter, die die Grundlage von Temperatur messenden Kameras bilden, umfassend beschrieben Temperaturmessgerät stellt die Kalibrierung und deren Unsicherheit, also die Genauigkeit einer Temperaturmessung an jedem einzelnen Bildpunkt, ein wesentliches Anwendungs kriterium dar. Viele Thermografiekameras zeigen durch Einfärbung oder numerisch für jeden Bildpunkt eine Temperatur in °C an. Der Hersteller muss dafür über zuverlässige Methoden eine Beziehung zwischen dem Signalwert jedes Einzelpixels mit der phy sikalischen Strahlungstemperatur, wie sie durch das plancksche Gesetz beschrieben wird, herstellen und die Abweichung zu einem rückführbaren Normal dokumentieren. Die zugrunde liegenden Gesetzmäßigkeiten sind umfangreich, nichtlinear und durch eine Vielzahl von Parametern beeinflusst. Voraussetzung einer er folgreichen Kalibrierung ist die Ermittlung und Einhaltung wesentlicher messtechnischer Kennparameter des Messgerätes. Dazu gehören u. a. Parameter wie die rauschäquivalente Temperaturdifferenz NETD, die inhomogenitätsäquivalente Temperaturdifferenz IETD und die Re produzierbarkeit. Verfahren und Grundsätze der Kalibrierung Während für punktförmig messende Strahlungsthermometer (Pyrometer) mit den VDI/VDE Richtlinien 3511 Blatt 4.1 und 4.2 (mittlerweile durch die internationalen Dokumente IEC/TS 62492-1 und IEC/TS 6249-2 ersetzt) Dokumente zur Beschreibung der messtechnischen Parameter und ihrer Ermittlung und mit VDI/VDE 3511 Blatt 4.4 die Richtlinie zur Kalibrierung von Strahlungsthermometern zur Ver fügung stehen, fehlten derartige verall gemeinerte Dokumente für Thermografiekameras sowohl in Deutschland als auch international lange Zeit. Im Jahr 2013 bildete sich daher ein neuer VDI Fachausschuss 8.16 „Temperaturmessung mit Wärmebildkameras“, der sich als Partner des Fachausschusses 8.14 „Angewandte Strahlungsthermometrie“ sieht und Staatsinstitut, Universitäten, Forschungseinrichtungen sowie die Hersteller und Anwender von Thermografiekameras zusammenbringt. Mit der VDI/VDE 5585 Blatt 1, die 2016 erschien, wurden die messtechnischen Parameter, die die Grundlage von Temperatur messenden Kameras bilden, umfassend beschrieben. Dabei werden neben der Begriffsdefinition auch die eigentlichen Verfahren zur Ermittlung der messtechnischen Parameter und die Art ihrer Dokumentation beschrieben. Die aktuell laufenden Arbeiten umfassen mit VDI/VDE 5585 Blatt 2 die Verfahren und Grundsätze der Kalibrierung, die in ihrer Anwendung eine rückführbare Kalibrierung durch akkreditierte Kalibrierlabore außerhalb der Staatsinstitute ermöglichen. Dies umfasst die zur Anwendung kommenden Rückführmethoden ebenso wie auch die erforderlichen Ausstattungen der Laborräume, die eigentliche Durchführung und Hinweise zur Berechnung der resultierenden Unsicherheit der Kalibrierung. Das Regelwerk wird damit konsistent für die beiden Geräteklassen Strahlungsthermometer und Thermografiekameras. Aus Anwendersicht resultieren aus den Richtlinienreihen eine bessere Vergleichbarkeit von Datenblättern und Spezifikationen sowie eine Standardisierung bisher herstellerspezifischer, unveröffentlichter Abläufe. Darüber hinaus wird damit die Voraussetzung für eine rückführbare Kalibrierung durch unabhängige akkreditierte Kalibrierlabore geschaffen. Fotos: DIAS Infrared GmbH www.dias-infrared.de www.vdi.de Temperaturen über USB und Ethernet erfassen Direktanschluss von Thermoelementen, Pt-Elementen, Thermistoren Bis 64 Temperaturkanäle erfassen und überwachen Datenlogger-Software inklusive Messbereit in wenigen Minuten WebDAQ Temperatur-Wächter Autonomer Datenlogger mit integriertem Webserver für IoT 16 Thermoelement-Eingänge Remote Konfiguration und Überwachung per PC, Tablet oder Smartphone Alarme konfigurieren und per E-Mail/SMS versenden www.mccdaq.de Tel: +49 7142 9531-40 E-Mail: sales@mccdaq.de © Measurement Computing GmbH (vormals Data Translation GmbH)

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