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Industrielle Automation 5/2017

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Industrielle Automation 5/2017

Ein perfektes Team

Ein perfektes Team Infrarotkamera und Pyrometer ermöglichen berührungslose Temperaturmessung für jede Anwendung Dipl.-Ing. Torsten Czech, Head of Product Management bei der Optris GmbH in Wiesbaden; Dr. Jörg Lantzsch, freier Fachjournalist, Wiesbaden Ob Forschung & Entwicklung, Produktion oder Instandhaltung – in all diesen Bereichen werden berührungslos Temperaturen gemessen, meist unter Einsatz von Infrarot-Temperaturmesstechnik. Dabei muss sich der Anwender nicht nur zwischen Pyrometer oder Infrarotkamera entscheiden, sondern auch zahlreiche Rahmenbedingungen berücksichtigen. Hilfe erhält er nun durch Optris: Das Unternehmen bietet nicht nur ein umfassendes Produktspektrum, sondern stellt auch sein Know-how zur Verfügung. Die Temperatur ist eine Messgröße, die in industriellen Anwendungen mit am häufigsten bestimmt werden muss. Oft kommt die klassische Methode mit einem Thermometer – etwa einem Platin-Messwiderstand – zum Einsatz. Dabei muss jedoch ein Kontakt zwischen dem Medium und dem Thermometer bestehen. Deswegen ist diese Methode oftmals ungeeignet, z. B. bei empfindlichen Oberflächen, bei bewegten Objekten oder wenn aufgrund der Geometrie kein direkter Kontakt möglich ist. Zudem ist die Methode relativ langsam, da sich ein thermisches Gleichgewicht zwischen Messobjekt und Thermometer einstellen muss. Temperatur mithilfe von Infrarotstrahlung messen lungsgesetz beschrieben. Bis zu Temperaturen von 3 000 K liegt das Maximum des abgestrahlten Spektrums im Infrarotbereich. Das Planck´sche Strahlungsgesetz gilt allerdings nur für ideale Schwarzkörperstrahler. Die tatsächlich abgegebene Strahlungsenergie hängt zusätzlich vom Emissionsgrad ab, der wiederum vom Material, der Oberflächenbeschaffenheit des Körpers sowie von Temperatur und Wellenlänge abhängt. Will man die Infrarotstrahlung zur Temperaturmessung verwenden, muss die Messung gegebenenfalls unter Berücksichtigung des Emissionsgrads korrigiert werden. Detektortypen im Überblick Es gibt diverse Detektortypen, die mithilfe der Infrarotstrahlung die Temperatur eines Körpers bestimmen. Die Thermosäule basiert auf dem thermoelektrischen Effekt, der dazu führt, dass bei Erwärmung an der Verbindungsstelle zweier Metalle eine Spannung entsteht. Thermoelemente für die berührende Temperaturmessung basieren auch auf diesem Effekt. Daher bezeichnet man ent- Eine Methode, mit der Temperaturen berührungslos gemessen werden, basiert auf der Infrarotstrahlung, die jeder Körper abstrahlt. Max Planck hat die spektrale Verteilung dieser elektromagnetischen Strahlung, die von der Temperatur des Körpers abhängt, 1900 mit dem nach ihm benannten Strahsprechende Detektoren, bei denen die Erwärmung durch Infrarotstrahlung hervorgerufen wird, als Strahlungsthermoelemente. Eine oft verwendete Materialkombination in Thermosäulen ist Wismut und Antimon. Beim pyroelektrischen Detektor besteht das strahlungsempfindliche Element aus einem pyroelektrischen Material mit zwei aufgedampften Elektroden. Der pyroelektrische Effekt erzeugt eine Oberflächenladung, die von einem Vorverstärker zu einem verwertbaren elektrischen Signal umgewandelt wird. Da dieses Detektorelement nicht kontinuierlich messen kann, muss die Bestrahlung mit einem Chopper regelmäßig unterbrochen werden. Durch die damit mögliche frequenzselektive Verstärkung wird ein gutes Signal-Rausch-Verhältnis erreicht. Ein weiterer Detektortyp ist das Bolometer, das auf der Temperaturabhängigkeit eines Widerstands basiert. Eine über dem Bolometerwiderstand abfallende Signalspannung ändert sich, wenn Infrarotstrahlung absorbiert wird. Die Empfindlichkeit dieses Detektortyps ist besonders hoch, wenn ein Material mit einem großen Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstands verwendet wird. Wärmebildkameras, bei denen die Temperaturmessung mit einer räumlichen Auflösung erfolgt und die dadurch ein Wärmebild erzeugen können, basieren in der Regel auf bolometrischen Detektoren. Hohe Qualität „Made in Germany“ Bei der Auswahl der berührungslosen Temperaturmesstechnik sind viele Rahmenbedingungen zu beachten. Der Anwender sollte je nach Anforderung zunächst ent- 68 INDUSTRIELLE AUTOMATION 5/2017

scheiden, ob er die Temperatur nur an einem Punkt messen will oder ob die Temperaturverteilung am Objekt von Relevanz ist. Ersteres bietet sich an, wenn die Temperatur über der Oberfläche homogen ist oder keine ortsabhängigen Temperaturinformationen notwendig sind. Temperatursensoren, die eine Temperatur nur an einem Punkt erfassen können, werden auch als Pyrometer bezeichnet. Eine Infrarot- bzw. Wärmebildkamera liefert dagegen mehr Informationen und kann bspw. auch den wärmsten oder kältesten Punkt innerhalb des Messfelds bestimmen. Die Temperaturverteilung innerhalb des Messfelds wird üblicherweise in einem Falschfarbenbild dargestellt. Eine Infrarotkamera ist allerdings aufwändiger und erzeugt eine sehr große Datenmenge, die weiterverarbeitet und je nach Anwendungsfall gespeichert werden muss. Optris ist auf dem Gebiet der Infrarot- Temperaturmesstechnik tätig. „Unser Produktangebot umfasst sowohl stationäre und portable Industriethermometer als auch kompakte Infrarotkameras. Dieses breite Produktangebot schafft uns ein Alleinstellungsmerkmal“, so Dr.-Ing. Ulrich Kienitz, CEO von Optris. Dabei bietet das Unternehmen hohe Qualität „Made in Germany“. Ein großer Teil der Produkte basiert auf Komponenten der Halbleiterindustrie, die sich in großen Stückzahlen günstig produzieren lassen. Abgerundet wird das Lieferprogramm durch Zubehör wie Halterungen, Kühlgehäuse und Wechseloptiken. Online-Konfigurator erleichtert die Auswahl Die Infrarot-Temperaturmesstechnik ist ein vergleichsweise komplexes Messverfahren, bei dem viele Rahmenbedingungen beachtet werden müssen. So verwenden Infrarotsensoren unterschiedliche Wellenlängenbereiche des infraroten Spektrums je nachdem, welcher Temperaturbereich erfasst werden soll. Wichtig ist auch die Optik, die bei Pyrometern bei einer bestimmten Objektgröße den maximalen Abstand zwischen Sensor und Messobjekt definiert. Auf der Website von Optris stehen Online-Konfiguratoren bereit, die bei der Auswahl des passenden Produkts unterstützen. So lassen sich für die Auswahl des Pyrometers die Parameter Material, Temperaturbereich, Abstand zum Objekt und Messfleckgröße eingeben. Der Konfigurator zeigt dann die in Frage kommenden Produkte an. Mit dem Messfleck- Kalkulator kann bei gegebenem Pyrometer und Abstand die Größe des Messflecks bestimmt werden. Einen ähnlichen Konfigurator gibt es auch für Infrarotkameras. In vielen Anwendungen muss die Temperatur berührungslos gemessen werden – ein Beispiel ist die Temperaturmessung an heißen Metallen Zusätzlich steht hier ein Optikkalkulator zur Verfügung, mit dem das Objektiv für die Kamera ausgewählt werden kann. Nach der Eingabe von Abstand und Auswahl eines Objektivs berechnet der Kalkulator die genauen Abmessungen des Messfelds sowie die Pixelgröße. Die Applikationsingenieure von Optris unterstützen Kunden, die weiteren Beratungsbedarf haben. Zudem veranstaltet das Unternehmen Workshops zum Thema Infrarot-Temperaturmesstechnik, in denen Grundlagen der berührungslosen Temperaturmessung anschaulich vermittelt werden. www.optris.de Happy Birthday Es ist ein 6 mm Die Fujinon HF-5M Serie hat Zuwachs bekommen. Das neue HF6XA-5M bietet eine Brennweite von 6 mm, unterstützt ein Auflösungsvermögen von 3.45 μm Pixel Pitch auf einem 2/3" Sensor (entspricht 5 MP) und liefert konstante Schärfe über das gesamte Bild. Mit einem Durchmesser der Frontlinse von nur 39 mm lässt sich das Weitwinkel-Objektiv problemlos auch in enge Industrieanlagen integrieren. Ideal für Sony IMX250. Mehr auf www.fujifilm.eu/fujinon Fujinon. Mehr sehen. Mehr wissen. INDUSTRIELLE AUTOMATION 5/2017 69

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