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Die Internetpräsenz für Elektrothermographie

Messfehler:

Von der Benutzer- und Bedienerfreundlichkeit her, haben sich Wärmebildkameras in den letzten Jahren enorm weiterentwickelt. Intuitive, selbsterklärende Bedienelemente, vorgegebene Einstellempfehlungen, automatischer Abgleich von Level und Span, lassen die Einarbeitungszeit mit diesen Kameras stark verkürzen. Die Flir Modelle der “E Serie” beispielsweise haben nur 4  Bedientasten und einen Cursor. Doch bei all diesen Vereinfachungen und Hilfen liegt die Beurteilung und Auswertung eines Infrarotbildes glücklicherweise weiterhin in den Händen des Bedieners. Das dabei eine gewisse Erfahrung notwendig ist, versteht sich von selbst. Und trotzdem gibt es immer mal wieder Situationen, die auf dem ersten Blick verwundern und eine Fehlanalyse zur Folge haben, insbesondere dann wenn der Einfluss der Reflexion sehr hoch ist und

Spiegelungen auf dem Thermographiebild sehr stark in den Vordergrund treten. Auf den folgenden Darstellungen sehen Sie den Einfluss der Eingabe- und Umgebungsparameter, beispielhaft an ein und dem selben Objekt. Wie bereits unter dem Punkt Theorie & Praxis erläutert, ist eine exakte Messung der Temperatur, insb. in der Elektrothermographie, eigentlich nicht möglich und auch nicht unbedingt gewollt. Es gibt derart viele Faktoren die das Messergebnis beeinflussen können, dass man sich auf die vergleichende Messung (Qualitative Messung) beschränken sollte. Folgendes Beispiel soll die Messungenauigkeit verdeutlichen. Dazu wurde ein bekannter Gegenstand, eine 11W Energiesparlampe, mit der Wärmebildkamera thermographiert.

Das “Echtbild” zeigt unsere Küchenleuchte mit eingeschraubter 11W Energiesparlampe. Um die genaue Temperatur des Leuchtenglaskörpers zu ermitteln, wurde -wie auf dem rechten Bild zu sehen- die zugehörige Wärmebildaufnahme, unter Einbeziehung aller notwendigen Parameter gemacht. Der Emissionsgrad von Glas ist stark von der Temperatur abhängig und liegt im Bereich zwischen 0,67 und 0,94. Es stellt sich demnach das erste Problem, wie der ε Wert bei einer noch unbekannten Temperatur bestimmt wird. Doch es gibt einen einfachen Trick, um ein exaktes Messergebnis zu erhalten. Auf dem Glaskörper wird ein kleines Stück Gewebeisolierband geklebt, dieses hat einen bekannten  Emissionsgrad von etwa 0,97.

Da die tatsächliche Temperatur des Glaskörpers sich auf das Gewebeband praktisch verlustfrei überträgt, kann also auch das Isolierband thermographiert und Rückschlüsse auf die Glastemperatur gemacht werden. Für den Versuch wird zudem ein sehr geringer Abstand von Messobjekt und Kameraobjektiv gewählt (< 0,2m). Die reflektierte Umgebungstemperatur ist ermittelt worden und beträgt 19°C. Nach einer gewissen “Aufwärmzeit” zeigte die Wärmebildkamera eine Temperatur am Isolierband / Lampenglas von ~70°C.

Um die Einflüsse der unterschiedlichen Parameter zu verdeutlichen, sind nachfolgend einige Beispiele aufgeführt. Auf dem Bild “IR 2” ist die Lampe in einem Abstand von etwa 0,5m mit einem willkürlich gewählten Emissionsgrad von 0,8 gemessen worden.

Da darauf folgende Bild zeigt unter ansonsten gleichen Einstellungen die Lampe aus einer Entfernung von etwa 1,5m.

Bereits eine Abstandsänderung von etwa 1m beeinflusst das Messergebnis deutlich. Je näher ein Objekt thermographiert wird, desto genauer und realistischer wird folglich das Messergebnis, die Fremdeinflüsse sind bei nahen Aufnahmen geringer.

Das linke Bild “IR 4” ist für eine weitere Demonstration nun wieder in einem Abstand von etwa 0,5m entstanden, verändert wurde nun aber der Wert des Emissionsgrades, der auf unrealistische 1 eingestellt wurde.

Auf dem benachbarten Bild ist der Emissionsgrad auf 0,1 reduziert worden.

Der Emissionsgrad hat einen sehr starken Einfluss auf das Messergebnis. Wenn ε nicht bekannt ist und  auch nicht annähernd abgeschätzt werden kann, ist eine Messung praktisch sinnlos. Bei einem geringen ε Wert wird ein starker Fremdstrahlungseinfluss vorausgesetzt (Reflexion, Absorption, Streuung). Kleine Emissionswerte haben daher in aller Regel stark glänzende Materialien, wie Metalle, Spiegel etc. Der Emissionsgrad ist ein stoffabhängiger Wert, der vom Material, der Oberflächenbeschaffenheit, der Temperatur und der Wellenlänge abhängig ist und für das jeweilige Objekt individuell eingestellt werden muss.

Die beiden letzten Wärmebilder unterscheiden sich in diesem Beispiel weder vom Abstand, noch vom Emissionsgrad. Geändert wurde hier die reflektierte Temperatur “Trefl” (dieser Wert muss in die Kamerasoftware eingegeben werden). Auf dem linken IR Bild “IR 6” ist ein “Trefl” von 25°C und auf dem rechten Bild “IR 7” ein “Trefl” von 5°C manuell eingegeben worden.

Wird “Trefl” im Vergleich zur tatsächlich reflektierten Temperatur viel zu niedrig eingegeben, wird das Messergebnis und die angezeigte Oberflächentemperatur zu hoch angezeigt, umgekehrt wird bei viel zu hohem “Trefl” ein zu geringer Temperaturwert angegeben. Trefl lässt sich schwer abschätzen und sollte daher mit einem zusätzlichen Messgerät (Thermometer) bestimmt werden.