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Was ist Infrarot-Temperaturmessung?

Was ist Infrarot-Temperaturmessung?

Neben der Zeit stellt die Temperatur die am häufigsten gemessene physikalische Größe dar. Infrarot-Temperaturmessgeräte bestimmen aus der vom zu messenden Objekt abgegebenen Infrarotstrahlung mit Hilfe der Strahlungsgesetze von Planck und Boltzmann die Temperatur, ohne das Objekt dabei zu berühren. Doch wie funktioniert die berührungslose Temperaturmessung und damit Pyrometer bzw. Infrarot-Thermometer genau?

So funktioniert Infrarot-Temperaturmessung


Hat ein Objekt eine Temperatur über dem absoluten Nullpunkt von 0 K (-273,15 °C), sendet es eine, seiner Eigentemperatur proportionale, elektromagnetische Eigenstrahlung. Ein Teil der ausgesandten Strahlung ist die Infrarotstrahlung, die zur Temperaturmessung verwendet wird. Von einem Objekt abgegebene Infrarotstrahlung durchdringt die Atmosphäre und kann mittels einer Linse oder Eingangsoptik auf ein Detektorelement fokussiert werden. Das Detektorelement erzeugt durch die einfallende Strahlung ein zu ihr proportionales elektrisches Signal. Die Umsetzung des Signals in eine, zur Objekttemperatur proportionale, Ausgabegröße erfolgt durch Signalverstärkung und digitale Weiterverarbeitung. Der Messwert kann auf einem Display angezeigt oder als Signal ausgegeben werden.

Aufbau eines Infrarotsensors

Der Emissionsgrad


Der Emissionsgrad ε (Epsilon) hat eine zentrale Bedeutung, wenn man die Temperatur durch eine Strahlung messen will. Der Emissionsgrad gibt das Verhältnis aus dem realen Abstrahlwert eines Körpers und dem des schwarzen Strahlers bei gleicher Temperatur an. Er ist für den schwarzen Strahler maximal 1. In der Realität entspricht jedoch kaum ein Körper dem Ideal des schwarzen Strahlers. Zur Kalibrierung der Sensoren werden in der Praxis häufig Strahlerflächen genutzt, die im gewünschten Wellenlängenbereich Emissionsgrade bis 0,99 erreichen.

Spektrale spezifische Ausstrahlung des schwarzen Strahlers in Abhängigkeit von der Wellenlänge

Viele zu messende Oberflächen haben einen, über die Wellenlängen konstanten Emissionsgrad, emittieren aber im Vergleich zu schwarzen Körpern weniger Strahlung. Sie werden graue Strahler genannt. Körper, deren Emissionsgrad unter anderem von Temperatur und Wellenlänge abhängen, z.B. Metalle, werden selektive Strahler genannt. Der fehlende Strahlungsanteil wird in beiden Fällen durch die Angabe des Emissionsgrades kompensiert. Bei selektiven Strahlern muss jedoch besonders darauf geachtet werden, in welchem Wellenlängenbereich gemessen wird (bei Metallen zum Beispiel so kurzwellig wie möglich).

Funktionsweise von Pyrometern


Ein Pyrometer, bzw. ein Infrarotsensor empfängt neben der von einer Objektoberfläche abgehenden Strahlung jedoch auch reflektierte Strahlung aus der Umgebung und unter Umständen durch den Körper hindurch gelassene Infrarotstrahlung. Lesen Sie mehr zu diesem Thema und zu anderen Grundlagen der berührungslosen Temperaturmessung in der Optris Infrarot-Broschüre: Grundlagen der berührungslosen Temperaturmessung!

Aufbau und Funktionsweise von Infrarot-Thermometern

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