Sichtbares Licht wird von Lichtquellen ausgestrahlt oder von Oberflächen reflektiert, dann von unseren Augen empfangen und im Gehirn entsprechend interpretiert. Die Infrarot-Strahlung (IR) liegt dagegen außerhalb des sichtbaren Lichtspektrums. Dabei handelt es sich um von Materialien erzeugte oder reflektierte Wärme.
Funktionsweise der Wärmebildkamera
Eine Wärmebildkamera analysiert die erzeugte oder reflektierte IR-Strahlung und weist ihr jeweils eine konkrete Farbe oder Graustufe zu. Das dabei entstehende farbige Bild zeigt dann besonders heiße Stellen als Weiß an, während Bereiche mit geringeren Temperaturen über die Palette Rot-Orange-Gelb-Grün-Blau-Indigo-Violett bis letztendlich Schwarz für die kältesten Stellen dargestellt werden. Im Schwarz-Weiß-Bild erscheinen heiße Stellen ebenfalls weiß, die abnehmenden Temperaturen dann in zunehmend dunkler werdenden Grautönen, bis schließlich kalte Bereiche als völlig schwarz wiedergegeben werden. So lässt sich das für den Menschen normalerweise unsichtbare IR-Spektrum sichtbar machen.
Was zunächst beispielsweise wie ein einwandfrei funktionierender Trennschalter aussieht, erweist sich im Wärmebild als Bauteil, dessen L2-Pol (rot) 20 °C wärmer ist als der L1-Pol (blau). Gleiche Lasten, aber unterschiedliche Temperaturen, lassen auf ein verborgenes Problem schließen. Die Wärmebildkamera erfasst ein Bild der relativen Temperaturen des gesamten Geräts und seiner elektrischen Verbindungen. Alle Materialien absorbieren, reflektieren und leiten IR-Strahlung entsprechend ihrer physikalischen Eigenschaften.
IR-Strahlung = Absorption + Reflexion + Transmission
Jede absorbierte IR-Strahlung wird theoretisch identisch emittiert. Dann würde ein sogenannter schwarzer Körper mit dem Emissionsgrad 1 vorliegen. In der Praxis gibt es aber keine Materialien, die die gesamte Strahlung aufnehmen oder abstrahlen. Man spricht dann von grauen Körpern, die keine perfekten Wärmestrahler sind. Ausnahmen bilden Glas und Kunststofffolien, die keine grauen Körper sind. Dies vereinfacht die Arbeitsformel zu:
Emissionsgrad = 1 Reflexionsgrad
Der Reflexionsgrad ist umgekehrt proportional zum Emissionsgrad. Je mehr Wärmestrahlung ein Objekt reflektiert, umso weniger sendet es selbst aus. Der Reflexionsgrad lässt sich auch anhand der von unseren Augen wahrgenommenen Eigenschaften erkennen. Poliertes Chrom reflektiert sehr stark und strahlt wenig Wärme ab. Gebürsteter Edelstahl hat einen geringeren Reflexions- und einen entsprechend höheren Emissionsgrad. Messing und Kupfer reflektieren noch weniger, geben also mehr IR-Strahlung ab. Die meisten lackierten Oberflächen haben einen sehr hohen Emissionsgrad und reflektieren praktisch überhaupt keine Wärme.
Qualitative Ergebnisse, weniger quantitative
Mit der Wärmebildgebung sollen vorrangigqualitative Ergebnisse gewonnen werden, in geringerem Umfang quantitative. Bei solchen Messungen geht es um die Erfassung einer exakten Temperatur, während qualitative Verfahren nur relative Temperaturen ermitteln. Wenn beispielsweise ein Schalter geprüft wird, interessieren vor allem die Temperaturunterschiede zwischen den zwölf Kontaktstellen. Haben alle elektrischen Anschlüsse die gleiche Temperatur (T1-L1, T2-L2, T3-L3)? Haben die festen und beweglichen Kontakte eine einheitliche Temperatur (T1C-L1C, T2C-L2C, T3C-L3C)? Eine relativ höhere Temperatur kann auf eine schlechte Verbindungsqualität oder einen gelösten Kontakt hinweisen. Es kommt weniger darauf an, ob der absolute Temperaturwert um einige Prozentpunkte von den Vorgaben abweicht. Lackierte Oberflächen haben einen hohen Emissionsgrad und eine geringe quantitative Fehlermarge. Das Wärmebild eines Kompressors, Motors, Lagers, Kondensatabscheiders oder Transformators wird also ziemlich exakt sein, ohne dass an der Wärmebildkamera der Emissionsgrad korrigiert werden muss.
Kompensation des Emissionsgrades
Wärmebildkameras können auf die konkreten Emissions- und Reflexionsgrade eingestellt werden. Wenn statt einer rein qualitativen Prüfung quantitative Ergebnisse benötigt werden, lassen sich beide Werte einfach messen und entsprechend kompensieren.
Zur Kompensation des Emissionsgrads wird ein Streifen schwarzes Isolierband auf eine Oberfläche geklebt. Anschließend werden die zugeklebten und freien Stellen mit der Wärmebildkamera erfasst und der Wert für den Emissionsgrad so verändert, dass bei beiden die gleiche Temperatur angezeigt wird. Bei sehr heißen Oberflächen lässt sich die Oberflächentemperatur mit einem Kontakt-Temperaturmessfühler ermitteln und der Emissionsgrad anhand des gemessenen Temperaturwerts korrigieren. Daneben gibt es Tabellen mit Übersichten über die Emissionsgrade verschiedener Materialien.
Kompensation des Reflexionsgrades
Zur Kompensation des Reflexionsgrads wird ein Stück Aluminiumfolie zerknittert, dann wieder glatt gezogen und mit der glänzenden Seite nach außen auf einem Stück Pappe befestigt. Dadurch entsteht eine unebene Oberfläche, die Strahlung aus allen Richtungen reflektieren kann. Das mit der Folie bedeckte Pappestück wird vor das jeweilige Objekt gehalten, sodass es die Umgebungswärme reflektiert. Der Wert des Reflexionsgrads lässt sich so einstellen, dass die Temperaturen des Objekts und des belegten Pappestücks übereinstimmen. Abgesehen von Umgebungen mit sehr starken Wärmequellen in der Nähe des zu erfassenden Objekts spielt der Reflexionsgrad in der Regel fast keine Rolle.
Pegel und Verstärkung
Pegel und Verstärkung sind Werte für die erwartete Objekttemperatur bzw. den Temperaturunterschied. Wenn der Pegel zum Beispiel auf 38 °C und die Verstärkung auf 14 °C eingestellt werden, wird der erfassbare Temperaturbereich auf 24 bis 52 °C begrenzt. Die Wärmebildkamera wählt automatisch die besten Werte für Pegel und Verstärkung aus. Im automatischen Modus zeigt die Kamera die jeweils höchsten und niedrigsten Temperaturwerte des Erfassungsbereichs an, was in Form der Extremwerte der verwendeten Farbpalette geschieht.
Eine weiße Stelle stellt dann nicht unbedingt eine extrem hohe Temperatur dar, sondern lediglich die höchste Temperatur des jeweiligen Temperaturbereichs. Beispielsweise kann dieser Wert bei 30 °C liegen, während in einem anderen Bereich erst 120 °C als Weiß wiedergegeben werden. Die Farbpalette bildet also den jeweiligen Temperaturbereich ab, keinen festen Wert. Eine geringfügige Neuausrichtung der Kamera kann die Farben je nach dem an dieser Stelle vorhandenen Temperaturspektrum erheblich verändern.
Im halbautomatischen Modus kann der Nutzer einen oberen Grenzwert einstellen, von dem aus die Kamera automatisch und kontinuierlich die Anzeigefarbe für die Mindesttemperatur im jeweils erfassten Bereich errechnet. Außerdem lassen sich Alarme für hohe und/oder niedrige Temperaturen vorgeben, sodass der Nutzer beim Erreichen der Zuverlässigkeitsgrenze der Wärmebildkamera über deren Anzeige benachrichtigt wird. -
Sensorikprogramm OPP-SENS von Oppermann Regelgeräte
Die neue Sensorik-Baureihe OPP-SENS von Oppermann Regelgeräte wurde speziell für die Anforderungen in der Klima-, Kälte- und Lüftungstechnik entwickelt. Die funktionale Konstruktion erleichtert dem Anwender die einfache, intuitive Installation und Inbetriebnahme. Ob Temperatur, Feuchte, Strömung oder Druck OPP-SENS bietet für alle Anforderungen eine passgenaue Lösung. Ein großes Sortiment passiver Temperatursensoren in verschiedenen Gehäusen und Einbaulängen wird ergänzt durch ein breites Programm aktiver Transmitter für verschiedene Messgrößen.
Das völlig neu konzeptionierte Gehäuse glänzt mit besonderen Eigenschaften. Der unverlierbare Deckel mit Drehverschluss ist in acht unterschiedlichen Positionen arretierbar und durch einen Dichtring erfüllt das Gehäuse standardseitig die hohen Anforderungen der Schutzklasse IP65. Werkzeugfreie Federklemmen erleichtern die Verkabelung und sind wartungsfrei. Zu den Features zählen die neuen Transmitter für Temperatur, Feuchte, Druck und Strömung. Über Drehschalter können zehn verschiedene Messbereiche und zehn verschiedene Offsets eingestellt werden. Durch die 5P-Kalibrierung kann die Ausgangskennlinie über fünf beliebige Stützpunkte auch vor Ort interpoliert werden. Über einen DIP-Schalter kann man zwischen Strom- und Spannungsausgang wechseln und auf einfache Weise den Bus-Abschlusswiderstand setzen. Die optionale Anzeige- und Bedieneinheit adaptiert sich automatisch auf jeden Fühlertyp und bietet ein beleuchtbares Display mit kapazitiven Tasten. Über diese Einheit kann die Parametrisierung, die komplette Konfiguration und auch die Kalibrierung erfolgen.
Für die Anbindung an Gebäudeautomationsnetzwerke gibt es die Sensoren durchgängig auch als BACnet- oder Modbus-Versionen. Dort ist auch eine Innovation das Gehäuse standardseitig mit zwei Kabelverschraubungen ausgestattet, damit die BUS-Anschlussleitungen bequem und schnell durchgeschleift werden können. https://www.oppermann-regelgeraete.de/
