Wärmebildkamera

Wozu dienen Wärmebildkameras?

Während übliche Infrarotthermometer (Pyrometer) nur eine einzige Temperatur an einer einzigen Stelle erfassen, liefern Wärmebildkameras die Temperaturen für einen größeren Bereich. Dabei erreichen einige Kameras eine Auflösung von bis zu 320000 Messstellen pro Bild. Wärmebildkameras stellen das effektivste Werkzeug zur Ermittlung bereits bestehender oder potentieller Probleme in unterschiedlichsten Anwendungsbereichen dar.

Warum sollte ich zur Temperaturmessung in meiner Anwendung eine Wärmebildkamera verwenden?

Wärmebildkameras erlauben die Temperaturmessung bei vielen Anwendungen, für die herkömmliche Sensoren ungeeignet sind, speziell bei bewegten Objekten (z. B. Rollen, Maschinenbauteilen oder Förderbändern), bei Anwendungen, die aufgrund von Kontaminationen oder sonstigen Gefährdungssituationen (z. B. Hochspannung) den Einsatz eines berührungslosen Messverfahrens zwingend erforderlich machen, bei zu großen Entfernungen oder bei Temperaturen, die für Thermoelemente oder die für kontaktierend messende Sensoren schlicht zu hoch sind. Wärmebildkameras zeigen auf einen Blick die Temperaturunterschiede am untersuchten Objekt. Im Gegensatz zu herkömmlichen Infrarotpyrometern, die lediglich Mittelwerte für den erfassten Bereich liefern, geben Wärmebilder direkt Aufschluss über die einzelnen überhitzten Stellen.

Warum ist die Auflösung wichtig?

Je höher die Auflösung, umso leichter lassen sich auch kleinere Problemstellen aus größerer Entfernung erkennen. So können Sie schwerwiegende Probleme ermitteln, die Ihnen bei einer Kamera mit geringerer Auflösung möglicherweise entgingen. Ein Beispiel wäre eine überhitzte Komponente auf der Hauptplatine eines Computers. Mit einer Wärmebildkamera wird die überhitzte Stelle sofort augenfällig.

Welche Aspekte meiner Anwendung sollte ich bei der Auswahl einer Wärmebildkamera bedenken?

Die wichtigsten Faktoren bei jedem Kauf einer Wärmebildkamera sind das Sichtfeld (gemäß Größe und Entfernung des Objekts), die Art der zu erfassenden Oberfläche (Stichwort Emissionsfaktor), die spektrale Empfindlichkeit (wichtig bei atmosphärischen Störungen oder der Übertragung durch Oberflächen hindurch), der Temperaturbereich sowie Montageoptionen (tragbare Handgeräte oder feste Installation). Weitere Faktoren sind Reaktionszeit, Einsatzumgebung, Einschränkungen bei der Montage, Anwendungen mit Sichtfenster sowie benötigte Signalverarbeitungsoptionen.

Was ist unter Sichtfeld zu verstehen und warum ist es von Bedeutung?

Das Sichtfeld beschreibt den Sichtwinkel, in dem das Gerät betrieben wird, und basiert auf den optischen Eigenschaften des Geräts. Die Erfassung korrekter Temperaturmesswerte setzt voraus, dass das untersuchte Objekt das gesamte Sichtfeld des Geräts ausfüllt.

Was bedeutet Emissionsfaktor und welche Rolle spielt er bei Infrarottemperaturmessungen?

Der Emissionsfaktor ist definiert als das Verhältnis aus der vom Objekt bei einer bestimmten Temperatur abgegebenen Energie zu der von einem idealen Wärmestrahler – einem schwarzen Körper – bei gleicher Temperatur abgegebenen Energie. Der Emissionsfaktor eines Schwarzkörpers beträgt 1,0. Sämtliche Emissionsfaktoren liegen im Bereich zwischen 0,0 und 1,0. Die meisten Infrarotthermometer verfügen über die Möglichkeit zur Kompensation der jeweiligen Emissionsfaktoren verschiedener Materialien. I. d. R. gestaltet sich die Erfassung korrekter Temperaturwerte mit Infrarotmessgeräten umso einfacher, je höher der Emissionsfaktor des untersuchten Objekts ist. Objekte mit sehr niedrigem Emissionsfaktor (unter 0,2) können eine große Herausforderung darstellen. Einige polierte, glänzende Metalloberflächen, beispielsweise aus Aluminium, reflektieren im IR-Bereich derart, dass präzise Temperaturmessungen nicht selten unmöglich sind.

Tragbare Wärmebildkameras
Handgeführte und tragbare Wärmebildkameras gehören zu den gängigsten Arten von Infrarotpyrometern. Sie erfreuen sich in unterschiedlichsten Industriezweigen und Anwendungsbereichen, wie z. B. Klimatechnik, Automotive, Gebäudeinspektion, Energieeffizienzprüfung, Anlagenwartung, Elektrotechnik und Wärmedämmung, großer Beliebtheit.

Fest installierte Wärmebildkameras
Fest auf einem Stativ montierte Wärmebildkameras finden häufig bei industriellen Prozessen Verwendung, bei denen die IR-Thermometer ihren Dienst permanent an derselben Position verrichten sollen.

Wärmebildkameras für Forschung & Entwicklung
FLIR Wärmebildkameras mit Auflösungen 80 x 64 Pixel bis 640 x 480 Pixel, Thermische Empfindlichkeit bis <50 mK, mit Ethernet-PoE-Schnittstelle, kompatibel mit GigE Vision Standard, MSX, Touchscreen und Analysesoftware ResearchIR

Wärmebildkameras für die vorbeugende Instandhaltung
FLIR Wärmebildkameras mit Auflösungen von 60 x 60 Pixel bis 640 x 480 Pixel, Thermische Empfindlichkeit bis <35 mK, LCD-Touchscreen

Fünf Verfahren zur Bestimmung des Emissionsfaktors

Es gibt fünf Verfahren zur Bestimmung des Emissionsfaktors eines Materials, der für eine präzise Temperaturmessung unerlässlich ist:

1. Heizen Sie eine Probe des betreffenden Materials auf eine bestimmte Temperatur auf, die Sie mit einem Präzisionsfühler ermitteln. Messen Sie die Temperatur auch mit einem IR-Messgerät. Stellen Sie nun den Wert des Emissionsfaktors so ein, dass die Anzeige des IR-Messgeräts die korrekte Temperatur ausgibt.
2. Bei relativ niedrigen Temperaturen (bis 260°C) kann die Temperatur unter Verwendung eines Abdeckbands mit einem Emissionsfaktor von 0,95 gemessen werden. Stellen Sie nun den Wert des Emissionsfaktors so ein, dass die Anzeige des IR-Messgeräts die korrekte Temperatur des Materials ausgibt.
3. Bei der Messung hoher Temperaturen kann in das Objekt ein Loch gebohrt werden, dessen Tiefe mindestens den sechsfachen Wert des Durchmessers betragen sollte. Das Loch fungiert als schwarzer Körper mit einem Emissionsfaktor von 1,0. Messen Sie die Temperatur im Loch und stellen Sie dann den Wert des Emissionsfaktors so ein, dass die Anzeige des IR-Messgeräts die korrekte Temperatur des Materials ausgibt.
4. Falls das Material ganz oder teilweise lackiert werden kann, liefert eine matte schwarze Farbe einen Emissionsfaktor von ca. 1,0. Messen Sie die Temperatur der Farbe und stellen Sie dann den Wert des Emissionsfaktors so ein, dass die Anzeige des IR-Messgeräts die korrekte Temperatur des Materials ausgibt.
5. Standardisierte Emissionsfaktorwerte (PDF) sind für die meisten Materialien verfügbar. Sie können diese Werte in das Messinstrument eingeben, um für Ihre jeweiligen Materialien realistische Emissionsfaktoren festzulegen.

Welche Wärmebildkamera ist für meine Anwendung geeignet?

Kaufen Sie die Wärmebildkamera mit der höchsten Detektorauflösung und Bildqualität, die Ihr Budget zulässt.
Die meisten Wärmebildkameras verfügen über weniger Bildpunkte als gewöhnliche Digitalkameras für sichtbares Licht. Achten Sie deshalb besonders auf die Detektorauflösung. Infrarotkameras mit höherer Auflösung sind in der Lage, kleinere Ziele aus größerer Entfernung zu erfassen und schärfere Wärmebilder zu erzeugen. Beides erhöht die Genauigkeit und Verlässlichkeit der Messergebnisse.

Beachten Sie zudem, dass Detektorauflösung und Displayauflösung nicht dasselbe sind. Manche Hersteller prahlen mit einer hohen Auflösung ihrer LCD-Displays und verheimlichen die geringe Auflösung ihrer Detektoren, obwohl es vor allem auf die Detektorauflösung ankommt.

Müssen Sie Ihre Messergebnisse präsentieren?

Besorgen Sie sich ein System mit integrierter Kamera für sichtbares Licht samt Beleuchtung und Lasermarker.
Dank entsprechender Digitalaufnahmen zusätzlich zu Ihren Wärmebildern fällt es Ihnen leichter, ein Problem zu dokumentieren und Entscheidungsträgern dessen genaue Position mitzuteilen. Die Markierungen von Lasermarkern sind nämlich auch auf herkömmlichen Fotos gut sichtbar.

Wählen Sie eine Kamera, die präzise und reproduzierbare Ergebnisse liefert.

Infrarotkameras zeigen Temperaturunterschiede nicht nur an, sondern erlauben auch die Messung dieser Unterschiede. Um bestmögliche Resultate zu erhalten, sollten Sie eine Wärmebildkamera mit einer Genauigkeit von mindestens ±2 % (bzw. 2°C) wählen. Die Wärmebildkamera sollte zudem über integrierte Funktionen zur Eingabe von Werten sowohl für den Emissionsfaktor als auch für die reflektierte Temperatur verfügen. Eine Infrarotkamera, die Ihnen die mühelose Eingabe und Anpassung dieser Parameter gestattet, liefert Ihnen vor Ort verlässliche Messwerte, auf deren Basis Sie dann die richtigen Entscheidungen treffen können.

Achten Sie auch darauf, dass die IR-Kamera Bilder in Standarddateiformaten speichert und exportiert.

Nicht wenige Infrarotkameras speichern Bilddateien nämlich in proprietären Formaten, sodass sich die Bilder nur in Spezialsoftware importieren und analysieren lassen. Bilder im JPEG-Standardformat samt den eingebetteten Resultaten der vollständigen Temperaturanalyse erlauben hingegen den Versand der Infrarotaufnahmen an Kunden und Kollegen ohne Verlust dieser entscheidenden Daten. Achten Sie auch darauf, dass die Infrarotkamera das Streaming von Videos im MPEG-4-Format auf Rechner und Monitore über eine USB-Schnittstelle ermöglicht.

Denken Sie an Bluetooth und Wi-Fi

Moderne Prüf- und Messwerkzeuge erlauben die drahtlose Übertragung von wichtigen Diagnosedaten wie etwa Feuchtigkeit, Strom, Spannung und Widerstand direkt an die Kamera. Diese Daten werden dann zur Dokumentation der IR-Messdatenanalyse automatisch als Anmerkungen zu den Wärmebildern hinzugefügt und in die radiometrischen JPEG-Aufnahmen eingebettet. Angesichts der zunehmenden Nutzung von Anwendungen auf Wi-Fi-fähigen und mobilen Endgeräten erlangt die Möglichkeit des Versands von Wärmebildern und IR-Prüfberichten innerhalb des Firmengeländes oder per E-Mail von einem anderen Standort aus immer größere Bedeutung, insbesondere wenn der Faktor Zeit eine große Rolle spielt.

Ergonomische Ausstattungsmerkmale

Je leichter die Wärmebildkamera, umso geringer die Belastung von Schulter und Rücken bei langen Prüfsitzungen. Einige Modelle besitzen um 120° vertikal schwenkbare Objektivsysteme, die dem Prüfer auch bei sehr hoch oder tief positionierten Messobjekten eine komfortable Nutzung des Displays ohne Kopfverrenkungen erlauben. Eine oder zwei zusätzliche Tasten können die Bedienung der Kamera deutlich vereinfachen, denn die Navigation durch ein Labyrinth von Menüoptionen mithilfe nur einer einzigen Taste gestaltet sich oft schwierig. Alle Tasten sollten intuitiv angebracht und komfortabel zu bedienen sein. Einige Kameramodelle sind mit einem integrierten Touchscreen ausgestattet.

Bild im Bild (PiP) und/oder Bildfusion

Diese Funktionen erlauben die Kombination von Wärmebildern und normalen Fotos zwecks Erstellung leichter verständlicher Berichte.

Berichterstellungssoftware

Ist es möglich, direkt von der Kamera aus oder auf einem mobilen Endgerät mit angebundener Wi-Fi-fähiger Kamera im Handumdrehen Berichte zu erstellen? Ist die Software in der Lage, eine breite Palette an Aufgaben – von einfachen punktuellen Messungen bis hin zu benutzerdefinierten radiometrischen Kalibrierungen – durchzuführen oder mithilfe von Drittanbietersoftware wie etwa MatLab™ oder Excel spezielle Datenanalysen vorzunehmen?

Temperaturbereich

Auch der Temperaturbereich und die thermische Empfindlichkeit sind wichtige Kriterien. Der Temperaturbereich verrät die niedrigste und höchste Temperatur, die eine Kamera zu messen in der Lage ist (ein typisches Beispiel ist ein Bereich zwischen -20 bis +2000°C).

Schutz getätigter Investitionen

Kaufen Sie eine Kamera, für die ein umfangreiches, erweitertes Gewährleistungspaket verfügbar ist. So schützen Sie Ihre Investition auch auf lange Sicht.

Technischer Support und Schulungen

Die Qualität der Kundenbetreuung sowie die Effektivität des technischen Supports sollten elementare Kriterien bei Ihrer Kaufentscheidung sein.

Wir empfehlen zudem die Lektüre von „12 Things to Consider Before Buying an Infrared Camera, A Guide for Investing in Infrared“ (engl.) PDF, eines ausführlichen, vom Anbieter FLIR Systems herausgegebenen Leitfadens zum Kauf von Infrarotkameras.