Emissionsgrad verschiedener Werkstoffoberflächen im infraroten Bereich
(Bachelorarbeit von Cyrill Engelmann)Einleitung
Die berührungslose Messmethode mit der Wärmebildkamera zur Ermittlung der Temperatur eines Materials hat eine wichtige Konsequenz. Die unterschiedlichen Emissionsfaktoren der Wärmeabstrahlung von den einzelnen Materialien müssen bei der Messung berücksichtigt werden. Je nach Beschaffenheit des Materials ist die Wärmeabstrahlung bei einer gegebenen Temperatur unterschiedlich stark. Z.B. weist poliertes Gold einen Emissionsfaktor von ca. 0,02 auf und ein normaler, roter Ziegelstein von ca. 0,93. Wenn der Emissionsgrad eines Objektes nicht bekannt ist und die Möglichkeit besteht, mit einem Kontakt-Thermometer den eigentlichen Temperaturwert zu ermitteln, ist es wichtig, auf diesen Wert die berührungslose Messung abzugleichen. Mit diesem Abgleich können alle weiteren Messungen für das gewählte Objektmaterial durchgeführt werden.
Abb. 1: Strahlungszusammenhänge. Störstrahler können das zu untersuchende Objekt bei der Messung deutlich verfälschen. Wobei die wesentliche Störung von Wärme-Störquellen herrührt, dessen Strahlung von dem Objekt in Richtung des Wärme-Sensors (Mikrobolometer) reflektiert wird.
Untersuchung
Ziel der Arbeit waren die Suche und Erstellung von Emissionsmaterialien, mit dauerhafter Konstanz des Emissionsgrades in Abhängigkeit einer stabilen Materialtemperatur. Mit diesen Referenz-Materialien sollte es möglich sein, die Einstellungen der Wärmebildkamera ohne weitere Messungen anzugleichen. Die Konstanz der Temperatur wurde mit einem gesteuerten Peltierelement bzw. Infrarotstrahler erreicht. Da verschiedene Materialien als Selektivstrahler anzusehen sind, wurden verschiedene Temperaturstufen gewählt, um Veränderungen des Materials zu dokumentieren.
Abb. 2: Messaufbau der Wärmebildkamera mit Abschirmung zur Vermeidung von Wärme-Reflexionen.
Abb. 3:Bestimmung des Emissionsgrades. Links: Messung auf dem definierten Emissionsklebeband mit e=0,95. Mitte: Ebenfalls e=0,95. Die Messung auf der Werkstoffoberflache gibt einen zu niedrigen Temperaturwert mit T=25,7 °C an, deshalb Korrektur des Emissionsgrades. Rechts: Messung auf der Werkstoffoberflache mit e=0,12; e wurde so weit nach unten korrigiert, bis sich die Temperatur von T=58,9°C der Temperatur aus der Messung auf dem Klebeband T=61,4°C annäherte.