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ALMEMO® Infrarot-Fühler
ALMEMO
3.2.5
Grundlagen
Um mit der Infrarotmesstechnik befriedigende Ergebnisse zu erzielen, ist es wichtig, die grundlegenden Zusam-
menhänge und Einflüsse von Emissionsgrad, Umgebungsstrahlung und Strahlengang (Messfeld) zu beachten.
Temperaturstrahlung
Jeder Körper sendet oberhalb des absoluten Nullpunktes eine elektromagnetische Strahlung aus. Zwischen der
emittierten Strahlung und der Temperatur eines Körpers besteht nach den Planck'schen Strahlungsgesetzen ein
fester Zusammenhang.
Gesamtstrahlung: S = • T
Dieses Gesetz gilt jedoch nur für sogenannte "schwarze Strahler", die ihre gesamte Strahlung aussenden. Bei
realen Körpern handelt es sich um "graue Strahler", die nur einen Teil der Strahlung emittieren. Das Verhältnis
der individuellen Ausstrahlung S
lers S
nennt man Emissionsgrad:
S
Emissionsgrad: = S
O
Bei der berührungslosen Temperaturmessung spielt der Emissionsgrad eine wichtige Rolle. Da die Infrarot-Mess-
geräte an "schwarzen Strahlern" kalibriert werden, ist es erforderlich, bei der Messung den Emissionsgrad der zu
messenden Oberfläche zu berücksichtigen. Das Strahlungsthermometer misst eine Strahlung S
Eigenstrahlung des Messobjektes S
gilt für Objekte, bei denen die Transmission Null ist (nicht transparent). Die Objektstrahlung S
dem Emissionsgrad , die Umgebungsstrahlung S
= • S
Messstrahlung: S
M
Mit der Beziehung + = 1 (Transmission = 0) lässt sich schließlich die Objektstrahlung bestimmen zu:
Objektstrahlung: S
= 1/ • (S
O
Speziell gilt:S
≈ 1/ • S
O
S
≈ S
(Objekttemperatur gleich Umgebung)
O
U
Bei Objekten, deren Temperatur weit über der Umgebung liegt, kann der Einfluss der Umgebungsstrahlung ver-
nachlässigt werden.
Sensoren
Als Messwertgeber gibt es photoelektrische Strahlungsempfänger mit hoher Empfindlichkeit und besonders kur-
zer Ansprechzeit, sowie thermische Detektoren mit etwas größerer Trägheit.
Strahlengänge und Messfleck
Um korrekte Messwerte zu erhalten, ist außer dem Emissionsgrad auch der Strahlengang des Sensors zu berück-
sichtigen. Je nach Optik ergibt sich in Abhängigkeit vom Abstand ein bestimmter Messfleckdurchmesser. Dieser
Zusammenhang ist im Messfeld-Diagramm dargestellt. Der Messfleckdurchmesser muss immer kleiner sein als
das Messobjekt oder die interessierende Messstelle.
Emissionsgradtabelle
Die folgende Tabelle ist als Richtwert für die Abschätzung des Emissionsgrades verschiedener Materialien ge-
dacht.
Beachten Sie, dass der Emissionsgrad speziell bei Metallen in Abhängigkeit von Oberflächenbeschaffenheit,
Oxydation, Rost bzw. Anwesenheit von Schmutz, Wasser oder Öl sehr stark variieren kann.
50
Infrarot-Fühler
®
4
(Stefan-Boltzmann-Gesetz) (1)
eines beliebigen Temperaturstrahlers zur Ausstrahlung eines schwarzen Strah-
O
/ S
(2)
S
und der von der Umgebung reflektierten Strahlung S
O
U
+ • S
(3)
O
U
- S
) + S
(4)
M
U
U
(Objekttemperatur viel höher als Umgebung)
M
mit dem Reflexionsgrad behaftet:
, die sich aus der
M
zusammensetzt. Dies
U
ist dabei mit
O
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