Jeder Körper gibt eine natürliche elektromagnetische Strahlung bevorzugt im infraroten Spektralbereich ab. Sie ist abhängig von der Temperatur des strahlenden Körpers, seinem Emissionsvermögen und der Wellenlänge. Durch Messung dieser Strahlung kann die Temperatur des Messobjekts berührungslos bestimmt werden.
Bei Geräten zur berührungslosen Temperaturmessung gelangt die einfallende Strahlung durch eine Infrarot(IR)-Optik auf einen IR-Sensor, der diese in ein elektrisches Ausgangssignal umwandelt. Die folgende Elektronik verarbeitet das Sensorsignal, berechnet die Temperaturwerte und stellt über ein elektrisches Interface die Ausgangssignale zur weiteren Verarbeitung zur Verfügung. Pyrometer messen nahezu punktförmig die Temperatur, während Wärmebildkameras Temperaturverteilungen bildförmig erfassen. Sowohl moderne Pyrometer als auch Wärmebildkameras sind heute so robust aufgebaut, dass sie unter vielen industriellen Umgebungsbedingungen eingesetzt werden können. Besonders kritische Umgebungen, zum Beispiel bei hohen Umgebungstemperaturen und Verschmutzungsgefahren, erfordern jedoch spezielle und angepasste Lösungen für die Infrarot-Temperaturmesstechnik.
Pyrometer im Industrieeinsatz
Im Bild 1 sind beispielhaft Pyrometer der bewährten PYROSPOT Pyrometerserie 44 von DIAS Infrared dargestellt. Bei den dargestellten Standard-Pyrometern sind alle Gerätekomponenten in einem robusten Edelstahlgehäuse (Durchmesser 40 mm, Schutzgrad IP65) untergebracht. Der zulässige Betriebstemperaturbereich beträgt 0 °C bis 70 °C. Für höhere Umgebungstemperaturen stehen spezielle Edelstahl-Kühlgehäuse zur Verfügung. Mit wassergekühltem Schutzgehäuse, das zusätzlich eine integrierte Luftspülung zur Verhinderung von Verschmutzungen besitzt, sind Umgebungstemperaturen bis etwa 200 °C möglich.
Eine weitere Variante für höhere Umgebungstemperaturen wird durch die Trennung von Optik und Auswerteeinheit möglich (Bild 1 rechts). Die Optik ist hier in einem separaten kompakten Optikkopf untergebracht. Die einfallende Strahlung wird über einen Lichtwellenleiter (LWL) zum IR-Sensor in der Elektronik-Einheit geleitet. Der Optikkopf und der Lichtwellenleiter gestatten Umgebungstemperaturen von 0 °C bis 250 °C. Die zur Verfügung stehenden Lichtwellenleiter erlauben nur Messungen bei kürzeren Wellenlängen (bis etwa 2,5 μm). Das schränkt die untere Messtemperatur auf Werte von etwa 100 °C bis 250 °C ein, was aber für viele Anwendungen praktikabel ist.
Besonders robuste Pyrometer sind beispielsweise in der Glasindustrie zur Temperaturmessung von flüssigem Glas im Bereich der Glaswanne, des Vorherds und des Feeders notwendig. Für diese Anwendung ein spezielles kurzwelliges Lichtwellenleiter-Pyrometer für Temperaturmessungen zwischen 600 °C und 1800 °C zum Einsatz, dessen Optikkopf eine Luftspülung mit Keramik- oder Inconel-Sichtschutzrohr zur Abschirmung von Störstrahlung im Ofenraum besitzt.
Stationäre Wärmebildkameras für industrielle Anwendungen In Industrieumgebungen sind oftmals die Standardgehäuse (meist IP54) von stationären Wärmebildkameras nicht ausreichend. Sie müssen dann in Industrieschutzgehäusen untergebracht werden. Beispiele sind die Montage von Standardgehäuse-Wärmebildkameras in separate Wetterschutzgehäuse oder Kühlgehäuse.
Besonders günstig sind Lösungen, wo die Baugruppen der Wärmebildkamera direkt in ein Schutzgehäuse integriert werden. Beispiel ist die Wärmebildkamera-Serie PYROVIEW protection von DIAS Infrared. Hier werden IP65-Edelstahlgehäuse mit Schutzfenster und integrierter Luftspülung für staubige Umgebungen sowie optionaler Wasserkühlung bei hohen Umgebungstemperaturen bis zu ca. 150 °C eingesetzt. IR-Optiken mit Motorfokus gestatten die Scharfstellung der Kameras ohne äußere bewegte Teile am Schutzgehäuse. Besonders hohe Anforderungen gibt es bei Wärmebildkameras zur Temperaturmessung in Feuer- und Brennräumen, beispielsweise in Drehrohröfen in Müllverbrennungsanlagen oder bei der Glasschmelze. Die Feuerraum-Wärmebildkameras PYROINC von DIAS Infrared sind besonders robuste IR-Kameras für die Messung hoher Temperaturen zwischen 400 °C und 1800 °C, die in unterschiedlichen applikationsspezifischen Wellenlängenbereichen arbeiten. Die Kameras besitzen eine Boreskop-Optik mit Motorfokus und Schutzfenster. Kamera und Boreskop-Optik befinden sich in einem wassergekühlten Edelstahl-Sondenkühlmantel. Die Infrarot-Strahlungseintrittsöffnung hat eine patentierte Luftspülung. Sie besitzt einen sehr kleinen Durchmesser. Der Sondenkühlmantel kann direkt durch eine Öffnung in der Brennraumwandung eingefahren werden. Eine automatisierte Rückzugsvorrichtung gewährleistet maximale Sicherheit auch bei kritischen Einsatzbedingungen. Der vordere Teil des Sondenkühlmantels widersteht Temperaturen um 1800 °C bei einer stark von den Einsatzbedingungen abhängigen Standzeit zwischen 2 und 10 Jahren.
Fazit
Auch für besonders raue Umgebungsbedingungen gibt es heute zuverlässige Lösungen für Pyrometer und Wärmebildkameras zur berührungslosen Temperaturmessung. Die Auswahl geeigneter Lösungen für konkrete Anwendungen ist meist kompliziert, so dass grundsätzlich eine entsprechende kompetente Beratung sinnvoll ist.
