Pyrometrie und Thermografie
Thermische Infrarotsensoren
Helmut Budzier und Gerald Gerlach
Pyrometrie und Thermografie: Leitfaden für die Praxis
Wiley-VCH Weinheim
1. Auflage 2023
331 Seiten
Print ISBN: 978-3-527-41399-7
ePDF ISBN: 978-3-527-83036-7
ePub ISBN: 978-3-527-83037-4
Wiley-VCH - Pyrometrie und Thermografie
Brief Description
Practical overview of non-contact temperature measurement technology
Thermography is an imaging technique used to display the surface temperature of objects. This is done by measuring the intensity of infrared radiation emanating from a specific point and calculating the temperature prevailing there. Thermographic cameras are used as measuring devices for this purpose. If the temperature is only measured at one point, this is referred to as pyrometry and the corresponding devices are known as pyrometers. Non-contact temperature measurement is of great interest wherever high temperatures occur, harsh conditions prevail or the measurement location cannot be reached. This is the case, for example, in process measurement technology, in foundries and steelworks or in
The book is aimed at anyone who uses pyrometers and thermographic cameras and is typically familiar with the processes to be monitored, but often not with the measurement technology to be used. It therefore focuses on the use of pyrometers and thermographic cameras and provides a clear introduction to the basics, the effects of errors, the limits in terms of thermal, temporal and spatial resolution and the achievable measurement accuracy.
Inhaltsverzeichnis
1 Einführung in die Pyrometrie und die Thermografie
1.1 Infrarotstrahlung
1.2 Technische Anwendungen
1.3 Vorteile der berührungslosen Temperaturmessung
1.4 Historische Entwicklung
2 Radiometrische Grundlagen
2.1 Strahlungsphysik
2.1.1 Ausbreitung von Strahlung
2.1.2 Ausbreitung in verlustfreie Medien
2.1.3 Ausbreitung in verlustbehaftete Medien
2.1.4 Felder an Grenzflächen
2.2 Strahlungsgrößen
2.2.1 Allgemeine Größen
2.2.2 Senderseitige Größen
2.2.3 Empfängerseitige Größen
2.2.4 Spektrale Größen
2.2.5 Absorption, Reflexion und Transmission
2.3 Strahlungsgesetze
2.3.1 PLANCKsches Strahlungsgesetz
2.3.2 STEFAN-BOLTZMANN-Gesetz
2.3.3 WIENsches Verschiebungsgesetz
2.3.4 KIRCHHOFFsches Strahlungsgesetz
2.3.5 Fotometrisches Grundgesetz
2.4 Emission
2.4.1 Emissionsgrad
2.4.2 Schwarzer Strahler
2.4.3 Emission realer Körper
2.4.4 Bestimmung des Emissionsgrades
2.5 Reflexion
2.5.1 Reflexionsgrad
2.5.2 Reflexion an Grenzflächen
2.5.3 Reflexion an dünnen Schichten
2.6 Transmission
2.6.1 Transmissionsgrad
2.6.2 Transmission realer Körper
2.6.3 Transmission der Atmosphäre
3 Sensor- und Gerätekennwerte
3.1 Thermische Auflösung
3.1.1 Empfindlichkeit
3.1.2 Rauschen
3.1.2.1 Mathematische Grundlagen
3.1.2.2 Rechnen mit Rauschgrößen
3.1.2.3 Rauschquellen
3.1.3 Rauschäquivalente Leistung
3.1.4 Detektivität
3.1.5 Rauschäquivalente Temperaturdifferenz
3.1.6 Inhomogenitätsäquivalente Temperaturdifferenz
3.2 Räumliche Auflösung
3.2.1 Optisch-geometrische Beziehungen einer scharfen Abbildung
3.2.2 Begrenzung der Ortsauflösung
3.2.3 Spaltbildfunktion und Messfeldgröße
3.2.4 Modulationsübertragungsfunktion
3.2.4.1 Definition der MTF
3.2.4.2 Optische MTF
3.2.4.3 Geometrische MTF
3.2.4.4 System-MTF
3.2.4.5 Messung der MTF
3.3 Zeitliche Auflösung
3.3.1 Zeitkonstante
3.3.2 Einstellzeitzeit
3.3.3 Erfassungszeit
3.4 Zusammenfassung
4 Infrarotsensoren
4.1 Thermische Sensoren
4.1.1 Wirkprinzipien
4.1.2 Thermoelektrische Strahlungssensoren
4.1.3 Pyroelektrische Sensoren
4.1.4 Mikrobolometer
4.2 Photonensensoren
4.2.1 Wirkprinzipien
4.2.1.1 Klassische Photonensensoren
4.2.1.2 Quantenmechanische Photonensensoren
4.2.2 Fotowiderstände
4.2.3 Fotodioden
4.2.4 Bildgebene Photonensensoren
4.3 Vergleich von thermischen und photonischen Sensoren
4.4 Kühlung von Sensoren
4.4.1 Thermoelektrische Kühler
4.4.2 Direktkontaktkühlung
4.4.3 JOULE-THOMSON-Kühler
4.4.4 Kleinkältemaschinen
4.4.5 Vergleich der Kühlverfahren
5 Pyrometer
5.1 Aufbau und Funktionsweise
5.1.1 Grundaufbau
5.1.2 Funktionsweise
5.1.3 Berücksichtigung parasitärer Strahlungsanteile
5.1.4 Pyrometergleichung
5.2 Grundtypen
5.2.1 Gleichlichtpyrometer
5.2.2 Wechsellichtpyrometer
5.3 Messverfahren
5.3.1 Gesamtstrahlungspyrometer
5.3.2 Bandstrahlungspyrometer
5.3.3 Spektralpyrometer
5.3.4 Verhältnispyrometer
5.3.5 Mehrkanalpyrometer
5.4 Messunsicherheit
5.4.1 Kalibrierung
5.4.2 Absolute und relative Messunsicherheit
5.4.3 Umfeldfaktor (Size-of-Source Effekt)
5.5 Kenngrößen und Klassifizierung
5.5.1 Kenngrößen
5.5.2 Klassifizierung
5.5.3 Spezielle Baugruppen für Pyrometer
5.6 Auswahl eines für eine Messaufgabe geeigneten Pyrometers
5.6.1 Allgemeine pyrometrische Messungen
5.6.2 Pyrometrische Temperaturmessungen an speziellen Materialien
5.6.3 Applikationen mit Quotientenpyrometern
6 Thermografiekameras
6.1 Aufbau und Funktionsweise
6.1.1 Aufbau
6.1.2 Funktionsweise
6.2 Bauarten
6.2.1 Scannende Thermobildgeräte
6.2.2 Zeilenkameras
6.2.3 Starrende Thermobildkameras
6.3 Messverfahren
6.3.1 Bandstrahlungsthermobildgeräte
6.3.2 Spektralkameras
6.3.3 Räumlicher Auflösung
6.4 Justage
6.4.1 Ursachen der Ungleichförmigkeit
6.4.2 Arbeitspunkteinstellung
6.4.3 Korrektur nicht funktionsfähiger Pixel
6.4.4 Kennlinienkorrektur
6.4.5 Radiometrische Justage
6.4.6 Zusammenfassung
6.5 Messunsicherheit
6.5.1 Ungleichförmigkeit
6.5.2 Umfeldfaktor (Size-of-Source Effekt)
6.5.3 Kalibrierung
6.6 Kenngrößen und Klassifizierung
6.6.1 Kenngrößen von Thermobildgeräten
6.6.2 Klassifizierung von Thermobildgeräten
6.7 Auswahl eines für eine Messaufgabe geeigneten Thermobildkamera
6.7.1 Allgemeine Messungen mit Bandstrahlungsthermobildgeräten
6.7.2 Bandstrahlungsthermobildgeräte für konkrete Anwendungen
6.7.3 Spektralkameras
6.8 Anwendungen
6.8.1 Passive Thermografie
6.8.2 Aktive Thermografie
6.8.3 Auswertemethoden in der Thermografie