Anwendung sowie Bewertung der LCT/TLC - Lehrstuhl ...

Alternative Möglichkeiten der Temperaturerfassungen auf Oberflächen
2 Alternative Möglichkeiten der Temperaturerfassungen
auf Oberflächen
2.1 Thermographie in Wärmebildgeräten oder Thermografiekameras
Funktionsprinzip:
Feste Oberflächen strahlen über der absoluten Nullpunkttemperatur (-273,15°C) elektromag-
netische Strahlung aus. Je nach Oberflächentemperatur besitzt diese Strahlung eine be-
stimmte Wellenlänge und Intensität (nach Stefan und Boltzmann). Vereinfacht kann man
sagen, dass die Atome oder Moleküle im Feststoff bei Temperaturen über 0 Kelvin um ihre
Gleichgewichtslage schwingen. Dabei wirken sie wie hertzsche Dipole und senden elektro-
magnetische Wellen aus, die als Wärmestrahlung nachweisbar ist. Mit höherer Temperatur
werden die Schwingungen stärker, die elektromagnetische Strahlung intensiver und ihre
Wellenlänge nimmt ab.
Jeder Körper strahlt in Abhängigkeit von seiner Temperatur in einem bestimmten Wellenlän-
genbereich und besitzt ein Ausstrahlungsmaximum bei einer temperaturabhängigen Wellen-
länge. Das Plancksche Strahlungsgesetz bietet die genaue Beschreibung dieser Eigenschaf-
ten. Demnach strahlen heißere Körper stärker, in einem größeren Wellenlängenbereich und
haben ihr Ausstrahlungsmaximum bei kürzeren Wellenlängen.
Über die Strahlungsintensität kann damit nach dem Gesetz von Stefan und Boltzmann, die
Temperatur eines Objektes berührungslos bestimmt werden. Dabei gilt, dass mit kühler wer-
dendem Material sich das Licht in den langwelligen Spektralbereich verschiebt.
Stefan – Boltzmann – Gesetz:
4
P = ε × σ × A×
( T )
Formel 2.1.1
Nach dem Gesetz sendet der Strahler über 0 Kelvin Strahlung aus, deren Leistung mit zu-
nehmender Temperatur mit der vierten Potenz steigt. Dies ist auch der Hauptgrund, weshalb
sich die Thermographie so hervorragend für die Temperaturbestimmung nutzen lässt und
eine sehr hohe Genauigkeit erzielt.
Ein weiterer wichtiger Bestandteil ist der Emissionsgrad des strahlenden Körpers. Als Stoff-
kennzahl bietet er den Vergleich zum schwarzen Strahler (ε=1) und damit ein Verhältnis zwi-
schen realer und idealer ausgesandten Strahlung. In Abhängigkeit von Material, Spektralbe-
reich ∆λ, Temperatur, Oberflächenbeschaffenheit und Abstrahlrichtung ändert sich der Emis-
sionsgrad und verschlechtert dabei gegebenenfalls die Messgenauigkeit.
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