Berührungslose Temperaturmessung

Berührungslose Temperaturmessung

Infrarot Sensoren für den Straßenbau Teil I

Die berührungslose Temperaturmessung erhält aufgrund Ihrer Vorzüge immer mehr Einzug im Straßenbau.

Angefangen von berührungslosen Temperatursensoren am Straßen-Fertiger (Temperaturmessungen hinter der Bohle, Einzelmessungen an den Schnecken, Temperaturmessung im Bunker) über Wärmebildkameras für Thermografie-Aufnahmen während des Einbaus bis hin zur Straßenwalze, in der ein Infrarot-Sensor für die Ermittlung der Asphalttemperatur eingesetzt wird.

Doch wie funktioniert berührungslose Temperaturmessung?

Eine von einem Körper ausgesendete Strahlung durchdringt die Atmosphäre und wird mittels einer Eingangsoptik auf ein Detektorelement fokussiert, in ein elektrisches Signal umgewandelt und gefiltert. Das elektrische Signal wird dann basierend auf der Sensor-Kalibrierung und des eingestellten Emissionsgrades in Temperaturwerte umgerechnet.

 

IRSensoren

Das bedeutet:

Jeder Körper mit einer Temperatur über dem absoluten Nullpunkt von 0 Kelvin (-273,15 °C) sendet an der Oberfläche eine Eigenstrahlung (Emission) ab. Der gesamt Spektrum-Bereich der Elektromagnetischen Strahlung liegt zwischen 0,7 bis 1000 µm.

Für die berührungslose Temperaturmessung ist aber nur der Wellenlängenbereich von 0,7 bis 18 µm relevant (Die Einheit der Wellenlänge wird im Mikrometer [µm] angegeben).

(Das elektromagnetische Spektrum besteht aus, Funkwellen, sichtbaren Licht, ultravioletter Strahlung, Gamma –und Röntgenstrahlung).

Doch was hat es mit dem Emissionsgrades auf sich

Nicht jedes Objekt entspricht einem so genannten „schwarzen Strahler*“. Das bedeutet, dass viele Körper bei gleicher Temperatur weniger Strahlung emittieren (Abstrahlen). Der Emissionsgrad gibt das Verhältnis aus der tatsächlichen Abstrahlung und dem schwarzen Strahler an (der Emissionsgrad ε liegt zwischen 0 und 1).

IR01

 

Die Grafik dient nochmal der Verdeutlichung

Das zu Messende Objekt emittiert (Strahlt) und reflektiert Energie, welche von dem Infrarot-Sensor empfangen wird.

Der Infrarot-Messbereich eines IR-Sensors (0,7 bis 18 µm) sollte nach abhängig von den zu messenden Temperaturen und den zu erwartenden Umweltbedingungen gewählt werden.

(Messungen von Stahl, Kunststoff, Asphalt, … durch Dampf, Regen, Staub, Flammen, …).

In langwelligen atmosphärischen Umgebungen (7 bis 18 µm), ist die Transmission (Durchlässigkeit) gleichmäßig hoch.

 

*Schwarzer Strahler

Der schwarze Strahler ist ein Körper, der die auf ihn einwirkende Strahlung zu 100 % absorbiert. Bei dem schwarzen Strahler treten keinerlei Reflexion und Transmission auf. Somit hat der schwarze Strahler einen Emissionsgrad von 1

@ InTeil II werden die einzelnen Infrarotdetektoren vorgestellt und kurz erklärt.

@ Teil III wird sich anhand einiger Praxisbeispiele, ganz auf die Anwendung im Straßenbau konzentrieren