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--- mess:thermometer [2019/03/21 13:13] – [Infrarotthermometer / Pyrometer] sarina
+++ mess:thermometer [2019/03/25 10:31] – sarina
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 =====  Infrarotthermometer / Pyrometer =====
+Ich darf vorweg nehmen, dass ich Infrarotthermometer persönlich nicht sehr mag, weil die Messergebnisse sehr leicht verfälscht sein können. Man muss viel über Physikalischen Eigenschaften der Oberfläche der Gegenstände wissen, deren Temperatur man messen will.
 Pyrometer messen die Intensität der Wärmestrahlung, die ein Gegenstand ausstrahlt, in einem engen Wellenlängenbereich und berechnen daraus zusammen mit dem Emissionsgrad ε die Temperatur der Oberfläche. Die Handelsüblichen Infrarot-Messgeräte in „Pistolenform“ arbeiten mit der Wellenlänge 8 – 14 µm. Je höher die Temperatur des Gegenstands, desto mehr Strahlung im Bereich 8 - 14 µm erreicht den Detektor. Die gemessene Strahlungsintensität wird dann in eine Temperatur umgerechnet.
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 {{:mess:ir_8_14_a.png?440|}}{{:mess:ir_8_14_b.png?230|}}
+Für reale Gegenstände ist die Rechnung komplizierter. Reale Gegenstände haben maximal ein ε(λ) = 1, in vielen Fällen ist ε(λ) < 1. Reale Gegenstände strahlen also meist weniger Wärmestrahlung ab. Ich hätte als Beispiel hier gerne einen terraristisch relevanten Gegenstand gezeigt aber nur wenige Daten in der Literatur gefunden. Daher hier das Spektrum der Wärmestrahlung der Erde. Dieses wurde in {{wkx>1096}} gemessen.
+[{{ :ir:turner2012.png?700 |Wärmestrahlung der Erde im Vergleich zur Wärmestrahlung eines idealen Gegenstands mit 7°C Oberflächentemperatur}}]
+In weiten Bereichen strahlt die Erde oder die Erdatmosphäre wie ein idealer Gegenstand (Plankscher Strahler) mit 7°C Oberflächentemperatur. Bei Wellenlängen größer als 35 µm stimmt die Intensität fast exakt überein. Für diese Wellenlängen gilt ε=1. Bei anderen Wellenlängen strahlt die Erde aber deutlich weniger Wärmestrahlung ab, als sie es von ihrer Temperatur her eigentlich müsste. Die Erde hat als realer Gegenstand einen Emissionsgrad ε < 1. Das ist besonders deutlich um 10 µm Wellenlänge herum. Hier strahlt die Erde fast gar keine Wärmestrahlung ab, obwohl man allein von der Temperatur her bei etwa 10 µm das Strahlungsmaximum erwarten würde. Mit einem gängigen IR-Thermometer, das bei 8 - 14 µm arbeitet, könnte man die Temperatur der Erdatmosphäre vom Weltraum aus nicht messen!
 Die abstrahlte Wärmestrahlung hat ihr Maximum bei Gegenständen zwischen 0 °C und 100 °C Oberflächentemperatur zwischen 10,6 µm und 7,8 µm und für Gegenstände zwischen 500 °C und 1000 °C zwischen 4 µm und 2 µm. Je nach Anwendung gibt es Pyrometer in verschiedenen Wellenlängenbereichen:
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   * 4,5 µm Wellenlänge verwendet man für die Messung an Flammengasen.
   * Bei 3,9 µm Wellenlänge kann man andererseits durch Flammen hindurch die Temperatur von Werkstücke in Öfen messen.
 Die Infrarotstrahlung wird falls nötig auf den passenden Wellenlängenbereich gefiltert und dann mit einer Linse, die für diese Wellenlänge geeignet ist, auf einen Detektor gebündelt. Als Detektoren können pyroelektrische Sensoren oder and Thermosäulen genutzt werden.
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 Als Detektor dient ein Mikrobolometer. Dieses besteht aus einer thermisch isolierten zweischichtigen Membran. Eine Schicht dient als Absorber und absorbiert die Infrarotstrahlung. Die Sensorschicht (oft amorphes Silizium oder Vanadiumdioxis) ändert ihren elektrischen Wiederstand mit der Temperatur. Somit misst das Mikrobolometer die Temperatur der Absorbermembran als Ergebnis der Absorption der Infrarotstrahlung. Die einzelnen Pixel in einem Mikrobolometer sind im Standardfall 17 µm groß, die neuere Generation besteht aus 12 µm großen Pixeln. Mikrobolometer können im Gegensatz zu Fotodioden auch ungekühlt betrieben werden.
-Gewissermaßen arbeitet die Wärmebildkamera wie eine alte schwarz-weiß-Kamera. Die schwarz-weiß-Kamera fängt alles Licht mit Wellenlänge 400 nm bis 800 nm auf. Das Bild ist dunkel, wenn wenig Strahlung auf den Detektor fällt, und hell, wenn viel Strahlung auf den Detektor fällt. Die Wärmebildkamera fängt alle Strahlung mit Wellenlänge 8 µm bis 14 µm auf. Sie zeigt eine hohe Temperatur an, wenn viel Strahlung auf den Detektor fällt und eine geringe Temperatur, wenn wenig Strahlung auf den Detektor fällt.
+Gewissermaßen arbeitet die Wärmebildkamera wie eine alte schwarz-weiß-Kamera. Die schwarz-weiß-Kamera fängt alles Licht mit Wellenlänge 400 nm bis 800 nm auf. Dieses Licht wurde von den Gegenständen reflektiert. Das Bild ist dunkel, wenn wenig Strahlung auf den Detektor fällt, und hell, wenn viel Strahlung auf den Detektor fällt. Die Wärmebildkamera fängt alle Strahlung mit Wellenlänge 8 µm bis 14 µm auf. Diese Strahlung wurde von den Gegenständen aufgrund ihrer Oberflächentemperatur emittiert. Die Wärmebildkamera zeigt eine hohe Temperatur an, wenn viel Strahlung auf den Detektor fällt und eine geringe Temperatur, wenn wenig Strahlung auf den Detektor fällt.
 ==== Literatur ====