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Wärmebildtechnik

Zu den Wärmebildkameras  

Thermografie: Thermische Probleme erkennen und unsichtbares sichtbar machen – Pixel für Pixel

Wärmebildkameras oder Infrarot-Thermometer helfen beim Aufspüren von „heißen Stellen", die Ausfälle bei elektrischen und mechanischen Anlagen zur Folge haben können. Demnach werden z. B. elektrische Schaltschränke und Motorsteuerzentralen regelmäßig mit einer Wärmebildkamera oder einem Infrarot-Thermometer thermografisch untersucht. Werden Problemstellen in einem frühen Stadium entdeckt, lassen sich Produktionsausfälle verhindern und somit Geld einsparen.

Infrarot-Thermometer im Vergleich zur Wärmebildkamera

Infrarot-Thermometer (IR-Pyrometer) sind sehr einfache Messgeräte um die Temperatur an großen Bauteilen bzw. Oberflächen zu sehen. Beim Abtasten einzelner Bereiche und komplexen Prüflingen werden jedoch leicht Auffälligkeiten die auf kritische Komponenten hinweisen nicht entdeckt bzw. einfach übersehen, wodurch ein rechtzeitiger Austausch vor einer Störung oder einem Ausfall nicht möglich ist.

Mit einem Infrarot-Thermometer können Sie die Temperatur nur an einem einzelnen Punkt messen, so dass es leicht passieren kann, dass kritische Stellen übersehen werden. Zudem ist dieser Punkt auch abhängig vom Abstand.

Vergleich Infrarot-Thermometer zur Wärmebildkamera
 IR-Thermometer zum Messen der Temperatur an einem bestimmten Punkt Wärmebild einer Wärmebildkamera zum
Messen von 307.200 Temperaturpunkten
 

Einfache IR-Pyrometer haben ein Verhältnis von 8:1, das bedeutet bei 8 cm Abstand ist der Messpunkt 1 cm im Durchmesser, bei sehr guten IR-Pyrometern verbessert sich das Verhältnis bei 50:1 auf 50 cm Abstand und 1 cm Durchmesser. Sie erhalten immer einen Messpunkt als Kreis und der Laserpointer dient dabei nur zur Orientierung des Zieles und hat keine Aussage über den Durchmesser.

Eine Wärmebildkamera der einfachsten Baureihe mit 80 × 60 Pixel hat bereits 4.800 Messpunkte, was einer Messung mit 4.800 IR-Pyrometern entspricht. Somit haben Sie eine flächige Messung mit einer Darstellung der Temperaturverteilung und der Auffälligkeiten.

Verwenden Sie lieber tausende Infrarot-Thermometer gleichzeitig!

Bei einem IR-Pyrometer haben Sie einen Punkt zur Messung des Temperaturwertes. Sie müssen genauso den Emissionsgrad und die reflektierte Temperatur berücksichtigen und wenn möglich auch einstellen. Bei einer Wärmebildkamera haben Sie je nach Auflösung des Sensors (ungekühlter Bolometer) eine flächige Darstellung der Temperatur, des Temperaturverlaufs und Sie sehen alle Details Ihrer Messung. Das bedeutet, dass Sie in einer Kamera die Messung von 43.200 oder 307.200  bis zu 786.432 Bildpunkte vernünftig auswerten können.

Wärmebildkameras (Infrarot-Kameras) untersuchen die Komponenten ganzheitlich. Sie messen alle Temperaturen im gesamten Bildbereich, Pixel für Pixel (jedes Pixel mit eigener Temperaturinformation). Der höchste Wert (hellster Bereich) im Bild wird immer mit angezeigt und die Diagnoseergebnisse unmittelbar geliefert, die das volle Ausmaß der möglichen Probleme zeigen.

Vergleich Ansicht Messung Infrarot-Thermometer zur Wärmeverteilung einer Wärmebildkamera
Ansicht eines IR-Thermometers Wärmeverteilung einer Wärmebildkamera

Die Leistungsstärke der Wärmebildtechnik

In der heutigen Zeit ist die Wärmebildkamera ein ideales Messinstrument und Hilfsmittel für die Anwendungen in vielen Bereichen. Mit einer Wärmebildkamera können sehr schnell und einfach Wärmeverteilungen und Wärmeauffälligkeiten entdeckt und gezeigt werden.

Die Messung erfolgt berührungslos und über Entfernung und Sie haben keinen Eingriff in den Messaufbau und -prozess. Somit ist es eine zerstörungsfreie Prüfung für fast alle Bereiche der Industrie, des Handwerks und der Forschung, bei dem schnelle Ergebnisse gezeigt werden können.

Sinnvolle Einsatzgebiete von Wärmebildkameras sind in der Hardware-Entwicklung, im Elektronik-Bereich, im Bauhandwerk, in der Qualitätssicherung und in der Produktion. Im Service oder bei einer Reparatur kann die Messung mit einer Wärmebildkamera Aufschluss über etwaige Störquellen liefern.

Die Wärmebild-Kamera findet Probleme einfacher, ganzheitlich und schneller mit höchster Genauigkeit.

Eine Wärmebildkamera kann ganze Mechaniken, Motoren, Installationen, Bauelemente, Elektronikkomponenten oder Schaltertafeln in einem Vorgang untersuchen - und übersieht dabei keine überhitzten Gefahrenstellen, wie klein sie auch sein mögen.

Wärmebilder Bauthermografie, Elektro- und Elektronikbereich

Analysieren und dokumentieren Sie anschließend Ihre Messergebnisse spielend leicht mit der zur Wärmbildkamera passenden Software, mit der Sie auch später noch leicht Temperaturen auslesen, Korrekturen durchführen oder Einstellungen verändern können, da jedes Pixel eine eigene Temperaturinformation hinterlegt hat.

Ein Ausfall einer Maschine / Elektrik / Elektronik wegen thermischem Defekt ist weitaus teurer, wie die Anschaffung einer Wärmebildkamera / Infrarot-Kamera.

Die Messfläche von Wärmebildkameras

Die Sensoren sind je nach Kameramodell und Ausführung in unterschiedlichen Größen verbaut. Die Messfläche in Verbindung mit dem Objektiv zeigt welche minimalen Auffälligkeiten Sie entdecken können und welche maximalen Abmessungen Sie im Bild sehen. Dabei sollten Sie Ihre Spezifikationen beachten, was Sie maximal minimal sehen müssen und wollen:

1. 80 × 60 Pixel = 4.800 Messpunkte
2. 120 × 90 Pixel = 10.800 Messpunkte
3. 160 × 120 Pixel = 19.200 Messpunkte
4. 240 × 180 Pixel = 43.200 Messpunkte
5. 320 × 240 Pixel = 76.800 Messpunkte
6. 640 × 480 Pixel = 307.200 Messpunkte
7. 1.024 × 768 Pixel = 786.432 Messpunkte

 Messfläche Wärmebildkamera in Abhängigkeit zur Auflösung

Wärmebildkameras - Wärmebilder lesen

Für den Einstieg in die Thermografie muss einem bewusst sein, dass eine Fläche, die auf dem Bildschirm der Wärmebildkamera blau erscheint, nicht unbedingt „kalt" sein muss. Es kommt vielmehr auf die Wärmeabstrahlung und den Temperaturunterschied der jeweiligen Oberflächentemperaturen an. Einen weiteren Einfluss haben Störstrahlungen, die es vorher zu bestimmen gilt. Daher ist empfehlenswert immer unter gleichen Rahmenbedingungen zu messen. Wichtige Auswahlkriterien sind daher die maximale Temperatur, die gemessen werden kann, als auch die Thermische Empfindlichkeit. Zur optimalen Darstellung kann je nach Anwendungsfall zwischen folgenden Farbpaletten gewählt werden: Iron, Rainbow, Rainbow HC, White Hot, Black Hot, Arctic und Lava.

Jedes Pixel im Bild hat eine eigene Temperaturinformation hinterlegt:

Schaubild Wärmebilder (ab-) lesen
Die Wärmeinformation im Bild je nach eingestellter Farbpalette: Links Iron (Eisen) und rechts Rainbow (Regenbogen)
Wärmebild Farbpalette  (Eisen (Iron), Regenbogen, Graustufen)
Niedrigster Temperaturwert im BildHöchster Temperaturwert im Bild

Thermografie / Wärmebildtechnik in der Entwicklung

Während der Entwicklung einer elektronischen Schaltung und der zugehörigen Platinen wird in der Vorbereitung viel Zeit in das Design und die Anordnung der Bauteile investiert. Zur Kontrolle der thermischen Belastungen wird großer Aufwand z. B. mit Thermoelementen zur Temperaturmessung betrieben, um die Sicherheit und Funktion der Schaltung zu gewährleisten. In diesem Zusammenhang spielt die Wärmeentwicklung und die Wärmeableitung durch Kühlkörper eine nicht unerhebliche Rolle.

Fragen, die sich jeder Entwicklungsingenieur zu seinem Design stellen muss:

  • Passt der Abstand der Leiterbahnen?
  • Sind die Bauteile richtig dimensioniert?
  • Sind die Kühlkörper richtig berechnet?
  • Wo sind Hot Spots auf der Platine?
  • Wie sind die Temperaturverläufe?
  • Wie wirken sich unterschiedliche Leistungen auf die Bauteile aus?
Diese Fragen können durch Messungen mit einer Wärmebildkamera leicht beantwortet werden. Nicht auszudenken, welche Konsequenzen eine Fehleinschätzung dieser Fragen hat und welcher Aufwand zur Korrektur von Auffälligkeiten betrieben werden muss. Das Entwicklungsteam - aber auch die Qualitätssicherung - muss sich spätestens nach dem Prototypenstadium sicher sein, dass das Design auch wärmetechnisch ausgereift ist.

Bauformen / Arten von Wärmebildkameras nach Anwendungsbereichen

Wärmebildkameras für den Elektro- und Elektronikbereich, sowie zur Werkstoffprüfung Wärmebildkameras für Elektronik, Forschung und Entwicklung
   

Elektro- und Elektronikbereich, sowie zur Werkstoffprüfung

In elektrischen Anlagen lassen sich durch Wärmebildkameras sehr schnell Kontaktschwierigkeiten, Asymmetrien und Überlastungen identifizieren. Je nach Anwendung kommen in diesen Bereich die kleinen und handlichen Einsteigermodelle bis hin zur hochauflösenden Profi HD-Wärmbildkamera (1.024 x 768 Pixel) mit bis zu 3,1 Megapixel durch die UltraMax Bildoptimierungstechnologie für noch mehr Präzision und Tiefenschärfe zum Einsatz.

 

Elektronik, Forschung und Entwicklung

Bei Anwendungen im Bereich Forschung und Entwicklung sowie in der Prozess- und Produktprüfung sind Präzision und Zuverlässigkeit von entscheidender Bedeutung. Dabei dienen Infrarotkameras der Erfassung und Aufzeichnung der Wärmeverteilung und des zeitlichen Verhaltens in Echtzeit, so dass Ingenieure thermische Muster, Wärmeableitung, Wärmeverluste und andere thermische Faktoren in Geräten, Produkten und Prozessen untersuchen und exakt messen können. 
 

   
Wärmebildkameras für Bauhandwerk / Bauthermografie Komplettinstrumente mit Wärmebildkamera

Bauhandwerk / Bauthermografie

Im Bauhandwerk ermöglicht der Einsatz von Wärmebildkameras die zerstörungsfreie Ortung von baulichen Mängeln und sie tragen zur Verbesserung der Energieeffizienz bei. Zum Beispiel können mit dem sogenannten Taupunktalarm Bereiche identifiziert werden in denen sich Kondenswasser ansammeln kann und die Gefahr von Schimmelbildung besteht. Mit einem sogenannten Dämmungsalarm (Temperaturfaktor) lassen sich wiederum Stellen aufdecken, die nicht ausreichend isoliert sind.

 

Komplettinstrumente mit Wärmebildkamera

Bei einer schnellen und einfachen Diagnostik im Elektrikbereich und Service sind Komplettinstrumente mit Wärmebildtechnik im Einsatz. Messgeräte wie z. B. visuelle IR-Pyrometern, Digitale-Multimeter (DMM), Feuchtemessgeräte oder Vielfachmesszangen in diese jeweils eine Wärmebildkamera integriert ist, optimieren die Messungen mit den visuellen Vorteilen einer Infrarot-Wärmekarte.

   
Auswerte-, Video-Software FLIR ResearchIR MAX - der thermische Datenlogger Verschiedene Optiken (Tele, Weitwinkel, Makro) für die Wärmebildkamera

Thermische Überwachung über eine Zeitperiode

Thermische Betrachtungen, Aufnahmen, Auswertungen über Zeit, Zeitperiode oder Zeitintervall mit der Software ResearchIR ist für die meisten Anwender die wichtigste Funktion. Die Analyse kann als Video gespeichert und in Excel (.csv) übergeben werden. Somit haben Sie eine komplette Lösung  für Ihre Messaufgabe mit Aufnahme, Analyse und Auswertung.

 

Verschiedene Optiken (Tele, Weitwinkel, Makro)

Eine Auswahl an Wechselobjektiven bietet Ihnen die Möglichkeit, mit Weitwinkel mehr von einer Szenerie in einer Aufnahme festzuhalten oder mit Teleobjektiv Temperaturen von weiter entfernteren Zielen zu erfassen und zu messen. Mit Zusatzoptiken und Zubehör kann die Infrarotkamera immer auf Ihre vielfältigen Anforderungen angepasst werden.

Die Auswahlkriterien für eine Wärmebildkamera

Damit stehen schon einige Auswahlkriterien für eine Wärmebildkamera fest:

  • Einsatzgebiet / Anwendung
  • Der Standard-Temperaturbereich der angebotenen Wärmebildkameras reicht von -40 °C bis +2000 °C, je nach Modell variiert dieser Parametersatz von z. B. - 20 °C bis 350 °C oder von -10 °C bis 150 °C
  • Die Detektorgröße reicht von 1024 x 768 bzw. bei einem Modell mit entsprechender Softwareerweiterung von 2048 x 1536 Pixel, von denen jeweils auch die gemessene Temperatur abgerufen werden kann. Die minimale Pixelanzahl beträgt z. B. 80 x 60 Pixel
  • Genauigkeit ab  ±1 °C bzw. ±1 %
  • Die thermische Empfindlichkeit von < 0,02 °C entspricht 20 mK; andere Modelle haben eine thermische Empfindlichkeit von 0,15  oder 1,5 °C
  • Öffnungswinkel des Objektivs reicht von 12 ° bis 45 ° und sind oft als Wechselobjektive ausgeführt

Eine weitere hilfreiche Ausstattung ist die Möglichkeit ein reales Digitalbild dem Wärmebild zu unterlegen. Dieses vereinfacht die Orientierung im aufgenommenen Wärmebild zur realen Umgebung z. B. der Platine.

Umfangreiche Software-Pakete erlauben die automatische Messwertanalyse und es lassen sich auch Querschnittsprofile durch die zu messenden Objekte legen, um Aussagen zur thermischen Belastung zu erhalten. Ebenso lassen sich Temperaturprofile über eine lange Zeitperiode aufnehmen.

12 Tipps, die beim Kauf einer Infrarotkamera / Wärmebildkamera zu beachten sind.

Bei einer Auswahl von Wärmebildkameras, die von extrem günstigen und bedienerfreundlichen Kompaktkameras bis hin zu höchst spezialisierten HD-Kameras für Wissenschaft und Forschung reicht, ist es äußerst schwierig die für seine Anforderungen passende Wärmebildkamera zu finden. In dieser Broschüre geben wir Ihnen weitere nützliche Tipps an die Hand um Ihnen die Auswahl zu erleichtern.

Internet of Things (IoT) - Perfekte Messtechnik / Lösungen für Industrie Automation (Industrie 4.0 (M2M)), Connected Cars (autonomes Fahren (C2X)), Smart Wearables, Smart Home, Smart City usw.

 

12 Tipps die beim Kauf einer Infrarotkamera / Wärmebildkamera zu beachten sind 

Zusätzliche ausführliche und detaillierte Erklärungen zur Thermografie und deren theoretischen Grundlagen finden Sie unter anderen in den Applikationsschriften "LEDs mit einer Wärmebildkamera untersuchen" und "Thermografie bei Board-Designs anwenden".

dataTec-Akademie - Seminare und Veranstaltungen rund um die Messtechnik und Prüftechnik

Mit diesem Überblick zum Thema Wärmebildtechnik möchten wir Ihnen die Möglichkeiten und Vorteile der Thermografie aufzeigen und den Einstieg erleichtern. Nachdem Sie mit unseren Auswahlhilfen und durch die Unterstützung unserer Experten die für Ihre Anforderungen passende Infrarotkamera gefunden haben, lassen wir Sie mit ihren alltäglichen Aufgaben in der thermalen Analyse nicht alleine. Im Rahmen der dataTec-Akademie bietet dataTec ein Thermografie-Seminar mit professioneller Anleitung durch unsere Experten an. Ersparen Sie sich ein mühsames Eigenstudium mit dem Handbuch, sondern werden Sie in kürzester Zeit produktiv durch eine Einweisung mit Ihrer Wärmebildkamera in Theorie und Praxis.

Die Handhabung und Bedienung der Wärmebildkamera, die thermale Analyse der aufgenommenen Bilder und die Dokumentation über Software stehen bei diesem Praxis-Seminar im Vordergrund. Das wichtige Thema Emissionsgrad und das Grundwissen zur Strahlungslehre werden vertieft und die Handhabung in der Praxis erläutert sowie die ersten Berichte mit Auswertung erstellt.

Unsere Spezialisten stehen Ihnen mit Rat und Tat zur Seite, um die für Sie richtige Wärmebildkamera zu finden.

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