Contactloze temperatuurmeting voor elke toepassing

Onderzoek en ontwikkeling, productie of onderhoud - op al deze gebieden worden temperaturen contactloos gemeten, meestal met behulp van infraroodtechnologie voor temperatuurmeting. Daarbij moet de gebruiker niet alleen kiezen tussen pyrometer of infraroodcamera, maar ook rekening houden met talrijke algemene voorwaarden. Optris uit Berlijn helpt: niet alleen met een uitgebreid productassortiment, maar ook met knowhow.

Temperatuur is een grootheid die in de industrie tot de grootheden behoort die het vaakst moet worden gemeten. Dat gaat vaak op de klassieke wijze met bijvoorbeeld een platina-weerstandsthermometer (Pt-temperatuursensor). Voorwaarde is dan wel dat thermometer en medium met elkaar in contact staan. De methode is daarom niet altijd bruikbaar. Denk bijvoorbeeld aan gevoelige oppervlakken, bewegende objecten of wanneer op basis van de geometrie geen direct contact mogelijk is. De methode is bovendien relatief langzaam, omdat het tot een thermisch evenwicht moet komen tussen thermometer en meetobject.

Temperatuur meten met infraroodstraling

Een methode om tempratuur contactloos te meten, maakt gebruik van de infraroodstraling die elk object uitzendt. Max Planck heeft de spectrale verdeling van deze elektromagnetische straling, die van de temperatuur van het object afhangt, in 1900 in de naar hem vernoemde stralingswet beschreven. Tot een temperatuur van 3000 K ligt het maximum van het uitgestraalde spectrum in het infraroodbereik. De stralingswet van Planck geldt echter alleen voor ideale zwarte stralers. De werkelijk uitgestraalde stralingsenergie hangt ook af van de emissiegraad, die weer afhangt van het materiaal, de oppervlakte-eigenschappen van het lichaam, de temperatuur en de golflengte. Indien infraroodstraling wordt gebruikt voor temperatuurmeting, moet de meting eventueel worden gecorrigeerd door de emissiegraad.

Overzicht van detectortypes

Er zijn verschillende soorten detectoren die infraroodstraling gebruiken om de temperatuur van een lichaam te bepalen. De thermozuil is gebaseerd op het thermo-elektrisch effect. Hierbij wordt, bij verwarming, een spanning opgewekt op het verbindingspunt van twee metalen. Thermokoppels voor contacttemperatuurmeting zijn ook op dit effect gebaseerd. Daarom worden overeenkomstige detectoren waarbij de verwarming wordt veroorzaakt door infrarode straling stralingsthermokoppels genoemd. Een veelgebruikte combinatie van materialen in thermozuilen is bismut en antimoon.
In de pyro-elektrische detector bestaat het stralingsgevoelige element uit een pyro-elektrisch materiaal met twee opgedampte elektroden. Het pyro-elektrisch effect genereert een oppervlaktelading die door een voorversterker wordt omgezet in een bruikbaar elektrisch signaal. Aangezien dit detectorelement niet continu kan meten, moet de bestraling regelmatig worden onderbroken met een chopper. De frequentieselectieve versterking die hierdoor mogelijk wordt, zorgt voor een goede signaal-ruisverhouding.
Een ander type detector is de bolometer, gebaseerd op de temperatuurafhankelijkheid van een weerstand. Een signaalspanning die over de bolometerweerstand valt, verandert wanneer infrarode straling wordt geabsorbeerd. De gevoeligheid van dit type detector is bijzonder hoog wanneer een materiaal met een hoge temperatuurcoëfficiënt wordt gebruikt. Warmtebeeldcamera's die de temperatuur met een ruimtelijke resolutie meten en zo een warmtebeeld kunnen produceren, zijn meestal gebaseerd op bolometrische detectoren.

‘Made in Germany'

Bij de keuze van contactloze temperatuurmetingstechnologie moet met veel basisvoorwaarden rekening worden gehouden. Afhankelijk van de eisen moet de gebruiker eerst beslissen of hij de temperatuur slechts op één punt wil meten of dat de temperatuurverdeling op het object relevant is. Eerstgenoemde is geschikt als de temperatuur over het oppervlak homogeen is of als er geen plaatsafhankelijke temperatuurinformatie nodig is.
Temperatuursensoren die slechts op één punt een temperatuur kunnen meten, worden ook pyrometers genoemd. Een infrarood- of warmtebeeldcamera daarentegen geeft meer informatie en kan bijvoorbeeld ook het warmste of koudste punt binnen het meetveld bepalen. De temperatuurverdeling binnen het meetveld wordt gewoonlijk weergegeven in een vals kleurenbeeld. Een infraroodcamera is echter complexer en genereert een zeer grote hoeveelheid gegevens die afhankelijk van de toepassing moeten worden verwerkt en opgeslagen.
Optris is actief op het gebied van infrarood temperatuurmetingstechnologie. "Ons assortiment omvat zowel vaste als draagbare industriële thermometers en compacte infraroodcamera's. Dit brede productassortiment geeft ons een uniek verkoopargument", zegt Dr.-Ing. Ulrich Kienitz, ceo van Optris. Het bedrijf biedt hoge kwaliteit ‘Made in Germany'. Een groot deel van de producten is gebaseerd op componenten uit de halfgeleiderindustrie, die in grote hoeveelheden en tegen lage kosten kunnen worden geproduceerd. Het productassortiment wordt gecompleteerd door accessoires zoals bevestigingen, gekoelde behuizingen en ververwisselbare optieken.

Online configurator

Infrarood temperatuurmetingstechnologie is een relatief complexe meetmethode waarbij met veel algemene voorwaarden rekening moet worden gehouden. Zo gebruiken infraroodsensoren verschillende golflengtebereiken van het infraroodspectrum, afhankelijk van het te meten temperatuurbereik. Ook belangrijk is de optiek, die in het geval van pyrometers de maximale afstand tussen de sensor en het gemeten object bij een bepaalde objectgrootte bepaalt. Op de Optris website zijn online configuratoren beschikbaar om te helpen bij de keuze van het juiste product. Zo kunnen de parameters materiaal, temperatuurbereik, afstand tot het voorwerp en grootte van de meetspot worden ingevoerd om de pyrometer te selecteren. De configurator toont dan de mogelijke producten. Met de spotcalculator kan de grootte van de spot worden bepaald voor een bepaalde pyrometer en afstand. Een soortgelijke configurator is ook beschikbaar voor infraroodcamera's. Bovendien is hier een optiekcalculator beschikbaar, waarmee de lens voor de camera kan worden gekozen. Na het invoeren van de afstand en het selecteren van een lens berekent de calculator de exacte afmetingen van het meetveld en de pixelgrootte.
Optris' application engineers ondersteunen klanten die meer advies nodig hebben. Bovendien organiseert het bedrijf workshops over infrarood temperatuurmetingstechnologie, waarin de basisprincipes van contactloze temperatuurmeting duidelijk worden uitgelegd. 

Bron: JOPOS Techniek