Schritte zur Auswahl einer Wärmebildkamera, Anforderungstabelle nach Berufen

Die für berührungslose Temperaturmessungen geeigneten thermografischen Geräte (Infrarotkameras mit thermometrischen Fähigkeiten) haben in den letzten Jahren eine rasante Entwicklung durchgemacht. Wenn man bedenkt, dass diese Geräte erst vor 50 Jahren auf den Markt kamen, heute jedoch zu einem der bekanntesten und vielseitigsten Prüfgeräte herangewachsen sind, sollte man sich nicht über die Vielfalt des Angebots (Hersteller, Typen) wundern. Für einen Kunden, der den Kauf einer Wärmebildkamera plant, ist es daher nicht mehr der Mangel an Typen, die seinen Anforderungen entsprechen, sondern die Unübersichtlichkeit des riesigen Angebots, die ein Problem darstellt. Es ist also an der Zeit, die Entwicklung und Typen dieser Geräte fachlich zu überblicken und ihr aktuelles Angebot anhand einiger wichtiger technischer Parameter zu ordnen. Denn: Die in den Kameras verwendete Messtechnologie und das verfügbare Zubehör bestimmen den Anwendungsbereich des Geräts sowie die zu erwartende Messgenauigkeit und die Qualität des Wärmebildes.

Schritte zur Auswahl einer Wärmebildkamera

Die Reihenfolge der Auswahlkriterien für die Auswahl einer Wärmebildkamera, die den konkreten thermografischen Messanforderungen entspricht, basiert auf dem aktuellen Angebot an Wärmebildkameras wie folgt:

0) stationär oder mobil?

Stationäre Wärmebildkamera nicht geeignet für: - Messungen aus der Hand, da sie weder über einen Akku noch über Bedienelemente oder ein eigenes Display verfügt (das ständige Anschließen an ein Notebook ist in keiner Weise praktisch) Tragbare Wärmebildkamera nicht geeignet für: - Aufgaben, bei denen die Kühlung/Heizung, Feuchtigkeits- und Staubdichtigkeit der Wärmebildkamera erforderlich ist, da solche Schutzhüllen typischerweise nur für stationäre Typen erhältlich sind

1) Wellenlängenbereich

Langer Wellenlängenbereich nicht geeignet für: - Messung von Objekten mit hoher Emissionsrate im mittleren Wellenlängenbereich - wenn zwischen dem Objekt und der Wärmebildkamera Glas (oder ein anderes Material, das lange Wellenlängen nicht durchlässt) vorhanden ist Mittlerer Wellenlängenbereich nicht geeignet für: - Messung von niedrig temperierten Objekten - Messungen aus großen Entfernungen (mehrere 10 m) - Messung von Objekten mit akzeptabler Emissionsrate im langen Wellenlängenbereich - wenn zwischen dem Objekt und der Wärmebildkamera Materialien mit mittleren Wellenlängen vorhanden sind, die keine Durchlässigkeit aufweisen

2) Detektortechnologie

Kriterien: Wellenlänge, Bildwiederholfrequenz - Bolometer/Mikrobolometer-Detektor anwendbar, wenn: - ein Gerät im langen Wellenlängenbereich benötigt wird und - eine Bildwiederholfrequenz von maximal 50/120 Hz (bzw. bei speziellen Wärmebildkameras maximal 240 Hz) ausreicht (Anmerkung: Bei freihändiger Verwendung einer Wärmebildkamera beträgt die minimal erforderliche Bildwiederholfrequenz 50 Hz, um Probleme durch Bewegungen zu vermeiden) - Verwendung von Fotondetektoren erforderlich, wenn: - Messungen im mittleren Wellenlängenbereich durchgeführt werden müssen (z. B. durch Glas) oder - eine Bildwiederholfrequenz von über 50/120 Hz (bzw. in Ausnahmefällen 240 Hz) erforderlich ist (Anmerkung: Fotondetektoren sind wesentlich teurer als Bolometer, erfordern zudem Kühlung, was je nach Technologie eine Lebensdauerbegrenzung darstellt.)

3) Thermische Auflösung

Je nach Aufgabe zu berücksichtigende - bei der Überwachung von Kesseln und Öfen, Zustandsüberwachung von Maschinen oder elektrischen Anlagen nicht kritisch, da Fehlerstellen/thermische Phänomene mit großen Temperaturunterschieden einhergehen - bei der Suche nach Feuchtigkeit/Lecks; wichtig bei der Bewertung von Wärmedämmungen, feuerfesten Auskleidungen (Abnutzung) - bei biologischen oder Materialprüfungen ist dieser Parameter in der Regel der wichtigste (Anmerkung: Mit der Verbesserung der thermischen Auflösung erhalten wir ein schärferes, klareres und erkennbareres Wärmebild. Bei der Gebäudethermografie hängt es von der thermischen Auflösung ab, wie viele Tage/welche Temperaturunterschiede zwischen Innen- und Außenbereich für die Verwendung der Wärmebildkamera geeignet sind - dies ist einer der wichtigsten Renditefaktoren.)

4) Temperaturmessbereich

Je nach Aufgabe zu berücksichtigende - besonders wichtig bei der Messung von niedrigen Temperaturen

5) Anzahl der Bildpunkte

- absolutes Minimum: 160 x 120 Bildpunkte (mit weniger Pixeln ist eine effektive Arbeit kaum möglich) - empfohlenes Minimum: 256 x 256 oder 320 x 240 Bildpunkte - wirtschaftlich: 384 x 288 Bildpunkte - professionell: 640 x 480 oder 640 x 512 Bildpunkte - aktueller Höchststand: 1024 x 768 Bildpunkte - günstige Lösung: Vervierfachung der Bildpunkte mit Microscan (bis zu 1280 x 960 oder 2048 x 1536 Bildpunkte) (kann mit und ohne Stativ verwendet werden; keine interpolierende Berechnung, sondern echte Messpunkte) (Anmerkung: Je mehr Bildpunkte die Kamera hat, desto mehr Details werden im Bild erkennbar oder desto größere Objekte (Anlagen) können bei angemessener (bewertbarer) Auflösung gleichzeitig untersucht werden.)

6) Geometrische Auflösung

- spezifisch für die Aufgabe zu berücksichtigen - bei verschiedenen Aufgaben sollte idealerweise eine Wärmebildkamera mit austauschbarer Objektiv gewählt werden, um stets die geeignete geometrische Auflösung zur Verfügung zu haben - vorteilhafte Lösung ohne austauschbares Objektiv: Vervierfachung der Pixel mit der Microscan-Methode, wodurch die geometrische Auflösung auf 2/3 des für denselben Detektor/Objektiv-Setup spezifizierten Werts verbessert wird

7) Spezielle Fähigkeiten - schnelle interne Speicherung von Wärmereihen ohne PC - Fernsteuerung, Live-Datenübertragung - Wechselobjektive, spezielle Filter

Auswahlkriterien für die Aufgaben-spezifische Auswahl von Thermografiegeräten

Fachgebiet	Spektralbereich	Technologie	Kalibrierbereich	Pixelformat	Geometrische Auflösung	Temperaturauflösung	Bildaufnahmefrequenz	Empfohlene Funktionen/Zubehör
Gebäudethermografie	8...12 µm	Bolometer (Photonendetektor ebenfalls gut, aber teuer)	min. -20°C ... 100°C besser ab -40°C (obere Grenze ungefähr)	min. 320x240 besser 384x288 empfohlen 640x480 Spitze 1024x768	min. 1,5 mrad besser 1 mrad + Teleobjektiv	min. 80 mK besser 50 mK am besten 30 mK (30mK: Messungen über mehrere Tage möglich = bessere Rückverfolgung)	manuelle Aufnahme: min. 50 Hz	- wählbare Farbskala - Autofokus - Teleobjektiv - Weitwinkelobjektiv
Messung elektrischer Anlagen	8...12 µm	Bolometer (Photonendetektor ebenfalls gut, aber teuer)	min. -0°C ... 150°C besser -20°C ... 250°C	min. 160x120 besser 320x240 empfohlen 384x288 oder 640x480 Spitze 1024x768	min 2 mrad besser 1,5 mrad am besten 1 mrad	min. 120 mK besser 80 mK am besten 50 mK	manuelle Aufnahme: min. 50 Hz	- wählbare Farbskala - Autofokus - Digitalkamera - Kompositbildgebung - digitale Tonaufzeichnung
Messung von Maschinenanlagen	8...12 µm	Bolometer (Photonendetektor für bewegte Objekte, schnelle Prozesse)	min. -20°C ... 250°C besser -40°C ... 400°C	min. 160x120 besser 320x240 empfohlen 384x288 oder 640x480 Spitze 1024x768	min 2 mrad besser 1,5 mrad	min. 120 mK besser 80 mK am besten 50 mK	manuelle Aufnahme: min. 50 Hz bewegte Objekte: >>50 Hz	- wählbare Farbskala - Autofokus - Serienaufnahme - Differenzaufnahme - Digitalkamera - Kompositbildgebung - digitale Tonaufzeichnung
Medizinische (biologische) Messungen	8...12 µm	Bolometer (Photonendetektor ebenfalls gut, aber teuer)	min. -20°C ... 50°C besser ab -40°C (obere Grenze ungefähr)	min. 320x240 besser 384x288 empfohlen 640x480 Spitze 1024x768	min. 1,5 mrad besser 1 mrad	min. 50 mK besser 30 mK am besten 10 mK	manuelle Aufnahme: min. 50 Hz	- wählbare Farbskala - Autofokus - Serienaufnahme - Differenzaufnahme - hohe Bildhomogenität - Kompositbildgebung
Messungen im Zusammenhang mit Glas	3...5 µm (8...12 µm nur für Glasoberflächen) - wählbare Farbskala - Autofokus - Serienaufnahme - Differenzaufnahme - spezielle Filter - Makroobjektive - Mikroskopobjektive - Schutzfenster
Mikroelektronikmessungen	8...12 µm (3...5 µm auch gut, aber teuer)	Bolometer (Photonendetektor für schnelle thermische Prozesse)	min. -0°C ... 150°C besser -20°C ... 250°C	min. 320x240 besser 384x288 empfohlen 640x480 Spitze 1024x768	min. 1,5 mrad empfohlen 1 mrad besser 0,7 mrad +spezielle Linsen	120 mK besser 80 mK am besten 50 mK	> 2 x Prozessfrequenz (min. 50 Hz)	- wählbare Farbskala - Autofokus - Serienaufnahme - Differenzaufnahme - Makroobjektive - Mikroskopobjektive - Pixelweise Emissionskorrektur - schnelle Wärmebildaufnahme
Messungen in der Metallurgie	8...12 µm oder 3...5 µm	Bolometer oder Photonendetektor	min. 300°C ... 1200°C besser 0 ... 2000°C	min. 160x120 besser 320x240 empfohlen 384x288 oder 640x480 Spitze 1024x768	min. 2 mrad besser 1,5 mrad	120 mK besser 80 mK	manuelle Aufnahme: min. 50 Hz	- wählbare Farbskala - Autofokus - Serienaufnahme - Differenzaufnahme - digitale Videokamera - Kompositbildgebung - Teleobjektiv - Schutzfenster - zusätzliche Kühlung - spezielle Filter
Messungen von industriellen Wärmedämmungen	8...12 µm	Bolometer (Photonendetektor auch gut, aber teuer)	min. -20°C ... 300°C besser -40°C ... 600°C	min. 320x240 besser 384x288 empfohlen 640x480 Spitze 1024x768	min. 1,5 mrad besser 1 mrad	120 mK besser 80 mK am besten 50 mK	manuelle Aufnahme: min. 50 Hz	- wählbare Farbskala - Autofokus - Serienaufnahme - Differenzaufnahme - digitale Videokamera - Kompositbildgebung - digitale Tonaufnahme
Messungen von elektrischen Leitungen	8...12 µm	Bolometer (Photonendetektor auch gut, aber teuer)	min. -20°C ... 120°C besser -40°C ... 300°C	min. 320x240 besser 384x288 empfohlen 640x480 Spitze 1024x768	min. 0,3 mrad empf. 0,2 mrad besser 0,1 mrad	120 mK besser 80 mK am besten 50 mK	manuelle Aufnahme: min. 50 Hz	- wählbare Farbskala - Autofokus - "großes" Teleobjektiv - digitale Videokamera - Kompositbildgebung - digitale Tonaufnahme - Verwaltung von GPS-Daten