Eric Rahne - Thermografie

1 Cover

2 Titelseite Eric Rahne

3 Impressum Autor Dipl. Ing. Eric Rahne Alle Bücher von WILEY-VCH werden sorgfältig erarbeitet. Dennoch übernehmen Autoren, Herausgeber und Verlag in keinem Fall, einschließlich des vorliegenden Werkes, für die Richtigkeit von Angaben, Hinweisen und Ratschlägen sowie für eventuelle Druckfehler irgendeine Haftung. Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.d-nb.de abrufbar. © 2022 Ernst & Sohn GmbH, Boschstr. 12, 69469 Weinheim, Germany Alle Rechte, insbesondere die der Übersetzung in andere Sprachen, vorbehalten. Kein Teil dieses Buches darf ohne schriftliche Genehmigung des Verlages in irgendeiner Form – durch Photokopie, Mikroverfilmung oder irgendein anderes Verfahren – reproduziert oder in eine von Maschinen, insbesondere von Datenverarbeitungsmaschinen, verwendbare Sprache übertragen oder übersetzt werden. Die Wiedergabe von Warenbezeichnungen, Handelsnamen oder sonstigen Kennzeichen in diesem Buch berechtigt nicht zu der Annahme, dass diese von jedermann frei benutzt werden dürfen. Vielmehr kann es sich auch dann um eingetragene Warenzeichen oder sonstige gesetzlich geschützte Kennzeichen handeln, wenn sie nicht eigens als solche markiert sind. Print ISBN 978-3-527-41371-3 ePDF ISBN 978-3-527-82071-9 ePub ISBN 978-3-527-82073-3 oBook ISBN 978-3-433-82074-0 Umschlaggestaltung Adam-Design Titelseitengrafik Eric Rahne Gedruckt auf säurefreiem Papier. 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

4 Vorwort

5 1. Physikalische Grundlagen1.1. Wärmelehre, Thermodynamik 1.2. Eigenschaften des idealen Strahlers 1.3. Fotometrisches Grundgesetz 1.4. Tatsächliche Messbedingungen und Besonderheiten 1.5. Pyrometrische (thermografische) Grundgleichung

6 2. Messtechnische Betrachtung2.1. Optische Gesetze 2.2. Signalverarbeitung, Signaldigitalisierung

7 3. Aufbau und Eigenschaften von Strahlungsthermometern 3.1. Infrarot-Thermometer und Pyrometer 3.2. Thermografische Systeme - bildgebende Infrarot-Thermometer 3.3. Entwicklungsgeschichte der thermografischen Systeme 3.4. Aktuelle Entwicklungs- und Markttendenzen 3.5. Auswahl thermografischer Systeme - Schritt für Schritt 3.6. Aufgabenspezifische Auswahlaspekte für Thermografiesysteme

8 4. Praxis der Thermografie4.1. Übersicht der messtechnischen Probleme 4.2. Quantitative Bewertung der Messfehler 4.3. Bestimmung der strahlungsphysikalischen Faktoren 4.4. Farbskalen für thermografische Darstellungen 4.5. Wärmebildauswertung (passive Thermografie) 4.6. Kategorien der thermografischen Anwendungen 4.7. Kategorisierung der Anwendungen nach Fachgebieten

9 5. Praxisanwendungen der Thermografie im Detail 5.1. Thermografie an Gebäuden und Haustechnik 5.2. Thermografie an elektrischen Geräten und Anlagen 5.3. Unterstützung der Maschinenwartung durch Thermografie 5.4. Untersuchung von Industrieanlagen und Wärmedämmungen 5.5. Thermografie im Hüttenwesen und in der Metallverarbeitung 5.6. Thermografische Messungen in der Kunststoffindustrie 5.7. Thermografische Messungen an und durch Glas 5.8. Thermografieanwendungen in der Elektronikindustrie 5.9. Inspektion von Solaranlagen, Photovoltaik-Kraftwerken 5.10. Zerstörungsfreie Materialprüfung mittels aktiver Thermografie 5.11. Produktkontrolle, Prozessautomatisierung 5.12. Forschung und Entwicklung 5.13. Anwendung der Infrarotdetektion ohne Temperaturmessung

10 6. Fachliche Aus- und Weiterbildung, Normen und Richtlinien6.1. Grundlagen, Aus- und Weiterbildung 6.2. Europäische Normen, Empfehlungen und Richtlinien

11 Anhang

12 Emissionsgradtabellen

13 Literaturverzeichnis

14 Verzeichnis der Abbildungen

15 Verzeichnis der Abbildungsquellen

16 Verzeichnis der Tabellen und derer Quellen

17 Verzeichnis der in den Gleichungen verwendeten Symbole

18 Sachwortverzeichnis

19 Endbenutzer-Lizenzvereinbarung

1 Kapitel 1 Abb. 1: Atommodell von Bohr Abb. 2: Niels Henrik David Bohr (1885 - 1962) Dänischer Physiker und Nobel-Preis... Abb. 3 Erklärung der Strahlungsaufnahme und -abgabe mittels des Atommodells von ... Abb. 4: „Traditionelle” Aggregatzustände, Phasen und Übergänge Abb. 5: Wärmeenergiebilanz für die Erwärmung von 1 kg Wasser Abb. 6: Rudolf Julius Emanuel Clausius deutscher Physiker und Mathematiker (1822... Abb. 7: Formen der Wärmeübertragung: Wärmeleitung, Konvektion und Wärmestrahlung Abb. 8: Jean Baptiste Joseph Fourier (1768 - 1830), französischer Mathematiker u... Abb. 9: stationäre Wärmeleitung in homogener Wand Abb. 10: stationäre Wärmeleitung in mehrschichtigen Wänden Abb. 11: Sir Isaac Newton, englischer Physiker, Astronom, Philosoph, Alchimist, ... Abb. 12: Konvektion bei freier Strömung Abb. 13: Jožef Stefan, österreichischer Physiker (slowenische Nationalität) (183... Abb. 14: Ludwig Boltzmann, österreichischer Physiker und Philosoph (1844 - 1906)... Abb. 15: physikalisches Prinzip des Hohlraumstrahlers als „schwarzer Strahler” Abb. 16: möglicher Aufbau eines Hohlraumstrahlers Abb. 17: Schnittdarstellung des Hochtemperatur-Kalibrierstrahlers BB3200pg (erst... Abb. 18: Max Karl Ernst Ludwig Planck deutscher Physiker, Nobel-Preisträger für ... Abb. 19: Plancksche Strahlungsspektren für ideale Strahler bei verschiedenen Tem... Abb. 20: Wilhelm Carl Werner Otto Fritz Franz Wien deutscher Physiker, Nobel-Pre... Abb. 21: Lambertscher Strahler Abb. 22: Johann Heinrich Lambert, schweizer Mathematiker, Philosoph und Schrifts... Abb. 23: Raumwinkel Abb. 24: Strahlstärke Abb. 25: spezifische Ausstrahlung Eric Rahne: Thermografie - Theorie, Messtechni... Abb. 26: Strahldichte (raumwinkelbezogener Wärmestrom) Abb. 27: Anordnung von Sender und Empfänger Abb. 28 und 29: Betrachtung einer durch Taschenlampe beleuchteten Kreisfläche mi... Abb. 30: Betrachtung einer durch Taschenlampe beleuchteten Kreisfläche mittels e... Abb. 31: Messanordnung der berührungslosen Temperaturmessung (Thermografie) Abb. 32: spektrale spezifische Ausstrahlung verschiedener Strahler als Funktion ... Abb. 33: wellenlängenabhängiger (spektraler) Emissionsgrad verschiedener Strahle... Abb. 34: typische Emissionsgrade realer Strahler in Abhängigkeit von der Wellenl... Abb. 35: spektrale Emissionsgrade einiger Nichtmetalle (mit freundlicher Unterst... Abb. 36: spektrale Emissionsgrade einiger Metalle (mit freundlicher Unterstützun... Abb. 37: spektrale Emissionsgrade verschiedener Aluminiumoberflächen (unterschie... Abb. 38: Arten der Reflexion Abb. 39: Erhöhung der Absorption (links) und der Emission (rechts) bei rauen Obe... Abb. 40: Abhängigkeit des Emissionsgrades von der Körpertemperatur bei Metallen ... Abb. 41: Abhängigkeit des Emissionsgrades vom Betrachtungswinkel bei Nichtmetall... Abb. 42: Abhängigkeit des Emissionsgrades vom Betrachtungswinkel bei Metallen (e... Abb. 43: scheinbarer Emissionsgrad in Abhängigkeit von Bohrlochtiefe/Durchmesser... Abb. 44: Zusammenhang zwischen dem Verhältnis Bohrlochtiefe zu Durchmesser und e... Abb. 45: Gustav Kirchhoff, deutscher Physiker (1824 - 1887) (Wikipedia, gemeinfr... Abb. 46: spektrale strahlungsphysikalische Eigenschaften von Fensterglas (Quarzg... Abb. 47: spektrale Transmission der Atmosphäre (1 ... 500 m, 25 °C, 1013 mbar, 8... Abb. 48: spektrale Absorption der Hauptbestandteile der Atmosphäre (>100 m, 25 °... Abb. 49: Darstellung der atmosphärischen Fenster im infraroten Strahlungsspektru... Abb. 50: detektierbarer Strahlungsfluss bei Begrenzung der Wellenlängenbereiche ... Abb. 51: Zusammensetzung der gemessenen Strahlung Φ maus Teilstrahlungen

2 Kapitel 2 Abb. 52: Johann Carl Friedrich Gauß (1777 - 1855), deutscher Mathematiker, Astro.