Labor für bauphysikalische Messungen und Materialuntersuchungen Infrarot-Thermografie

Vertiefende Grundlagen

Misst man die von einem Oberflächenelement emittierte flächenspezifische Ausstrahlung, so lässt sich daraus die Temperatur der Oberfläche berechnen. Dieses Verfahren wird in Thermografiekameras angewendet. Dabei setzen die Kameras Detektorelemente ein, die nur in einem beschränkten Wellenlängenintervall (i.a. 3-5 µm oder 8-13 µm) Strahlung registrieren. In diesen Bereichen können die Einflüsse, die der Weg der Strahlung durch die Atmosphäre vom Sender zum Empfänger ausübt, vernachlässigt werden.

Nur ideale Schwarze Strahler (ss) emittieren gemäß dem Planckschen Strahlungsgesetz. Reale Strahler (real) emittieren nur einen Teil der Temperaturstrahlung des Schwarzen Strahlers. Dieses Verhalten wird durch den Emissionskoeffizienten beschrieben. Die meisten bauthermografisch interessanten Stoffe besitzen einen von der Wellenlänge nahezu unabhängigen Emissionskoeffizienten, der in der Größenordnung von 0,9 liegt. Für die spezifische Abstrahlung gilt:

Sie setzt sich aus drei Anteilen zusammen: ein Teil, der durch den Körper hindurchgeht (Transmission), ein weiterer besteht aus der Umgebungsstrahlung, die am Körper reflektiert wird (Reflektion) und der dritte Teil wird vom Körper selbst aufgrund seiner Temperatur abgestrahlt (Emission). Die Summe von Emissions-, Transmissions- und Reflexionskoeffizient ist Eins. Unter der Annahme, dass die Transmission durch die Wand Null ist, setzt sich die ausgesandte Strahlung aus zwei Anteilen zusammen.

Der erste Term stellt die von der Oberfläche (Temperatur ) ausgesandte Strahlung dar. Die aus der Umgebung (Temperatur ) auf die Wand treffende und von dort reflektierte Strahlung wird durch den zweiten Summanden beschrieben. Empfängerseitig ordnet die Kamera der einfallenden Strahlung eine Temperatur zu. Die wahre Oberflächentemperatur des betrachteten Bauteils lässt sich mit folgender Gleichung berechnen:

Man erkennt, dass zur Bestimmung der Oberflächentemperatur der Emissionswert und die Temperatur der Umgebung bekannt sein müssen. Zur quantitativen Auswertung von Thermografien ist also eine Emissionswert-Korrektur notwendig. Diese kann nachträglich mit der hier beschriebenen Methode und der implementierten Software durchgeführt werden.

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