Günstige Tricks zur Erhöhung des IR-Emissionsgrades

Klebeband und Lacke

Saubere, rostfreie und blanke Metalloberflächen haben einen relativ niedrigen Emissionsgrad. Dieser ist so niedrig, dass die Objekte mit einer Wärmebildkamera nur schwer zu messen sind. In der industriellen Forschung und Entwicklung begegnen wir in diversen Anwendungsbereichen, insbesondere in der Elektrik, zahlreichen Messobjekten mit niedrigem Emissionsgrad. Um hier eine zuverlässige Messung zu gewährleisten, muss man den Emissionsgrad dieser Objekte erhöhen.
Um Wärmebilder richtig zu interpretieren, muss man wissen, wie unterschiedliche Materialien und Bedingungen die Temperaturmesswerte der Wärmebildkamera beeinflussen. Der Emissionsgrad gibt an, wie viel Infrarotstrahlung ein Körper im Vergleich zu einem idealen Wärmestrahler (einem sog. schwarzen Körper mit einem Emissionsgrad von eins) abgeben kann. Bei den realen Objekten, die in der Regel gemessen werden, handelt es sich nicht um ideale Wärmestrahler. Ihr Emissionsgrad liegt unter eins. Bei diesen Objekten ergibt sich die gemessene Temperatur aus einer Kombination von emittierter, transmittierter und reflektierter Strahlung. Die korrekte Einstellung der Wärmebildkamera auf den jeweiligen Emissionsgrad ist wichtig, um die Temperaturmessungen nicht zu verfälschen. Die Flir-Wärmebildkameras verfügen daher über vorkonfigurierte Emissionsgradeinstellungen für die unterschiedlichsten Materialien. Werte, die nicht bereits voreingestellt sind, befinden sich in einer Emissionsgrad-Tabelle. Der Emissionsgrad sowie der Reflexionsgrad und die thermische Leitfähigkeit eines Messobjekts hängen entscheidend von den Materialeigenschaften ab. Die meisten Nichtmetalle haben einen Emissionsgrad von ca. 0,9, d.h. dass 90% der gemessenen Strahlung aus der emittierten Strahlung des Messobjekts herrühren. Die meisten polierten Metalle weisen einen Emissionsgrad von ca. 0,05 bis 0,1 auf. Der Emissionsgrad von angelaufenen, oxidierten oder anderweitig durch Korrosion beeinträchtigten Metallen liegt zwischen 0,3 und 0,9, je nach Ausmaß der Oxidation bzw. Korrosion. Werkstoffe mit einem Emissionsgrad unter 0,7 sind schwierig zu messen. Liegt der Wert gar unter 0,2, ist eine Messung nahezu unmöglich, sofern der Emissionsgrad nicht auf die eine oder andere Weise erhöht wird. Glücklicherweise existieren kostengünstige Möglichkeiten zum Ausgleich eines niedrigen Emissionsgrades bei Messobjekten. Diese Verfahren reduzieren den Reflexionsgrad des Objekts und verbessern die Messgenauigkeit.

Elektro-Klebeband

Die meisten qualitativ hochwertigen Elektro-Klebebänder haben einen Emissionsgrad von 0,95. Insbesondere bei Kameras mit mittlerer Wellenlänge (3 bis 5µm) ist darauf zu achten, dass das Klebeband undurchsichtig ist. Einige Vinyl-Klebebänder sind so dünn, dass eine gewisse Infrarot-Transmission erfolgt. Sie sind folglich nicht geeignet für den Einsatz als Beschichtung mit hohem Emissionsgrad. Das schwarze Vinyl-Elektro-Klebeband ScotchTM Brand 88 weist sowohl bei kurzen Wellenlängen (3 bis 5µm) als auch bei langen Wellenlängen (8 bis 12µm) einen Emissionsgrad von 0,96 auf und wird deshalb empfohlen.

Lacke und Beschichtungen

Die meisten Lacke haben einen Emissionsgrad von ca.0,9 bis 0,95. Lacke auf Metallbasis weisen einen niedrigen Emissionsgrad auf und sind somit nicht zu empfehlen. Die Farbe des Lacks ist nicht die ausschlaggebende Variable für seinen Infrarot-Emissionsgrad. Wichtiger als die Farbe des Lacks ist seine Mattheit. So sind Mattlacke Glanzlacken vorzuziehen. Wichtig ist auch, dass die Beschichtung so dick sein muss, dass sie undurchsichtig ist. In der Regel genügen zwei Schichten. Klebeband eignet sich gut für kleine Flächen. Bei größeren Flächen ist ein Lackauftrag die bessere Lösung, allerdings ist diese Beschichtung dauerhaft. In Fällen, in denen Klebeband nicht geeignet ist und größere Flächen mit einer wieder entfernbaren Beschichtung zu versehen sind, können Pulversuspensionen in Pasten- oder Sprayform gute Dienste leisten. Entwickler für Farbeindringmittel oder SchollTM-Fußspraypulver sind zwei Beispiele hierfür. Der Emissionsgrad dieser Pulver liegt bei ca. 0,9 bis 0,95, sofern sie ausreichend dick aufgetragen werden, um undurchsichtig zu sein.

Weiße Korrekturflüssigkeit

Weiße Korrekturflüssigkeit eignet sich hervorragend zur Erhöhung des Emissionsgrads einer Oberfläche. Anders als Klebeband, das auf kleinen Flächen nicht haftet, kann dieses Verfahren selbst bei den kleinsten elektrischen Bauteilen angewandt werden. Die Korrekturflüssigkeit lässt sich mit einer kleinen Bürste und Alkohol abwaschen. Der Emissionsgrad der Korrekturflüssigkeit liegt im Falle einer LW-Kamera bei ca. 0,95 bis 0,96.

Weitere Empfehlungen

Da viele der Messobjekte unter Strom stehen, ist stets mit größter Vorsicht vorzugehen. Dies bedeutet, dass die Beschichtung nur bei ausgeschalteter Spannung und unter Verwendung von zugelassenem Beschichtungsmaterial aufzutragen ist, um nach dem Einschalten einen ordnungsgemäßen Betrieb zu gewährleisten. Vergewissern Sie sich, dass die Beschichtung eine ausreichend große Fläche abdeckt. Prüfen Sie das für die Messung relevante Abstand/Ziel-Verhältnis Ihrer Kamera und den Mindestabstand, den Sie sicherheitshalber für den Betrieb einhalten müssen. So kann z.B. eine Kamera mit einem Abstand/Ziel- Verhältnis von 250:1 ein Objekt mit einer Größe von 1cm aus einer Entfernung von maximal 250cm messen. Für Anwendungen im höheren Temperaturbereich sollten hitzebeständige Lacke wie Motor- oder Grilllack verwendet werden. Klebebänder und Pulver eignen sich nur für einen begrenzten Temperaturbereich. So kann bei Anwendungen in der Elektrik das Schmelzen des Klebebandes erhebliche Schäden verursachen.

Feststellung des Emissionsgrades

Der Emissionsgrad muss bekannt sein, um eine korrekte Temperaturauswertung auf Grundlage der gemessenen Strahlung durchzuführen. In Tabellen aufgeführte Emissionsgrade sind jedoch stets mit Vorsicht zu genießen. In vielen Fällen ist nicht eindeutig, in welchem Wellenlängenbereich der angegebene Emissionsgrad zutrifft. Emissionsgrade ändern sich je nach Wellenlänge. Außerdem können die Oberflächenbeschaffenheit, Struktur und Form des Materials den Emissionsgrad entscheidend beeinflussen. Anhand des folgenden Beispiels lässt sich nachvollziehen, wie sich der Unsicherheitsfaktor hinsichtlich des Emissionsgrads auf die Messgenauigkeit auswirkt: Gehen wir von einer Emissionsgradunsicherheit des Objekts von ±0,05 aus. Bei einem Emissionsgrad von 0,95 entspräche dies einer möglichen Abweichung von 5% (0,05/0,95). Bei einem Werkstoff wie glänzendem Kupfer mit einem Emissionsgrad von 0,05 läge die mögliche Abweichung somit bei 100% (0,05/0,05). Diese Abweichungen schlagen sich in der Berechnung der Temperatur nieder und erhöhen folglich die Fehlerrate in der Temperaturmessung. Aufgrund dieser Zusammenhänge raten wir von einer Temperaturmessung von Objekten mit einem Emissionsgrad unter ca. 0,5 ab. Beschichten Sie stattdessen das Objekt mit einem Material mit hohem Emissionsgrad.