DE102012025504A1 - Method for determination of emissivity of various materials, involves measuring temperature of measured object simultaneously with thermal image camera and contact temperature sensor, and computing emissivity by data processing - Google Patents

Abstract

The method involves measuring a temperature of a measured object simultaneously with a thermal image camera and a contact temperature sensor. The emissivity is automatically computed by using the measured temperature by data processing. The temperature measurement with the thermal image camera is utilized for computing the emissivity. The emissivity determination and emissivity setting are made continuously. An independent claim is included for a device for a device for determination of emissivity.

Description

Stand der Technik:State of the art:

Die berührungslose Temperaturmessung mit Wärmebildkameras basiert auf der Messung der von einem Messobjekt ausgesandten Wärmestrahlung, welche meist im infraroten Wellenlängenbereich liegt. Wärmebildkameras sind daher Infrarotkameras. Mit Hilfe einer Kalibrierung wird die gemessene Strahlungsintensität in eine absolute Temperatur umgerechnet. Die physikalische Grundlage dazu bildet das Planck'sche Strahlungsgesetz. Aus diesem Naturgesetz ergibt sich jedoch die lineare Abhängigkeit der Strahlungsintensität vom Emissionsgrad. Der Emissionsgrad liegt zwischen 0 und 1. Einen Emissionsgrad von 1 hat der ideale „schwarze Strahler”. Von realen Messobjekten wird dieser jedoch nie erreicht. Bei der Temperaturmessung mit Wärmebildkameras (wie auch mit Pyrometern) muss also der Emissionsgrad berücksichtigt werden, um ein genaues Messergebnis zu erzielen.The non-contact temperature measurement with thermal imaging cameras is based on the measurement of the heat radiation emitted by a measurement object, which is usually in the infrared wavelength range. Thermal cameras are therefore infrared cameras. With the aid of a calibration, the measured radiation intensity is converted into an absolute temperature. The physical basis for this is Planck's law of radiation. However, the linear dependence of the radiation intensity on the emissivity results from this natural law. The emissivity is between 0 and 1. An emissivity of 1 has the ideal "black emitter". However, this is never achieved by real measurement objects. When measuring the temperature with thermal imaging cameras (as well as with pyrometers), the emissivity must be taken into account in order to obtain an accurate measurement result.

Bei heute verfügbaren Wärmebildkameras muss der Emissionsgrad vom Bediener an der Wärmebildkamera selbst oder in der Software eines an die Wärmebildkamera angeschlossenen Rechners eingegeben werden. Die Emissionsgrade verschiedener Materialien sind in Tabellenform verfügbar, oder müssen vom Bediener selbst bestimmt werden. Eine übliche Methode, dem Emissionsgrad zu bestimmen, ist, die Temperatur des Messobjektes z. B. mit einem berührenden Thermometer (z. B. Einstechfühler, Oberflächensensor, o. ä.) zu messen und den Emissionsgrad an der Wärmebildkamera so lange zu verändern, bis die an Wärmebildkamera und Thermometer angezeigten Temperaturwerte übereinstimmen.For thermal imaging cameras available today, the emissivity must be entered by the operator on the thermal imaging camera itself or in the software of a computer connected to the thermal imaging camera. The emissivities of various materials are available in tabular form, or must be determined by the operator himself. A common way to determine the emissivity, is the temperature of the measurement object z. For example, measure with a touching thermometer (eg, penetration probe, surface sensor, etc.) and change the emissivity of the thermal imager until the temperature values displayed on the thermal imager and thermometer match.

Der Emissionsgrad kann sich während der Temperaturmessung auch verändern, z. B. durch temperaturbedingte chemische Veränderung wie Oxidation. Entsprechend muss der an der Wärmebildkamera oder Software eingestellte Emissionsgrad während der Messung angepasst werden.The emissivity may also change during the temperature measurement, eg. B. by temperature-induced chemical change such as oxidation. Accordingly, the emissivity set on the thermal imager or software must be adjusted during the measurement.

Problem:Problem:

Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, die Emissionsgrad-Bestimmung und -Einstellung zu automatisieren, zu vereinfachen und zu beschleunigen.The indicated in claim 1 invention is based on the problem to automate the emissivity determination and adjustment, simplify and speed up.

Lösung:Solution:

Dieses Problem wird durch die in den Patentansprüchen 1 bis 10 aufgeführten Merkmale gelöst. Die Temperatur eines Messobjektes wird gleichzeitig mit einem berührenden Temperatursensor und mit einer Wärmebildkamera gemessen. Durch Datenverarbeitung der beiden Temperaturwerte erfolgt automatisch die Berechnung des Emissionsgrades. Die Berechnung des Emissionsgrades kann z. B. durch ein iteratives Rechenverfahren erfolgen. Bei diesem wird in mehreren Schritten der in der Wärmebildkamera verwendete Wert für den Emissionsgrad so lange verändert, bis die vom Temperatursensor und von der Wärmebildkamera gemessenen Temperaturwerte übereinstimmen. Die automatische Bestimmung des Emissionsgrades kann zu einem einzigen Zeitpunkt oder auch kontinuierlich erfolgen. Im Allgemeinen wird darauf zu achten sein, dass der Temperatursensor und die Wärmebildkamera die Temperatur an der selben Stelle auf dem Messobjekt messen. Die Wärmebildkamera sollte für die Umsetzung des Verfahrens mit einer Mess-Schnittstelle ausgestattet sein, welche den direkten Anschluss des Temperatursensors (analog oder digital) ermöglicht. Dies ermöglicht die gleichzeitige Erfassung der Temperaturwerte, was bei schnellen thermischen Vorgängen von Vorteil ist, um die systematischen Messfehler klein zu halten. Sofern die Wärmebildkamera an einen Rechner angeschlossen ist und zu diesem die Wärmebilder überträgt, kann die Temperaturberechnung und -Bestimmung des Emissionsgrades auch mit einem Computerprogramm auf dem Rechner (statt in der Wärmebildkamera) erfolgen. Der Temperatursensor kann auch zusätzlich an eine Temperatur-Anzeigegerät angeschlossen sein und somit mit diesem ein Thermometer bilden.This problem is solved by the features listed in the patent claims 1 to 10. The temperature of a measurement object is measured simultaneously with a touching temperature sensor and with a thermal imaging camera. Data processing of the two temperature values automatically results in the calculation of the emissivity. The calculation of the emissivity can z. B. by an iterative calculation. In this case, the emissivity value used in the thermal imager is changed in several steps until the temperature values measured by the temperature sensor and the thermal imager match. The automatic determination of the emissivity can be done at a single time or continuously. In general, it must be ensured that the temperature sensor and the thermal imager measure the temperature at the same point on the measuring object. The thermal imager should be equipped with a measuring interface for the implementation of the method, which allows the direct connection of the temperature sensor (analog or digital). This enables the simultaneous detection of the temperature values, which is advantageous in fast thermal processes in order to keep the systematic measurement errors small. If the thermal imaging camera is connected to a computer and transmits the thermal images to it, the temperature calculation and determination of the emissivity can also be carried out with a computer program on the computer (instead of in the thermal imaging camera). The temperature sensor can also be connected in addition to a temperature indicator and thus form a thermometer with this.

Erreichte Vorteile:Achieved benefits:

Die Automatisierung der Emissionsgradbestimmung macht die manuelle Eingabe durch einen Bediener überflüssig. Eine Vereinfachung liegt darin, dass die Messeinrichtung nur einmal eingestellt werden muss und eine Überwachung des Messvorganges durch einen Bediener nicht erforderlich ist. Durch die Automatisierung ergibt sich ein Geschwindigkeitvorteil bei der Emissionsgrad-Bestimmung gegenüber einer wiederholten, iterativen Eingabe von Werten durch einen Bediener.Automation of emissivity determination eliminates manual operator input. A simplification lies in the fact that the measuring device must be set only once and monitoring of the measuring process by an operator is not required. Automation provides a speed advantage in determining emissivity versus repetitive, iterative input of values by an operator.

Beschreibung eines Ausführungsbeispiels:Description of an embodiment:

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.An embodiment of the invention is illustrated in the drawing and will be described in more detail below.

Es zeigtIt shows

1: Vorrichtung gemäß Patentanspruch 5. Der Temperatursensor und die IR-Kamera erfassen unabhängig die Temperatur des Messobjektes. Der Temperatursensor ist an die Wärmebildkamera angeschlossen. Der vom Temperatursensor erfasste Temperaturwert wird an die Wärmebildkamera übertragen. In der Wärmebildkamera wird der Emissionsgrad des Messobjektes durch Datenverarbeitung automatisch bestimmt und für die Berechnung des Temperaturbildes verwendet. Das Temperaturbild wird zum angeschlossenen Rechner übertragen. 1 : Device according to claim 5. The temperature sensor and the IR camera independently detect the temperature of the measurement object. The temperature sensor is connected to the thermal imager. The temperature value detected by the temperature sensor is transmitted to the thermal imager. In the thermal imaging camera, the emissivity of the measurement object is automatically determined by data processing and used for the calculation of the temperature image. The temperature image is transmitted to the connected computer.

Claims (10)

Verfahren zur Bestimmung des Emissionsgrades, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur eines Messobjektes gleichzeitig mit einer Wärmebildkamera und einem berührenden Temperatursensor gemessen und daraus automatisch durch Datenverarbeitung der Emissionsgrad berechnet wird.Method for determining the emissivity, characterized in that the temperature of a measured object is measured simultaneously with a thermal imaging camera and a contacting temperature sensor, and the emissivity is automatically calculated therefrom by data processing. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der berechnete Emissionsgrad für die Temperaturmessung mit der Wärmebildkamera verwendet wird.Method according to claim 1, characterized in that the calculated emissivity is used for the temperature measurement with the thermal imaging camera. Verfahren nach den Patentansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Emissionsgrad zu einem Zeitpunkt bestimmt wird und dann für die Temperaturmessung mit der Wärmebildkamera als konstanter Wert verwendet wird.A method according to claims 1 and 2, characterized in that the emissivity is determined at a time and then used for the temperature measurement with the thermal imager as a constant value. Verfahren nach den Patentansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Emissionsgrad-Bestimmung und Emissionsgrad-Einstellung in der Wärmebildkamera kontinuierlich erfolgt.Method according to claims 1 and 2, characterized in that the emissivity determination and emissivity adjustment in the thermal imaging camera is continuous. Vorrichtung zur Realisierung des Verfahrens nach den Patentansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor an eine Mess-Schnittstelle in der Wärmebildkamera angeschlossen wird.Device for implementing the method according to claims 1 to 4, characterized in that the temperature sensor is connected to a measuring interface in the thermal imaging camera. Vorrichtung zur Realisierung des Verfahrens nach den Patentansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor an einen Rechner angeschlossen ist.Device for implementing the method according to claims 1 to 4, characterized in that the temperature sensor is connected to a computer. Vorrichtung zur Realisierung des Verfahrens nach den Patentansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebildkamera an einen Rechner angeschlossen ist.Device for implementing the method according to claims 1 to 4, characterized in that the thermal imaging camera is connected to a computer. Vorrichtung zur Realisierung des Verfahrens nach den Patentansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor einen analogen Temperatur-Messwert ausgibt.Device for implementing the method according to claims 1 to 4, characterized in that the temperature sensor outputs an analog temperature measured value. Vorrichtung zur Realisierung des Verfahrens nach den Patentansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor einen digitalen Temperatur-Messwert ausgibt.Device for implementing the method according to claims 1 to 4, characterized in that the temperature sensor outputs a digital temperature measured value. Vorrichtung zur Realisierung des Verfahrens nach den Patentansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor an ein Temperatur-Anzeigegerät angeschlossen ist.Device for implementing the method according to claims 1 to 4, characterized in that the temperature sensor is connected to a temperature display device.

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