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Wärmebildkamera vs. Thermoelement für die industrielle Temperaturmessung

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Wenn eine Wärmebildkamera und ein Thermoelement unterschiedliche Messwerte anzeigen, lautet die erste Frage nicht, welches Gerät besser ist. Die erste Frage ist vielmehr, ob die beiden Geräte dasselbe messen.

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Wenn eine Wärmebildkamera und ein Thermoelement unterschiedliche Messwerte liefern, lautet die erste Frage nicht, welches Messgerät besser ist. Die erste Frage ist vielmehr, ob die beiden Messgeräte dasselbe messen.

Eine Kamera erfasst möglicherweise die Außenseite eines Bauteils, während ein Thermoelement an einer anderen Schicht angebracht, mit einem Kontaktpad befestigt oder an einer nahegelegenen Stelle positioniert ist. Die Messwerte können auch unterschiedliche Belastungszustände oder verschiedene Zeitpunkte widerspiegeln. Wenn die Messwerte voneinander abweichen, prüfen Sie zunächst, ob die beiden Methoden tatsächlich denselben Ort unter denselben Bedingungen messen.

Die kurze Antwort
Was passiert? Beginnen Sie damit, was Ihnen die Messung sagt. Überprüfen Sie Folgendes, bevor Sie dem Ergebnis vertrauen
Mehrere Teile oder Bereiche sind warm. Sie wissen nicht, wo das Problem beginnt. Die Wärmebildkamera findet den heißen Bereich und zeigt das Oberflächenmuster an. Überprüfen Sie die Oberflächenbeschaffenheit, Reflexionen, den Fokus, die Zielgröße, den Abstand und die Kameraeinstellungen, die den Messwert beeinflussen.
Ein bekanntes Bauteil, ein Rohr oder ein innerer Punkt benötigt eine Temperaturaufzeichnung oder ein Steuersignal. Thermoelement Verfolgt einen installierten Punkt über einen bestimmten Zeitraum. Überprüfen Sie die Lage der Verbindungsstelle, die Befestigung oder das Einführen, den Umgang mit der Referenztemperatur, die Verkabelung und die Überprüfung.
Sie haben einen Hotspot gefunden oder die beiden Messwerte stimmen nicht überein. Sie müssen das Ergebnis bestätigen. Beides: Die Kamera zeigt das Muster an. Das Thermoelement erfasst einen Punkt. Überprüfen Sie denselben Ort, dieselbe Schicht, dieselbe Belastung, dasselbe Zeitfenster und dieselbe Akzeptanzmethode.
Dies ist eine Entscheidung hinsichtlich des Messablaufs. Es handelt sich nicht um eine allgemeingültige Rangfolge der Genauigkeit.

Beginnen Sie mit der Entscheidung, nicht mit dem Messgerät
Bevor Sie sich für ein Messgerät entscheiden, formulieren Sie in einem Satz den Zweck, dem die Messung dienen soll:

Einen Hotspot finden: Welcher Teil der Baugruppe ist wärmer als die Umgebung?
Eine Komponente schützen: Bleibt ein bekannter Punkt während eines definierten Belastungszyklus innerhalb seiner Betriebsgrenzen?
Einen Prozess steuern: Welches Signal sollte einen Alarm, eine Abschaltung oder eine Regelmaßnahme auslösen?
Den Wärmefluss verstehen: Wohin breitet sich die Wärme aus, und wie verändert sich dieses Muster mit der Belastung?
Einen inneren Wert messen: Befindet sich die erforderliche Temperatur im Inneren eines Bauteils, unter einer Beschichtung oder in einer Flüssigkeit und nicht an der sichtbaren Oberfläche?
Für ein und dasselbe Gerät können je nach Messung unterschiedliche Messgeräte erforderlich sein. Für einen Scan auf Leiterplattenebene ist möglicherweise eine Kamera erforderlich, während für den abschließenden Regelkanal weiterhin ein Kontaktsensor benötigt wird. Wenn man zunächst die Entscheidung trifft, verhindert man, dass der Vergleich in eine allgemeine Debatte „Kamera versus Thermoelement“ ausartet.

Ein praktischer Elektronik-Test: Verwenden Sie einen Zwei-Durchlauf-Ansatz
Bei einer unter Spannung stehenden Platine, einem Wandler, einem Motor oder einer anderen Baugruppe mit mehreren möglichen Wärmequellen ist ein Zwei-Schritt-Workflow oft leichter zu interpretieren, als zu versuchen, alles mit einem einzigen Messgerät zu erledigen.

Schritt 1: Verwenden Sie die Kamera, um den Bereich zu lokalisieren
Infrarot-Wärmebildgebung
Scannen Sie die Baugruppe jedes Mal unter denselben Betriebsbedingungen. Suchen Sie nach einem auffälligen Bauteil, einem „Hot Path“ oder einer Veränderung, die nur unter einer bestimmten Belastung auftritt.

Halten Sie die wichtigsten Kameraeinstellungen fest: Zieloberfläche, Kameraposition, Fokus, Zielgröße, Entfernung, reflektierte Temperatur sowie etwaige Fenster oder Gehäuse. Wenn Sie industrielle Wärmebildkameras zur Temperaturmessung vergleichen, sollten Sie diese Einstellungen im Testprotokoll festhalten.

Der Kameradurchlauf beantwortet die Frage „Wo sollen wir hinschauen?“. Er gibt jedoch nicht automatisch Aufschluss darüber, was unter der sichtbaren Oberfläche vor sich geht oder welches Signal eine Steuerung verwenden sollte.

Schritt 2: Verwenden Sie das Thermoelement, um einen Punkt zu verfolgen
Typ-K-Thermoelemente, angeschlossen an ein mehrkanaliges Datenerfassungsmodul
Foto: Harke / Wikimedia Commons (gemeinfrei).
Befestigen Sie das Thermoelement an der Stelle, die für die Entscheidung maßgeblich ist. Legen Sie fest, ob sich die Verbindungsstelle auf einer Oberfläche befindet, eingesteckt ist oder durch eine Beschichtung oder ein Befestigungsmaterial vom Messobjekt getrennt ist. Halten Sie die Verlegung der Kabel, den Umgang mit der Referenztemperatur (wie die Referenztemperatur berücksichtigt wird), die Signalaufbereitung, die galvanische Trennung und den Betriebszustand in der Aufzeichnung fest.

Der Thermoelement-Durchlauf beantwortet die Frage: „Wie verhält sich dieser ausgewählte Punkt im Zeitverlauf?“ Das Ergebnis nach der Installation ist entscheidend. Ein Sensor, der im Datenblatt schnell zu sein scheint, kann anders reagieren, wenn die Montage den Wärmefluss verändert oder thermische Masse hinzufügt. Bei Geräten mit elektrischen Störsignalen sollten Sie außerdem prüfen, ob die Verkabelung oder die Erdungsanordnung das Signal stört.

Wann eine Kamera am hilfreichsten ist
Infrarot-Wärmebildkamera zur Identifizierung von Fehlerstellen auf einer Leiterplatte
Beginnen Sie mit der Kamera, wenn Sie den heißen Bereich finden müssen. Sie ist hilfreich, wenn Sie:

viele Bauteile oder eine große Baugruppe überprüfen müssen;
die Wärmeentwicklung vor und nach einer Belastungs- oder Konstruktionsänderung vergleichen müssen;
ein sich bewegendes, unter Spannung stehendes oder schwer zugängliches Ziel betrachten müssen, ohne einen Sensor anzubringen;
den Bereich finden müssen, der einer Nachmessung bedarf.
Die Kamera ist eine schlechte Wahl, wenn die benötigte Temperatur im Inneren des Bauteils liegt. Außerdem ist ihr Einsatz auf glänzenden oder emissionsarmen Oberflächen schwieriger. Wärme aus der Umgebung kann das Ergebnis beeinflussen. Ein kleines Zielobjekt kann zwar sichtbar sein, aber dennoch zu klein für einen zuverlässigen Messwert. Ein klares Bild ist nicht gleichbedeutend mit einer überprüften Temperatur.

Weitere Informationen finden Sie unter „Industrielle Infrarot-Wärmebildtechnik zur Anlagenüberwachung“.

Wann ein Thermoelement das bessere erste Werkzeug ist
Beginnen Sie mit dem Thermoelement, wenn die Entscheidung von einem einzelnen Punkt, einem Zeitverlauf oder einem Signal für Test- oder Steuerungshardware abhängt. Es funktioniert am besten, wenn Sie die Messstelle an der gewünschten Stelle installieren und überprüfen können.

Der Nachteil ist, dass die Installation die Messung beeinflusst. Eine lockere Messstelle, eine Halterung, die Wärme ableitet, ein Kabel, das den lokalen Wärmefluss verändert, eine unsachgemäße Handhabung der Referenztemperatur oder elektrisches Rauschen können das Ergebnis beeinträchtigen. „Kontakt“ allein macht einen Messwert noch nicht korrekt; er sorgt lediglich dafür, dass die Messstelle und der Signalweg überprüft werden können.

Für einen internen Punkt oder einen Prozesswert kann ein eingebauter Sensor die geeignete Methode sein, da ein Oberflächenbild nicht durch das Bauteil hindurchsehen kann. Bei einer sichtbaren Oberfläche sollten Sie jedoch nicht davon ausgehen, dass ein in der Nähe angebrachtes Thermoelement und ein Kamerapixel austauschbare Messpunkte sind.

Warum die beiden Messwerte voneinander abweichen
Befolgen Sie bei der Fehlersuche im Falle einer Abweichung diese Reihenfolge:

Ort: Haben beide Messgeräte denselben physikalischen Punkt, dieselbe Schicht oder dasselbe Material gemessen?
Betriebszustand: Waren Belastung, Durchfluss, Schaltzustand und verstrichene Zeit identisch?
Installation: Ist die Thermoelement-Verbindungsstelle sicher und repräsentativ, oder wird sie durch die Halterung und die Kabel beeinflusst?
Kameraeinstellungen: Wurden Oberflächenbeschaffenheit, Emissionsgrad, reflektierte Temperatur, Fokus, Zielgröße, Entfernung und Fenster erfasst?
Signalweg: Wurden Referenztemperaturhandhabung, Verkabelung, Erdung, Isolierung, Umwandlung und Rauschen überprüft?
Referenzprüfung: Wurde eine der beiden Methoden unter ähnlichen Bedingungen mit einer geeigneten Referenz verglichen?
Bilden Sie keinen Mittelwert aus den beiden Messwerten, um einen Kompromisswert zu erhalten. Entscheiden Sie zunächst, ob sie dieselbe Messgröße darstellen. Eine Kameraschätzung einer Außenfläche und ein Thermoelementwert von einer Verbindungsstelle unterhalb dieser Fläche können beide intern konsistent sein, während sie unterschiedliche Fragen beantworten.

Wenn beide Methoden die richtige Antwort sind
Verwenden Sie beide, wenn der Test eine räumliche Sichtweise und einen fundierten Zeitverlauf erfordert. Eine praktische Vorgehensweise ist:

Scannen Sie die Baugruppe und identifizieren Sie den Bereich, der sich verändert oder auffällt;
legen Sie den genauen Punkt und die Schicht fest, die der nachfolgende Sensor erfassen muss;
installieren und überprüfen Sie das Thermoelement an diesem Punkt;
Wiederholen Sie die Kamera- und Thermoelementmessungen unter derselben Belastung und im gleichen Zeitfenster;
legen Sie im Voraus fest, was „Übereinstimmung“ für die Entscheidung bedeutet.
Dieser Ansatz ist sinnvoller, als immer wieder zu betonen, dass eine bestimmte Methode „besser“ sei. Die Kamera liefert den räumlichen Kontext; das Thermoelement liefert ein Signal an einem ausgewählten Punkt. Keines der beiden validiert automatisch alle anderen Stellen.

Für die kontinuierliche Beobachtung sollten Sie fest installierte Thermografiekameras für die industrielle Überwachung in Betracht ziehen.

Was Sie Ihrem Lieferanten oder Testteam mitteilen sollten
Bevor Sie sich für ein Messgerät entscheiden, beschreiben Sie, was Sie messen müssen und wie die Anlage funktioniert. Dies hilft dem Lieferanten oder Testteam dabei, festzustellen, ob Sie eine Wärmebildkamera, ein Thermoelement oder beides benötigen.

Geben Sie folgende Informationen weiter:

Messziel: Sollen Sie einen Hotspot lokalisieren, einen Punkt überwachen, den Wärmefluss untersuchen oder eine Innentemperatur messen?
Zielbedingungen: Wo befindet sich das Messobjekt? Ist es in Bewegung, umschlossen, schwer zugänglich oder elektrisch betrieben?
Testanforderungen: Welchen Temperaturbereich, Messbereich, welche Abtastrate, welche Ausgabeform und welche Testdauer benötigen Sie?
Oberflächen- und Sichtbedingungen: Notieren Sie das Oberflächenmaterial, die Beschichtung, nahegelegene Wärmequellen, den Blickwinkel, die Entfernung sowie eventuelle Fenster oder Gehäuse.
Einrichtung des Kontaktsensors: Bei Verwendung eines Thermoelements beschreiben Sie bitte die Lage der Verbindungsstelle, die Befestigungsart, die Verlegung der Kabel, den Umgang mit der Referenztemperatur sowie die elektrische Isolierung.
Akzeptanzkriterien: Geben Sie die Betriebslast, die Referenzprüfung und die Regel für „bestanden“ oder „nicht bestanden“ an.
Mit diesen Angaben lässt sich leichter eine geeignete Messmethode auswählen und vermeiden, dass Messwerte verglichen werden, die unterschiedliche Orte oder Bedingungen widerspiegeln.

Wenn Ihre Anwendung eine berührungslose Temperaturmessung, Hotspot-Erkennung oder kontinuierliche thermische Überwachung erfordert, wenden Sie sich an Raythink | Raytron, um das Ziel, die Betriebsbedingungen und den Aufbau der Wärmebildmessung zu besprechen.