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Auswahl einer Wärmebildkamera für die industrielle Überwachung bei hohen Temperaturen

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Die Wahl einer Wärmebildkamera für die industrielle Hochtemperaturüberwachung beginnt mit Ihrer tatsächlichen Prozesstemperatur. Eine Abschreckanlage mit 850 °C, ein Drehrohrofen mit 1.300 °C und ein Ofen mit 1.900 °C sollten nicht als ein und dasselbe Projekt betrachtet werden.

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Die Wahl einer Wärmebildkamera für die industrielle Hochtemperaturüberwachung beginnt mit Ihrer tatsächlichen Prozesstemperatur. Eine Abschreckanlage mit 850 °C, ein Drehrohrofen mit 1.300 °C und ein Ofen mit 1.900 °C sollten nicht als ein und dasselbe Projekt betrachtet werden.

Für die meisten Industriestandorte sollten Sie mit dem erforderlichen Temperaturbereich beginnen. Prüfen Sie dann den kalibrierten Messbereich, das Spektralband, die Emissionsgradkorrektur, die Kühlung des Gehäuses, das Objektiv/FOV und die SPS- oder SCADA-Integration. Dieser Leitfaden führt Sie durch diesen Auswahlprozess für die Überwachung von 800°C-2000°C, mit Beispielen von Ofen- und Abschreckanwendungen.

Schnelle Antwort: Passen Sie Ihr Temperaturband der richtigen Technologie an

Temperaturbereich Was Sie überprüfen sollten Typische Anwendungen
800°C-000°C Kalibrierter Bereich, Emissionsgradkorrektur, Ansprechgeschwindigkeit Abschrecken, Wärmebehandlung, Hartmetallverarbeitung
1000°C-1700°C Hochtemperaturkalibrierung, Objektiv/FOV, Gehäusekühlung Drehrohröfen, Stahlschmelzen, Glasformung
1700°C-2000°C Geprüfter oberer Bereich, Detektor-/Spektraldesign, Sichtfensteraufbau, Kühlungsschutz Hochofenbereiche, extreme Metallurgie, Überwachung von Hochtemperaturprozessen
In den folgenden Abschnitten werden die wichtigsten Parameter erläutert, die ausschlaggebend dafür sind, ob eine Kamera für Ihre spezifische Anwendung geeignet ist, gefolgt von praktischen Beispielen aus der Metallurgie.

Wärmebildaufnahme an einer Sintermaschine - Vergleich von sichtbarem und infrarotem Licht zur Überwachung von Hochtemperaturprozessen in einem Hüttenwerk
Auswahl des Spektralbandes für Hochtemperatur-Wärmebildkameras
Bei der Hochtemperaturüberwachung geht es nicht nur um die Auswahl des richtigen Spektralbandes. Hochtemperaturmessungen sind aufgrund der Sättigung des Detektors durch extreme Strahlung, des begrenzten Dynamikbereichs, der Schwankungen des Emissionsgrads und der rauen industriellen Bedingungen eine Herausforderung. Aus diesem Grund muss die Kamera als integriertes System bewertet werden. Temperaturbereich, Kalibrierung, Optik, Schutzgehäuse und Softwarekorrekturen müssen alle zusammen berücksichtigt werden, um eine zuverlässige Messgenauigkeit über den gesamten Temperaturbereich zu gewährleisten. LWIR-Kameras mit Hochtemperaturkalibrierung können auch eine zuverlässige Überwachung von Anwendungen bei mittleren und sehr hohen Temperaturen unterstützen, wenn sie für diesen Bereich ausgelegt sind.

Bevor Sie sich für ein Produkt entscheiden, sollten Sie diese Punkte anhand der Produktspezifikation überprüfen:

Messbereich: Bestätigen Sie die normale Prozesstemperatur, die mögliche Spitzentemperatur und den kalibrierten Messbereich.
Spektralbereich: Wählen Sie nicht allein nach der Wellenlänge. Prüfen Sie, ob das Spektralband, der Detektor, die Optik und die Kalibrierung zu Ihrer Zieltemperatur und Oberflächenbeschaffenheit passen.
Messkorrektur: Vergewissern Sie sich, dass die Kamera wichtige Korrektureinstellungen unterstützt, z. B. Emissionsgrad, reflektierte Temperatur, Entfernung und atmosphärische Durchlässigkeit.
Installationsmethode: Prüfen Sie, ob der Standort eine Sichtöffnung, eine Luftspülung, ein Schutzgehäuse, ein wassergekühltes Gehäuse oder eine vibrationsisolierte Halterung benötigt.
Integration: Prüfen Sie, ob die Kamera Ihr Anlagensystem unterstützt, z. B. Modbus TCP, MQTT, ONVIF, GB28181, Videostreaming oder SPS-Alarmausgang.
3 wichtige Parameter, die bei einer industriellen Wärmebildkamera zu beachten sind
Nachdem Sie sich vergewissert haben, dass die Kamera Ihren Prozesstemperaturbereich abdecken kann, entscheiden drei weitere Parameter darüber, ob die Kamera in Ihrer spezifischen Anwendung gut funktioniert.

1. Detektorauflösung und NETD
Ein 640 × 512-Detektor erfasst mehr als viermal so viele Messpunkte. Bei der Hochtemperaturüberwachung ist dies von Bedeutung, da heiße Stellen oft in kleinen Bereichen auftreten - Risse in der feuerfesten Auskleidung, örtliche Überhitzung oder ungleichmäßige Temperaturverteilung.

Eine niedrigere NETD hilft der Kamera, subtile thermische Unterschiede unter definierten Testbedingungen zu erkennen. Die tatsächliche Messleistung in Hochtemperaturprozessen hängt jedoch auch von Emissionsgrad, Abstand, Optik, Kalibrierung und Umgebungsbedingungen ab. Für viele industrielle Überwachungsprojekte kann eine niedrigere NETD hilfreich sein. Sie sollte jedoch zusammen mit Temperaturbereich, Spektralband, Emissionsgradkorrektur, Optik und Installationsbedingungen bewertet werden.

2. Emissionsgrad und Messgenauigkeit
Der Emissionsgrad beschreibt, wie effizient eine Oberfläche Infrarotstrahlung emittiert. Er reicht von 0 bis 1. Ein perfekter Schwarzer Körper hat einen Emissionsgrad von 1. Polierte Metalle können bei hohen Temperaturen einen Emissionsgrad von nur 0,1 haben.

Dies stellt eine große Herausforderung für die Messung dar. Eine Kamera, die auf einen Emissionsgrad von 0,9 kalibriert ist, zeigt Hunderte von Grad zu wenig an, wenn sie auf eine polierte Stahloberfläche mit einem Emissionsgrad von 0,2 gerichtet ist. Die NIST-Daten zum Emissionsgrad von Metallen zeigen, dass poliertes Eisen bei hohen Temperaturen einen Emissionsgrad von unter 0,4 haben kann, während oxidierte Oberflächen einen Wert von über 0,8 erreichen können - eine Abweichung, die sich direkt auf die Messgenauigkeit auswirkt.

Worauf Sie achten sollten: Kameras, die eine Mehrpunkt-Emissionsgradkorrektur ermöglichen. Bei einigen fortschrittlichen Systemen können Sie unterschiedliche Emissionsgradwerte für verschiedene Bereiche innerhalb desselben Bildes einstellen. Für wiederholbare Messungen können Sie auf Metalloberflächen Hochtemperaturfarbe oder Klebeband auftragen, um Referenzpunkte für den Emissionsgrad festzulegen.

3. Schutz der Umwelt und Kühlung
Hochtemperaturprozesse finden häufig in Umgebungen statt, die selbst heiß, staubig und korrosiv sind. Das Kameragehäuse kann Umgebungstemperaturen ausgesetzt sein, die weit über den normalen Betriebsgrenzen liegen.

Erforderlicher Schutz vor Umweltfaktoren
Umgebungstemperatur über 60°C Luftgekühltes oder wassergekühltes Gehäuse
Starker Staub oder Partikel IP66 oder höher mit Überdruckluftspülung
Korrosive Atmosphäre Edelstahlgehäuse mit versiegelter Optik
Vibrationen (in der Nähe von Öfen) Vibrationsisolierte Montage
Die Kamera selbst kann eine Umgebungstemperatur von 60 °C vertragen, aber Objektiv und Gehäuse müssen in der Regel zusätzlich geschützt werden. Wassergekühlte Gehäuse eignen sich für die extremsten Bedingungen. Luftgekühlte Gehäuse mit gefilterter Spülluft funktionieren gut in staubigen Umgebungen.

Industrielle thermische Überwachungsanwendungen: Von 800°C bis 2000°C
Die Theorie ist wichtig, aber reale Anwendungen zeigen, was tatsächlich funktioniert. Die beiden folgenden Beispiele zeigen, wie Temperaturbereich, Spektralbandauswahl und Kameraspezifikationen in der Metallurgie und der industriellen Wärmebehandlung zusammenkommen.

Fall 1: Temperaturüberwachung in Drehrohröfen (1000°C-1700°C)
In Drehrohröfen können Innentemperaturen von 1000°C bis 1700°C herrschen, während die Außentemperatur des Ofenmantels in der Regel überwacht wird, um anormale heiße Stellen zu erkennen, die durch Beschädigung oder Ausdünnung des Feuerfestmaterials verursacht werden. Der Ofenmantel und die innere feuerfeste Auskleidung müssen kontinuierlich überwacht werden. Heiße Stellen am Mantel deuten auf ein Versagen des Feuerfestmaterials hin. Bleibt dies unentdeckt, kann der Stahlmantel überhitzen und sich verformen, was zu kostspieligen ungeplanten Stillständen führt.

Herkömmliche Thermoelemente haben Schwierigkeiten, eine rotierende Ofenoberfläche effektiv zu messen. Punktuelle Temperaturmessgeräte müssen manuell bedient werden und erfassen jeweils nur einen einzigen Punkt. Eine fest montierte Industrie-Wärmebildkamera mit einem Weitwinkelobjektiv überwacht die gesamte Ofenoberfläche kontinuierlich aus sicherer Entfernung.

Eine Kamera mit einer Auflösung von 640 × 512 Pixeln, die 15 Meter vom Ofen entfernt positioniert ist, kann heiße Stellen mit einer Größe von nur 4 cm erkennen. Mit einem NETD von 40 mK erkennt sie die Ausdünnung des Feuerfestmaterials, bevor die Manteltemperatur gefährlich ansteigt. Temperaturalarme warnen die Bediener, wenn ein Bereich sichere Grenzwerte überschreitet, so dass geplante Wartungsarbeiten anstelle von Notabschaltungen möglich sind.

Wärmebild eines Drehrohrofens mit Temperaturüberwachung und Hot-Spot-Erkennung für das Risiko von Feuerfestschäden.
Fall 2: Qualitätskontrolle des Abschreckprozesses (800°C-1000°C)
Beim Induktionshärten werden Stahlwerkstücke auf 800°C-1000°C erhitzt, bevor sie schnell abgekühlt werden. Ist die Erwärmungstemperatur zu hoch, verzieht sich das Werkstück, reißt oder entwickelt eine falsche Härte. Ist sie zu niedrig, bleibt die Härtetiefe hinter den Vorgaben zurück.

Die herkömmliche punktuelle Temperaturmessung verfehlt oft das Gesamtbild. Ein einzelner Sensor in der Mitte des Werkstücks erkennt möglicherweise keine Überhitzung an den Kanten oder Biegestellen. Mehrere Sensoren verursachen zusätzliche Kosten und lassen immer noch Lücken.

Eine fest montierte Wärmebildkamera mit Blick auf die Abschreckstation erfasst die gesamte Werkstückoberfläche in Echtzeit. Die Temperaturmessung in mehreren Bereichen erfasst gleichzeitig die Mitte, die Kanten und die Biegebereiche. Wenn ein Bereich den eingestellten Schwellenwert überschreitet, gibt die Kamera ein Steuersignal aus, um die Induktionsheizung automatisch zu stoppen. Dies trägt zur Verringerung des Ausschussrisikos bei und unterstützt eine gleichbleibende Prozessqualität.

Die Temperaturdaten werden automatisch aufgezeichnet, so dass für jede Charge rückverfolgbare Qualitätsprotokolle entstehen. Die Ingenieure überprüfen die Temperaturkurven, um die Heizparameter zu optimieren und den Energieverbrauch zu senken.

Wärmebild des Abschreckprozesses von Hohlrohren, das die Mehrzonentemperaturüberwachung während des Induktionshärtens zeigt
Beide Fälle haben ein gemeinsames Muster: berührungslose Messung, flächendeckende Erfassung, Echtzeit-Alarmierung und Integration in Anlagensteuerungssysteme. Dies sind die Fähigkeiten, die die industrielle thermische Überwachung von einfachen Temperaturkontrollen per Hand unterscheiden.

Integration: Anbindung von Wärmebildkameras an Ihre Anlagensysteme
Eine Wärmebildkamera, die zwar nützliche Bilder erzeugt, aber nicht mit Ihrem Steuersystem kommunizieren kann, läuft Gefahr, zu einer Dateninsel zu werden. Die Integration bestimmt, ob die Temperaturüberwachung Teil Ihres automatisierten Arbeitsablaufs wird oder ein manueller Nebenprozess bleibt.

Industrieprotokolle und Kompatibilität
Moderne Industrie-Wärmebildkameras unterstützen Standardprotokolle, die direkt an die bestehende Infrastruktur angeschlossen werden können:

Protokoll Zweck Typische Verwendung
Modbus TCP Datenaustausch mit PLCs und SCADA-Systemen Übermittlung von Temperaturwerten an Kontrollsysteme
ONVIF Videomanagement-Integration Thermische Videoströme an Sicherheits-/Überwachungs-VMS
MQTT Integration von IoT- und Cloud-Plattformen Datenströme an Cloud-Analyseplattformen
Die meisten Anlagen nutzen bereits Modbus TCP für die Gerätekommunikation. Eine Wärmebildkamera mit nativer Modbus-Unterstützung kann Temperaturmesswerte aus mehreren interessierenden Bereichen ohne zusätzliche Protokollkonverter direkt an die SPS weiterleiten.

Alarmkonfiguration und Prozesssteuerung
Der eigentliche Wert der integrierten thermischen Überwachung ergibt sich aus der automatischen Reaktion. Sie können die Kamera so konfigurieren, dass sie mehrere Temperaturmessbereiche - Punkte, Linien oder Regionen - mit jeweils unabhängigen Alarmschwellen überwacht.

Wenn ein gemessener Bereich seinen Schwellenwert überschreitet, kann die Kamera:

Ein digitales Alarmsignal an die SPS ausgeben
Ein Alarm- oder Steuersignal an die SPS senden, um auf der Grundlage der Steuerlogik der Anlage weitere Prozessmaßnahmen zu ergreifen
Einen visuellen oder akustischen Alarm an der Bedienerstation auslösen
Erfassen und Speichern eines Bildes des Ereignisses zur späteren Analyse
Dadurch wird die thermische Überwachung von einem passiven Beobachtungsinstrument zu einem praktischen Teil des Überwachungs- und Alarmablaufs der Anlage. Bei Abschreckanwendungen kann das Alarmsignal von der SPS verwendet werden, um die Heizung anzupassen oder zu stoppen, bevor das Werkstück überhitzt. Bei der Ofenüberwachung hilft es den Wartungsteams, auf abnormale heiße Stellen aufmerksam zu machen, bevor Schäden am Feuerfestmaterial zu einer ernsthaften Überhitzung des Mantels führen.

Wärmebild beim Gießen von geschmolzenem Eisen mit extremen Temperaturen von über 1300°C in der Metallurgie
Softwareplattformen wie Raythink TI Studio bieten die Konfigurationsschnittstelle für Messbereiche, Alarmregeln, Datenprotokollierung und Berichterstattung. Die Kamera übernimmt die Echtzeitüberwachung. Die Software kümmert sich um die Analyse und Protokollierung.

Schlussfolgerung: Beginnen Sie mit der Temperatur, dann überprüfen Sie das gesamte System
Die Wahl der richtigen Wärmebildkamera für die industrielle Hochtemperaturüberwachung beginnt mit einer Zahl: Ihrer tatsächlichen Prozesstemperatur. Überprüfen Sie dann den kalibrierten Messbereich, den Emissionsgrad der Oberfläche, die Auflösung des Detektors, das Objektiv/FOV, die Kühlung des Gehäuses und das Protokoll des Kontrollsystems.

Verlassen Sie sich bei Anwendungen zwischen 800°C und 2000°C nicht nur auf eine Spezifikation. Eine Kamera muss den Temperaturbereich messen, die Umgebung vor Ort überstehen, das Ziel klar erkennen und verwertbare Daten an Ihre SPS-, SCADA- oder Überwachungssoftware senden.

Häufig gestellte Fragen
Wie genau sind Wärmebildkameras im Vergleich zu Thermoelementen?
Viele Industrie-Wärmebildkameras geben eine Genauigkeit von ±2 °C oder ±2 % unter definierten Kalibrierungsbedingungen an, aber der tatsächliche Wert hängt vom Produktmodell, dem Messbereich, der Einrichtung und der Zieloberfläche ab. Prüfen Sie immer das Datenblatt der Kamera und die Kalibrierungsbedingungen.

Wie oft müssen Wärmebildkameras kalibriert werden?
Die meisten industriellen Wärmebildkameras werden ein bis zwei Jahre lang kalibriert. In rauen Umgebungen kann sich dieses Intervall verkürzen. Viele Einrichtungen führen eine jährliche Überprüfung mit einer Schwarzkörper-Referenzquelle durch.

Können Wärmebildkameras durch Flammen hindurchsehen?
Nein. Flammen sind Infrarotstrahler, die die Sicht auf dahinter liegende Objekte versperren. Kameras blicken in der Regel durch schräge Sichtöffnungen oder überwachen stattdessen die Außentemperatur.

Empfohlene Produkte für die Überwachung von Hochtemperaturen
Basierend auf dem oben beschriebenen Temperaturband-Ansatz sind hier die Raythink-Produkte aufgeführt, die den verschiedenen Anforderungen der industriellen Wärmeüberwachung entsprechen.

TN460U Ultra-Hochtemperatur-Wärmebildkamera
Die TN460U deckt den gesamten Temperaturbereich von 0°C bis 2000°C ab und verwendet einen LWIR-Detektor (7,5-14 μm) mit zwei Messbereichen (0-800°C und 600-2000°C). Der ungekühlte VOx-Detektor mit einer Auflösung von 640 × 512 Pixeln und drei Objektivoptionen bieten Flexibilität sowohl für die Validierung bei niedrigen Temperaturen als auch für Anwendungen bei extremer Hitze. Optionale luft- oder wassergekühlte Gehäuse unterstützen die Installation in anspruchsvollen Umgebungen mit Umgebungstemperaturen von bis zu 220°C. Die Unterstützung nativer Protokolle wie Modbus TCP und MQTT vereinfacht die Integration mit SCADA- und SPS-Systemen.

TN460U Online-Wärmebildkamera für ultrahohe Temperaturen
Ziehen Sie dieses Modell in Betracht, wenn: Ihr Prozess einen großen Temperaturbereich abdeckt und Sie eine einzige Kameraplattform anstelle mehrerer spezialisierter Geräte bevorzugen.

Wenn Sie ein Metallurgie-, Glas-, Guss-, Ofen- oder Wärmebehandlungsprojekt planen, teilen Sie Raythink Ihren Temperaturbereich, den Installationsabstand, die Zielgröße, die Umgebungsbedingungen und das erforderliche Protokoll mit. Unser Team kann Ihnen helfen, die richtige Wärmebildkamera für Ihren Prozess zu finden, bevor Sie sich für eine vollständige Installation entscheiden.