Entdeckung der Infrarotstrahlung

Entdeckt wurde die Infrarotstrahlung um 1800 von Friedrich Wilhelm Herschel bei dem Versuch, die Temperatur der verschiedenen Farben des Sonnenlichtes zu messen. Er ließ dazu Sonnenlicht durch ein Prisma fallen und platzierte Thermometer in den einzelnen Farbbereichen. Er bemerkte, dass jenseits des roten Endes des sichtbaren Spektrums das Thermometer die höchste Temperatur anzeigte. Aus dem beobachteten Temperaturanstieg schloss er, dass sich das Sonnenspektrum jenseits des sichtbaren roten Lichtes fortsetzt.

Einordnung im elektromagnetischen Spektrum

Infrarotstrahlung ist jener Teil des elektromagnetischen Spektrums, der sich an der langwelligen Seite des sichtbaren Spektrums an das rote Licht bei einer Wellenlänge von ca. 760 nm anschließt und sich bis zu etwa 1 mm Wellenlänge erstreckt.

Für die technische Temperaturmessung ist dabei der Bereich bis etwa 20 µm Wellenlänge von Bedeutung.

Spektralbereich

Unter­tei­lung des infra­roten Spek­tral­be­rei­ches

BezeichnungDeutsche
Abkürzung
Englische
Abkürzung
Abkürzung
nach CIE
bzw. DIN
Wellenlänge [µm]
Nahes InfrarotNIRNIRIR-A0,78 ... 1,4

Kurzwelliges Infrarot

NIRSWIRIR-B1,4 ... 3,0
Mittleres InfrarotMIRMWIRIR-C3,0 ... 8,0
Langwelliges InfrarotMIRLWIRIR-C8,0 ... 15,0 (50,0)
Fernes InfrarotFIRFIRIR-C15,0 (50,0) ... 1.000,0

InfraTec Geschäftsbereiche

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Sensorik

Die pyroelektrischen Detektoren sind nach einem modularen Konzept aufgebaut, das optimierte Lösungen für eine Vielzahl von Anwendungen ermöglicht. Detektoren mit reduzierter Mikrofontechnik und integriertem Operationsverstärker sowie eine neue Detektorfamilie mit durchstimmbarem Filter gehören zu unserer Produktpalette.

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Thermografie

Unser Geschäftsbereich Infrarotmesstechnik befasst sich mit allen Anwendungsbereichen, die die Infrarotthermografie bietet. Das Leistungsspektrum reicht vom Verkauf von Wärmebildkameras bis hin zur Lieferung von schlüsselfertigen Automatisierungslösungen.

Infrarotstrahlung in der Sensorik

Pyroelektrische Detektoren von InfraTec spielen ihre Stärken in der Messtechnik vor allem im mittleren Infrarot aus, können aber auch für Laseranwendungen im UV sowie in dem Bereich der fernen Infrarotstrahlung genutzt werden.

Im mittleren infraroten Bereich von 2,5 bis 13 µm liegen die Absorptionsbanden zahlreicher Gase. Durch Bestimmung der charakteristischen Strahlungsabsorption mittels thermischer Sensoren (pyroelektrischer Detektor und Thermopile) lassen sich die Konzentrationen von Gasen wie CO2, CO, NOx, Ozon und Kohlenwasserstoffe (Alkane, Kältemittel, Halogen- und aromatische Kohlenwasserstoffe) messen. Die Nutzung der ATR-Infrarotspektroskopie (ATR – attenuated total reflection = abgeschwächte Totalreflexion) ermöglicht unter anderem das Messen von Gasen auch in flüssigen Medien.

Durch das Erkennen von typischen Gasemissionen im MIR, welche bei einem Brand entstehen, können Flammen selektiv und sehr sicher über weite Entfernungen erkannt werden (Flammendetektor, Tripel IR, IR3).

Die weitere Unterteilung des infraroten Spektralbereiches ist unterschiedlich definiert. Die technischen Anwendungen NDIR-Gasanalyse, Flammenspektroskopie und Pyrometrie verwenden häufig die Einteilung in NIR, SWIR, MWIR, LWIR und FIR. Die CIE (Internationale Beleuchtungskommission) sowie die DIN 5031-7 verwenden die Einteilung in IR-A, IR-B und IR-C.

Infrarotstrahlung in der Thermografie

Die Temperaturmessung mit Hilfe der Infrarot-Thermografie beruht auf dem physikalischen Phänomen, dass jeder Körper mit einer Temperatur oberhalb des absoluten Nullpunktes (-273,15 °C) elektromagnetische Strahlung aussendet. Zwischen der Oberflächentemperatur eines Körpers und der Intensität und spektralen Zusammensetzung der von ihm ausgesandten Strahlung besteht dabei ein eindeutiger Zusammenhang. Durch die Ermittlung der Strahlungsintensität kann somit die Temperatur eines Objekts berührungslos bestimmt werden. Dabei liegen einige physikalische Parameter zu Grunde.

Voraussetzung für eine aussagekräftige Temperaturmessung ist der Einsatz der richtigen Wärmebildkamera. InfraTec bietet als Spezialist für Thermografie ein komplettes Sortiment verschiedener Wärmebildkameras für den professionellen, universellen Einsatz an.

Die berührungslose Messung von Temperaturverteilungen auf Objekten oder in Prozessen gibt Auskunft über den Verlauf eines Vorgangs und über den Zustand eines Objektes. Da die Thermografie ein bildgebendes Verfahren ist, können z. B. Abweichungen von der Norm sofort erkannt werden. Dies ist essentiell, da bereits geringste Diskrepanzen einen erheblichen Einfluss auf Funktionstüchtigkeit und Qualität haben können.

Referenzen und Anwenderberichte

References business unit sensor division

Einsatz pyro­elek­tri­scher Detek­toren in der Praxis

Ein Vorteil von pyroelektrische Detektoren liegt in der Vielseitigkeit ihrer Einsatzmöglichkeiten. Gase und Gasgemische detektieren und analysieren, die stoffliche Zusammensetzung organischer und anorganischer Verbindungen untersuchen, Flammen überwachen – all das ist in unterschiedlichster Form in einer Vielzahl von Branchen von großer Bedeutung. Anhand ausgewählter Beispiele können Sie einige der möglichen Anwendungen näher kennenlernen und gewinnen im besten Falle wertvolle Anregungen für die Lösung eigener Mess- und Prüfaufgaben.

References business unit measurement technology

Einsatz von Ther­mo­gra­fie­sys­temen in der Praxis

Namhafte Unternehmen aus aller Welt nutzen die Infrarotthermografie als Messverfahren bei der Entwicklung von neuen Produkten, der temperaturgesteuerten Prozessautomatisierung und der Qualitätskontrolle. Universitäten, Institute und andere wissenschaftliche Partner setzen Thermografiesysteme von InfraTec für Anwendungen in Wissenschaft und Lehre ein. Entsprechend breit gefächert ist das Spektrum der Berichte, in denen unsere Kunden den konkreten Einsatz ihrer Kameras schildern.

Quellen der Infrarotstrahlung

Quellen der Infrarotstrahlung sind zunächst einmal alle Gegenstände, wobei deren Temperatur der wichtigste Parameter ist (Temperaturstrahler, Plancksches Strahlungsgesetz). Das wird bei der berührungslosen Temperaturmessung, der Pyrometrie, ausgenutzt. Intensität und spektrale Verteilung hängen darüber hinaus noch von der Oberfläche des Gegenstands ab, was mit dem Emissionsfaktor beschrieben wird. Ein idealer Temperaturstrahler hat einen spektral konstanten Emissionsfaktor von 1 und wird als Schwarzer Strahler bezeichnet. Kommerziell verfügbare Strahler sind aber meist gar nicht schwarz sondern besitzen einen elektrisch beheizten Hohlraum, der durch eine Lochblende die Strahlung austreten lässt. Physikalisch ist ein solcher Hohlraum fast ideal „schwarz“, da er keine Strahlung reflektiert (Hohlraumstrahlung). Technisch ist er aber einfacher herstellbar und außerdem viel langzeitstabiler als eine ideal schwarze Oberfläche. Glühlampen sind ebenfalls Temperaturstrahler. Allerdings ist ihre obere Wellenlänge durch die Absorption des Glaskolbens auf etwa 4 µm beschränkt. Weitere Quellen von Infrarotstrahlung sind LEDs und Laser. Deren Spektrum ist aber meist auf einen kleinen Bereich beschränkt, der vom Halbleitermaterial abhängt.