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  3. Explosions- und Verbrennungsvorgänge

Thermografie zur Analyse von Verbrennungs- und Explosionsvorgängen

Explosions- und Verbrennungsvorgänge sind hochdynamische Prozesse mit großen Temperaturänderungen. Um diese Vorgänge umfassend analysieren und optimieren zu können, müssen leistungsstarke Thermografiesysteme zum Einsatz kommen.

Explosionsvorgang eines Feuerwerksoerpers thermografiert mit einer imageir-8300-hs
Explosionsvorgang mit der ImageIR 8800 hp
Anzünden eines Streichholzes
Explosion thermografiert mit einer Thermografiekamera ImageIR 8800
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Thermografie zur Verbrennungsanalyse

Analyse von Verbrennungsvorgängen

Im Bereich der Verbrennungsanalyse werden mithilfe der Thermografie hochdynamische Verläufe von Verbrennungsvorgängen visualisiert und analysiert, indem man Temperaturverteilungen und deren zeitliche Veränderung berührungslos und rückwirkungsfrei mit einer Kamera erfasst. Dabei können unter anderem Hotspots und Anomalien identifiziert werden, die Rückschlüsse auf Ineffizienzen oder das Erkennen von Sicherheitsproblemen erlauben. Durch den Einsatz der Thermografie werden somit nicht nur Prozessoptimierungen ermöglicht, sondern auch Sicherheitsrisiken für Mensch und Umwelt deutlich reduziert.

Entzünden eines Streichholzes  an der Reibfläche einer Streichholzschachtel
Entzünden eines Streichholzes an der Reibfläche einer Streichholzschachtel
Die Anwendungsgebiete für Thermografiekameras im Feld der Verbrennungsanalyse sind dabei vielfältig:
  • Analyse der Temperaturen und deren Verteilung in Verbrennungsöfen

  • Optimierung von Verbrennungsmotoren und deren Komponenten

  • Überwachung von Temperaturen an bewegten Teilen von Turbinen und Kompressoren

  • Analyse von Wärmeübergängen in Abgassystemen

  • Untersuchung von Brennerkomponenten auf Risse oder Korrosion

  • Charakterisierung von Kraftstoffen (beispielsweise im Hinblick auf deren Zündeigenschaften)

  • Rückschlüsse für Energieeinsparpotentiale

Thermografiesysteme für die Verbrennungsanalyse

Um dynamische Temperaturveränderungen präzise erfassen zu können, muss die verwendete Thermografiekamera sehr kurze Integrationszeiten und einen breiten Temperaturmessbereich aufweisen. Diese Anforderungen werden von den Wärmebildkameras der Kameraserie ImageIR® von InfraTec erfüllt. Sie verfügen zudem über einen Multi Integration Time Mode sowie über die Funktion High Dynamic Range zur Realisierung besonders breiter Temperaturmessbereiche. Das gestattet die lückenlose und fehlerfreie Thermografie an Objekten, die einen sehr großen Temperaturgradienten von bis zu mehreren 100 K aufweisen können. Dank bis zu zwei integrierten, motorisch ansteuerbaren Filterrädern sind diese Kameras auch in der spektralen Thermografie perfekt einsetzbar. Damit sind bis zu 35 unterschiedliche Filterkombinationen umsetzbar und direkt motorisch ansteuerbar. Zeitintensive manuelle Filterwechsel gehören somit der Vergangenheit an. Ergänzt wird das Leistungsportfolio durch verschiedene Präzisions-Teleobjektive für qualitativ hochwertige Messungen bei großen Messabständen, aber auch durch die Option der Kombination mit Close-up Optiken, um Verbrennungsvorgänge innerhalb von Messkammern hochauflösend zu analysieren. Temperaturstabilisierte Schutzgehäuse und die Möglichkeit, das Thermografiesystem für den vollautomatisierten Betrieb in eine vorhandene Softwareumgebung zu integrieren, vervollständigen das Spektrum nützlicher Features für die Verbrennungsanalyse.

Flammenpartikel ohne Durchflammfilter – aufgenommen mit ImageIR® 9400
Flammenpartikel ohne Durchflammfilter – aufgenommen mit ImageIR® 9400
Flammenpartikel mit Durchflammfilter – aufgenommen mit ImageIR® 9400
Flammenpartikel mit Durchflammfilter – aufgenommen mit ImageIR® 9400
Anwendungsbeispiel

Thermografie zur Analyse der Eigenschaften von Kraftstoffmischungen

Mit Hilfe der Thermografie können beispielsweise Kraftstoffgemische, die flüssig in den Brennraum eingespritzt und dort entzündet werden, in ihren Zünd- und Verbrennungseigenschaften charakterisiert werden. Dies geschieht unter Varianz einer Vielzahl definierter Umgebungsbedingungen. Zur Bewertung des jeweiligen Gemisches werden mit einer High-Speed-Thermografiekamera die Auswirkungen sowohl des Zündfunkens, der Tröpfchengröße und -verteilung als auch des Flammeneinschwing- und -stillstandsverhaltens betrachtet, analysiert und optimiert. Die komfortable und schnelle Analyse der generierten Messdaten führt zu einer Brennraumauslegung, die eine effizientere Verbrennung und längere Lebensdauer ermöglicht. 

Was geschieht in den einzelnen Prozessen und welche Erkenntnisse sind mit Hilfe der Thermografie möglich?

1. Analyse der Zündfunken

Mit einer High-Speed-Thermografiekamera können das Temperaturmaximum des Funkens, die Funkengröße und die Entwicklung des Funkenübergangs geprüft werden. Daraus lassen sich die Auswirkungen der wichtigsten physikalischen Eigenschaften des Funkens auf die Zündung der Verbrennung ableiten. So kann beispielsweise der Einfluss der Funken-Temperatur, der aktiven Fläche und der Position im Brennraum in Abhängigkeit von der Kraftstoffmischung und -konzentration optimiert werden.

2. Analyse des Einspritzsystems/Überwachung der Kraftstoffeinspritzung

In typischen Verbrennungsmotoren für Flüssigbrennstoffe hängt die Effizienz der Zündung und Verbrennung maßgeblich von der Größe und Verteilung der Brennstofftröpfchen ab. Daher ist es erforderlich, die Einspritzvorgänge von Kraftstoffen thermisch zu analysieren. Eine sehr effiziente Methode ist der Einsatz einer speziellen High-End-Thermografiekamera, die mit dem Einspritztakt exakt synchronisiert und deren spektraler Empfindlichkeitsbereich auf die Messaufgabe ausgerichtet ist. Ein gutes Einspritzsystem sprüht den Kraftstoff gleichmäßig und kontinuierlich in den Brennraum. Mit Hilfe der Thermografie können Abweichungen aufgedeckt werden, welche die Effizienz der Verbrennung beeinträchtigen.

Analyse des Einspritzsystems/Überwachung der Kraftstoffeinspritzung
Analyse des Einspritzsystems/Überwachung der Kraftstoffeinspritzung

3. Untersuchung der Verbrennungsdynamik/Verbrennungsreaktion

Dabei geht es um die Beobachtung des Prozesses vor dem Zündzeitpunkt sowie die Betrachtung des Verlaufs der maximalen Temperatur und der gesamten freigesetzten Energie, die sich aus der verbrennungsaktiven Fläche ergibt. Die Temperaturspitzen beeinflussen den Verbrennungsprozess und können thermische und sogar akustische Instabilitäten zur Folge haben.

Kontakt zum Bereich Thermografie der InfraTec

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InfraTec Deutschland
InfraTec GmbH Infrarotsensorik und MesstechnikGostritzer Straße 61 - 6301217 DresdenDEUTSCHLAND

Explosionsvorgänge mittels High-Speed-Thermografie analysieren

InfraTec Thermografie - Hochtemperatur: Airbagentfaltung
Stufen der Entfaltung der Abgase des Airbags

Die Thermografie ist eine berührungslose, rückwirkungsfreie und sehr effiziente Messmethode, die gern eingesetzt wird um bei Explosionen ablaufende thermodynamische Prozesse zu beobachten und zu analysieren. Durch die bildhafte Erfassung der von einer bestimmten Objektfläche ausgehenden Infrarotstrahlung mittels geeigneter Thermografiesysteme, können Temperaturverteilungen und deren Änderungen visualisiert, gemessen, aufgezeichnet und mit der dazugehörigen Software umfassend analysiert und dokumentiert werden.

Durch die Visualisierung, Messung und Aufzeichnung der Temperaturverteilung während und nach der Detonation von Sprengstoffen können mithilfe von Hochgeschwindigkeits-Thermografiekameras die freigesetzte Energie, insbesondere die bei der Reaktion erzeugte Wärme, analysiert werden. Darüber hinaus ermöglicht die Thermografie gegebenenfalls die Messung der Flammenausbreitungs-geschwindigkeit und der Verbrennungseffizienz.

Deflagration   von Schwarzpulver aufgenommen mit ImageIR® 8800 hp und 50 mm Objektiv
Deflagration von Schwarzpulver ca. 0,3 Sekunden nach dem Beginn, aufgenommen mit ImageIR® 8800 hp und 50 mm Objektiv
Deflagration von Schwarzpulver aufgenommen mit ImageIR® 8800 hp und 50 mm Objektiv
Deflagration des Schwarzpulvers wenige Sekunden danach, aufgenommen mit ImageIR® 8800 hp und 50 mm Objektiv

Thermografiesysteme für die Analyse von Explosionsvorgängen

Ebenso wie bei der Verbrennungsanalyse sind bei der Analyse von Explosionen sehr kurze Integrationszeiten erforderlich, um die äußerst dynamischen Temperaturveränderungen ohne Smearing-Effekte erfassen zu können. Zusätzlich können die Thermografiesysteme von InfraTec mit anwendungsspezifischen spektralen Filtern ausgestattet werden. Motorisch aktivierbare Filterräder gestatten es, mit einem Mausklick in der Software die Auswahl aus bis zu 35 Filterkombinationen zu treffen und die Kamera rasch an veränderte Messbedingungen anzupassen. Für detailreiche Aufnahmen von Explosionen großvolumiger Ausbreitung stehen Thermografiesysteme mit einer geometrischen Auflösung bis zu (2.560 x 2.048) IR-Pixeln zur Verfügung. InfraTec bietet eine breite Auswahl an Wechsel-Objektiven unterschiedlicher Brennweiten bis 200 mm sowie Optionen für die motorische Fokussierung einschließlich diverser Autofokus-Modi. Mit der Funktion High Dynamic Range (HDR) kann ein Temperaturmessbereich von -20 °C bis 3.000 °C realisiert werden.

Die aus den Messdaten gezogenen Erkenntnisse helfen u. a. bei der Erarbeitung und Überprüfung von Sicherheitsprotokollen für explosive Materialien oder bei der Berechnung der notwendigen Sprengstoffmenge.

Online-Events On Demand: Analyse von Verbrennungs- und Explosionsvorgängen

Event On Demand / Veranstaltungssprache: Englisch

High-speed Thermography in Highest Quality

  • Besondere Merkmale und Potenziale der Hochgeschwindigkeits-Wärmebildtechnik

  • Vorstellung technischer Lösungen und InfraTec-Kameramodelle

  • Erläuterung wichtiger Parameter und deren Einfluss auf die Wärmebildgebung

  • Vorstellung verschiedener Funktionen zur Anpassung Ihrer Kamera an die Anwendungsanforderungen

Link zur Aufzeichnung

InfraTec Online-Event - High-Speed Thermografie
Event On Demand / Veranstaltungssprache: Englisch

Spectral Thermography – Basics and Applications

  • Allgemeine Informationen zur Infrarot-Thermografie und InfraTec

  • Definition der Spektralthermografie

  • Vorteile und Herausforderungen der Spektralthermografie

  • Spezifische Anforderungen an Kamerasysteme für die Spektralthermografie

Link zur Aufzeichnung

Online Event: Spectral Thermography – Basics and Applications

Wärmebildkameras für die Hochtemperaturmessung

Wärmebildkamera von InfraTec
High-End-Thermografiesysteme

ImageIR® 9400 hp

Bildformat(2.560 x 2.048) IR-Pixel
DetektortypInSb

Wärmebildkamera von InfraTec
High-End-Thermografiesysteme

ImageIR® 9400 hs

Bildformat(640 x 512) IR-Pixel
DetektortypInSb

Wärmebildkamera von InfraTec
High-End-Thermografiesysteme

ImageIR® 8800

Bildformat(1.280 x 1.024) IR-Pixel
DetektortypMCT

Wärmebildkamera von InfraTec
High-End-Thermografiesysteme

ImageIR® 8300 hs

Bildformat(640 x 512) IR-Pixel
DetektortypT2SLS oder InSb

Wärmebildkamera von InfraTec
High-End-Thermografiesysteme

ImageIR® 5300

Bildformat(320 x 256) IR-Pixel
DetektortypMCT

Wärmebildkamera von InfraTec
High-End-Thermografiesysteme

ImageIR® 8300 hp

Bildformat(1.280 x 1.024) IR-Pixel
DetektortypMCT oder InSb

Wärmebildkamera von InfraTec
Systemkameras

ImageIR® 8100

Bildformat(640 x 512) IR-Pixel
DetektortypInGaAs

Wärmebildkamera von InfraTec
Systemkameras

ImageIR® 9100

Bildformat(1.280 x 1.024) IR-Pixel
DetektortypInGaAs

Vorteile der Thermografie in dieser Applikation

InfraTec Thermografie - HighSpeed-Modus

High-Speed-Modus (Binning)

Schneller messen bei konstantem Bildfeld

Dank der Binning-Technologie verfügen Wärmebildkameras über einen zusätzlichen High-Speed-Modus, in dem die Bildfrequenz auf mehr als das Dreifache ansteigt und die thermische Auflösung verdoppelt werden kann.

Thermografie-Aufnahme während der Zündung eines Airbags

Fens­ter­modus (Subwin­do­wing)

Schnelle Messungen in definierten Teilbereichen

Erfassung sehr schneller Temperatur- und Bewegungsabläufe im Voll-, Halb-, Viertelbild- und Linien-Modus sowie in per Click-and- Drag definierten Teilbildformaten mittels hoher Bildwiederholraten

Thermografie mit ImageIR Series von InfraTec - HDR - Bildnachweis: © iStock.com / Vershinin M

HDR-Funktion

Große Temperaturbereiche gleichzeitig abbilden
Mit der HDR-Funktion können Thermogramme mit verschiedenen Integrationszeiten und Filtern schnell aufeinanderfolgend erstellt und zu einem Gesamtbild mit großen Temperaturunterschieden zusammengesetzt werden.

HighSense für Thermografiekameraserie ImageIR®

High­Sense

Garant für Flexibilität und Messgenauigkeit

Dank der innovativen Funktion bleibt die Messgenauigkeit der Kameras auch dann erhalten, wenn Integrationszeiten oder die Messbereiche verändert werden. Anwender sparen so Zeit und Kosten.

Inte­griertes Trigger- / Prozess­in­ter­face und Schnitt­stellen – Wärme­bild­ka­mera und externe Geräte digital steuern

Das interne Triggerinterface garantiert eine hochpräzise, wiederholgenaue Triggerung. Jeweils zwei konfigurierbare digitale Ein- und Ausgänge dienen zum Steuern der Kamera oder zur Erzeugung von digitalen Steuersignalen für externe Geräte. Auf diese Art und Weise lassen sich beispielsweise der Betrieb einer Leiterplatte und der Takt einer Messung synchron aufeinander abstimmen.

Die Auswahl verschiedener Kameraschnittstellen erlaubt das Verarbeiten analoger Daten, wie z. B. der Spannung direkt durch die Kamera und damit das Einfügen dieser Informationen in die thermografischen Bilddaten. In den Auswertungen mit der Software können relevante Größen einbezogen werden, was das Ziehen von Rückschlüssen auf die Ursachen von Temperaturänderungen erleichtert.

Mehrere Integrationszeiten kombinieren mit Hilfe von MIT

Multi Integration Time (MIT)

Temperaturmessungen über mehrere Kalibrierbereiche

Mit Hilfe der Funktion können bei konstanter Blenden- und Filtereinstellung kontinuierliche Temperaturmessungen durchgeführt werden, welche sich über mehr als einen Kalibrierbereich erstrecken.

InfraTec Service Kalibrierstand

Auto Calibration

Die Option Auto Calibration erweitert die Funktion „HighSense“ um eine automatische, dynamische Anpassung der Integrationszeit, um durchgehend die beste Temperaturmessgenauigkeit und ein optimales Signal-Rausch-Verhältnis zu ermöglichen. Die Aussteuerung eines Detektors („Wellfill“) ist üblicherweise in bestimmten Bereichen des Dynamikumfangs optimal. Befindet sich das Signal des Messobjekts außerhalb dieser bzw. vom Anwender vorgegebener Grenzen, wird die Integrationszeit nachgeregelt.

InfraTec Glossar - Rotierendes Filter- und Blendenrad

Sepa­rates Filter- & Blen­denrad

Messung hoher Temperaturen & spektraler Bereiche

Bis zu zwei mit Filtern und Blenden bestückbare und frei kombinierbare Räder erlauben die Anpassung der Kameraempfindlichkeit an die spezifischen Anforderungen anspruchsvoller Messaufgaben.

InfraTec Objektive - Hochwertige Volloptiken

Hochwertige Infrarot-Optiken

Präzise Optiken für vielfältige Anforderungen

Egal, ob Messung im kleinsten Detail oder Überwachung auf große Entfernung: Für thermografische Untersuchungen aller Art stellt InfraTec hochwertige lichtstarke Präzisionsoptiken zur Verfügung.

Schutzgehäuse für Thermografiekameras

Schutzgehäuse aus Leichtmetall

Sicher auch in anspruchsvollen Umgebungen

Allwettertaugliche und robuste Metallgehäuse schützen die InfraTec-Thermografiekameras vor hoher Beanspruchung. Sie ermöglichen den Einsatz in rauer Umgebung, bei Staub, Spritzwasser und Explosionsgefahr.

Thermografie-Kameraserie ImageIR® mit neuer 10 GigE-Schnittstelle

10 GigE-Schnitt­stelle

Extrem schnelle Datenübertragung

Hochauflösende Detektoren und hohe Bildraten erzeugen große Datenmengen. Mit der 10 Gigabit Ethernet-Schnittstelle lassen sich diese Daten schnell, verlustfrei und zuverlässig übertragen.

InfraTec Thermografie - HighSpeed-Modus

High-Speed-Modus (Binning)

Schneller messen bei konstantem Bildfeld

Dank der Binning-Technologie verfügen Wärmebildkameras über einen zusätzlichen High-Speed-Modus, in dem die Bildfrequenz auf mehr als das Dreifache ansteigt und die thermische Auflösung verdoppelt werden kann.

Thermografie-Aufnahme während der Zündung eines Airbags

Fens­ter­modus (Subwin­do­wing)

Schnelle Messungen in definierten Teilbereichen

Erfassung sehr schneller Temperatur- und Bewegungsabläufe im Voll-, Halb-, Viertelbild- und Linien-Modus sowie in per Click-and- Drag definierten Teilbildformaten mittels hoher Bildwiederholraten

Thermografie mit ImageIR Series von InfraTec - HDR - Bildnachweis: © iStock.com / Vershinin M

HDR-Funktion

Große Temperaturbereiche gleichzeitig abbilden
Mit der HDR-Funktion können Thermogramme mit verschiedenen Integrationszeiten und Filtern schnell aufeinanderfolgend erstellt und zu einem Gesamtbild mit großen Temperaturunterschieden zusammengesetzt werden.

HighSense für Thermografiekameraserie ImageIR®

High­Sense

Garant für Flexibilität und Messgenauigkeit

Dank der innovativen Funktion bleibt die Messgenauigkeit der Kameras auch dann erhalten, wenn Integrationszeiten oder die Messbereiche verändert werden. Anwender sparen so Zeit und Kosten.

Inte­griertes Trigger- / Prozess­in­ter­face und Schnitt­stellen – Wärme­bild­ka­mera und externe Geräte digital steuern

Das interne Triggerinterface garantiert eine hochpräzise, wiederholgenaue Triggerung. Jeweils zwei konfigurierbare digitale Ein- und Ausgänge dienen zum Steuern der Kamera oder zur Erzeugung von digitalen Steuersignalen für externe Geräte. Auf diese Art und Weise lassen sich beispielsweise der Betrieb einer Leiterplatte und der Takt einer Messung synchron aufeinander abstimmen.

Die Auswahl verschiedener Kameraschnittstellen erlaubt das Verarbeiten analoger Daten, wie z. B. der Spannung direkt durch die Kamera und damit das Einfügen dieser Informationen in die thermografischen Bilddaten. In den Auswertungen mit der Software können relevante Größen einbezogen werden, was das Ziehen von Rückschlüssen auf die Ursachen von Temperaturänderungen erleichtert.

Mehrere Integrationszeiten kombinieren mit Hilfe von MIT

Multi Integration Time (MIT)

Temperaturmessungen über mehrere Kalibrierbereiche

Mit Hilfe der Funktion können bei konstanter Blenden- und Filtereinstellung kontinuierliche Temperaturmessungen durchgeführt werden, welche sich über mehr als einen Kalibrierbereich erstrecken.

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