Wärmebildkameras

Infrarot-Wärmebildkameras sind Geräte der fortgeschrittenen thermischen Visualisierung, die zweidimensionale Bilder der Oberflächentemperaturverteilung von Objekten, Gebäuden, Anlagen und Personen aufnehmen. Sie verwenden Matrizen ungekühlter Mikrobolometer (die verbreitetste Technologie für industrielle und bauliche Anwendungen) oder gekühlte Quantensensoren (für wissenschaftliche Anwendungen hoher Empfindlichkeit), um Wärmebilder mit Auflösungen von typischerweise 80×60 Pixeln (günstige Modelle) bis 1280×1024 Pixeln (High-End-Modelle) aufzunehmen. Sie werden in der vorausschauenden Instandhaltung, der Gebäudeprüfung, der Forschung, der Sicherheitstechnik, der Anlagenüberwachung und beim gesundheitlichen Screening eingesetzt.

Sensortechnologien

Mikrobolometer sind die verbreitetsten Sensoren: Arrays von Mikrowiderständen aus Vanadiumoxid oder amorphem Silizium, deren Widerstand sich mit der Temperatur ändert, die sie durch Absorption der IR-Strahlung erreichen (typischerweise im Band 8-14 µm). Sie arbeiten bei Umgebungstemperatur, ohne Kühlung, zu überschaubaren Kosten. Die typische Empfindlichkeit (NETD, Noise Equivalent Temperature Difference) liegt bei 30-50 mK für High-End-Modelle und bei 100-200 mK für industrielle Standardmodelle. Gekühlte Sensoren (Stirling-Kühler bei 77 K) erreichen ein NETD von <10 mK, jedoch bei weit höheren Kosten, und werden für Forschung, Militär und Anwendungen hoher Empfindlichkeit eingesetzt.

Eigenschaften von Wärmebildkameras

Die wichtigsten Eigenschaften sind: die Sensorauflösung (Pixel), die den Detailgrad des Wärmebildes bestimmt; der Temperaturbereich (-20 °C bis +500 °C als Standard, bis 2000 °C bei Industriemodellen); die Bildrate (9 Hz / 30 Hz / 60 Hz, wichtig für dynamische Anwendungen und für die Ausfuhr ohne besondere Genehmigungen); wechselbare Optiken für Sonderanwendungen (Weitwinkel für Übersichtsaufnahmen, Teleobjektiv für Details auf Distanz); ein integriertes Touchscreen-Display; Auswertefunktionen (Hotspots, Spotmeter, Isothermen, Alarme); die Überlagerung von visuellem und thermischem Bild (MSX, Picture-in-Picture), um Stellen von Interesse leichter zu erkennen.

Elektrische und mechanische Instandhaltung

Die wichtigste Anwendung ist die vorausschauende Instandhaltung: das Auffinden von Hotspots an Mittel- und Niederspannungsschaltanlagen (lose Verbindungen, Überlastungen, Phasenunsymmetrien), an Transformatoren, an Elektromotoren und in MS/NS-Stationen. Für Schaltanlagen unter Spannung ist aus Sicherheitsgründen qualifiziertes Personal erforderlich. In der mechanischen Instandhaltung erkennen Wärmebildkameras überhitzte Lager, falsch ausgewuchtete Bremsen, Motoren mit Betriebsstörungen, verschmutzte Wärmetauscher (Fouling), Kondensatableiter, Hochdruckdampf und Gaslecks.

Gebäudeprüfung

Bei der Gebäudeprüfung erkennen Wärmebildkameras: Wärmebrücken (Bereiche mit Wärmeverlust in Wänden, Decken und Fensterrahmen); Feuchte in Werkstoffen (Feuchte senkt durch Verdunstung die örtliche Temperatur); eindringendes Regenwasser (Feuchtekartierung an Decken und Wänden nach Regen); Dämmfehler (Bereiche mit fehlender oder beschädigter Dämmung); Fußbodenheizungen (Prüfung der Gleichmäßigkeit und der fachgerechten Verlegung); aufsteigende Feuchte. Die Norm UNI EN 13187 regelt die Thermografie für die Beurteilung der thermischen Eigenschaften von Gebäudehüllen.

Normen und Schulung

Die wichtigsten Regelwerke sind: UNI EN 13187 (Bauthermografie); UNI 11537 (industrielle thermografische Prüfungen); IEC 60068-2 (Umweltprüfungen); sowie, für elektrische Prüfungen, NETA ATS (Acceptance Testing Standard) zusammen mit den internen Verfahren des Unternehmens. Für Photovoltaikanwendungen IEC TS 62446-3. Die Zertifizierung des Personals (Stufe 1, 2, 3 nach UNI EN 473 / ISO 9712) wird für formale Prüfungen und für die quantitative Auswertung empfohlen. Die Kalibrierung erfolgt mit nach ISO 17025 zertifizierten Schwarzkörpern.

Auswahlkriterien

Die Wahl der Wärmebildkamera richtet sich nach: der erforderlichen Sensorauflösung (mindestens 320×240 für Prüfungen guter Qualität, 640×480 für anspruchsvolle Anwendungen); der NETD-Empfindlichkeit; dem Temperaturbereich; den verfügbaren Optiken (Modelle mit wechselbaren Objektiven sind wegen ihrer Vielseitigkeit zu bevorzugen); den Softwarefunktionen für Auswertung und Berichtswesen; der Mobilität (Gewicht, Akkulaufzeit, Robustheit); dem Vorhandensein einer integrierten visuellen Digitalkamera für die Bildüberlagerung; der Kompatibilität mit Tablets und Smartphones für die Videodokumentation.