Kalibrierung

Die Kalibrierung dient der Bestimmung der Beziehung zwischen dem angezeigten Messwert eines zu prüfenden Infrarotthermometers und der Anzeige eines Kalibrierstandards bei bestimmten Temperaturen – unter Berücksichtigung der zugehörigen Messunsicherheiten. In der Vergangenheit wurde dieser Prozess oft nicht klar von der Ermittlung von Korrekturwerten oder der Erstellung von Kalibrierkurven unterschieden.

Es gibt keine allgemeingültigen Vorschriften oder Empfehlungen zu Kalibrierintervallen; diese hängen von der Nutzung, den Umgebungsbedingungen und den Anforderungen des Anwenders ab und sollten im Rahmen des Qualitätsmanagements für Prüfmittel festgelegt werden. Anspruchsvolle Umgebungsbedingungen können häufigere Überprüfungen erforderlich machen. Anhaltend hohe Umgebungstemperaturen können die Empfindlichkeit des Detektors beeinflussen, während Staub oder Dämpfe die Transmissionsfähigkeit der Optik beeinträchtigen können.

Infrarotthermometer werden mit Kalibrierstrahlern überprüft, die eine Strahlung bekannter Temperatur erzeugen und so Justierung und Kalibrierung ermöglichen. Um eine geringe Kalibrierunsicherheit zu erreichen, muss die Strahlungstemperatur des Kalibrierstrahlers so genau wie möglich bekannt sein. Eine Möglichkeit besteht darin, die Temperatur der Strahlungsquelle mit einem Kontaktthermometer zu messen und deren Emissionsgrad zu bestimmen. Alternativ kann die Strahlungstemperatur direkt mit einem Transfer-Strahlungsthermometer (TSRT) ermittelt werden.

Nationale Metrologieinstitute verfügen über hochpräzise Schwarzkörperstrahler, deren Strahlungstemperatur mit geringer Unsicherheit auf die Internationale Temperaturskala von 1990 (ITS-90) rückführbar ist. Diese werden zur Kalibrierung von Transfer-Strahlungsthermometern (TSRT) verwendet, die wiederum zur Kalibrierung von Strahlungsquellen in Kalibrierlaboren dienen. Diese Strahlungsquellen werden anschließend direkt zur Kalibrierung der zu prüfenden Infrarotkameras oder Pyrometer eingesetzt.

Da die Messgeometrie aufgrund des sogenannten „Size-of-Source-Effekts“ das Messergebnis beeinflussen kann, wird die Kalibrierung in der Regel für eine genau definierte Geometrie durchgeführt (Abstand und Aperturdurchmesser der Strahlungsquelle). Diese Angabe darf nicht mit der optischen Auflösung (dem Distanz-zu-Messfleck-Verhältnis, D:S) verwechselt werden. Das D:S gibt an, bei welcher Objektgröße das Signal auf 90 % des ursprünglichen Werts gegenüber der Kalibriergeometrie abfällt. Der 100-%-Wert bezieht sich auf die Kalibriergeometrie, die stets einen größeren Messfleckdurchmesser in einer bestimmten Entfernung aufweist, als sich aus dem D:S-Verhältnis ergibt.

Für eine korrekte Kalibrierung müssen günstige Umgebungsbedingungen geschaffen werden. Temperatur und Luftfeuchtigkeit im Labor sollten möglichst genau den vom Hersteller angegebenen Kalibrierbedingungen entsprechen (meist 23 °C ± 5 °C und 50 % rF ± 30 % rF). Änderungen der Umgebungstemperatur dürfen 0,1 K/min nicht überschreiten, da viele Messgeräte und Strahlungsquellen empfindlich auf Temperaturschwankungen reagieren. Zudem sind Strahlungsquellen, insbesondere Plattenstrahler, empfindlich gegenüber Luftströmungen, die daher vermieden werden sollten.

Geräte mit einer Oberflächentemperatur, die deutlich von der Umgebungstemperatur abweicht, sollten so positioniert werden, dass weder Reflexionen von heißen oder kalten Oberflächen auf den Schwarzkörperstrahler und die Blenden noch direkte Störstrahlung in das Sichtfeld der Infrarotkamera gelangen. Einflüsse wie elektromagnetische Felder oder mechanische Vibrationen und Stöße sollten deutlich unter den vom Hersteller angegebenen Grenzwerten liegen.

Weitere Details zur Kalibrierung von Infrarotkameras finden sich in der Richtlinie „Technische Temperaturmessung – Temperaturmessung mit Wärmebildkameras – Messtechnische Charakterisierung – Berichtigung zur Norm VDI 5585 Blatt 1:2018-03“.
Für Details zur Kalibrierung von Pyrometern gilt die Richtlinie „Temperaturmessung in der Industrie – Strahlungsthermometrie – Kalibrierung von Strahlungsthermometern VDI 3511 Blatt 4.4:2005-07“.