DE102008046725B4

DE102008046725B4 - Infrarotzielobjekt-Temperaturkorrektursystem und- verfahren

Info

Publication number: DE102008046725B4
Application number: DE102008046725.1A
Authority: DE
Inventors: Frank E. Liebmann
Original assignee: Fluke Corp
Current assignee: Fluke Corp
Priority date: 2007-11-14
Filing date: 2008-09-11
Publication date: 2014-09-04
Anticipated expiration: 2028-09-12
Also published as: GB2454761C; FR2923603B1; DE102008046725A1; FR2923603A1; US20090122826A1; GB2454761B; CN101435721B; US20100103976A1; GB2454761C3; GB0811573D0; GB2454761C2; GB2454761A; US7661876B2; CN101435721A; US8177421B2

Abstract

Verfahren (36) zum Kalibrieren eines Infrarot-Thermometers (28), aufweisend: Aufnehmen einer Mehrzahl von ersten Strahlungsmessungen eines Infrarot-Zielobjekts (12), wobei jede der Mehrzahl von Strahlungsmessungen mit dem Infrarot-Zielobjekt (12) aufgenommen wird, das auf eine entsprechende von mehreren Zielobjekt-Einstelltemperaturen erwärmt ist; für jede erste Strahlungsmessung Berechnen einer scheinbaren Temperatur eines Graukörpers, welcher eine Strahlungsdichte aufweist, die gleich der ersten Strahlungsmessung ist, und wobei der Graukörper ein Emissionsvermögen aufweist, das gleich zu einer Emissionsvermögenseinstellung des Infrarot-Thermometers (28) ist; in Beziehung setzen jeder der scheinbaren Temperaturen mit einer entsprechenden Einstelltemperatur der Mehrzahl von Einstelltemperaturen, welche derselben der Mehrzahl von Strahlungsmessungen entspricht; Eingeben einer Kalibrierungstemperatur in eine Steuer-/Regeleinrichtung (20), die mit dem Infrarot-Zielobjekt (12) gekoppelt ist; Erwärmen des Zielobjekts (12) auf die Einstelltemperatur, die mit der scheinbaren Temperatur entsprechend der Kalibrierungstemperatur in Beziehung gesetzt ist; Aufnehmen einer Strahlungsmessung des Zielobjekts (12) mit dem Infrarot-Thermometer (28), welches die Emissionsvermögenseinstellung aufweist; und Kalibrieren des Infrarot-Thermometers (28), um die Strahlungsmessung in Beziehung zu der Kalibrierungstemperatur zu setzen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Systeme und Verfahren zum Kalibrieren von Infrarot-Thermometer-Kalibrierungssystemen, die bei der Kalibrierung von Infrarot-Thermometern verwendet werden.
Infrarot (IR)-Thermometer messen die IR-Strahlung von Körpern und geben eine Temperatur entsprechend der Intensität von Strahlung aus, die innerhalb des Frequenzbereichs des IR-Thermometers gemessen wird. IR-Thermometer werden durch Erfassen der Strahlung von einem thermischen Zielobjekt, das auf eine genau bekannte Temperatur erwärmt ist, kalibriert. Die Strahlungsdichte, die durch das IR-Thermometer gemessen wird, kann dann in Beziehung mit der Einstelltemperatur des Zielobjekts gesetzt werden.
DE 695 16 510 R2 offenbart eine Temperaturmessvorrichtung mit einem berührungsfreien Thermometer zum Messen der Temperatur eines Temperaturmessgegenstandes basierend auf der Übertragung von Wärmestrahlung zu dem Temperaturmeßgegenstand und von diesem, mit einem Berührungsthermometer zum Messen der Temperatur des Temperaturmeßgegenstandes, indem ein Sensorabschnitt in Kontakt mit der Oberfläche des Temperaturmeßgegenstandes gebracht wird, einer arithmetischen Einrichtung zum Berechnen eines Korrekturfaktors für die Korrektur eines Fehlers der Daten, die durch das berührungsfreie Thermometer gemessen werden, und zwar entsprechend den durch das berührungsfreie Thermometer gemessenen Daten sowie eines Wertes, der durch das Berührungsthermometer gemessen wurde, und darüber hinaus Berechnen eines Korrekturwertes durch Korrigieren der durch das berührungsfreie Thermometer gemessenen Daten entsprechend dem Korrekturfaktor, und mit einer Anzeigeeinrichtung zum Anzeigen des gemessenen Wertes und des Korrekturwertes, wobei ein Korrekturfaktor eingestellt wird, der die Wirkung externer Wärmestrahlung einschließt, welche als Störfaktor zusätzlich zu der Wärmestrahlung zwischen dem Temperaturmeßgegenstand und dem berührungsfreien Thermometer wirkt.
EP 0 594 102 A1 offenbart ein IR-Fernthermometer zum berührungslosen Messen der Temperatur eines Objektes aus einem vorgegebenen Abstand mittels IR-Strahlen, unter Verwendung eines im etwa 25 Hz-Rythmus scannenden Zeilendetectors mit einer Kombination eines durch von Bild zu Bild wechselnde Beteiligung der Detector-Elemente an der Darstellung jeder Bildschirmzeile homogenisierten IR-Bildes mit einem in seiner Temperatur bekannten und geregelten schwarzen Strahler, und der Eingabe atmosphärischer Korrekturfaktoren in die Bildverarbeitungs-Elektronik, wobei die Objekttemperatur durch Vergleich der gemessenen Objekt-Strahlungsleistung mit der Leistung des schwarzen Strahlers ermittelt wird.
US 6,585,410 B1 offenbart einen selbstkalibrierenden Strahlungsmesser zur kontaktlosen Temperaturmessung eines Objektes, wie z. B. einer Wassermenge, der einen Schwarzkörper als Temperaturreferenz verwendet und einen optomechanischen Mechanismus, z. B. einen Chopper, aufweist, um zwischen dem Messen der Temperatur des Schwarzkörpers und einer Testquelle hin und her zu schalten. Der Strahlungsmesser funktioniert durch Messen der Strahlung sowohl des Testkörpers als auch des Referenz-Schwarzkörpers, Anpassen der Temperatur des Schwarzkörpers, so dass seine Strahlung äquivalent zur Testquelle ist, und Messen der Temperatur des Referenz-Schwarzkörpers unter Verwendung eines Präzisionskontakttemperatursensors, um die Strahlungstemperatur des Testkörpers zu bestimmen. Die Strahlung beider Körper wird von einem Infrarotdetektor detektiert, der die detektierte Strahlung in ein elektrisches Signal umwandelt, das mit einem Chopper-Referenzsignal in einen Fehlersignalgenerator, wie z. B. einen Synchrondetektor, eingeführt wird, der ein Präzisionssignal erzeugt, das ungefähr proportional zur Differenz zwischen der Temperatur des Referenz-Schwarzkörpers und der Test-Infrarotquelle ist. Dieses Fehlersignal wird dann in einer Rückkopplungsschleife benutzt, um die Temperatur des Referenz-Schwarzkörpers anzupassen, bis sie gleich der Temperatur der Testquelle ist, so dass das Fehlersignal null ist.
US 6 398 406 B1 beschreibt ein Verfahren zum Bestimmen der Temperatur einer Oberfläche, auf die eine Beschichtung aufgebracht wird, mit Hilfe optischer Pyrometrie durch Korrigieren des Kirchhoffschen Gesetzes für Fehler in den Emissions- oder Reflexionsmessungen, die mit dem Wachstum der Beschichtung und nachfolgenden Änderungen der thermischen Emissions- und Wärmeübertragungseigenschaften der Oberfläche verbunden sind. Durch ein Kalibrierungsverfahren, das in situ in der Kammer, in der der Beschichtungsvorgang durchgeführt wird, durchgeführt werden kann, kann ein Fehlerkalibrierungsparameter ermittelt werden, der bei der Anwendung optischer Pyrometrie eine genauere Bestimmung der Oberflächentemperatur ermöglicht. Der Kalibrierungsvorgang muss nur wiederholt werden, wenn sich die physikalischen Eigenschaften der Beschichtungskammer verändern.
Die Genauigkeit von thermischen Zielobjekten ist durch Veränderungen in dem Emissionsvermögen des Zielobjekts mit der Temperatur begrenzt. Das Emissionsvermögen des Zielobjekts variiert auch mit der Wellenlänge von auf das Zielobjekt einfallender Strahlung und von von dem Zielobjekt reflektierter Strahlung. Allerdings kann das IR-Thermometer, das kalibriert wird, eine Emissionsvermögenseinstellung aufweisen, die kleiner als eins ist, sodass das IR-Thermometer verwendet werden kann, um die Temperatur von Körpern zu messen, welche ein geringes Emissionsvermögen aufweisen. Jedoch ist die Emissionsvermögenseinstellung üblicherweise konstant und folglich nicht gleich dem Emissionsvermögen des Zielobjekts über einen Temperaturbereich. Dementsprechend kann das IR-Thermometer nicht für alle Temperaturen innerhalb eines erforderlichen Bereichs genau kalibriert werden.
In Anbetracht des Vorhergehenden wäre es ein technischer Fortschritt, ein geeignetes System und ein geeignetes Verfahren zur genauen Kalibrierung eines IR-Thermometers, welches eine konstante Emissionsvermögenseinstellung aufweist, unter Verwendung eines thermischen Zielobjekts, welches ein temperaturabhängiges Emissionsvermögen aufweist, bereitzustellen.
Die Erfindung umfasst ein Verfahren zum Kalibrieren eines Infrarot-Thermometers, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
Aufnehmen einer Mehrzahl von ersten Strahlungsmessungen eines Infrarot-Zielobjekts, wobei jede der Mehrzahl von Strahlungsmessungen mit dem Infrarot-Zielobjekt aufgenommen wird, das auf eine entsprechende von mehreren Zielobjekt-Einstelltemperaturen erwärmt ist;
für jede erste Strahlungsmessung Berechnen einer scheinbaren Temperatur eines Graukörpers, welcher eine Strahlungsdichte aufweist, die gleich der ersten Strahlungsmessung ist, und wobei der Graukörper ein Emissionsvermögen aufweist, das gleich zu einer Emissionsvermögenseinstellung des Infrarot-Thermometers ist;
in Beziehung setzen jeder der scheinbaren Temperaturen mit einer entsprechenden Einstelltemperatur der Mehrzahl von Einstelltemperaturen, welche derselben der Mehrzahl von Strahlungsmessungen entspricht;
Eingeben einer Kalibrierungstemperatur in eine Steuer-/Regeleinrichtung, die mit dem Infrarot-Zielobjektgekoppelt ist;
Erwärmen des Zielobjekts auf die Einstelltemperatur, die mit der scheinbaren Temperatur entsprechend der Kalibrierungstemperatur in Beziehung gesetzt ist;
Aufnehmen einer Strahlungsmessung des Zielobjekts mit dem Infrarot-Thermometer, welches die Emissionsvermögenseinstellung aufweist; und
Kalibrieren des Infrarot-Thermometers, um die Strahlungsmessung in Beziehung zu der Kalibrierungstemperatur zu setzen.
Die Erfindung umfasst auch ein Kalibrierungssystem aufweisend:
ein Infrarot-Thermometer, das eine Emissionsvermögenseinstellung aufweist;
ein Zielobjekt, welches Infrarotstrahlung zu dem Infrarot-Thermometer emittiert;
ein Heizelement, welches sich in thermischem Kontakt mit dem Zielobjekt befindet;
einen Temperatursensor, welcher sich in thermischem Kontakt mit dem Zielobjekt befindet;
eine Steuer-/Regeleinrichtung, welche mit dem Temperatursensor und dem Heizelement gekoppelt ist, wobei die Steuer-/Regeleinrichtung derart konfiguriert ist, dass sie eine Eingangstemperatur empfängt, wobei die Steuer-/Regeleinrichtung derart programmiert ist, dass sie die Eingangstemperatur mit einer Einstelltemperatur in Beziehung setzt und bewirkt, dass das Heizelement das Zielobjekt auf eine Temperatur in der Nähe der Einstelltemperatur erwärmt, die einer scheinbaren Temperatur des Zielobjekts entspricht, die gleich der Eingangstemperatur ist, wobei die scheinbare Temperatur gleich einer Graukörpertemperatur eines Graukörpers ist, der ein Emissionsvermögen im Wesentlichen gleich der Emissionsvermögenseinstellung des Infrarot-Thermometers und eine Strahlungsdichte im Wesentlichen gleich dem Zielobjekt, wenn dieses auf die Einstelltemperatur erwärmt ist, aufweist.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:
1: ein Blockdiagramm eines IR-Thermometer-Kalibrierungssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2: ein Blockdiagramm eines IR-Thermometers, das unter Verwendung eines Quasi-Schwarzkörpers kalibriert wird, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
3: ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Kalibrieren eines IR-Thermometer-Kalibrierungssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
4: ein Blockdiagramm eines Aufbaus zur Kalibrierung eines IR-Thermometers unter Verwendung eines IR-Thermometer-Kalibrierungssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
5: ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Kalibrieren eines IR-Thermometers gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Bezug nehmend auf 1 kann ein IR-Thermometer-Kalibrierungssystem 10 für IR-Thermometer ein Zielobjekt 12 aufweisen, welches in thermischem Kontakt mit einem Temperatursensor 14 steht. Das Zielobjekt 12 kann eine strahlende Fläche 16 umfassen. Die Fläche 16 kann eine Beschichtung mit hohem Emissionsvermögen, wie bspw. eine Farbe mit hohem Emissionsvermögen, tragen, welche ein temperaturabhängiges Emissionsvermögen aufweisen kann, jedoch kann das Emissionsvermögen der Beschichtung weniger mit der Temperatur als die meisten Substanzen variieren. Der Temperatursensor 14 kann gegenüber der strahlenden Fläche 16 positioniert sein. Dementsprechend kann es sein, dass infolge von Strahlungs- und Wärmeleitungsverlusten die Anzeige des Temperatursensors 14 nicht die exakte Temperatur der Fläche 16 angibt.
Ein Heizelement 18 ist ebenfalls in thermischem Kontakt mit dem Zielobjekt 12 positioniert. Das Heizelement 18 kann gegenüber der strahlenden Fläche 16 positioniert sein. Das Heizelement 18 und der Temperatursensor 14 sind mit einer Steuer-/Regeleinheit 20 gekoppelt, welche die Ausgabe von dem Temperatursensor 14 liest und die Leistung für das Heizelement 18 gemäß der Ablesung und einer Einstelltemperatur, die durch einen Benutzer oder ein durch die Steuer-/Regeleinheit 20 ausgeführtes Programm festgelegt wird, kontrolliert. Eine Schnittstelle 22 kann an die Steuer-/Regeleinheit 20 gekoppelt sein, um einem Benutzer die Eingabe einer Einstelltemperatur in die Steuer-/Regeleinheit 20 zu ermöglichen. In einem Speicher 24, der mit der Steuer-/Regeleinheit 20 gekoppelt ist, können Testergebnisse und andere Betriebsdaten und ausführbare Daten, wie bspw. eine Kalibrierungsanwendung 26, gespeichert sein.
Ein IR-Thermometer 28 kann in einem Abstand von dem Zielobjekt 12 positioniert sein, um die IR Strahlung 30 von demselben zu empfangen. Das IR-Thermometer 28 kann mit der Steuer-/Regeleinheit 20 gekoppelt sein, um eine Strahlungsmessung für die Steuer-/Regeleinheit 20 bereitzustellen. Gemäß 2, wobei weiter auf die 1 Bezug genommen wird, wird in einem Ausführungsbeispiel das IR-Thermometer-Kalibrierungssystem 10 unter Verwendung eines IR-Thermometers 28 kalibriert, welches selbst durch einen Quasi-Schwarzkörper 32, bspw. die von einem erwärmten Raum 34 emittierte Strahlung, kalibriert ist. Das IR-Thermometer 28 weist vorzugsweise eine größere Genauigkeit als die unter Verwendung des IR-Thermometer-Kalibrierungssystems 10 zu kalibrierenden IR-Thermometer 28 auf. Das IR-Thermometer 28 kann die Strahlung von dem Schwarzkörper 32 bei verschiedenen Temperatureinstellpunkten messen und seine Ausgabe in Beziehung zu tatsächlichen Strahlungswerten von dem Schwarzköper 32 in dem spektralen Band des IR-Thermometers 28 setzen, wie bspw. 8–14 Mikrometer. Während der Messung von Strahlungswerten von dem Schwarzkörper 32 beträgt die Emissionsvermögenseinstellung des IR-Thermometers 28 vorzugsweise ungefähr eins.
Es wird erneut auf 1 Bezug genommen. In einem Ausführungsbeispiel gibt ein Benutzer oder die Kalibrierungsanwendung 26 eine Reihe von Einstelltemperaturen in die Steuer-/Regeleinheit 20 ein und das IR-Thermometer 28 misst die Strahlung von dem Zielobjekt 12 an jedem Temperatureinstellpunkt.
Es wird auf 3 Bezug genommen, wobei weiterhin auch auf die 1 Bezug genommen wird. Ein Verfahren 36, zum Kalibrieren eines IR-Thermometer-Kalibrierungssystems 10 kann im Block 38 das Einstellen einer Temperatur T_SET und das Ansteuern der Temperatur des Zielobjekts 12 in der Nähe der Einstelltemperatur T_SET umfassen. Im Block 40 wird eine Kontakttemperatur T_CONT durch Lesen der Ausgabe des Temperatursensors 14 gemessen. Im Block 42 wird eine Kontakttemperatur T_CONT durch Lesen der Ausgabe des Temperatursensors 14 gemessen. Im Block 42 wird eine Verlustkorrektur ausgeführt, um eine Oberflächentemperatur T_SURF an der Fläche 16 des Zielobjekts 12 zu bestimmen. In einigen Ausführungsbeispielen wird eine Umgebungstemperatur T_AMB im Block 44 gemessen und im Block 42 zur Bestimmung der Oberflächentemperatur T_SURF verwendet. Die Bestimmung der Oberflächentemperatur T_SURF kann das Heranziehen einer Nachschlagetabelle umfassen, welche die Oberflächentemperatur T_SURF zu der Kontakttemperatur T_CONT in Beziehung setzt und in einigen Ausführungsbeispielen die Umgebungstemperatur T_AMB durch eine vorherige Kalibrierung bestimmt. Alternativ kann die Kontakttemperatur T_CONT und die optionale Umgebungstemperatur T_AMB eine Eingabe für eine Gleichung oder einen Rechenalgorithmus zur Bestimmung der Oberflächentemperatur T_SURF sein.
Im Block 46 wird die Strahlungsdichte M des Zielobjekts 12 für die Oberflächentemperatur T_SURF unter Verwendung des IR-Thermometers 28 gemessen. Das IR-Thermometer 28 kann vorteilhaft wie oben gemäß 2 beschrieben kalibriert sein. Im Block 48 wird die scheinbare Temperatur T_APP des Zielobjekts 12 berechnet. Die scheinbare Temperatur T_APP kann gemäß Gleichung 1 unter Verwendung der erwarteten Bandbreite λ1–λ2, der Emissionsvermogenseinstellung ε_IR und/oder der Hintergrundtemperatureinstellung T_BG eines IR-Thermometers 28 berechnet werden, welches unter Verwendung des IR-Thermometer-Kalibrierungssystems 10 kalibriert werden soll. In einigen Ausführungsbeispielen kann es sein, dass das IR-Thermometer 28, welches verwendet wird, um die Strahlungsdichte M zu messen, die gleiche Bandbreite λ1–λ2, die gleiche Hintergrundtemperatur T_BG und die gleichen Emissionsvermogenseinstellungen ε_IR wie die zu kalibrierenden Einheiten hat. In solchen Ausführungsbeispielen kann das IR-Thermometer 28 eine Temperaturablesung ausgeben, die als scheinbare Temperatur T_APP verwendet wird.
Im Block 50 wird ein Korrekturfaktor berechnet, der die Oberflächentemperatur ^TSURF mit der scheinbaren Temperatur T_APP in Beziehung setzt. Das Verfahren 36 kann für mehrere Einstelltemperaturen T_SET und ihre entsprechenden Oberflächentemperaturen T_SURF wiederholt werden, um eine scheinbare Temperatur T_APP und einen entsprechenden Korrekturfaktor für eine Anzahl von Temperatureinstellpunkten zu berechnen.
Die scheinbare Temperatur T_APP kann durch Verwendung der Gleichung 1 berechnet werden, wobei M eine bestimmte Strahlungsmessung ist, ε_IR die erwartete Emissionsvermögenseinstellung eines kalibrierten IR-Thermometers 28 ist, T_BG die erwartete Hintergrundtemperatureinstellung des kalibrierten IR-Thermometers in Grad Kelvin ist und T_APP die scheinbare Temperatur für die bestimmte Strahlungsmessung M ist. Zur Bestimmung der scheinbaren Temperatur T_APP kann Gleichung 1 durch jegliches bekannte numerische Verfahren gelöst werden:
In einem alternativen Ausführungsbeispiel des Verfahrens 36 weist das IR-Thermometer 28 eine Emissionsvermögenseinstellung von eins auf und wird verwendet, um Strahlungsdichtemessungen des IR-Thermometer-Kalibrierungssystems 10 bei einer Anzahl von Einstelltemperaturen aufzunehmen. Die Ablesungen des IR-Thermometers 28 werden verwendet, um das Emissionsvermögen von dem Zielobjekt 12 für jeden Temperatureinstellpunkt zu berechnen. Das Berechnen des Emissionsvermögens des Zielobjekts 12 kann die Verwendung von Gleichung 1 umfassen, um ε_IR zu erhalten, wobei T_SURF bei einem bestimmten Einstellpunkt ersatzweise für die scheinbare Temperatur T_APP eingesetzt wird und M die unter Verwendung des IR-Thermometers 28 bei dem bestimmten Einstellpunkt gemessene Strahlungsmessung ist, und ε_IR das Emissionsvermögen des Zielobjekts 12 bei dem Einstellpunkt ist.
Beim Kalibrieren einer zu prüfenden Einheit gemäß dem alternativen Verfahren können diese experimentell ermittelten Emissionsvermögenswerte zum Lösen der Gleichung 2 verwendet werden. Die Temperatureingabe durch einen Anwender ist die scheinbare Temperatur T_APP und die tatsächliche Temperatur, die benötigt wird, um die Strahlung eines idealen Graukörpers bei T_APP bereitzustellen, wird unter Verwendung der experimentell bestimmten Emissionsvermögenswerte von dem Zielobjekt 12 durch Verwenden der Gleichung 2 berechnet. In Gleichung 2 ist ε_TGT das Emissionsvermögen des Zielobjekts 12 bei einem Temperatureinstellpunkt oder in der Nähe eines Temperatureinstellpunktes, welches wie oben beschrieben ermittelt wird. In einigen Ausführungsbeispielen wird der Wert von ε_TGT durch Interpolieren zwischen den Emissionsvermögenswerten bestimmt, die wie oben beschrieben experimentell bestimmt werden, oder durch Verwenden einer geeigneten Kurvenanpassungsgleichung basierend auf den experimentell bestimmten Emissionsvermögenswerten. ε_IR ist die erwartete Emissionsvermögenseinstellung der geprüften Einheit (üblicherweise annähernd gleich 0.95), T_BG ist die Hintergrundtemperatur und T_APP ist die scheinbare Temperatur, die einer bestimmten Einstelltemperatur T_TGT entspricht. Gleichung 2 kann durch jegliches übliches numerisches Verfahren gelöst werden, um T_APP zu bestimmen:
Gemäß 4 kann eine zu prüfende Infrarot-Thermometereinheit (UUT), welche eine Emissionsvermögenseinstellung 54 und eine Hintergrundtemperatureinstellung 56 aufweist durch Verwenden des IR-Temperatur-Kalibrierungssystems 10 gemäß dem Verfahren 36 von 3 kalibriert werden.
Gemäß 5 kann ein Verfahren 58 zum Kalibrieren des UUT-IR-Thermometers 52 in Schritt 60 die Kalibrierung eines Referenz-IR-Thermometer umfassen, etwa bspw. durch Verwenden des Quasi-Schwarzkörpers 32 zum Kalibrieren des IR-Thermometers 28. In Schritt 62 werden Korrekturfaktoren bestimmt, welche Temperatureinstellpunkte mit scheinbaren Temperaturen T_APP in Beziehung setzen, wie bspw. durch das Verfahren 36. In Schritt 64 wird eine Kalibrierungstemperatur in das IR-Thermometer-Kalibrierungssystem 10 als der Temperatureinstellpunkt eingegeben. In Schritt 66 wird einer oder werden mehrere der Korrekturfaktoren auf die Kalibrierungstemperatur angewandt, und zwar durch direktes in Beziehung setzen, durch Interpolation zwischen den Berechnungsfaktoren für geprüfte Einstelltemperaturen, welche die Kalibrierungstemperatur begrenzen, oder durch Anwenden einer Kurvengleichung, die entsprechend den gemäß dem Verfahren 36 berechneten Korrekturfaktoren ermittelt wird. Die Korrekturfaktoren setzen die Kalibrierungstemperatur in Beziehung zu einer korrigierten Temperatur für die Fläche 16. Die korrigierte Temperatur ist die Temperatur, bei welcher die durch die Fläche 16 emittierte Strahlung 30 in etwa gleich der durch einen Graukörper, der ein Emissionsvermögen gleich der Emissionsvermögenseinstellung von dem UUT IR-Thermometer 52 aufweist und der auf die Kalibrierungstemperatur erwärmt wird, der emittierten Strahlung ist. Das IR-Thermometer-Kalibrierungssystem 10 erwärmt dann in Schritt 68 die Fläche 16 des Zielobjekts 12 auf die korrigierte Temperatur. Schritt 68 kann die Berechnung eines Wertes der Kontakttemperatur T_CONT für die Ablesung des Temperatursensors umfassen, der einer Situation entspricht, bei der die Fläche 16 sich bei der Kalibrierungstemperatur befindet und die Fläche 16 derart erwärmt wird, dass die Kontakttemperatur T_CONT gleich einem Wert wird, der einer Oberflächentemperatur T_SURF annähernd gleich der Kalibrierungstemperatur entspricht.
In Schritt 70 wird die Strahlung des Zielobjekts 12 mit dem UUT-IR-Thermometer 52 gemessen. In Schritt 72 wird das UUT-IR-Thermometer 52 derart kalibriert, dass es die Kalibrierungstemperatur ausgibt, wenn es der in Schritt 70 gemessenen Strahlungsdichte ausgesetzt ist. Das UUT-IR-Thermometer 52 kann dann die Strahlung von anderen Körpern messen und eine Temperatur entsprechend zu der Strahlung der Körper gemäß zu der Temperaturkalibrierung in Schritt 72 ausgeben.
Obwohl die vorliegende Erfindung bezüglich der aufgezeigten Ausführungsbeispielen beschrieben worden ist, werden Fachleute erkennen, dass Änderungen an Ausführungsformen und Einzelheiten vorgenommen werden können, ohne vom Grundgedanken und vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Solche Änderungen liegen innerhalb der Sachkenntnisse von denjenigen mit normalen Fähigkeiten im Fachgebiet. Entsprechend ist die Erfindung über die angefügten Ansprüche hinaus nicht beschränkt.

Claims

Verfahren (36) zum Kalibrieren eines Infrarot-Thermometers (28), aufweisend: Aufnehmen einer Mehrzahl von ersten Strahlungsmessungen eines Infrarot-Zielobjekts (12), wobei jede der Mehrzahl von Strahlungsmessungen mit dem Infrarot-Zielobjekt (12) aufgenommen wird, das auf eine entsprechende von mehreren Zielobjekt-Einstelltemperaturen erwärmt ist; für jede erste Strahlungsmessung Berechnen einer scheinbaren Temperatur eines Graukörpers, welcher eine Strahlungsdichte aufweist, die gleich der ersten Strahlungsmessung ist, und wobei der Graukörper ein Emissionsvermögen aufweist, das gleich zu einer Emissionsvermögenseinstellung des Infrarot-Thermometers (28) ist; in Beziehung setzen jeder der scheinbaren Temperaturen mit einer entsprechenden Einstelltemperatur der Mehrzahl von Einstelltemperaturen, welche derselben der Mehrzahl von Strahlungsmessungen entspricht; Eingeben einer Kalibrierungstemperatur in eine Steuer-/Regeleinrichtung (20), die mit dem Infrarot-Zielobjekt (12) gekoppelt ist; Erwärmen des Zielobjekts (12) auf die Einstelltemperatur, die mit der scheinbaren Temperatur entsprechend der Kalibrierungstemperatur in Beziehung gesetzt ist; Aufnehmen einer Strahlungsmessung des Zielobjekts (12) mit dem Infrarot-Thermometer (28), welches die Emissionsvermögenseinstellung aufweist; und Kalibrieren des Infrarot-Thermometers (28), um die Strahlungsmessung in Beziehung zu der Kalibrierungstemperatur zu setzen.
Verfahren (36) nach Anspruch 1, wobei die Emissionsvermögenseinstellung kleiner als eins ist.
Verfahren (36) nach Anspruch 2, wobei die Emissionsvermögenseinstellung zwischen 0.9 und eins liegt.
Verfahren (36) nach Anspruch 3, wobei die Emissionsvermögenseinstellung zwischen 0,9 und 0,95 liegt.
Verfahren (36) nach nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner umfassend Messen einer Strahlungsdichte eines Gegenstandes unter Verwendung des Infrarot-Thermometers (28) und Ausgeben einer Temperatur aus dem Infrarot-Thermometer (28) entsprechend der Strahlung des Gegenstandes gemäß der Temperatur-Kalibrierung, die sich aus dem Schritt des Kalibrierens des Infrarot-Thermometers (28) nach Anspruch 1 ergibt.
Verfahren (36) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Infrarot-Thermometer (28) ein erstes Infrarot-Thermometer (28) ist, und wobei die Aufnahme der Mehrzahl von ersten Strahlungsmessungen des Infrarot-Zielobjekts (12) die Aufnahme einer Mehrzahl von ersten Strahlungsmessungen des Infrarot-Zielobjekts (12) mit einem zweiten Infrarot-Thermometer (28) umfasst, das mit einem Quasi-Schwarzköper kalibriert ist.
Verfahren (36) nach Anspruch 6, wobei das erste Infrarot-Thermometer und das zweite Infrarot-Thermometer (28) identische Frequenzgangbänder aufweisen.
Verfahren (36) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner umfassend Herleiten einer Mehrzahl von Kontakttemperaturen für jede der Mehrzahl von Einstelltemperaturen, wobei die Mehrzahl von Kontakttemperaturen jeweils einer Ausgabe eines Sensors (14) entspricht, der sich in thermischem Kontakt mit dem Zielobjekt (12) befindet, wenn die Fläche (16) des Zielobjekts (12) sich bei der Einstelltemperatur befindet, sodass der Temperatursensor (14) eine Ausgabe entsprechend der Kontakttemperatur erzeugt, die einer der Mehrzahl von Einstelltemperaturen entspricht.
Kalibrierungssystem (10) aufweisend: ein Infrarot-Thermometer (28), das eine Emissionsvermögenseinstellung aufweist; ein Zielobjekt (12), welches Infrarotstrahlung (30) zu dem Infrarot-Thermometer (28) emittiert; ein Heizelement (18), welches sich in thermischem Kontakt mit dem Zielobjekt (12) befindet; einen Temperatursensor (14), welcher sich in thermischem Kontakt mit dem Zielobjekt (12) befindet; eine Steuer-/Regeleinrichtung (20), welche mit dem Temperatursensor (14) und dem Heizelement (18) gekoppelt ist, wobei die Steuer-/Regeleinrichtung (20) derart konfiguriert ist, dass sie eine Eingangstemperatur empfängt, wobei die Steuer-/Regeleinrichtung (20) derart programmiert ist, dass sie die Eingangstemperatur mit einer Einstelltemperatur in Beziehung setzt und bewirkt, dass das Heizelement das Zielobjekt (12) auf eine Temperatur in der Nähe der Einstelltemperatur erwärmt, die einer scheinbaren Temperatur des Zielobjekts (12) entspricht, die gleich der Eingangstemperatur ist, wobei die scheinbare Temperatur gleich einer Graukörpertemperatur eines Graukörpers ist, der ein Emissionsvermögen im Wesentlichen gleich der Emissionsvermögenseinstellung des Infrarot-Thermometers und eine Strahlungsdichte im Wesentlichen gleich dem Zielobjekt (12), wenn dieses auf die Einstelltemperatur erwärmt ist, aufweist.
Kalibrierungssystem (10) nach Anspruch 9, wobei die Emissionsvermögenseinstellung kleiner als eins ist.
Kalibrierungssystem (10) nach Anspruch 10, wobei die Emissionsvermögenseinstellung zwischen 0.9 und 1 liegt.
Kalibrierungssystem (10) nach Anspruch 11, wobei die Emissionsvermögenseinstellung zwischen 0,9 und 0,95 liegt.
Verfahren (58) zum Kalibrieren eines zu prüfenden Infrarot-Thermometers (52), aufweisend: Aufnehmen einer Mehrzahl von ersten Strahlungsmessungen eines Infrarot-Zielobjekts (12), wobei jede der Mehrzahl von ersten Strahlungsmessungen mit dem Infrarot-Zielobjekt (12) aufgenommen wird, welches auf eine der Mehrzahl von Einstelltemperaturen erwärmt ist; für jede erste Strahlungsmessung Berechnen eines Emissionsvermögenswertes des Infrarot-Zielobjekts (12) wenigstens teilweise basierend auf einer jeweiligen ersten Strahlungsmessung; Eingeben einer Kalibrierungstemperatur in eine Steuer-/Regeleinrichtung (20), die mit dem Infrarot-Zielobjekt (12) gekoppelt ist; Berechnen einer Einstelltemperatur in der Steuer-/Regeleinrichtung (20), gemäß der Kalibrierungstemperatur und wenigstens eines der Emissionsvermögenswerte, wobei das Zielobjekt (12) Infrarotstrahlung bei der Einstelltemperatur emittiert, die annähernd gleich zu der eines Graukörpers ist, welcher ein Emissionsvermögen hat, das gleich einer Emissionsvermögenseinstellung des zu prüfenden Infrarot-Thermometers (52) ist und auf die Kalibrierungstemperatur erwärmt ist; Erwärmen des Zielobjekts (12) auf die Einstelltemperatur; Aufnehmen einer zweiten Strahlungsmessung des Zielobjekts (12) mit dem zu prüfenden Infrarot-Thermometer (52); und Kalibrieren des zu prüfenden Infrarot-Thermometers (52), indem die zweite Strahlungsmessung in Beziehung zu der Kalibrierungstemperatur gesetzt wird.
Verfahren (58) nach Anspruch 13, wobei die Aufnahme der Mehrzahl von ersten Strahlungsmessungen des Infrarot-Zielobjekts (12) die Aufnahme einer Mehrzahl von ersten Strahlungsmessungen des Infrarot-Zielobjekts (12) mit einem Referenz-Infrarot-Thermometer (28), das mit einem Quasi-Schwarzkörper kalibriert ist, umfasst.
Verfahren (58) nach Anspruch 14, wobei das zu prüfende Infrarot-Thermometer (52) und das Referenz-Infrarot-Thermometer (28) identische Frequenzgangbänder aufweisen.
Verfahren (58) nach Anspruch 15, wobei die Emissionsvermögenseinstellung kleiner als eins ist.
Verfahren (58) nach Anspruch 16, wobei die Emissionsvermögenseinstellung kleiner oder gleich 0,95 ist.
Verfahren (58) nach einem der Ansprüche 13 bis 17, ferner umfassend Messen einer Strahlungsdichte eines Gegenstandes unter Verwendung des zu prüfenden Infrarot-Thermometers (52) und Ausgeben einer Temperatur aus dem zu prüfenden Infrarot-Thermometer (52), die der Strahlung des Gegenstandes gemäß der Temperatur-Kalibrierung entspricht, die sich aus dem Schritt der Kalibrierung des zu prüfenden Infrarot-Thermometers (52) nach Anspruch 13 ergibt.
Verfahren (58) nach einem der Ansprüche 13 bis 18, ferner umfassend Herleiten von Kontakttemperaturen für jede einzelne der Mehrzahl von Einstelltemperaturen, wobei jede Kontakttemperatur jeweils einer Ausgabe eines Sensors (14) entspricht, der sich in thermischem Kontakt mit einem Zielobjekt (12) befindet, wenn die Fläche (16) des Zielobjekts (12) sich bei der Einstelltemperatur befindet, sodass der Temperatursensor (14) eine Ausgabe entsprechend der Kontakttemperatur erzeugt, die der entsprechenden aus der Mehrzahl von Einstelltemperaturen entspricht.