Entwicklung und Anwendung von Methoden der Infrarotthermographie
K.-P. Möllmann, M. Vollmer
D. Karstädt, N. Lutz, F. Pinno
1.Theoretische Grundlagen
Grundlage aller Infrarot-Geräte, insbesondere auch von Thermokameras sind
das auf Kirchhoff zurückgehende Gesetz zur Absorption und Emission von
Strahlung durch Körper sowie das Planck´sche Gesetz der thermischen Strahlung.
Demzufolge senden alle Körper mit einer Temperatur >0K (-273,15°C)
thermische Strahlung aus, welche in charakteristischer Weise von nur zwei
Größen abhängt. Zum einen ist dies die Temperatur T, zum anderen ein von der
Oberfläche und dem Material des Körpers abhängender Parameter, der global
durch eine dimensionslose Größe - den Emissionsgrad e - beschrieben wird. Die
abgestrahlte Leistung pro Flächenelement des Strahlers in ein Raumwinkelelement
schreibt sich dann für beliebige Körper als Produkt von Emissionsgrad mit dem
Emissionsvermögen des schwarzen Strahlers, der durch das Planck´sche
Strahlungsgesetz beschrieben wird.
In einer Thermokamera wird die abgestrahlte Leistung in einem durch den
jeweiligen Empfänger vorgegebenen Wellenlängenbereich detektiert. Außerdem
spielt gegebenenfalls die Transmission der Atmosphäre abhängig von der
Luftfeuchtigkeit eine Rolle. Folglich hängt die Signalgröße - das
Primärsignal einer Thermokamera - neben detektorspezifischen Größen sowie der
Transmission der Atmosphäre nur von der Temperatur T und dem Emissionsgrad e
des Strahlung emittierenden Körpers ab. Bei einer Änderung der Temperatur des
Körpers ändert sich die Strahlungsemission gemäß dem Planck-Gesetz, so daß
sich auch das detektierte Signal ändert. Diese Signalabhängigkeit von der
Temperatur läßt sich quantitativ auswerten, sofern der Emissionsgrad bekannt
ist.
Insofern kommt dem Emissionsgrad eine wichtige Funktion zu. Man unterscheidet
schwarze, graue und selektive Strahler, wobei letztere für quantitative
Untersuchungen weniger geeignet sind. Schwarze Strahler haben e=1 über den
gesamten Spektralbereich, graue haben zwar einen konstanten e-Wert, jedoch ist
e<1 und selektive Strahler weisen Wellenlängenabhängigkeiten auf. Beispiele
(jeweils für Temperaturgleichgewicht) für annähernd schwarze Strahler sind
kleine Hohlräume, graue Strahler lassen sich durch leicht polierte Körper
realisieren (z. B. auch Nernst-stift mit e "0,6) und selektive Strahler
sind beispielsweise Hochdruckbogenlampen, wobei sich dem kontinuierlichen
Temperaturspektrum noch Linienspektren der in der Lampe befindlichen Gase
überlagern. Bei der Untersuchung von Explosionen, chemischen Reaktionen oder
Verbrennungsvorgängen können ebenfalls selektive Emissionen eine große Rolle
spielen. Für praktische Fälle in der Thermographie werden jedoch fast alle
Substanzen als graue Strahler angesehen.
Neben der Abhängigkeit von der Wellenlänge kann e von der Temperatur, dem Beobachtungswinkel und - bei Körpern gleichen Materials - insbesondere von der Oberflächenbeschaffenheit abhängen. Bei sehr empfindlichen quantitativen Messungen ist daher immer eine Eichung des Emissionsgrades erforderlich. Tabelle 1 gibt eine kleine Auswahl von typischen e-Werten. Auffällig ist, daß nur Metalle niedrige Werte von e haben. Dies ergibt sich wegen der Nichttransparenz und der Tatsache, daß die Reflektivitäten der Metalle groß sind. Allerdings führt Oxidation und Verwitterung zu schlechterer Reflektivität und damit höherem Emissionsgrad. Qualitativ kommt dies daher, daß Reflexionen an Oberflächenrauhigkeiten einen Übergang zur Hohlraumstrahlung darstellen. Weitere allgemeine Informationen findet man in [1-8].
| Material | Emissionsgrad e |
| Glas | 0,97 - 0,94 |
| Holz Mittelwerte | 0,8 - 0,95 |
| menschliche Haut | 0,98 |
| Sand | 0,56 - 0,82 |
| Beton | 0,92 - 0,94 |
| Verputz (rauh) | 0,90 - 0,96 |
| Papiere (weiß, farbig) | 0,7 - 0,93 |
| Wasser | 0,96 |
| Eis (glatt/rauh) | >0,96 |
| Al (poliert) | 0,05 - 0,09 |
| (rauh) | 0,18 |
| (stark verwittert) | 0,83-0,94 |
Tabelle 1: Emissionsgrade verschiedener Materialien (nach [2,3]). Die Werte gelten, je nach Material, im Bereich -10 bis 100°C und sind i.a. typisch für Zimmertemperatur. Gemessen wurde in den Wellenlängenbereichen von 2 - 12 µm.
2.Anwendungen in der Gebäudetechnik
Wärmeisolation von Außenwänden
Das wichtigste Einsatzgebiet für die Infrarottechnik ist die Gebäudethermographie (siehe Abb.1). Das Thermobild ist - wie üblich - für ein konstantes e dargestellt. Dementsprechend sind in diesem Bild Effekte unterschiedlicher Temperatur und unterschiedlichen Emissionsgrads e noch miteinander verwoben und ohne genaue Kenntnis des Emissionsgrads in den verschiedenen Bildteilen kann keine eindeutige Temperaturinformation aus dem Bild gezogen werden. Dies führt zum Hauptproblem aller Thermographieaufnahmen: wie gewinnt man aus dem Primärdatenmaterial Temperaturverteilungen (die ihrerseits Ausgangsdaten darstellen, z.B. für Wärmedämmrechnungen)? Für die meisten Anwendungen der Gebäudethermographie ist dies - falls gleichzeitig sichtbare Videobilder oder Photos desselben Gegenstands vorliegen - kein unüberwindbares Problem. Qualitativ lassen sich die Emissionsgrade von Baumaterialien in vier Sparten einteilen: Gestein, Metall, Glas und Holz. Diese haben allgemein jeweils unterschiedliche Emissionsgrade und thermische Eigenschaften (z.B. Wärmeleitfähigkeit), innerhalb einer Sparte sind die Fluktuationen aber gering. Glas kann immer visuell zugeordnet werden und erscheint aufgrund des extrem hohen Emissionsgrads von >0.94 (das bedeutet hohe Absorption: normales Glas ist bei l>3µm, Quarzglas ab 5µm undurchsichtig) auch im Infrarotbild immer herausragend. Abb.1a, b zeigt ein mit schlechter Wärmeisolierung eingebautes Fenster. Im geschlossenen Zustand des Fensters sieht man deutliche Wärmelecks am unteren Rahmen, ja sogar den Heizkörper. Hier wurde schlicht an der Wärmedämmung gespart.
| Abb.1a, b: Typische
Plattenbauten in Brandenburg. Deutlich erkennt man im Vergleich zum visuellen Bild Strukturen mit unzureichender Wärmedämmung |
|
Bei Bauwerken aus nur einem Material wird im allgemeinen ein konstantes e angenommen, so daß das Thermobild direkt die thermischen Eigenschaften (Wärmedämmung) widerspiegelt. Bei den typischen Plattenbauten in Brandenburg (siehe Abb.1a,b) erkennt man deutlich im Vergleich zum visuellen Bild Strukturen, die auf unzureichende Wärmedämmungen zwischen den Platten sowie auf schlechte Wärmeisolierung gegenüber den in die Wände eingelassenen Stahlträgern zurückzuführen sind. Derartige Aufnahmen ermöglichen es den Wohnungsbaugesellschaften gezielt bei der Renovierung der Gebäude auf defekte Platten bzw. schlechte Wärmedämmung zu reagieren. Auch Durchfeuchtungen und Wasserkondensation infolge entsprechender Temperaturunterschiede und Luftfeuchtigkeiten lassen sich aufgrund der unterschiedlichen Wärmeisolierung schnell detektieren. In letzter Zeit wird die Thermographie auch verstärkt zum Nachweis von Schimmelpilz eingesetzt, wobei aber zur Ursachenfindung weitere Methoden herangezogen werden müssen wie z.B. die Bestimmung der Feuchtigkeit in Holzbohrkernen in den betroffenen Räumen, um so das Langzeitverhalten der Luftfeuchtigkeit zu ermitteln.
Die Untersuchung von Wärmeisolationsproblemen sowie das Finden von Wärmebrücken läßt sich im gesamten Gebäudebereich anwenden, seien es Anbauisolierungen, Dachisolierungen, Deckenplattenprobleme, Fensterbereiche, Giebelbereiche, Rolllädenkästen oder die Kellerisolierung. Auch der Erfolg einer nachträglich vorgenommenen Wärmeisolation im Außenwandbereich läßt sich sehr gut überprüfen. Eine Voraussetzung für die Außenthermographie in der Gebäudetechnik ist allerdings ein genügend großer Temperaturunterschied zwischen dem Außen - und Innenbereich sowie das Ausschließen von direkter Sonneneinstrahlung. Dadurch wurde diese Anwendung bisher auf die kalte Jahreszeit eingeschränkt. Eine Methode, um ganzjährig die Wärmeisolationsproblematik in neugebauten Häusern zu untersuchen, wurde von uns in Zusammenarbeit mit der Firma SEMICON entwickelt. Dazu wird die Phase des Einbringens von Heißestrich genutzt, was einen hohen Temperaturunterschied hervorruft und unter Berücksichtigung eines entsprechenden Zeitregimes zu verwertbaren Ergebnissen führt (siehe Abb.2,3). Das Fenster in der Abb.3 ist ordentlich isoliert, die Temperaturunterschiede sind vor allem auf verschiedene k-Werte von Fenster und Rahmen zurückzuführen.
| Abb.2: Heißestricheinbringung im Fußbodenbereich | Abb.3: Thermographie eines Fensters nach Heißestricheinbringung im Sommer |
Die Problematik der k-Wertbestimmung (Wärmedurchgangskoeffizient) hat nicht nur in der Gebäudeplanung eine große Bedeutung, auch zur nachträglichen Bewertung ist es notwendig, einen Bohrkern zu ziehen und diesen im Labor zu untersuchen. Eine von uns entwickelte Methode zur zerstörungsfreien k-Wert-Bestimmung führt zu keiner Gebäudeteilbeeinträchtigung und minimiert den Untersuchungsaufwand. Dazu wurde eine thermisch isolierte Wärmequelle mit definierter Heizleistung und einer homogen beheizten Fläche von 0,7m² konstruiert. Dies kann zusammen mit Thermoelementen an eine Seite einer Wand angebracht und beheizt werden. Die andere Seite der Wand wird mit der Thermokamera beobachtet, nachdem sich ein stationäres Temperaturfeld eingestellt hat (siehe Abb.4, 5). Das rechteckige Feld in Abb.4 und 5 kennzeichnet die Lage der Heizplatte an der gegenüberliegenden Seite der Wand. Mit Hilfe der Heizleistung, den beidseitigen Temperaturinformationen sowie der Wanddicke kann der k-Wert ermittelt werden. In Versuchen sowohl an Innen- als auch Außenwänden konnten befriedigende Ergebnisse erzielt werden (siehe Abb.4, 5).
Heizungsbereich
Ein weiteres Einsatzgebiet ist innerhalb der Gebäudetechnik der gesamte Heizungsbereich. Unter Putz und Estrich liegende warme Leitungen lassen sich mit Thermographie leicht sichtbar machen, wie das Beispiel einer im Hochheizen befindlichen Fußbodenheizung unter 4,5 cm Estrich sowie Fliesen zeigt (Abb.6a, b). Solche Aufnahmen sind insbesondere dann hilfreich, wenn - z.B. für Umbaumaßnahmen - die Lage der Heizwindungen bekannt sein muß. Neben dem Finden von Lecks in Fußbodenheizungen und im Boden befindlichen Zentralheizungsleitungen kann man sehr gut die Welligkeit der Temperaturverteilung bei Fußbodenheizungen ermitteln und so Vergleiche zwischen einer Mäander-und Spiralverlegung vornehmen. Desweiteren ist es möglich, die Randzonenbreite sowie Verlegefehler bei Fußbodenheizungen zu untersuchen. Selbstverständlich lassen sich auch Heizkörper in Zimmern thermographieren, wobei hier die Temperaturmessung natürlich auch direkter erfolgen kann. Allerdings zeigt Abb.7 sehr schön die Temperarurdifferenzen zwischen Ein- und Auslauf einer normalen Heizkörpers die immerhin 11 Grad beträgt. Außerdem verblüfft beim näheren Nachdenken vielleicht, daß die weiß gestrichenen Heizkörper im Infrarot schwarze Strahler mit e "1 sind. Deutlich ist übrigens auch der zweite zugedrehte Heizkörper zu sehen. Untersuchungen im Heizkesselbereich lassen sehr schnell fehlerhafte Abdeckungen sowie Ablufttemperaturen erkennen (siehe Abb.8).
Verborgene Strukturen unter Putz
Ein weiteres Einsatzgebiet der Thermographie ist die Untersuchung von
verdeckten Strukturen. Wurden durch nachträgliche Baumaßnahmen Fachwerkhäuser
unter Putz gelegt, so läßt sich dies aufgrund der unterschiedlichen
Wärmeleitung der Materialien im allgemeinen auch recht deutlich durch
Thermographie nachweisen (siehe Abb.9a, b). Hier ist eine wichtige Anwendung der
Thermographie im Denkmalschutz.
Die Methode eignet auch zum Auffinden zugemauerter Fenster, wo mit
Wärmeisolation gespart wurde (siehe Abb.10), oder zur Lokalisierung verborgener
Metallanker in Plattenbauten (siehe Abb.11). Zukünftige Anwendungen in der
Materialanalyse sind z.B. die Überprüfung von Laserschweißnähten. Hier sind
allerdings Thermographiesysteme mit sehr hoher thermischer Empfindlichkeit <
1K notwendig.
Abb.11: Finden von Metallankern im Plattenbau
3.Thermographie chemischer Reaktionen
Chemische Reaktionen an gas/flüssig Grenzflächen
Die Sichtbarmachung der Temperaturänderung bei chemischen Reaktionen ist ein
weiteres Beispiel für die Anwendung von Infrarotkameras. So lassen sich
exotherme und endotherme Reaktionen in der Chemie, die zu
Temperaturunterschieden in der Größenordnung von wenigen Zehntel Grad Kelvin
führen, sichtbar machen.
Für spezielle chemische Reaktionen an gas/flüssig Grenzflächen können in
Mikroreaktoren mit Reaktionsvolumina im cm³-Bereich entscheidende
Prozeßparameter wie Konzentrationen oder Wärmemengen viel homogener
eingestellt und im Prozeß gehalten werden, als dies in Großrektoren möglich
ist. Damit lassen sich chemische Prozesse zielgenauer führen sowie
unerwünschte Nebenprodukte und aufwendige Reinigungsprozesse vermeiden.
Mikroreaktoren ermöglichen eine Vor-Ort-Synthese explosiver oder toxischer
Komponenten mit großer inhärenter Sicherheit. Ein Beispiel für den Einsatz
von Mikroreaktoren ist die Herstellung fluorierter Aromaten. Diese sind für die
chemische Industrie von großem kommerziellem Interesse, etwa als
pharmazeutische Wirkstoffe, reaktive Farbstoffe, Füssigkristalle etc. Ihre
Synthese erfolgt seit Jahrzehnten über umständliche Zwischenschritte mit
gravierenden prozesstechnischen Nachteilen und entsprechend geringer Ausbeute.
Entscheidende Verbesserungen bringt hier die direkte Fluorierung, die jedoch
spezielle Prozessbedingungen und insbesondere ein hocheffizientes
Wärmemanagement erfordert [10].
In einem BMBF-geförderten Verbundprojekt zwischen chemischer Industrie (Aventis, BASF, DuPont, Merck u. a.), dem Institut für Mikrotechnik Mainz (IMM) und dem ACA Berlin wurde der in Abb. 12 gezeigte Mikrofallfilmreaktor (MFFR) für Reaktionen zwischen Gasen und Flüssigkeiten entwickelt. In dem MFFR bildet der flüssige Reaktionspartner einen dünnen Film (" 100 µm), der über einen mit offenen Mikrokanälen strukturierten metallischen Wärmetauscher fließt und so eine große Grenzfläche bildet zum Gasraum, durch den der gasförmige Reaktand eingeleitet wird.
Abb. 12: Der Mikrofallfilmreaktor
Herkömmliche Verfahren zur Charakterisierung des MFFR durch Analyse der Endprodukte können zwar Stoffumsatz, Ausbeute und Selektivität bestimmen, Aussagen über lokale Prozessbedingungen auf der Reaktionsplatte sind jedoch mit solchen integrierenden Analysen nicht möglich.
Hier ermöglicht die berührungslose Temperaturmessung mittels Thermographie einen direkten "Blick" auf die chemische Reaktionszone. Von größtem Interesse für Prozeßoptimierung sind Messungen der lokalen thermischen Verhältnisse im Reaktor. Die Lokaliserung chemischer Reaktionen gibt wichtige Hinweise für Design und Weiterentwicklungen bei der Anpassung des Reaktors an unterschiedlichste industrielle Anwendungen und nicht zuletzt ermöglicht die Thermographie eine echte online-Überwachung der empfindlichen Prozessführung.
Zusammen mit dem IMM wurden im Oktober 1999 und Januar 2000 an der FHB die Möglichkeiten der Thermographie am MFFR untersucht. Dabei ergaben sich drei wesentliche Einsatzfelder: die Bewertung des Flüssigkeitsfilmes im Reaktor, die Untersuchung der Temperaturverteilung im Flüssigkeitsfilm und die Lokalisierung chemischer Reaktionszonen.
Bewertung des Flüssigkeitsfilms im Mikrofallfilmreaktor
Im optisch-visuellen Bereich gestaltet sich die Kontrolle des dünnen Films der Reaktionsflüssigkeit schwierig aufgrund des geringen Kontrastes zwischen klaren Flüssigkeiten und der metallischen Reaktionsplatte. Dagegen unterscheiden sich im IR-Bereich Metall und Flüssigkeiten stark in ihrem Emissionsvermögen und bilden deshalb im IR-Bild einen scharfen Kontrast. Damit ist eine vereinfachte Inspektion des Flüssigkeitsfilmes möglich. Zeitaufgelöste Thermographie kann das Benetzungsverhalten der Flüssigkeiten auf unterschiedlichen Reaktionsblechen untersuchen und die Strömungsgeschwindigkeiten messen. Abbildung 13 zeigt das Benetzungsverhalten von Isopropanol: in der oberen Bildreihe auf einen Reaktionsblech mit 1200µm breiten und 400 µm tiefen Kanälen bei einem Fluß von 250 ml/h und in der unteren Bildreihe auf einen Reaktionsblech mit 300µm x 100 µm Kanälen bei einem Fluß von 25 ml/h.
|
Abb. 13: |
Zeitaufgelöste Thermographie eines Isopropanolfilms im
MFFR Obere Reihe: 250 ml/h Isopropanol auf Mikrokanälen von 1200 x 400µm Untere Reihe: 25 ml/h Isopropanol auf Mikrokanälen von 300 x 100 µm |
Die Zeitauflösung ist limitiert einerseits durch die Bildwiederholfrequenz der Kamera (max. 50 Hz), andererseits durch die Datenspeicherung. Hier wurden etwa 4 Bilder pro Sekunde erreicht, die Zeitauflösung lag damit bei ca. 250 ms.
Die Ortsauflösung des verwendeten Objektivs beträgt ca. 600 µm (bei dem hier verwendeten Arbeitsabstand von ca. 50 cm) und konnte durch eine Vorsatzlinse auf ca. 200 µm verbessert werden.
Untersuchung von Temperaturverteilungen auf dem Flüssigkeitsfilm
Zur Steuerung empfindlicher chemischer Reaktionen ist die Temperierung des Flüssigkeitsfilmes von entscheidender Bedeutung, gutes Wärmemanagement im Reaktor zeichnet sich durch homogene Temperaturen auf dem flüssigen Reaktanden aus. Mit der Thermographie gelang erstmals die Messung großflächiger Temperaturverteilungen auf dem Flüssigkeitsfilm. Wie in Abb. 14 dargestellt, zeigen diese Untersuchungen, dass der MFFR die Temperaturen auf einem Isopropanolfilm mit Schwankungen DT < 1K einstellt (bei Raumtemperatur) [11,12].
Abb. 14: Temperaturprofil entlang einer Meßlinie auf dem Isopropanolfilm
Lokalisierung chemischer Reaktionszonen im Mikrofallfilmreaktor
Für die thermographische Lokalisierung chemischer Reaktionszonen auf dem Reaktionsblech wurde als Modellreaktion folgende exotherme gas/flüssig-Reaktion verwendet:
2 NaOH + CO2 ® Na2CO3 + H2O + 26,2kJ/mol
Damit gelang erstmals die ortsaufgelöste Beobachtung chemischer Reaktionen im Mikroreaktor. Darüber hinaus erlaubt die thermographische Aufzeichnung die Verfolgung zeitlicher Veränderungen der Reaktionszone im MFFR, was für das Verständnis der Prozesse im Reaktor von großer Wichtigkeit ist. Die Möglichkeiten, mit zeitaufgelöster Thermographie die Dynamik einer chemischen Reaktionszone zu untersuchen ist hier am Beispiel eines kurzzeitigen CO2-Gasstosses in den IR-Bildern der Abb. 15 dargestellt. Bei Start des Gaseinlasses strömt CO2 von unten in den MFFR, die CO2-Front wird durch die Reaktionszone deutlich markiert (Bild1). Während oberhalb der Front mangels CO2 noch keine Reaktion stattfindet, wird unterhalb der Front durch die überstöchiometrische CO2-Zugabe der flüssige Reaktionspartner NaOH verbraucht und damit die chemische Reaktion unterdrückt (Bilder 2-4). Bei vollständiger Füllung der Reaktionskammer findet die Reaktion nur noch direkt am oberen NaOH-Einlass statt, für die IR-Kamera verdeckt hinter der Reaktordeckelplatte (Bild 5). In diesem Stadium wurde die CO2-Zufuhr gestoppt, danach erfolgt der Verbrauch des restlichen CO2 in der Kammer (Bilder 6-8). Während das Einströmen in der Startphase ein schneller Prozess mit relativ gut begrenzter aufsteigender Reaktionszone ist, erfolgt der diffusiv bestimmte CO2-Abbau langsam in einer entsprechend breiten, absteigenden Reaktionszone mit nur geringer Erwärmung.
| 26,0 °C
25,5 25,0 24,5 |
|||||||||
| (1) | (2) | (3) | (4) | (5) | (6) | (7) | (8) | ||
| t = 0 s | 1.5 s | 3.25 s | 4.0 s | 5.5 s | 18.75 s | 25.0 s | 33.25 s |
| Abb. 15: | Reaktionszone eines CO2-Gasstoss mit 2molarer NaOH im
Mikrofallfilmreaktor (NaOH-Fluss: 250 ml/h, Reaktionsblech mit 1200 x 400 µm Kanäle) |
Beobachtet man den zeitlichen Verlauf der Durchschnittstemperatur entlang der gestrichelten Analyselinie, so zeigt der Plot (Abb. 16a) bei dem schnellen Aufsteigen der Reaktionszone einen Temperaturanstieg um etwa 0.6 K, der bei dem diffusiven Gasverbrauch der Abklingphase deutlich geringer ausfällt. Der reaktionsbedingte Peak von DT " 0.6 K stimmt mit theoretischen Rechnungen gut überein [13] und fällt bei Verwendung einer 1molaren NaOH-Lösung erwartungsgemäß nur halb so groß aus, wie in Abb. 16b d dargestellt.
|
|
|
|
Abb. 16: Mittlere Temperatur entlang einer Messlinie bei Durchlauf eines CO2-Gas-Stoss für 2molare und 1molare NaOH |
|
Thermographie in der Lehre
Die Einsatzfelder der Thermographie, d.h. Sehen im IR, umfassen neben der Forschung und industriellen Anwendungen auch die Lehre [1,8,9]. Dabei können insbesondere komplexe thermische Vorgänge beim Energietransfer, die Gesetze der Strahlungsphysik und einige Gesetze der IR-Optik visualisiert werden. Als ein Beispiel zeigt Abb.17 die direkte Sichtbarmachung der IR-Absorption des Treibhausgases CO2 [1,8].
Abb. 17: Blick mit der Kurzwellenthermokamera durch eine evakuierte Küvette (links) bzw. durch eine Küvette mit CO2 bei Atmosphärendruck (rechts) auf eine etwa 68° C heisse Fläche
Abb. 17 zeigt eine aus zwei Teilbildern zusammengesetzte Aufnahme einer Kurzwellen-kamera (3,6 - 5.5 µm Wellenlänge). Abgebildet sind links eine evakuierte sowie rechts eine mit CO2 (Atmosphärendruck) gefüllte 10 cm lange Küvette mit NaCl-Fenstern, die sich vor einer etwa 68° C heissen Fläche befindet (eine luftgefüllte Küvette mit etwa 350 ppm CO2 verhält sich praktisch wie eine evakuierte). Bei gleichem Emissionsgrad e=1.0 zeigt die Kamera eine deutlich geringere Temperatur, d.h. de facto eine deutlich geringere IR-Strahlungsleistung hinter der CO2 Küvette. Ursache ist die Absorptionsbande von CO2 bei 4,2 µm. Die Auswertung der beiden Aufnahmen ergibt eine Signalverringerung von etwa 16 % durch Absorption. Diese läßt sich auch quantitativ aus der Breite des experimentell bestimmten Absorptionsspektrums abschätzen: bei Atmosphärendruck ist die Transmission der 10 cm langen Küvette mit CO2 im Bereich der Absorptionsbande von etwa Dl= 0,25µm Breite praktisch Null. Dieser Bereich wird aus dem Spektrum der Wärmestrahlung herausgefiltert. Bezogen auf den detektierten Wellenlängenbereich (Planckkurve gefaltet mit Transmissionkurven der Optik und der Detektorausbeute) erwartet man daraus in etwa die beobachtete Abnahme.
Literatur