Temperatur-Kalibrierung

Fokus/Lasertechnik

In einem gemeinsamen Projekt mit der PTB Berlin hat das Fraunhofer IWS Dresden ein mobiles geheiztes Fixpunktgerät entwickelt, mit dem ein Temperaturmessgerät vor Ort kalibriert und nachkalibriert werden kann.

22. April 2013

Für eine Vielzahl von Kurzzeit-Wärmebehandlungsprozessen ist die exakte Temperaturregelung qualitätsbestimmend. Wie die beim Härten mit dem Laserstrahl eingesetzten Temperaturmessgeräte in Zukunft vor Ort direkt beim Anwender kalibriert und nachkalibriert werden können, zeigt das Fraunhofer IWS Dresden.

Die beim Härten mit dem Laserstrahl eingesetzten berührungslosen Temperaturmessgeräte wie Pyrometer oder Kamerasysteme sind mechanisch, optisch und elektrisch meist voll in die Fertigungsanlagen integriert.

Somit muss unmittelbar am Standort der Laserhärteanlage, also vor Ort beim Nutzer, die Erst- und regelmäßige Nachkalibrierung der Messgeräte erfolgen. Ein Problem dabei ist die meist unbekannte Dämpfung des Temperatursignals durch Schutzgläser, Linsen und andere optische Baugruppen, die sich zudem im Laufe des Einsatzes durch Verunreinigungen oftmals wesentlich verändert.

Präzise Kalibrierpunkte

Die derzeit genauesten Kalibrierverfahren für berührungslose Temperaturmessgeräte basieren auf dem Einsatz sogenannter Fixpunktzellen. Für den Hochtemperaturbereich sind das in der Regel kleine Hohlraumstrahler aus Graphit, die mit hochreinen Metalllegierungen bekannter Schmelztemperaturen befüllt sind. Werden diese Fixpunktzellen in Öfen auf Temperaturen nahe der Schmelztemperatur der Metalllegierung aufgeheizt, können aus den sich ausbildenden Temperaturplateaus während der Schmelz- beziehungsweise Erstarrungsphase präzise Kalibrierpunkte bestimmt werden.

Mit den konventionellen Fixpunktzellen lassen sich prinzipiell extrem hohe Genauigkeiten erreichen, eine Kalibrierunsicherheit kleiner als 100 mK ist realisierbar. Nachteilig sind die begrenzte Flexibilität und Mobilität der Kalibrieröfen sowie die langen Zyklenzeiten bei der Aufheizung und Abkühlung. Durch den Einsatz einer kompakten induktiven Wärmequelle können diese Nachteile nun überwunden werden. An der PTB Berlin wurde in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer IWS Dresden ein mobiles induktiv geheiztes Fixpunktgerät zur Kalibrierung von Pyrometern und Wärmebildkameras entworfen, gefertigt und getestet. Damit kann die Erwärmung einer Fixpunktzelle bis zu 1500 Grad Celsius innerhalb von wenigen Minuten erfolgen. Im Verlauf einer Stunde sind mehrere Messzyklen zur Aufnahme von Kalibrierpunkten möglich.

Gemeinschaftsprojekt

Das Kalibrierverfahren für den Hochtemperaturbereich von 1000 bis 1500 Grad Celsius wird gemeinsam mit anderen europäischen Forschungs- beziehungsweise Prüfinstituten im Rahmen des EMRP (European Metrology Research Program) ›HiTeMS‹ (Industrial High Temperature Measurements) entwickelt.

Das Projekt wird gefördert durch die Europäische Union und Euramet-Partnerländer (European Association of National Metrology Institutes).

Erschienen in Ausgabe: 03/2013