Was ist ein Schwarzkörperofen?
Schwarzkörperöfen werden zur Prüfung und Kalibrierung von Geräten mit Infrarotstrahlung verwendet. Die Geräte werden in einem Ofen platziert, der einen schwarzen Körper imitiert, welcher alle Wellenlängen absorbiert, und ihre Leistung kann durch Einstrahlung von Licht aus einer Referenzlichtquelle bewertet werden, wodurch die Auswirkungen der äußeren Umgebung eliminiert werden.
Es gibt zwei Haupttypen von Schwarzkörperöfen: Hohlraum-Schwarzkörperöfen, die über eine Hohlraum-Lichtquelle verfügen und für die Messung hoher Temperaturen geeignet sind, und flache Schwarzkörperöfen, die über eine Lichtquelle aus Metall verfügen, das mit einer hochemissiven Farbe beschichtet ist, und für die Messung niedriger Temperaturen und großer Objekte geeignet sind.
Anwendungen von Schwarzkörperöfen
Eine typische Anwendung von Schwarzkörperöfen ist die Überprüfung und Kalibrierung von berührungslosen Thermometern.
Berührungslose Thermometer verwenden Infrarotstrahlen zur Messung und müssen regelmäßig hinsichtlich der Temperatur, die sie anzeigen, überprüft und kalibriert werden, was eine Lichtquelle mit konstantem Emissionsgrad und eine Umgebung für die Temperatureinstellung erfordert, die nicht von der äußeren Umgebung beeinflusst wird.
Der Schwarzkörperofen erzeugt einen annähernden Emissionsgrad von 1, der es ermöglicht, die Temperatur innerhalb des Geräts mit höchster Präzision zu ermitteln. Durch die Überprüfung der Differenz zwischen der theoretischen Temperatur und der vom Messgerät angezeigten Temperatur kann die Abweichung des Messgeräts kontrolliert werden.
Funktionsweise der Schwarzkörperöfen
Berührungslose Thermometer bestimmen die Temperatur durch Messung der vom Objekt abgestrahlten Schwarzkörper-Strahlungsenergie im Infrarotbereich, die bei der Kalibrierung mit der Planck-Verteilung verglichen werden muss, einer Theorie, die den Zusammenhang zwischen der Intensität der Strahlung eines perfekten Schwarzkörpers (Emissionsgrad 1) und der Temperatur beschreibt.
Der Cavity-Schwarzkörperofen verwendet lichtabsorbierende Materialien wie Graphit und Kohlenstoffnanoröhren in den Schwarzkörperöfen, sorgt für eine gleichmäßige Temperatur im Inneren des Geräts und hat eine Form und Oberflächenbeschaffenheit, die leicht reflektiert werden kann, wodurch die Strahlungsenergie mehrfach reflektiert und eine simulierte Schwarzkörperstrahlung mit einem Emissionsgrad von etwa 0,99 erreicht wird.
Durch die Durchführung von Tests in dieser Umgebung mit Korrekturen entsprechend dem Emissionsgrad können die Werte von berührungslosen Thermometern mit theoretischen Werten verglichen werden, die aus der Planck-Verteilung abgeleitet und kalibriert werden.
Bei flachen Schwarzkörperöfen ist es nicht möglich, Licht mehrfach zu reflektieren, und der Emissionsgrad beträgt aufgrund der Beschränkungen durch den Anstrich höchstens 0,95, so dass Korrekturen mit einem berührungslosen Thermometer, das in einem Hohlraum-Schwarzkörperöfen kalibriert wurde, zum Zeitpunkt der Verwendung erforderlich sind.