Einleitung
Bei der Anwendung eines Infrarotthermometers stellt sich häufig die Frage: Wenn Glas oder transparente Kunststoffe sichtbares Licht durchlassen, warum kann ein Infrarotthermometer dann nicht einfach die Temperatur eines dahinterliegenden Objekts messen?
Der Grund liegt darin, dass ein Infrarotthermometer kein sichtbares Licht erfasst. Es detektiert Infrarotstrahlung innerhalb eines bestimmten Wellenlängenbereichs. Ein Material, das für das menschliche Auge transparent erscheint, muss deshalb im Infrarotbereich keineswegs transparent sein.
Die Aussage „Infrarotthermometer können transparente Objekte nicht messen“ ist daher zu allgemein. Entscheidend ist, ob das Gerät die transparente Oberfläche selbst, ein Objekt dahinter oder eine Überlagerung verschiedener Strahlungsanteile erfasst.
Das Wichtigste auf einen Blick
● Infrarotthermometer messen Infrarotstrahlung einer Oberfläche und nicht sichtbares Licht.
● Ein im sichtbaren Bereich transparentes Material kann im Infrarotbereich nahezu undurchlässig sein.
● Standard-Infrarotthermometer können normalerweise nicht zuverlässig durch gewöhnliches Glas messen.
● Bei geeignetem Emissionsgrad und korrekten Messbedingungen lässt sich häufig die Oberflächentemperatur von Glas oder transparentem Kunststoff bestimmen.
● Bei teilweise infrarotdurchlässigen Materialien kann das Gerät Strahlung des Materials, des Hintergrunds und reflektierte Umgebungsstrahlung gleichzeitig erfassen.
● Bei transparenten und teiltransparenten Materialien sind Arbeitswellenlänge, Emissionsgrad, Transmissionsgrad, Reflexionsgrad und Materialdicke besonders wichtig.
Wie misst ein Infrarotthermometer die Temperatur?
Ein Infrarotthermometer ist ein berührungslos arbeitendes Temperaturmessgerät. Jeder Körper oberhalb des absoluten Nullpunkts sendet elektromagnetische Strahlung aus, von der ein Teil im Infrarotbereich liegt.
Das optische System des Geräts sammelt die vom Messbereich ausgehende Infrarotstrahlung und fokussiert sie auf einen Infrarotdetektor. Aus dem gemessenen Strahlungssignal berechnet das Gerät unter Berücksichtigung des Emissionsgrades, der Umgebungsbedingungen und interner Auswertealgorithmen die Oberflächentemperatur.
Ein Infrarotthermometer „sieht“ daher weder Farbe noch Transparenz wie das menschliche Auge. Entscheidend ist ausschließlich die Infrarotenergie, die innerhalb seines spezifizierten Spektralbereichs den Detektor erreicht.
Viele handgehaltene Infrarotthermometer arbeiten beispielsweise im Bereich von etwa 8–14 µm. Ob ein Material zuverlässig gemessen werden kann, hängt daher vor allem von seinem Verhalten in diesem Wellenlängenbereich ab.
Warum bedeutet sichtbare Transparenz nicht automatisch Infrarot-Transparenz?
Das menschliche Auge nimmt hauptsächlich sichtbares Licht im Bereich von ungefähr 0,4–0,7 µm wahr. Viele Infrarotthermometer arbeiten dagegen bei wesentlich größeren Wellenlängen.
Ein und dasselbe Material kann bei unterschiedlichen Wellenlängen völlig unterschiedliche Transmissionseigenschaften aufweisen.
Gewöhnliches Glas lässt sichtbares Licht gut passieren. Deshalb können wir Objekte dahinter problemlos erkennen. Im langwelligen Infrarotbereich, der von vielen Standard-Infrarotthermometern genutzt wird, ist normales Glas dagegen in der Regel nicht vergleichbar durchlässig.
Wird ein Infrarotthermometer auf eine normale Glasscheibe gerichtet, misst es deshalb üblicherweise nicht durch das Glas hindurch. Es erfasst hauptsächlich die Eigenstrahlung der Glasoberfläche sowie einen Anteil reflektierter Umgebungsstrahlung.
Aus diesem Grund entsprechen Messungen von heißem Wasser, Maschinen, Wänden oder Personen durch Glas normalerweise nicht der tatsächlichen Temperatur des dahinterliegenden Objekts.
Können transparente Objekte grundsätzlich nicht mit einem Infrarotthermometer gemessen werden?
Nein.
Zwei unterschiedliche Messaufgaben müssen klar voneinander getrennt werden:
● Messung der Oberflächentemperatur des transparenten Materials selbst: häufig möglich.
● Messung eines Objekts durch das transparente Material hindurch: mit einem Standard-Infrarotthermometer in der Regel nicht möglich.
Ein typisches Infrarotthermometer im Bereich 8–14 µm kann beispielsweise unter geeigneten Bedingungen und mit korrekt eingestelltem Emissionsgrad die Oberflächentemperatur von gewöhnlichem Glas erfassen.
Soll hingegen beispielsweise die Temperatur von heißem Wasser hinter einer Glasscheibe gemessen werden, zeigt das Gerät überwiegend die Temperatur der Glasoberfläche und nicht die Temperatur des Wassers an.
Die Annahme „Glas ist durchsichtig, deshalb muss ein Infrarotthermometer hindurchmessen können“ ist daher falsch.
Warum können transparente Materialien Messfehler verursachen?
Bei der Infrarot-Temperaturmessung spielen grundsätzlich drei Strahlungsanteile eine Rolle: Emission, Reflexion und Transmission.
Ist ein Material für einen Teil der Infrarotstrahlung durchlässig, kann das Infrarotthermometer gleichzeitig folgende Anteile erfassen:
● die vom Material selbst emittierte Infrarotstrahlung;
● die vom dahinterliegenden Objekt ausgesandte und durch das Material übertragene Strahlung;
● die an der Materialoberfläche reflektierte Umgebungsstrahlung.
Der Detektor empfängt somit ein überlagertes Signal.
Wertet das Messgerät dieses Signal so aus, als stamme es vollständig von einer normalen undurchsichtigen Oberfläche, können erhebliche Messabweichungen entstehen.
Je dünner das Material, je höher seine Infrarot-Transmission oder je größer der Temperaturunterschied zwischen Material und Hintergrund ist, desto stärker kann dieser Einfluss werden.
Warum sollte man nicht durch Glas messen?
Dies gehört zu den häufigsten praktischen Problemen bei berührungslosen Temperaturmessungen.
Soll die Temperatur eines Objekts in einem geschlossenen Gehäuse, Fahrzeug, einer Kammer oder hinter einem Fenster ermittelt werden, liefert eine Messung durch gewöhnliches Glas mit einem handgehaltenen Infrarotthermometer im Allgemeinen nicht die tatsächliche Oberflächentemperatur des Zielobjekts.
Beispiel:
● Objekt hinter dem Glas: 35 °C;
● Glasoberfläche: 22 °C;
● Messung erfolgt von außen durch die Scheibe.
Das Infrarotthermometer zeigt dann wahrscheinlich einen Wert an, der deutlich näher an 22 °C als an der tatsächlichen Objekttemperatur von 35 °C liegt.
Wenn das Objekt hinter dem Glas gemessen werden muss, sollte die Scheibe geöffnet oder die Messposition so verändert werden, dass das Gerät direkt auf die Zieloberfläche gerichtet werden kann.
Wie ist die Situation bei transparenten Kunststoffen?
Bei transparenten Kunststoffen ist die Situation komplexer als bei gewöhnlichem Glas.
Werkstoffe wie PE, PP, PET, PC oder PMMA können im Infrarotbereich sehr unterschiedliche Transmissions-, Absorptions- und Reflexionseigenschaften aufweisen. Auch Materialdicke, Additive, Oberflächenbehandlung und Färbung können das Infrarotverhalten verändern.
Deshalb lässt sich allein anhand der sichtbaren Transparenz nicht beurteilen, ob ein Kunststoff zuverlässig mit einem Infrarotthermometer gemessen werden kann.
Wenn für eine allgemeine Vor-Ort-Messung keine spektralen Materialdaten verfügbar sind, empfiehlt sich ein Vergleich mit einer geeigneten Kontaktmessung. Gegebenenfalls kann anschließend die Emissionsgradeinstellung angepasst werden.
Bei speziellen industriellen Anwendungen wie Folienextrusion, Kunststoffverarbeitung oder Glasherstellung können hingegen Infrarot-Pyrometer mit gezielt ausgewähltem Spektralbereich erforderlich sein.
Was ist bei der Messung der Oberfläche eines transparenten Materials zu beachten?
Soll die Temperatur der Glas- oder Kunststoffoberfläche selbst bestimmt werden, sind insbesondere folgende Punkte wichtig:
● Messziel eindeutig festlegen: Es muss klar sein, dass die transparente Oberfläche und nicht das dahinterliegende Objekt gemessen werden soll.
● Emissionsgrad korrekt einstellen: Ein falscher Emissionsgrad wirkt sich unmittelbar auf das Messergebnis aus.
● Große Messwinkel vermeiden: Das Gerät möglichst senkrecht zur Oberfläche ausrichten, um Reflexionseinflüsse zu reduzieren.
● Heiße Objekte in der Umgebung berücksichtigen: Heizungen, Lampen, Öfen oder andere heiße Oberflächen können sich in der Messfläche reflektieren.
● D:S-Verhältnis beachten: Der gesamte Messfleck muss innerhalb der Zielfläche liegen.
● Bei hohen Genauigkeitsanforderungen überprüfen: Bei Bedarf mit einem geeigneten Kontaktfühler gegenprüfen.
Warum ist der Emissionsgrad bei transparenten Materialien besonders wichtig?
Ein Infrarotthermometer bestimmt die Temperatur anhand der empfangenen Wärmestrahlung. Der Emissionsgrad beschreibt, wie effizient eine reale Oberfläche im Vergleich zu einem idealen schwarzen Strahler Infrarotstrahlung emittiert.
Weicht der tatsächliche Emissionsgrad deutlich von der Geräteeinstellung ab, kann die angezeigte Temperatur fehlerhaft sein.
Bei transparenten Materialien können zusätzlich Reflexion und Transmission eine größere Rolle spielen. Dadurch ist die Messsituation häufig komplexer als bei undurchsichtigen Oberflächen mit hohem Emissionsgrad.
Beschichtetes, poliertes oder speziell behandeltes Glas kann auch bei gleichem Grundmaterial deutlich andere Infrarot-Eigenschaften besitzen. Ein einziger fester Emissionsgradwert sollte daher nicht pauschal für alle Glasarten verwendet werden.
Wie lässt sich feststellen, ob das Glas oder das Objekt dahinter gemessen wird?
Eine einfache Methode besteht darin, die Temperatur des Objekts hinter der Scheibe deutlich zu verändern und anschließend die Anzeige des Infrarotthermometers zu beobachten.
Ändert sich die Temperatur des Hintergrundobjekts stark, während die Infrarotmessung nahezu gleich bleibt, misst das Gerät hauptsächlich die Glasoberfläche.
Zusätzlich kann die Glasoberfläche mit einem Kontaktthermometer geprüft werden. Stimmen beide Werte weitgehend überein, spricht dies ebenfalls dafür, dass das Infrarotthermometer hauptsächlich die Glasoberfläche erfasst.
Bei hohen Genauigkeitsanforderungen sollte jedoch nicht allein auf solche Praxistests vertraut werden. Spektraler Transmissionsgrad, Arbeitswellenlänge des Geräts und die konkreten Kalibrierbedingungen müssen ebenfalls berücksichtigt werden.
Wann ist ein spezielles Infrarot-Messsystem erforderlich?
Handgehaltene Universal-Infrarotthermometer sind hauptsächlich für die Messung von Oberflächentemperaturen konzipiert und nicht für alle transparenten oder teiltransparenten Werkstoffe geeignet.
Spezialisierte Infrarot-Pyrometer mit angepasstem Spektralbereich können beispielsweise erforderlich sein bei:
● Glasherstellung und thermischer Glasbearbeitung;
● Extrusion und Formgebung von Kunststofffolien;
● Temperaturüberwachung von Halbleitermaterialien;
● speziellen Kristallen und optischen Werkstoffen;
● Messungen durch dafür vorgesehene Infrarotfenster;
● hochgenauer industrieller Inline-Temperaturüberwachung.
Bei solchen Anwendungen wird die Messwellenlänge gezielt an die spektralen Eigenschaften des Materials angepasst, um möglichst viel nutzbare Strahlung vom eigentlichen Zielobjekt zu erfassen und Einflüsse durch Transmission oder Reflexion zu minimieren.
FAQ
Kann ein Infrarotthermometer die Temperatur von Glas messen?
Ja. Unter geeigneten Messbedingungen und mit korrekt eingestelltem Emissionsgrad kann die Oberflächentemperatur von Glas gemessen werden. Das Gerät misst dabei die Glasoberfläche und nicht das dahinter sichtbare Objekt.
Kann mit einem Infrarotthermometer durch ein Fenster nach draußen gemessen werden?
Normalerweise nicht. Gewöhnliches Fensterglas verhindert in der Regel eine zuverlässige Messung des dahinterliegenden Objekts. Wenn möglich, sollte das Fenster geöffnet und das Ziel direkt gemessen werden.
Warum ist die Messung der Körpertemperatur durch Glas ungenau?
Weil normales Glas die langwellige Infrarotstrahlung vieler Infrarotthermometer nicht so durchlässt wie sichtbares Licht. Das Gerät erfasst deshalb hauptsächlich die Glasoberfläche.
Kann transparente Kunststofffolie mit einem Infrarotthermometer gemessen werden?
Das hängt von Kunststoffart, Dicke und Messwellenlänge ab. Manche dünnen Folien sind in bestimmten Infrarotbereichen teilweise durchlässig, sodass das Gerät sowohl die Folie als auch Strahlungsanteile aus dem Hintergrund erfassen kann.
Warum kann der Laser durch Glas gehen, die Temperaturmessung aber nicht?
Der Laser dient ausschließlich als Zielhilfe. Er ist nicht das Signal, mit dem die Temperatur bestimmt wird. Dass sichtbares Laserlicht Glas durchdringt, bedeutet nicht, dass die vom Infrarotdetektor erfasste Wärmestrahlung ebenfalls hindurchgelangt.
Sind alle transparenten Objekte für Infrarotmessungen ungeeignet?
Nein. Entscheidend sind Emissionsgrad, Reflexionsgrad und Transmissionsgrad im Arbeitswellenlängenbereich des Messgeräts. Bei vielen transparenten Materialien lässt sich die eigene Oberflächentemperatur messen, auch wenn ein dahinterliegendes Objekt nicht zuverlässig erfasst werden kann.
Fazit
Ob ein transparentes Objekt mit einem Infrarotthermometer gemessen werden kann, lässt sich nicht anhand seiner sichtbaren Transparenz beurteilen. Entscheidend sind die Emissions-, Reflexions- und Transmissionseigenschaften des Materials im Arbeitswellenlängenbereich des Messgeräts.
Gewöhnliches Glas ist für sichtbares Licht transparent, im langwelligen Infrarotbereich vieler handgehaltener Infrarotthermometer jedoch weitgehend undurchlässig. Das Gerät misst deshalb normalerweise die Glasoberfläche und nicht das dahinterliegende Objekt.
Bei transparenten Kunststoffen, Folien und speziellen Werkstoffen müssen Materialart, Dicke, Spektralbereich und Messbedingungen berücksichtigt werden.
Der wichtigste Grundsatz lautet: Nur weil ein Ziel sichtbar ist oder der Ziellaser hindurchgeht, bedeutet das nicht, dass ein Infrarotthermometer seine tatsächliche Temperatur messen kann.
