Einleitung

Bei Materialien mit hohem Emissionsgrad, beispielsweise matten Kunststoffen, Gummi oder beschichteten Oberflächen, liefern Infrarotthermometer in der Regel stabile Messwerte. Deutlich schwieriger ist die Messung von Aluminium, Kupfer, Edelstahl und anderen blanken Metalloberflächen. Obwohl die tatsächliche Temperatur konstant bleibt, kann der angezeigte Wert zu niedrig sein, schwanken oder sich mit dem Messwinkel verändern.

Das bedeutet nicht zwangsläufig, dass das Infrarotthermometer fehlerhaft arbeitet. Häufig liegt die Ursache im niedrigen Emissionsgrad und der hohen Reflexion der Messoberfläche.

Eine bewährte praktische Methode besteht darin, ein kleines Stück schwarzes Klebeband auf die Messstelle aufzubringen, einen ausreichenden Temperaturausgleich abzuwarten und anschließend die Temperatur des Klebebands zu messen.

Die Verbesserung entsteht nicht einfach dadurch, dass das Klebeband schwarz ist. Entscheidend ist sein vergleichsweise hoher und stabiler Emissionsgrad im Infrarotbereich.

Das Wichtigste in Kürze

● Infrarotthermometer erfassen die von einer Oberfläche ausgehende Infrarotstrahlung und messen nicht direkt die Innentemperatur eines Körpers.
● Blanke Metalle besitzen häufig einen niedrigen Emissionsgrad und eine hohe Reflexion, wodurch reflektierte Umgebungsstrahlung den Messwert beeinflussen kann.
● Matte schwarze Elektro-Klebebänder und vergleichbare Materialien besitzen häufig einen relativ hohen und stabilen Emissionsgrad.
● Vor der Messung muss sich das Klebeband thermisch ausreichend an die Messoberfläche angeglichen haben.
● Die Emissionsgradeinstellung des Infrarotthermometers sollte möglichst dem tatsächlichen Emissionsgrad des verwendeten Klebebands entsprechen.
● Die Methode eignet sich insbesondere für niedrig emittierende Oberflächen bei niedrigen und mittleren Temperaturen, jedoch nicht für jede Hochtemperatur- oder Bewegungsanwendung.

Warum sind blanke Metalle direkt schwer zu messen?

Ein Infrarotthermometer erfasst die von der Messoberfläche ausgehende Infrarotstrahlung und berechnet daraus unter Berücksichtigung des eingestellten Emissionsgrades die Oberflächentemperatur.

Bei Materialien mit hohem Emissionsgrad stammt ein großer Teil der erfassten Strahlung direkt vom Messobjekt. Die Messung ist deshalb vergleichsweise stabil.

Bei blanken Metallen ist die Situation anders. Sauberes oder poliertes Aluminium, Kupfer und Edelstahl weisen häufig einen geringen Emissionsgrad und gleichzeitig eine hohe Reflexion auf.

Das Infrarotthermometer kann daher zusätzlich zur Eigenstrahlung des Metalls reflektierte Strahlung aus der Umgebung erfassen, beispielsweise von Heizungen, Maschinen, Wänden, Personen oder anderen warmen Flächen.

Selbst wenn die tatsächliche Metalltemperatur konstant bleibt, kann eine Änderung des Messwinkels oder der Position des Bedieners die reflektierte Hintergrundstrahlung verändern. Dadurch kann sich auch der angezeigte Temperaturwert ändern.

Niedrig emittierende Metalle gehören deshalb zu den anspruchsvolleren Messobjekten bei der berührungslosen Infrarot-Temperaturmessung.

Warum verbessert schwarzes Klebeband die Messbedingungen?

Das Klebeband erzeugt auf einer niedrig emittierenden Oberfläche eine Messfläche mit höherem Emissionsgrad.

Viele matte schwarze Elektro-Klebebänder besitzen in üblichen Infrarot-Messbereichen einen relativ hohen Emissionsgrad. Im Vergleich zu blankem Metall stammt ein größerer Anteil der erfassten Infrarotstrahlung vom Klebeband selbst, während der Einfluss reflektierter Hintergrundstrahlung geringer ist.

Hat sich das Klebeband thermisch ausreichend an den Untergrund angeglichen, liefert die Messung dieser Fläche üblicherweise stabilere Werte als die direkte Messung des blanken Metalls.

Vereinfacht gilt:

● Blankes Metall direkt messen: niedriger Emissionsgrad + hohe Reflexion → größerer Umgebungseinfluss.
● Klebebandfläche messen: höherer Emissionsgrad + geringerer Reflexionseinfluss → stabilerer Messwert.

Entscheidend ist somit der Emissionsgrad im Infrarotbereich und nicht allein die sichtbare schwarze Farbe.

Warum ist ein Temperaturausgleich erforderlich?

Unmittelbar nach dem Aufkleben besitzt das Klebeband nicht automatisch dieselbe Temperatur wie das Metall.

Befindet sich das Klebeband beispielsweise auf Raumtemperatur und ist die Metalloberfläche deutlich wärmer oder kälter, zeigt eine sofortige Infrarotmessung zunächst die aktuelle Oberflächentemperatur des Klebebands an.

Erst durch Wärmeleitung nähert sich seine Temperatur derjenigen der Metalloberfläche an. Sobald der Temperaturunterschied ausreichend klein ist, kann die Klebebandoberfläche als Näherung für die tatsächliche Oberflächentemperatur dienen.

Eine allgemein gültige Wartezeit gibt es nicht. Sie hängt unter anderem ab von:

● Temperatur des Messobjekts.
● Material und Dicke des Klebebands.
● Wärmeleitfähigkeit des Untergrunds.
● Umgebungstemperatur und Luftbewegung.
● Geschwindigkeit, mit der sich die Temperatur des Messobjekts verändert.

In der Praxis sollte deshalb vor allem auf einen stabilisierten Messwert geachtet werden.

Wie wird schwarzes Klebeband korrekt verwendet?

Für eine zuverlässige Messung empfiehlt sich folgende Vorgehensweise:

● Ein mattes, gut haftendes Klebeband auswählen, dessen zulässige Einsatztemperatur für die Anwendung geeignet ist.
● Die Messstelle von Öl, Staub, Schmutz und lockeren Oxidschichten reinigen.
● Das Klebeband möglichst plan und ohne Blasen, Falten oder abstehende Kanten aufbringen.
● Ausreichend Zeit für den thermischen Ausgleich zwischen Klebeband und Messoberfläche einplanen.
● Den Emissionsgrad am Infrarotthermometer entsprechend dem verwendeten Klebeband einstellen. Herstellerangaben sollten bevorzugt verwendet werden, sofern verfügbar.
● Das Thermometer auf die Klebebandfläche richten und sicherstellen, dass der gesamte Messfleck innerhalb dieser Fläche liegt.
● Möglichst annähernd senkrecht zur Oberfläche messen.
● Den Wert erst nach ausreichender Stabilisierung dokumentieren.

Ist die Klebebandfläche kleiner als der tatsächliche Messfleck des Thermometers, wird gleichzeitig Strahlung von der umliegenden Metalloberfläche erfasst. Dadurch kann der Vorteil dieser Methode deutlich reduziert werden.

Welcher Emissionsgrad sollte für schwarzes Klebeband eingestellt werden?

In der Praxis wird für schwarzes Elektro-Klebeband häufig ein Emissionsgrad von etwa 0,95 verwendet. Dennoch gilt: Nicht jedes schwarze Klebeband besitzt exakt einen Emissionsgrad von 0,95.

Der tatsächliche Wert kann unter anderem beeinflusst werden durch:

● Material des Klebebands.
● Oberflächenglanz.
● Materialdicke.
● Spektralbereich des Infrarotthermometers.
● Alterung der Oberfläche.
● Betriebstemperatur.

Für allgemeine Wartungs- und Kontrollmessungen kann eine geeignete Herstellerangabe ausreichend sein. Bei höheren Genauigkeitsanforderungen sollte ein Referenzmaterial mit bekanntem Emissionsgrad eingesetzt oder die Messung mit einer geeigneten Referenzmethode verifiziert werden.

Ein pauschaler Emissionsgrad für alle schwarzen Materialien gewährleistet keine hohe Messgenauigkeit.

Eignet sich jede schwarze Oberfläche als Referenzfläche?

Nein.

Eine Oberfläche, die für das menschliche Auge schwarz erscheint, besitzt nicht automatisch einen hohen Emissionsgrad im Infrarotbereich.

Die sichtbare Farbe wird durch das Verhalten eines Materials im sichtbaren Spektrum bestimmt. Infrarotthermometer arbeiten jedoch in anderen Wellenlängenbereichen.

Für die Temperaturmessung ist daher der Emissionsgrad im Arbeitsbereich des Messgeräts entscheidend und nicht allein die sichtbare Farbe.

Professionelle Infrarotmessungen orientieren sich deshalb an den infraroten Materialeigenschaften und nicht ausschließlich am optischen Erscheinungsbild.

Für welche Anwendungen eignet sich die Klebebandmethode?

Die Methode ist besonders hilfreich bei niedrig emittierenden Oberflächen, beispielsweise:

● Poliertem Edelstahl.
● Aluminiumplatten und Aluminiumbauteilen.
● Kupferschienen, Kupferrohren und anderen Kupferkomponenten.
● Glänzenden Metallgehäusen.
● Metallrohren und Anlagenoberflächen.
● Wartungsanwendungen, bei denen Temperaturen regelmäßig miteinander verglichen werden.

Bei der Inspektion einer blanken Kupferschiene kann eine direkte Infrarotmessung beispielsweise stark durch Reflexion beeinflusst werden. Sofern es technisch und sicherheitstechnisch zulässig ist, kann eine definierte hoch emittierende Messstelle die Vergleichbarkeit wiederholter Messungen verbessern.

Wann ist die Klebebandmethode ungeeignet?

Die Methode ist nicht für jede Anwendung geeignet.

● Das Klebeband darf nicht verwendet werden, wenn die Oberflächentemperatur seinen zulässigen Temperaturbereich überschreitet.
● Bei schnell wechselnden Temperaturen kann die thermische Trägheit des Klebebands zu Verzögerungen führen.
● Schnell bewegte Produktionslinien, rotierende Teile und Oberflächen, auf denen kein Klebeband angebracht werden kann, sind ungeeignet.
● In Lebensmittel-, Reinraum- oder pharmazeutischen Anwendungen können Klebematerialien unzulässig sein.
● Für sehr hohe Genauigkeitsanforderungen reicht gewöhnliches Elektro-Klebeband möglicherweise nicht aus.
● Luftblasen, schlechte Haftung oder abstehende Kanten können den thermischen Kontakt verschlechtern.

Für sehr heiße Metalle, Schmelzen oder schnell laufende Prozesse sind speziell geeignete Infrarotthermometer beziehungsweise Pyrometer und ein passendes Emissionsgradkonzept meist die bessere Lösung.

Macht schwarzes Klebeband jedes Infrarotthermometer genauer?

Nein.

Schwarzes Klebeband reduziert hauptsächlich Messprobleme, die durch einen niedrigen Emissionsgrad verursacht werden. Die Gesamtgenauigkeit hängt weiterhin von weiteren Faktoren ab:

● Gerätespezifische Messgenauigkeit.
● Korrekte Emissionsgradeinstellung.
● Messabstand und D:S-Verhältnis.
● Größe der Klebebandfläche im Verhältnis zum Messfleck.
● Messwinkel.
● Starke Hintergrundstrahlung.
● Anpassung des Geräts an die Umgebungstemperatur.
● Temperaturstabilität des Messobjekts.

Das Klebeband kann eine wesentliche Fehlerquelle reduzieren, jedoch nicht sämtliche Messunsicherheiten beseitigen.

Warum kann der Messwert trotz schwarzem Klebeband instabil bleiben?

Bei schwankenden Messwerten sollten insbesondere folgende Punkte geprüft werden:

● Hat sich das Klebeband thermisch ausreichend angeglichen?
● Ist die Klebebandfläche größer als der Messfleck?
● Entspricht der eingestellte Emissionsgrad dem verwendeten Klebeband?
● Ist der Messabstand zu groß?
● Gibt es Blasen, abstehende Kanten oder schlechten Kontakt?
● Erwärmt oder kühlt sich das Messobjekt selbst noch?
● War das Infrarotthermometer einer schnellen Änderung der Umgebungstemperatur ausgesetzt?
● Befinden sich starke Infrarotquellen wie Heizgeräte oder Öfen in der Nähe?

Bei auffälligen Messergebnissen sollte nicht sofort nur der Emissionsgrad verändert werden. Zunächst sollte die gesamte Messsituation überprüft werden.

FAQ

Kann schwarzes Klebeband direkt auf heißes Metall geklebt werden?
Nur, wenn das Klebeband für die entsprechende Temperatur zugelassen ist. Wird der zulässige Bereich überschritten, kann es weich werden, sich lösen, zersetzen oder ein Sicherheitsrisiko darstellen.

Ist ein dunkleres Klebeband automatisch besser?
Nein. Die sichtbare Farbe bestimmt den infraroten Emissionsgrad nicht direkt.

Kann unmittelbar nach dem Aufkleben gemessen werden?
In der Regel nicht. Zunächst sollte ein ausreichender Wärmeaustausch stattfinden und der Messwert stabil werden.

Kann handelsübliches schwarzes Elektro-Klebeband verwendet werden?
Für allgemeine industrielle Kontrollmessungen häufig ja, sofern Temperaturbereich und Genauigkeitsanforderungen passen. Für präzisere Messungen sollte der tatsächliche Emissionsgrad bekannt oder überprüft sein.

Warum muss die Klebebandfläche größer als der Messfleck sein?
Erfasst der Messfleck gleichzeitig Klebeband und blankes Metall, entsteht ein gemischtes Strahlungssignal, das die Messabweichung wieder erhöhen kann.

Eignet sich die Methode für Edelstahl, Aluminium und Kupfer?
Ja. Sie ist für diese niedrig emittierenden Metalle eine verbreitete praktische Methode, sofern Temperaturbereich, Emissionsgrad, Messfleck und thermischer Ausgleich berücksichtigt werden.

Fazit

Schwarzes Klebeband verbessert Infrarot-Temperaturmessungen, indem es auf einer stark reflektierenden, niedrig emittierenden Oberfläche eine Messfläche mit höherem und stabilerem Emissionsgrad erzeugt.

Bei Aluminium, Kupfer, poliertem Edelstahl und ähnlichen Metallen kann die direkte Messung erheblich durch reflektierte Hintergrundstrahlung beeinflusst werden. Ein geeignetes Klebeband, ausreichender Temperaturausgleich und eine passende Emissionsgradeinstellung können die Stabilität und Zuverlässigkeit deutlich verbessern.

Die Methode ersetzt jedoch keine korrekte Messpraxis. Temperaturbeständigkeit des Klebebands, tatsächlicher Emissionsgrad, Messfleckgröße, Messabstand, Messwinkel und Umgebungsstrahlung müssen weiterhin berücksichtigt werden.