Einleitung
Ein Infrarot-Thermometer misst die Temperatur berührungslos, indem es die von einer Oberfläche abgegebene Infrarotstrahlung erfasst und daraus einen Temperaturwert berechnet. Solange zwischen Messobjekt und Gerät ein ausreichend ungestörter Infrarot-Übertragungsweg besteht, ist eine Messung grundsätzlich möglich.
In einer stark dampfhaltigen Umgebung muss die vom Ziel ausgesandte Infrarotstrahlung jedoch zunächst durch die Dampfzone gelangen. Wasserdampf, schwebende Wassertröpfchen und die Eigenstrahlung des Dampfes können das vom Gerät empfangene Signal beeinflussen.
Daher gilt: Ein Infrarot-Thermometer ist in einer dampfhaltigen Umgebung nicht grundsätzlich ungeeignet. Die Zuverlässigkeit der Messung hängt jedoch wesentlich von Dampfdichte, Weglänge und Messbedingungen ab.
Das Wichtigste auf einen Blick
● Normale feuchte Luft verhindert eine Infrarotmessung über kurze Distanz in der Regel nicht.
● Dichter, sichtbar auftretender Dampf oder Nebel beeinflusst die Messung meist wesentlich stärker als eine hohe Luftfeuchtigkeit allein.
● Die vom Ziel ausgehende Infrarotstrahlung kann durch Wasserdampf und Tröpfchen absorbiert beziehungsweise abgeschwächt werden; gleichzeitig strahlt der Dampf selbst im Infrarotbereich.
● Je dichter der Dampf und je länger der optische Weg, desto schwieriger ist die Bestimmung der tatsächlichen Oberflächentemperatur.
● Wird das Ziel durch Dampf verdeckt, kann der angezeigte Wert aus Beiträgen des Ziels, der Dampfschicht und der Umgebungsstrahlung entstehen.
● Kondenswasser auf der Optik kann deutlich stärkere Messfehler verursachen.
Warum Wasserdampf die Infrarotmessung beeinflussen kann
Ein Infrarot-Thermometer misst nicht direkt die Lufttemperatur oder den Abstand. Das optische System erfasst Infrarotstrahlung innerhalb eines definierten Spektralbereichs.
In relativ sauberer, transparenter Luft gelangt die Strahlung des Messobjekts weitgehend ungehindert zum Gerät. Der Einfluss der Luft ist dann in vielen praktischen Anwendungen gering.
Befinden sich jedoch größere Mengen Wasserdampf, sichtbarer Dampf, Nebel oder schwebende Wassertröpfchen im optischen Messweg, ändern sich die Übertragungsbedingungen.
● Ein Teil der Infrarotstrahlung des Zielobjekts kann durch Wasserdampf oder Tröpfchen absorbiert werden.
● Schwebende Wassertröpfchen können Strahlung streuen und abschwächen.
● Dampf und Tröpfchen besitzen eine eigene Temperatur und geben selbst Infrarotstrahlung ab.
● Das am Detektor eintreffende Signal stammt deshalb möglicherweise nicht mehr ausschließlich von der Zieloberfläche.
Dampf „verdeckt“ das Ziel somit nicht nur optisch, sondern verändert die Strahlungsübertragung zwischen Messobjekt und Infrarot-Thermometer.
Hohe Luftfeuchtigkeit und sichtbarer Dampf sind nicht dasselbe
In der Praxis muss zwischen hoher Luftfeuchtigkeit und dichtem sichtbarem Dampf unterschieden werden.
Bei hoher Luftfeuchtigkeit enthält die Luft zwar viel Wasserdampf. Ist der Messabstand jedoch kurz und der Sichtweg zum Ziel frei, können viele Infrarotmessungen weiterhin zuverlässig durchgeführt werden.
So ist beispielsweise bei der Temperaturmessung an Gehäusen, Rohrleitungen oder Wänden in einer feuchten Innenumgebung die Luftfeuchtigkeit häufig nicht die wichtigste Fehlerquelle, solange kein sichtbarer Dampf zwischen Gerät und Ziel liegt.
Anders sieht es aus, wenn weißer Dampf, Nebel oder kontinuierlich austretender Dampf das Ziel überlagert.
Das Infrarot-Thermometer misst dann durch eine sich ständig verändernde Dampfschicht. Schwankungen von Dichte, Temperatur und Strömung können zu instabilen oder verfälschten Messwerten führen.
Mit zunehmender Dampfdichte steigt in der Regel die Messunsicherheit
Der Einfluss von Dampf ist nicht rein binär. Entscheidend ist, wie stark die Messbedingungen beeinträchtigt werden.
Deutlichere Fehler sind insbesondere zu erwarten, wenn:
● dichter oder kontinuierlicher Dampf zwischen Ziel und Messgerät vorhanden ist.
● die Zieloberfläche durch Dampf sichtbar verdeckt wird.
● der Messabstand groß ist und die Strahlung einen längeren Weg durch den Dampf zurücklegen muss.
● zwischen Ziel und Dampf ein großer Temperaturunterschied besteht.
● sich die Dampfdichte kontinuierlich verändert.
● viele feine Wassertröpfchen im Messweg schweben.
Soll beispielsweise ein Bauteil hinter einer Dampfwolke gemessen werden, bedeutet die Sichtbarkeit des Bauteils für das menschliche Auge nicht automatisch, dass seine Oberflächentemperatur mit einem Infrarot-Thermometer zuverlässig bestimmt werden kann.
Ein Medium, das sichtbares Licht durchlässt, muss sich gegenüber Infrarotstrahlung nicht gleich verhalten.
Der angezeigte Wert kann von der tatsächlichen Oberflächentemperatur abweichen
Ein verbreitetes Missverständnis besteht darin, dass ein Infrarot-Thermometer auch bei dichtem Dampf ausschließlich das dahinterliegende Objekt misst.
Tatsächlich kann die empfangene Strahlung aus mehreren Anteilen bestehen: der Eigenstrahlung der Zieloberfläche, der Strahlung der Dampfschicht und reflektierter Hintergrundstrahlung.
Der angezeigte Temperaturwert kann daher aus einer Kombination dieser Strahlungsanteile berechnet werden.
Auch ein scheinbar stabiler Messwert hinter dichtem Dampf darf deshalb nicht automatisch als tatsächliche Oberflächentemperatur des Ziels interpretiert werden.
Sind Dampf und Ziel ähnlich temperiert, kann eine Abweichung schwer zu erkennen sein. Bei großen Temperaturunterschieden fallen fehlerhafte Messwerte meist deutlicher auf.
Warum der Messabstand wichtig ist
In einer dampfhaltigen Umgebung sollte der wirksame Messabstand nach Möglichkeit reduziert werden.
Mit zunehmendem Abstand verlängert sich der Weg, den die Infrarotstrahlung durch den Dampf zurücklegen muss. Dadurch können Absorption und Abschwächung stärker ins Gewicht fallen.
Zusätzlich ist das Distanz-zu-Messfleck-Verhältnis (D:S) zu berücksichtigen. Mit größerem Abstand wächst der Messfleck. Deckt das Ziel den Messbereich nicht vollständig ab, können Strahlungsanteile aus der Umgebung, von Hintergrundflächen oder aus der Dampfschicht das Ergebnis beeinflussen.
Unter Einhaltung aller Sicherheitsanforderungen gilt daher:
● Möglichst nahe am Messobjekt messen.
● Sicherstellen, dass das Ziel deutlich größer als der Messfleck ist.
● Eine Position mit möglichst wenig Dampf im Messweg wählen.
● Langstreckenmessungen durch großflächigen, dichten Dampf vermeiden.
Eine Verbesserung der Messgeometrie ist unter solchen Bedingungen häufig wirkungsvoller als eine reine Anpassung des Emissionsgrades.
Kondensation auf der Optik kann kritischer sein als Wasserdampf in der Luft
In heißen und feuchten Umgebungen muss besonders auf Kondensation an der Infrarotoptik geachtet werden.
Wird ein kaltes Messgerät in eine warme, feuchte Umgebung gebracht oder längere Zeit Dampf ausgesetzt, kann sich Feuchtigkeit auf dem optischen Fenster niederschlagen.
Ein Wasserfilm oder einzelne Tropfen bilden dann eine zusätzliche Schicht zwischen Ziel und Detektor und können die Übertragung der Infrarotstrahlung erheblich verändern.
Mögliche Auswirkungen sind:
● deutlich zu hohe oder zu niedrige Messwerte.
● sich kontinuierlich verändernde Werte am selben Messobjekt.
● ungewöhnliche Unterschiede zwischen benachbarten Messpunkten.
● verlangsamte Reaktion oder fehlende Messwertstabilität.
Bei sichtbarer Feuchtigkeit oder Kondensation auf der Optik sollte die Messung unterbrochen werden. Erst wenn das optische Fenster entsprechend den Gerätehinweisen gereinigt beziehungsweise vollständig trocken ist, sollte weitergemessen werden.
So lässt sich die Messzuverlässigkeit in dampfhaltigen Umgebungen verbessern
Muss eine Infrarotmessung trotz Dampf durchgeführt werden, lassen sich die Störeinflüsse durch geeignete Messbedingungen reduzieren.
● Einen Messpunkt wählen, bei dem möglichst wenig Dampf zwischen Ziel und Gerät liegt.
● Den Messabstand unter Beachtung der Arbeitssicherheit möglichst gering halten.
● Kurzzeitige Lücken im Dampfstrom nutzen, wenn die Zieloberfläche frei sichtbar ist.
● Messwege vermeiden, die direkt von kontinuierlich austretendem Dampf gekreuzt werden.
● Sicherstellen, dass das Ziel den Messfleck vollständig abdeckt.
● Einen zur Zieloberfläche passenden Emissionsgrad einstellen.
● Die Infrarotoptik vor Kondensation schützen.
● Bei kritischen Messungen mehrere Werte aufnehmen und deren Wiederholbarkeit prüfen.
Kann dichter Dampf nicht vermieden werden und dient der Messwert der Prozessregelung, Zustandsdiagnose oder einer sicherheitsrelevanten Entscheidung, sollte nicht ausschließlich auf eine einzelne berührungslose Infrarotmessung vertraut werden.
Anwendungen mit besonderem Prüfbedarf
In einigen industriellen Anwendungen tritt Dampf regelmäßig auf. Hier müssen die Messbedingungen besonders sorgfältig bewertet werden.
Typische Beispiele sind:
● Dampfleitungen und Ventile.
● Kessel und Wärmetauscher.
● Dampfgar- und Hochtemperatur-Reinigungsanlagen.
● Heißwasserbehälter und thermische Prozessanlagen.
● Produktionsbereiche der Papier- und Textilindustrie mit hoher Temperatur und Luftfeuchtigkeit.
● HVAC-, Befeuchtungs- und industrielle Dampfsysteme.
Entscheidend ist in diesen Anwendungen zunächst, ob zwischen Gerät und Messobjekt ein stabiler und ausreichend freier Infrarot-Messweg vorhanden ist. Die reine Sichtbarkeit für das menschliche Auge reicht als Kriterium nicht aus.
FAQ
Kann ein Infrarot-Thermometer durch Wasserdampf hindurch ein dahinterliegendes Objekt messen?
Es sollte nicht davon ausgegangen werden, dass ein Infrarot-Thermometer Dampf einfach „durchdringen“ kann. Eine geringe Wasserdampfkonzentration über kurze Distanz kann noch brauchbare Messungen ermöglichen. Dichter Dampf kann jedoch die Zielstrahlung absorbieren und abschwächen sowie eigene Strahlung zum Messsignal beitragen.
Kann ein Infrarot-Thermometer bei sehr hoher Luftfeuchtigkeit verwendet werden?
In vielen Fällen ja. Hohe Luftfeuchtigkeit allein ist nicht mit dichtem sichtbarem Dampf gleichzusetzen. Bei kurzem Messabstand, freier Sicht und trockener Optik sind viele Standardmessungen weiterhin möglich.
Warum schwankt der Messwert bei einer Messung durch Dampf?
Dampfdichte, Temperatur und Strömung ändern sich häufig kontinuierlich. Dadurch verändern sich auch die Übertragungsbedingungen für die Infrarotstrahlung, was Schwankungen des angezeigten Werts verursachen kann.
Wenn ich das Ziel sehen kann, ist die Infrarotmessung dann automatisch zuverlässig?
Nein. Das menschliche Auge arbeitet im sichtbaren Spektralbereich, während Infrarot-Thermometer bestimmte Infrarot-Wellenlängen verwenden. Die optischen Eigenschaften eines Mediums können sich in diesen Spektralbereichen deutlich unterscheiden.
Ist ein kürzerer Messabstand bei Dampf grundsätzlich besser?
In der Regel ja, sofern Sicherheitsabstände und Gerätevorgaben eingehalten werden. Ein kürzerer Abstand reduziert den Weg durch den Dampf und verkleinert gleichzeitig den Messfleck. Direkter Dampfaustritt auf Gerät oder Optik sollte jedoch vermieden werden.
Kann bei Kondenswasser auf der Linse weitergemessen werden?
Nein, dies ist nicht empfehlenswert. Kondensation beeinflusst direkt die Übertragung der Infrarotstrahlung und kann erhebliche Messfehler verursachen. Die Messung sollte erst bei sauberer und trockener Optik fortgesetzt werden.
Fazit
Ein Infrarot-Thermometer kann grundsätzlich auch in Umgebungen mit Wasserdampf eingesetzt werden. Die Zuverlässigkeit des Ergebnisses hängt jedoch entscheidend vom Infrarot-Übertragungsweg zwischen Ziel und Gerät ab.
Bei normal feuchter Luft, kurzen Messabständen und freiem Sichtweg ist der Einfluss meist begrenzt. Dichter sichtbarer Dampf, schwebende Wassertröpfchen oder ein langer Messweg durch Dampf können die Zielstrahlung dagegen deutlich absorbieren oder abschwächen. Zusätzlich kann die Eigenstrahlung des Dampfes zum Messsignal beitragen und den angezeigten Wert von der tatsächlichen Oberflächentemperatur abweichen lassen.
Bei Infrarotmessungen in Dampfumgebungen sollten daher insbesondere Dampfabschattung, Messabstand, Verhältnis von Zielgröße zu Messfleck, Emissionsgrad und Kondensation auf der Optik berücksichtigt werden. Bei kritischen Messungen und unvermeidbar dichtem Dampf sollte die Zuverlässigkeit des Ergebnisses sorgfältig bewertet und gegebenenfalls mit einem anderen Temperaturmessverfahren überprüft werden.
