Einleitung

Werden zwei Infrarot-Thermometer zur Messung desselben Objekts eingesetzt, stimmen die angezeigten Temperaturen nicht immer exakt überein. Beispielsweise kann ein Gerät 82,3°C und das andere 84,0°C anzeigen.

Dies bedeutet nicht zwangsläufig, dass eines der Geräte fehlerhaft ist. Das Ergebnis einer Infrarot-Temperaturmessung hängt nicht nur von der tatsächlichen Oberflächentemperatur ab, sondern auch vom Emissionsgrad, der erfassten Messfläche, dem Abstand, dem Messwinkel, der reflektierten Hintergrundstrahlung und den Genauigkeitseigenschaften des jeweiligen Geräts.

Die Funktionsfähigkeit zweier Infrarot-Thermometer sollte daher nicht anhand einer einzelnen Messwertdifferenz beurteilt werden. Zunächst muss sichergestellt werden, dass beide Geräte unter vergleichbaren und geeigneten Bedingungen messen.

Die wichtigsten Punkte

● Kleine Abweichungen zwischen zwei Infrarot-Thermometern sind nicht zwangsläufig ungewöhnlich.
● Unterschiedliche Emissionsgradeinstellungen gehören zu den häufigsten Ursachen abweichender Messwerte.
● Unterschiedliche Dältnisse (Distance-to-Spot Ratios) führen dazu, dass beide Geräte unterschiedlich große Oberflächenbereiche erfassen können.
● Messabstand, Messwinkel, Oberflächenbeschaffenheit und reflektierte Hintergrundstrahlung beeinflussen das Messergebnis.
● Unterschiedliche Modelle können sich hinsichtlich Genauigkeit, spektralem Ansprechbereich, Ansprechzeit und Kalibrierzustand unterscheiden.
● Für einen Vergleich sollten Emissionsgrad, Abstand, Winkel, Messpunkt und Umgebungsbedingungen möglichst identisch sein.

Warum kann dasselbe Objekt unterschiedliche Temperaturwerte liefern?

Ein Infrarot-Thermometer misst nicht unmittelbar die Temperatur im Inneren eines Objekts. Es erfasst die von der Zieloberfläche ausgehende Infrarotstrahlung und berechnet daraus anhand der Geräteeinstellungen und der internen Signalverarbeitung einen Temperaturwert.

Unterscheiden sich die Strahlungsbedingungen, die an den beiden Detektoren ankommen, können daher auch bei demselben Messobjekt unterschiedliche Temperaturen angezeigt werden.

Besonders deutlich kann dieser Effekt bei Metallen, glänzenden Oberflächen, kleinen Messobjekten, ungleichmäßig temperierten Oberflächen und komplexen thermischen Umgebungen auftreten.

Unterschiedliche Emissionsgradeinstellungen beeinflussen das Ergebnis direkt

Der Emissionsgrad ist einer der wichtigsten Parameter bei der berührungslosen Infrarot-Temperaturmessung.

Ist beispielsweise ein Gerät auf 0,95 und das andere auf einen abweichenden Wert eingestellt, können unterschiedliche Messwerte entstehen, obwohl beide Instrumente auf exakt dieselbe Stelle gerichtet sind.

Besonders ausgeprägt ist dieser Effekt bei Materialien mit niedrigem Emissionsgrad, beispielsweise:

● Poliertem Edelstahl;
● Aluminium;
● Kupfer;
● Verchromten Oberflächen;
● Anderen glänzenden Metalloberflächen.

Vor einer Vergleichsmessung sollte deshalb geprüft werden, ob beide Geräte auf denselben und für das Material geeigneten Emissionsgrad eingestellt sind.

Bei Geräten mit fest eingestelltem Emissionsgrad sollte zusätzlich geprüft werden, ob beide Modelle denselben Festwert verwenden.

Die beiden Geräte erfassen möglicherweise nicht dieselbe Fläche

Ein Infrarot-Thermometer misst nicht nur den sichtbaren Laserpunkt. Erfasst wird die Infrarotstrahlung einer kreisförmigen oder annähernd kreisförmigen Fläche auf dem Messobjekt.

Die Größe dieser Fläche hängt vom Dältnis (Distance-to-Spot Ratio) und vom Messabstand ab.

Beispielsweise können zwei Geräte folgende Dältnisse besitzen:

● Erstes Gerät: D:S = 12:1;
● Zweites Gerät: D:S = 50:1.

Selbst bei identischem Messabstand können die erfassten Flächen daher deutlich unterschiedlich groß sein.

Besteht auf der Oberfläche ein Temperaturgradient, beispielsweise mit einem heißen Zentrum und kühleren Randbereichen, erfassen beide Geräte unterschiedliche Strahlungsanteile und können entsprechend unterschiedliche Temperaturen anzeigen.

Zwei Geräte können somit optisch auf denselben Punkt gerichtet sein, ohne tatsächlich dieselbe Messfläche zu erfassen.

Auch unterschiedliche Messabstände beeinflussen das Ergebnis

Mit zunehmendem Abstand zwischen Infrarot-Thermometer und Messobjekt wird der Messfleck in der Regel größer.

Ist das Messobjekt klein und reicht der Messfleck über dessen Abmessungen hinaus, erfasst das Gerät zusätzlich Infrarotstrahlung aus der Umgebung des eigentlichen Ziels.

Wird beispielsweise ein heißes Rohr aus zu großer Entfernung vor einer kühleren Wand gemessen, kann das Gerät gleichzeitig Strahlung erfassen von:

● Dem heißen Rohr;
● Der angrenzenden Wand;
● Anderen Hintergrundbereichen.

Der angezeigte Wert wird dann von mehreren Bereichen beeinflusst und entspricht nicht mehr ausschließlich der Oberflächentemperatur des Rohrs.

Besitzen die beiden Geräte unterschiedliche Dältnisse, kann sich dieser Effekt zusätzlich verstärken.

Unterschiedliche Messwinkel können die Anzeige verändern

Infrarotmessungen sollten möglichst senkrecht zur Zieloberfläche durchgeführt werden.

Bei einem großen Messwinkel verändern sich sowohl Form und Größe des Messflecks als auch die Reflexionsbedingungen an der Oberfläche.

Dies ist insbesondere bei glänzenden Metallen relevant. Bereits eine geringfügige Winkeländerung kann dazu führen, dass reflektierte Infrarotstrahlung aus der Umgebung in den Detektor gelangt, beispielsweise von:

● Personen;
● Leuchten;
● Heizgeräten;
● Deckenflächen;
● Benachbarten heißen Objekten.

Werden zwei Geräte unter unterschiedlichen Winkeln auf dasselbe Ziel gerichtet, können deshalb unterschiedliche Temperaturwerte entstehen.

Die Oberfläche des Messobjekts ist möglicherweise nicht gleichmäßig temperiert

Dasselbe Objekt bedeutet nicht automatisch dieselbe Temperatur an jeder Stelle seiner Oberfläche.

Viele reale Messobjekte besitzen ausgeprägte Temperaturgradienten, beispielsweise:

● Unterschiedliche Bereiche eines Motorgehäuses;
● Rohrverbindungen;
● Mitte und Rand einer Heizplatte;
● Elektronische Bauteile;
● Bereiche in der Nähe mechanischer Lager.

Schon wenige Millimeter oder Zentimeter Unterschied im Zielpunkt können dazu führen, dass beide Thermometer unterschiedliche Temperaturzonen erfassen.

Je kleiner das Messobjekt und je stärker die räumliche Temperaturänderung, desto deutlicher kann dieser Effekt sein.

Bei Vergleichsmessungen sollte deshalb ein eindeutig definierter Messpunkt verwendet werden.

Auch die Genauigkeitsspezifikationen der Geräte können unterschiedlich sein

Jedes Messgerät besitzt eine spezifizierte Messabweichung beziehungsweise Genauigkeit.

Zwei Infrarot-Thermometer können sich beispielsweise unterscheiden hinsichtlich:

● Messgenauigkeit;
● Temperaturbereich;
● Anzeigeauflösung;
● Wiederholbarkeit;
● Spektralem Ansprechbereich;
● Ansprechzeit;
● Kompensation der Umgebungstemperatur.

Auch wenn beide Geräte einwandfrei arbeiten, müssen die angezeigten Werte deshalb nicht exakt identisch sein.

Zur Bewertung einer Abweichung sollten die Genauigkeitsspezifikationen beider Geräte herangezogen werden.

Liegt die festgestellte Differenz innerhalb der jeweils zulässigen Spezifikationen, kann daraus allein kein Gerätefehler abgeleitet werden.

Umgebungstemperatur und reflektierte Hintergrundstrahlung können ebenfalls Abweichungen verursachen

Ein Infrarot-Thermometer erfasst nicht nur die Eigenstrahlung der Zieloberfläche. Reflektierte Infrarotstrahlung aus der Umgebung kann ebenfalls das Messergebnis beeinflussen.

Dies ist besonders bei Materialien mit niedrigem Emissionsgrad relevant.

Bei einer glänzenden Edelstahloberfläche kann beispielsweise Strahlung reflektiert werden von:

● Heißen Maschinen oder Anlagen;
● Öfen oder Heizgeräten;
● Sonnenlicht;
● Leuchten;
● Bedienpersonen.

Befinden sich die beiden Thermometer an unterschiedlichen Positionen oder werden sie unter unterschiedlichen Winkeln eingesetzt, erfassen sie möglicherweise unterschiedliche Anteile der reflektierten Hintergrundstrahlung.

Optik und Kalibrierzustand sollten ebenfalls geprüft werden

Staub, Öl, Kondenswasser oder andere Verschmutzungen auf der Infrarotoptik können die zum Detektor gelangende Strahlung beeinflussen.

Zwei Geräte mit unterschiedlicher Nutzungsdauer können zudem unterschiedliche Wartungs- oder Kalibrierzustände aufweisen.

Vor einer Vergleichsmessung sollte geprüft werden:

● Ist die Infrarotoptik sauber?
● Ist der Batteriezustand ausreichend?
● Wurde das Gerät fallen gelassen oder starken Stößen ausgesetzt?
● Wurde es über längere Zeit unter hoher Temperatur oder Luftfeuchtigkeit betrieben oder gelagert?
● Wurde das empfohlene Kalibrier- oder Prüfintervall überschritten?

Nach einem starken mechanischen Stoß oder bei einer dauerhaft deutlichen systematischen Abweichung sollte das Gerät mit einer geeigneten Referenzquelle überprüft beziehungsweise kalibriert werden.

Wie lassen sich zwei Infrarot-Thermometer korrekt vergleichen?

Für einen aussagekräftigen Vergleich sollten die Messbedingungen möglichst vollständig vereinheitlicht werden.

Empfohlen wird:

● Eine stabile und möglichst gleichmäßig temperierte Oberfläche verwenden;
● Bei beiden Geräten denselben geeigneten Emissionsgrad einstellen;
● Einen möglichst identischen Messabstand einhalten;
● Möglichst senkrecht zur Oberfläche messen;
● Exakt denselben Messpunkt verwenden;
● Sicherstellen, dass das Messobjekt deutlich größer als der Messfleck beider Geräte ist;
● Reflexionen durch Sonnenlicht, Heizgeräte oder andere starke Wärmequellen vermeiden;
● Die Temperatur des Messobjekts vor dem Vergleich stabilisieren lassen;
● Mehrere Messungen durchführen und nicht nur einen Einzelwert vergleichen.

Für eine strengere Genauigkeitsprüfung sollte eine Referenzstrahlungsquelle oder ein Schwarzkörper-Kalibrator mit bekannter Temperatur und geeigneten Emissionseigenschaften verwendet werden.

Warum darf eines der beiden Geräte nicht einfach als „Referenz“ verwendet werden?

Beide handelsüblichen Infrarot-Thermometer besitzen eine eigene Messabweichung. Deshalb kann nicht automatisch davon ausgegangen werden, dass der Wert eines der beiden Geräte der tatsächlichen Temperatur entspricht.

Zeigt beispielsweise ein Gerät 100°C und das andere 102°C an, lässt sich aus diesen beiden Anzeigen allein nicht feststellen, welches Gerät den genaueren Wert liefert.

Zur Bestimmung der tatsächlichen Messabweichung müssen die Geräte mit einer Referenzquelle oder einem Referenzsystem mit rückführbarem Temperaturwert verglichen werden.

Der direkte Vergleich zweier Infrarot-Thermometer eignet sich zur Erkennung auffälliger Abweichungen, ersetzt jedoch keine fachgerechte Genauigkeitsprüfung oder Kalibrierung.

FAQ

Ist eine Abweichung von 1–2°C zwischen zwei Infrarot-Thermometern normal?

Das lässt sich nicht allein anhand der Differenz beurteilen. Berücksichtigt werden müssen die gemessene Temperatur, die Genauigkeitsspezifikationen beider Geräte und die tatsächlichen Messbedingungen. Liegt die Differenz innerhalb der zulässigen Spezifikationen, deutet sie nicht zwangsläufig auf einen Fehler hin.

Warum stimmen die Geräte auf schwarzen Oberflächen besser überein als auf Metall?

Viele schwarze, nichtmetallische Oberflächen besitzen einen relativ hohen Emissionsgrad und werden weniger stark durch reflektierte Hintergrundstrahlung beeinflusst. Glänzende Metalle weisen dagegen häufig einen niedrigen Emissionsgrad und eine hohe Reflexion auf, wodurch Emissionsgradeinstellung und Hintergrundstrahlung einen deutlich stärkeren Einfluss haben.

Warum unterscheiden sich die Werte, obwohl beide Laserpunkte auf derselben Stelle liegen?

Der Laser dient hauptsächlich als Zielhilfe und definiert nicht die tatsächliche Messfläche. Diese wird durch die Optik, das Dältnis und den Messabstand bestimmt. Daher können sich die Laserpunkte überlagern, während die tatsächlichen Messflecken unterschiedlich groß sind.

Wie lässt sich feststellen, welches Infrarot-Thermometer genauer ist?

Ein zuverlässiges Urteil ist durch den direkten Vergleich beider Geräte nicht möglich. Besser geeignet ist eine Prüfung mit einer Referenzstrahlungsquelle mit bekannter Temperatur, stabilem Temperaturfeld und geeigneten Strahlungseigenschaften unter Berücksichtigung der jeweiligen Gerätespezifikation.

Müssen die Geräte repariert werden, wenn sie dauerhaft stark voneinander abweichen?

Zunächst sollten Emissionsgrad, Messabstand, Messwinkel, Zielgröße, reflektierte Hintergrundstrahlung und Verschmutzungen der Optik ausgeschlossen werden. Bleibt unter kontrollierten Bedingungen oder an einer geeigneten Referenzstrahlungsquelle eine deutliche und stabile Abweichung bestehen, ist eine fachgerechte Prüfung oder Kalibrierung empfehlenswert.

Zusammenfassung

Unterschiedliche Temperaturanzeigen zweier Infrarot-Thermometer am selben Messobjekt sind in der Praxis nicht ungewöhnlich. Die Ursache kann sowohl im Gerät selbst als auch in den Messbedingungen liegen.

Emissionsgrad, Dältnis, Messabstand, Messwinkel, Temperaturverteilung auf der Oberfläche, reflektierte Hintergrundstrahlung, Gerätegenauigkeit und Kalibrierzustand können das Ergebnis beeinflussen.

Eine unterschiedliche Anzeige sollte deshalb nicht automatisch als Gerätefehler bewertet werden. Vergleichsmessungen müssen unter möglichst identischen Bedingungen durchgeführt und anhand der Genauigkeitsspezifikationen beider Geräte beurteilt werden.

Zur Überprüfung der tatsächlichen Messgenauigkeit sollte eine geeignete Referenzstrahlungsquelle oder professionelle Kalibriereinrichtung verwendet werden, nicht ein zweites handelsübliches Infrarot-Thermometer.