Einleitung

Die Messgenauigkeit gehört zu den wichtigsten Kenngrößen bei der Auswahl eines Infrarot-Thermometers. Je nach Modell werden beispielsweise ±1 °C, ±1,5 °C, ±2 °C oder ±1 % vom Messwert angegeben. Doch was bedeuten diese Werte konkret? Bedeutet ±2 °C, dass jede Messung um 2 °C abweicht? Und wie wird eine Prozentangabe berechnet?

Grundsätzlich beschreibt die Genauigkeit die zulässige Differenz zwischen dem angezeigten Messwert und einer Referenztemperatur. Da ein Infrarot-Thermometer die Wärmestrahlung eines Objekts berührungslos erfasst, hängt das Messergebnis jedoch nicht nur vom Gerät selbst ab. Auch Emissionsgrad, Messabstand, Umgebungseinflüsse und die Größe der erfassten Messfläche spielen eine wichtige Rolle.

Daher sollte die Genauigkeit nie als isolierter Zahlenwert betrachtet werden. Ebenso wichtig sind die Bedingungen, unter denen sie spezifiziert wurde.

Die wichtigsten Punkte

● Die Genauigkeit beschreibt die zulässige Abweichung zwischen Messwert und Referenztemperatur.
● Übliche Angaben sind ±°C, ±% vom Messwert oder „±% vom Messwert bzw. ±°C, je nachdem, welcher Wert größer ist“.
● Genauigkeit und Auflösung sind nicht identisch. Eine Anzeigeauflösung von 0,1 °C bedeutet nicht automatisch eine Genauigkeit von ±0,1 °C.
● Die spezifizierte Genauigkeit gilt üblicherweise unter definierten Umgebungs-, Temperatur- und Prüfbedingungen.
● Emissionsgrad, D:S-Verhältnis, Zielgröße, Umgebungstemperatur und optische Bedingungen können den tatsächlichen Messfehler beeinflussen.
● Bei der Bewertung eines Infrarot-Thermometers sollten Genauigkeit, Wiederholbarkeit, Auflösung, Messbereich und Einsatzbedingungen gemeinsam betrachtet werden.

Was bedeutet die Genauigkeit eines Infrarot-Thermometers?

Die Genauigkeit kann als maximal zulässige Differenz zwischen der angezeigten Temperatur und einer Referenztemperatur unter festgelegten Prüfbedingungen definiert werden.

Misst ein Infrarot-Thermometer beispielsweise einen kalibrierten Schwarzkörper-Strahler mit 100 °C und zeigt 101 °C an, beträgt der Anzeigefehler:

101 °C − 100 °C = +1 °C

Ist für diesen Temperaturbereich eine Genauigkeit von ±2 °C spezifiziert, liegt der Messwert von 101 °C innerhalb der zulässigen Toleranz.

Wichtig ist: ±2 °C bedeutet nicht, dass jede Messung tatsächlich um 2 °C abweicht. Der Wert beschreibt den zulässigen Abweichungsbereich unter den vom Hersteller festgelegten Bedingungen.

Bei einer Referenztemperatur von 100 °C gilt beispielsweise:

● Bei ±2 °C liegt der zulässige Bereich typischerweise zwischen 98 °C und 102 °C.
● Das Gerät kann beispielsweise 99,5 °C, 100,3 °C oder 101 °C anzeigen.
● Liegt der Messwert innerhalb der vorgegebenen Toleranz, erfüllt das Gerät die spezifizierte Genauigkeit.

Wie wird die Genauigkeit üblicherweise angegeben?

Die Messgenauigkeit wird in der Regel als fester Temperaturwert, als Prozentsatz des Messwerts oder als Kombination beider Angaben spezifiziert.

● ±2 °C: Zulässige Abweichung von ±2 °C.
● ±1 % vom Messwert: Die zulässige Abweichung wird prozentual aus dem aktuellen Messwert berechnet.
● ±1 % vom Messwert oder ±1 °C, je nachdem, welcher Wert größer ist: Beide Werte werden berechnet; maßgeblich ist der größere Wert.

Beispiel:

±1 % vom Messwert oder ±1 °C, je nachdem, welcher Wert größer ist

Bei 50 °C:

1 % × 50 °C = 0,5 °C

Da 0,5 °C kleiner als 1 °C ist, gilt ±1 °C.

Bei 300 °C:

1 % × 300 °C = 3 °C

Da 3 °C größer als 1 °C ist, gilt ±3 °C.

Diese Art der Spezifikation ist verbreitet, weil Infrarot-Thermometer häufig einen sehr großen Messbereich abdecken. Eine einzige feste Temperaturabweichung würde die Geräteperformance über den gesamten Bereich nicht immer ausreichend beschreiben.

Warum kann die Genauigkeit je nach Temperaturbereich unterschiedlich sein?

Ein Infrarot-Thermometer erreicht nicht zwangsläufig über den gesamten Messbereich dieselbe Genauigkeit.

Eine Spezifikation kann beispielsweise wie folgt aufgebaut sein:

● Niedriger Temperaturbereich: ±2 °C
● Normaler Arbeitsbereich: ±1,5 °C oder ±1,5 % vom Messwert
● Hoher Temperaturbereich: ±2 % vom Messwert

Der Grund liegt darin, dass Infrarotdetektor, Optik, Signalaufbereitung und Temperaturkompensation bei unterschiedlichen Strahlungsintensitäten unter verschiedenen Bedingungen arbeiten.

Bei höheren Temperaturen steigt die abgegebene Infrarotstrahlung typischerweise deutlich an. Bei niedrigen Zieltemperaturen ist der Strahlungsunterschied zwischen Messobjekt und Umgebung dagegen häufig geringer. Dadurch steigen die Anforderungen an Detektorempfindlichkeit, Umgebungskompensation und Signalverarbeitung.

Beim Vergleich verschiedener Geräte sollte daher nicht nur der günstigste Genauigkeitswert im Datenblatt betrachtet werden, sondern vor allem die Spezifikation für den tatsächlich benötigten Temperaturbereich.

Was ist der Unterschied zwischen Genauigkeit und Auflösung?

Genauigkeit und Auflösung werden häufig miteinander verwechselt.

Die Auflösung beschreibt den kleinsten Temperaturschritt, den das Gerät anzeigen kann. Eine Anzeigeauflösung von 0,1 °C ermöglicht beispielsweise folgende Werte:

25,1 °C
25,2 °C
25,3 °C

Dies bedeutet jedoch nicht, dass die Messgenauigkeit ±0,1 °C beträgt.

Ein Gerät kann beispielsweise folgende Daten besitzen:

● Anzeigeauflösung: 0,1 °C
● Messgenauigkeit: ±1,5 °C

Zeigt das Gerät 25,3 °C an, wird der Messwert zwar auf eine Dezimalstelle aufgelöst, die tatsächliche Abweichung ist jedoch weiterhin anhand der spezifizierten Genauigkeit von ±1,5 °C zu beurteilen.

Kurz gesagt:

Die Auflösung beschreibt, wie fein ein Wert angezeigt wird; die Genauigkeit beschreibt, wie nahe der Messwert an der Referenztemperatur liegt.

Eine feinere Anzeigeauflösung bedeutet daher nicht automatisch eine höhere Messgenauigkeit.

Was ist der Unterschied zwischen Genauigkeit und Wiederholbarkeit?

Die Wiederholbarkeit beschreibt, wie gut mehrere Messungen desselben stabilen Objekts unter unveränderten Bedingungen miteinander übereinstimmen.

Beispielsweise könnten fünf Messungen eines stabilen Schwarzkörper-Strahlers ergeben:

100,1 °C
100,2 °C
100,1 °C
100,2 °C
100,1 °C

Diese Werte weisen auf eine gute Wiederholbarkeit hin.

Beträgt die tatsächliche Referenztemperatur jedoch 102 °C, liegen alle Messwerte trotz ihrer guten Übereinstimmung rund 2 °C unter dem Referenzwert.

Daher gilt:

● Genauigkeit beschreibt die Nähe des Messwerts zum Referenzwert.
● Wiederholbarkeit beschreibt die Übereinstimmung mehrerer Messungen unter gleichen Bedingungen.

Ein hochwertiges Infrarot-Thermometer sollte sowohl eine geeignete Genauigkeit als auch eine gute Wiederholbarkeit bieten.

Warum wird die Genauigkeit nur unter definierten Prüfbedingungen angegeben?

Eine spezifizierte Genauigkeit kann nicht unabhängig von den Einsatzbedingungen betrachtet werden.

Hersteller definieren ihre Genauigkeitsangaben üblicherweise unter kontrollierten Bedingungen, beispielsweise:

● Umgebungstemperatur innerhalb eines festgelegten Bereichs
● Thermisch stabilisiertes Messgerät
● Stabiler Schwarzkörper-Strahler als Referenzquelle
● Messobjekt füllt das Sichtfeld vollständig aus
● Korrekt eingestellter Emissionsgrad
● Messabstand entsprechend den optischen Anforderungen
● Saubere Optik
● Keine starken Temperatursprünge oder intensive externe Wärmestrahlung

Die Datenblattangabe beschreibt daher die Geräteleistung unter festgelegten Prüfbedingungen.

Weichen die realen Einsatzbedingungen deutlich davon ab, kann der tatsächliche Messfehler steigen, auch wenn das Gerät technisch einwandfrei funktioniert.

Warum beeinflusst der Emissionsgrad die reale Messgenauigkeit?

Ein Infrarot-Thermometer misst die Oberflächentemperatur nicht durch direkten Kontakt. Stattdessen erfasst es die vom Objekt abgegebene Infrarotstrahlung und berechnet daraus die Temperatur.

Wie effizient ein Material Infrarotstrahlung abgibt, wird durch seinen Emissionsgrad (ε) beschrieben.

Viele nichtmetallische Werkstoffe, beschichtete Oberflächen, Gummi und Kunststoffe besitzen einen relativ hohen Emissionsgrad. Polierte Metalle weisen dagegen meist einen niedrigeren Emissionsgrad auf und reflektieren einen größeren Anteil der Wärmestrahlung aus ihrer Umgebung.

Stimmt der am Gerät eingestellte Emissionsgrad nicht mit dem tatsächlichen Emissionsgrad des Messobjekts überein, kann die berechnete Temperatur deutlich vom realen Oberflächenwert abweichen.

Selbst wenn die Gerätespezifikation beispielsweise ±1,5 °C beträgt, kann eine falsche Emissionsgradeinstellung einen zusätzlichen Fehler von mehreren Grad oder mehr verursachen.

Deshalb sind Gerätegenauigkeit und tatsächliche Messgenauigkeit im Einsatz nicht grundsätzlich identisch.

Welchen Einfluss hat das D:S-Verhältnis auf die Messung?

D:S steht für Distance-to-Spot Ratio, also das Verhältnis zwischen Messabstand und Messfleckdurchmesser.

Bei einem D:S-Verhältnis von 12:1 gilt näherungsweise:

● Bei 120 mm Abstand beträgt der Messfleck etwa 10 mm.
● Bei 600 mm Abstand beträgt der Messfleck etwa 50 mm.
● Mit zunehmendem Abstand wird der erfasste Messbereich größer.

Ist das Messobjekt kleiner als der Messfleck, erfasst das Gerät zusätzlich Infrarotstrahlung aus der Umgebung des Ziels. Der angezeigte Temperaturwert setzt sich dann aus der Strahlung mehrerer Flächen zusammen.

Ein ungeeigneter Messabstand verändert zwar nicht die im Datenblatt angegebene Gerätegenauigkeit, kann aber den tatsächlichen Messfehler deutlich erhöhen.

Das Messobjekt sollte daher den Messfleck vollständig abdecken. Dass der Laserpunkt auf dem Ziel liegt, reicht allein nicht aus.

Warum beeinflusst die Umgebungstemperatur das Messergebnis?

Infrarotdetektor, Elektronik und optische Komponenten des Geräts werden durch die Umgebungstemperatur beeinflusst. Deshalb verfügen Infrarot-Thermometer üblicherweise über eine entsprechende Temperaturkompensation.

Wird ein Gerät beispielsweise schnell aus einer kalten Umgebung in einen warmen Raum gebracht oder umgekehrt, benötigt die interne Elektronik Zeit zur thermischen Stabilisierung. Vor Erreichen dieses Zustands können Messwerte vorübergehend driften.

Typische Situationen sind:

● Das Gerät wird im Winter direkt von außen in einen warmen Innenraum gebracht.
● Das Gerät wurde längere Zeit in einem stark aufgeheizten Fahrzeug gelagert.
● Messungen erfolgen in unmittelbarer Nähe von Öfen, Heizgeräten oder starken Wärmequellen.

Für präzisere Messungen sollte dem Gerät ausreichend Zeit gegeben werden, sich an die aktuelle Umgebungstemperatur anzupassen.

Entspricht der Laserpunkt dem tatsächlichen Messbereich?

In der Regel nicht.

Bei den meisten handgehaltenen Infrarot-Thermometern dient der Laser hauptsächlich als Zielhilfe.

Die tatsächliche Messfläche wird dagegen durch das optische System und das D:S-Verhältnis bestimmt.

Daher gilt:

● Der sichtbare Laserpunkt kann sehr klein sein.
● Der tatsächliche Infrarot-Messfleck ist meist deutlich größer.
● Mit zunehmendem Messabstand vergrößert sich der Messfleck.

Wer ausschließlich auf den Laserpunkt achtet, kann bei kleinen Bauteilen, Rohren, elektrischen Anschlüssen oder mechanischen Komponenten unbeabsichtigt benachbarte Flächen mit erfassen.

Wie ist eine Angabe von „±1,5 °C“ richtig zu verstehen?

Ist beispielsweise angegeben:

Genauigkeit: ±1,5 °C

bedeutet dies:

Unter den vom Hersteller definierten Prüfbedingungen und innerhalb des entsprechenden Temperaturbereichs muss die Abweichung zwischen Anzeige und Referenztemperatur die spezifizierte Toleranz von ±1,5 °C einhalten.

Es bedeutet nicht:

● Jede Messung weist exakt 1,5 °C Abweichung auf.
● Der gesamte Messbereich besitzt automatisch eine Genauigkeit von ±1,5 °C.
● Jede Materialoberfläche kann unter Praxisbedingungen mit ±1,5 °C gemessen werden.
● Ein falsch eingestellter Emissionsgrad beeinflusst die Genauigkeit nicht.
● Messabstand und Zielgröße spielen keine Rolle.

Für eine fachgerechte Bewertung müssen daher immer die vollständige Gerätespezifikation und die tatsächlichen Einsatzbedingungen berücksichtigt werden.

Wie sollte die Genauigkeit beim Kauf verglichen werden?

Bei der Auswahl eines Infrarot-Thermometers sind insbesondere folgende Punkte relevant:

● Genauigkeit im benötigten Temperaturbereich: Entscheidend ist der tatsächlich genutzte Messbereich.
● Art der Genauigkeitsangabe: ±°C, Prozent vom Messwert oder Kombination beider Werte.
● D:S-Verhältnis: Besonders wichtig bei kleinen Objekten und größeren Messabständen.
● Einstellbarer Emissionsgrad: Vorteilhaft bei unterschiedlichen Materialien.
● Wiederholbarkeit: Wichtig für Trendanalysen und wiederkehrende Prüfungen.
● Umgebungsbedingungen: Der vorgesehene Einsatz muss innerhalb der spezifizierten Bedingungen liegen.
● Kalibrierung und Verifizierung: Für Qualitätssicherung, Labor und industrielle Anwendungen kann die Geräteperformance regelmäßig mit einer geeigneten Referenzquelle überprüft werden.

Ein kleinerer Genauigkeitswert ist grundsätzlich vorteilhaft, aber nur dann direkt vergleichbar, wenn Messbereich, Prüfbedingungen und Spezifikationsmethode vergleichbar sind.

FAQ

Was bedeutet ±2 °C bei einem Infrarot-Thermometer?

Unter den angegebenen Prüfbedingungen und im spezifizierten Temperaturbereich darf die Anzeige um bis zu etwa ±2 °C vom Referenzwert abweichen. Dies bedeutet nicht, dass jede einzelne Messung exakt 2 °C Fehler aufweist.

Bedeutet eine Auflösung von 0,1 °C auch eine Genauigkeit von 0,1 °C?

Nein. 0,1 °C beschreibt in der Regel die Anzeigeauflösung. Die tatsächliche Genauigkeit wird separat im Datenblatt angegeben.

Was ist genauer: ±1 % oder ±1 °C?

Das hängt von der Temperatur ab. Bei 50 °C entsprechen 1 % lediglich 0,5 °C. Bei 500 °C entsprechen 1 % dagegen 5 °C.

Warum kann der reale Messfehler größer als die spezifizierte Genauigkeit sein?

Mögliche Ursachen sind falscher Emissionsgrad, zu kleine Messobjekte, zu großer Messabstand, starke Änderungen der Umgebungstemperatur, verschmutzte Optik, reflektierende Oberflächen oder externe Wärmestrahlung.

Kann eine Kalibrierung die Genauigkeit verbessern?

Bei einer Kalibrierung wird die Anzeige mit einer rückführbaren Referenztemperatur verglichen. Unterstützt das Gerät eine Justierung oder Korrektur, können die ermittelten Abweichungen kompensiert werden. Bei normalen Handgeräten dient die Kalibrierung auch dazu, festzustellen, ob das Gerät weiterhin innerhalb seiner Spezifikation arbeitet.

Kann ein Infrarot-Thermometer genauso genau sein wie ein Kontaktthermometer?

Beide Verfahren basieren auf unterschiedlichen Messprinzipien und sollten nicht ausschließlich anhand eines einzelnen Genauigkeitswerts verglichen werden. Infrarot-Thermometer bieten berührungslose und schnelle Messungen, reagieren jedoch stärker auf Emissionsgrad, optische Bedingungen und Umgebungseinflüsse.

Fazit

Die Genauigkeit eines Infrarot-Thermometers beschreibt die zulässige Abweichung zwischen dem angezeigten Messwert und einer Referenztemperatur unter festgelegten Bedingungen. Sie wird üblicherweise als ±°C, ±% vom Messwert oder als Kombination beider Angaben angegeben.

Dabei müssen Genauigkeit, Auflösung und Wiederholbarkeit klar voneinander unterschieden werden. Eine feinere Anzeige bedeutet nicht automatisch eine präzisere Messung, und eine gute Wiederholbarkeit garantiert nicht, dass der Messwert nahe an der tatsächlichen Temperatur liegt.

Da Infrarot-Thermometer Wärmestrahlung messen, können Emissionsgrad, D:S-Verhältnis, Zielgröße, Umgebungstemperatur, Messwinkel und externe Wärmestrahlung das reale Messergebnis beeinflussen.

Bei Auswahl und Anwendung eines Infrarot-Thermometers sollten daher nicht nur einzelne Genauigkeitswerte betrachtet werden. Temperaturbereich, Material, Zielgröße, Messabstand und Umgebungsbedingungen müssen gemeinsam berücksichtigt werden.