Einleitung
Ein Infrarotthermometer misst die Oberflächentemperatur berührungslos, indem es die vom Messobjekt abgegebene Infrarotstrahlung erfasst. Eine einzelne Messung dauert zwar meist nur wenige Sekunden, der thermische Zustand des Messgeräts selbst kann das Ergebnis jedoch unmittelbar beeinflussen.
Wird ein Infrarotthermometer beispielsweise im Winter aus einer kalten Außenumgebung in einen warmen Innenraum gebracht oder aus einer warmen Umgebung in einen deutlich kühleren Raum verlegt, passt sich seine Temperatur nicht sofort an. Detektor, optisches System und Temperaturkompensation befinden sich möglicherweise noch im thermischen Übergang. Präzisionsmessungen sollten deshalb nicht unmittelbar nach einem starken Umgebungswechsel durchgeführt werden.
Das Wichtigste im Überblick
● Nach einem deutlichen Temperaturwechsel benötigt ein Infrarotthermometer Zeit, um einen thermisch stabilen Zustand zu erreichen.
● Eine schnelle Änderung der Gerätetemperatur kann den Infrarotdetektor und die interne Temperaturkompensation vorübergehend beeinflussen.
● Beim Wechsel von einer kalten in eine warme und feuchte Umgebung kann sich Kondenswasser auf der Linse oder dem Infrarotfenster bilden.
● Messungen vor vollständiger Stabilisierung können Abweichungen, Drift oder eine schlechtere Wiederholbarkeit zeigen.
● Die erforderliche Akklimatisierungszeit hängt von Temperaturdifferenz, Gerätekonstruktion und Herstellerangaben ab.
Warum beeinflussen Umgebungsänderungen ein Infrarotthermometer?
Ein Infrarotthermometer reagiert nicht ausschließlich auf die Strahlung der Zieloberfläche. Auch Infrarotdetektor, Optik und elektronische Komponenten besitzen eine eigene Temperatur. Das Messsystem muss daher Einflüsse kompensieren, die durch den thermischen Zustand des Geräts selbst entstehen.
War das Gerät längere Zeit einer kalten Außenumgebung ausgesetzt, kann sich seine gesamte Temperatur weitgehend der Außentemperatur angenähert haben. Nach dem Wechsel in einen warmen Raum erwärmt sich das Gehäuse meist zuerst, während Detektor, Leiterplatte und optische Komponenten ihre Temperatur mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten ändern können.
Während dieser Übergangsphase können vorübergehende Temperaturgradienten im Gerät auftreten. Gleichzeitig benötigt das Kompensationssystem Zeit, um sich an die neuen Bedingungen anzupassen. Direkt nach dem Standortwechsel befindet sich das Messgerät deshalb möglicherweise noch nicht in einem vollständig stabilen Betriebszustand.
Was bedeutet thermisches Gleichgewicht bei einem Infrarotthermometer?
Thermisches Gleichgewicht bedeutet in diesem Zusammenhang nicht, dass sämtliche Bauteile im Gerät exakt dieselbe Temperatur haben müssen. Entscheidend ist vielmehr, dass sich das Gerät ausreichend an seine Umgebung angepasst hat und sich die internen Temperaturen nur noch so langsam ändern, dass eine zuverlässige Messung möglich ist.
Wurde ein Infrarotthermometer beispielsweise längere Zeit bei 5 °C gelagert und anschließend in einen Raum mit 25 °C gebracht, erreicht sein Inneres nicht sofort 25 °C. Die Temperatur steigt schrittweise an.
Nach einer ausreichenden Anpassungszeit stabilisieren sich die Temperaturen der internen Komponenten, sodass interne Temperaturerfassung und Kompensation unter gleichmäßigeren Bedingungen arbeiten können.
Die Wartezeit nach einem deutlichen Umgebungswechsel dient somit dazu, einen neuen thermisch stabilen Zustand des Messgeräts zu erreichen.
Warum ist die interne Temperaturkompensation wichtig?
Die vom Infrarotdetektor erfasste Strahlungsenergie kann sehr gering sein. Gleichzeitig können Veränderungen der Gerätetemperatur das Sensorsystem beeinflussen. Moderne Infrarotthermometer verwenden deshalb interne Temperatursensoren und Kompensationsalgorithmen, um solche Einflüsse zu korrigieren.
Eine Temperaturkompensation bedeutet jedoch nicht, dass das Gerät bei jedem abrupten Temperaturwechsel sofort wieder seine bestmögliche spezifizierte Genauigkeit erreicht.
Bei schnell wechselnder Umgebungstemperatur können folgende Bedingungen auftreten:
● Gehäuse und interne Komponenten weisen unterschiedliche Temperaturen auf.
● Die Temperatur des Infrarotdetektors verändert sich noch.
● Die optischen Komponenten sind noch nicht thermisch stabil.
● Zwischen internem Temperatursensor und messrelevanten Komponenten bestehen kurzfristige Temperaturdifferenzen.
Dadurch können die Voraussetzungen für eine optimale Kompensation vorübergehend eingeschränkt sein, wodurch sich die Messabweichung erhöhen kann.
Warum ist der Wechsel aus einer kalten Außenumgebung in einen warmen Innenraum besonders kritisch?
Beim Wechsel von kalt nach warm muss sich das Gerät nicht nur erwärmen. Zusätzlich kann Kondensation auftreten.
Liegt die Oberflächentemperatur des Infrarotthermometers unter dem Taupunkt der Raumluft, kann sich Feuchtigkeit auf den kalten Oberflächen niederschlagen. Davon können auch Infrarotlinse oder optisches Messfenster betroffen sein.
Ein dünner Wasserfilm kann die einfallende Infrarotstrahlung absorbieren, streuen oder anderweitig verändern. Dadurch erreicht den Detektor eine andere Strahlungsmenge als unter normalen Messbedingungen.
Das Display kann dabei weiterhin normal funktionieren, obwohl das Messergebnis noch nicht zuverlässig ist.
Sind Beschlag oder Kondensation auf der Infrarotoptik sichtbar, sollte das Gerät so lange ruhen, bis die Feuchtigkeit vollständig verschwunden und eine ausreichende thermische Anpassung erreicht ist.
Was passiert, wenn sofort gemessen wird?
Eine sofortige Messung nach einem starken Temperaturwechsel führt nicht zwangsläufig jedes Mal zu einem großen Fehler. Die Messunsicherheit kann jedoch zunehmen.
Typische Erscheinungen sind:
● Der Messwert desselben Objekts verändert sich langsam über mehrere Messungen hinweg.
● Die erste Messung unterscheidet sich von Messungen einige Minuten später.
● Die Wiederholbarkeit aufeinanderfolgender Messungen verschlechtert sich.
● Bei großen Temperaturdifferenzen kann eine systematische Messabweichung auftreten.
● Kondensation auf der Optik kann deutlich fehlerhafte Messwerte verursachen.
Für eine grobe Temperaturbewertung sind diese Effekte nicht immer entscheidend. Bei Anlageninspektionen, Qualitätssicherung, Laboranwendungen oder beim Vergleich kleiner Temperaturdifferenzen sollten sie jedoch berücksichtigt werden.
Wie lange sollte man warten?
Es gibt keine universelle Akklimatisierungszeit, die für jedes Infrarotthermometer und jede Umgebung gleichermaßen gilt.
Die benötigte Zeit wird insbesondere beeinflusst durch:
● Die Temperaturdifferenz zwischen alter und neuer Umgebung.
● Die Aufenthaltsdauer des Geräts in der vorherigen Umgebung.
● Abmessungen und internen Aufbau des Geräts.
● Die thermische Masse von Gehäuse und internen Komponenten.
● Luftbewegungen rund um das Gerät.
● Temperatur und Luftfeuchtigkeit in der neuen Umgebung.
● Vom Hersteller angegebene Akklimatisierungszeiten.
Je größer die Temperaturdifferenz, desto länger ist in der Regel die erforderliche Anpassungszeit.
Bei Messungen mit hohen Genauigkeitsanforderungen sollten immer die Angaben zu Betriebsbedingungen und Akklimatisierung in der Bedienungsanleitung des jeweiligen Geräts beachtet werden, anstatt einen pauschalen festen Zeitraum anzunehmen.
Woran erkennt man, dass das Infrarotthermometer stabil ist?
Falls keine konkrete Akklimatisierungszeit angegeben ist, können einige praktische Kontrollen zur Beurteilung herangezogen werden.
● Prüfen, ob Linse und Infrarotfenster frei von Beschlag und Kondenswasser sind.
● Das Gerät im tatsächlichen Messumfeld natürlich akklimatisieren lassen.
● Heizkörper, Klimaanlagenauslässe und lokale Wärme- oder Kältequellen vermeiden.
● Ein thermisch stabiles Objekt mit möglichst gleichmäßiger Oberfläche mehrfach messen.
● Präzisionsmessungen erst beginnen, wenn aufeinanderfolgende Messwerte weitgehend stabil sind.
Stabile Messwerte dienen nur als zusätzliche Orientierung. Gibt der Hersteller eine bestimmte Akklimatisierungszeit oder zulässige Betriebsbedingungen vor, haben diese Angaben Vorrang.
Wie sollte das Gerät richtig verwendet werden?
Nach einem Wechsel zwischen Umgebungen mit deutlich unterschiedlichen Temperaturen empfiehlt sich folgende Vorgehensweise:
● Das Gerät zunächst im tatsächlichen Messumfeld ruhen lassen.
● Keine Heizgeräte, Heißluft oder andere Methoden zur beschleunigten Erwärmung einsetzen.
● Befindet sich das Gerät in einer geschlossenen Tasche oder einem Koffer, sollte eine möglichst kontrollierte Anpassung an die neue Umgebung erfolgen.
● Das Infrarotfenster auf Feuchtigkeit, Verschmutzungen und Kondensation prüfen.
● Präzisionsmessungen erst durchführen, wenn das Gerät thermisch stabil ist.
● Während der Messung direkte Sonneneinstrahlung, warme Luftströme und starke kalte Zugluft vermeiden.
Damit lassen sich zusätzliche Messabweichungen durch schnelle Änderungen der Gerätetemperatur reduzieren.
Ist die Messung nach der Akklimatisierung automatisch korrekt?
Nein. Die thermische Stabilisierung des Geräts ist nur eine Voraussetzung für zuverlässige Infrarotmessungen.
Zusätzlich sind unter anderem folgende Punkte zu beachten:
● Der Emissionsgrad der Zieloberfläche muss korrekt berücksichtigt werden.
● Der Messabstand muss zum Distanz-zu-Messfleck-Verhältnis D:S des Geräts passen.
● Der Messfleck sollte vollständig innerhalb des Zielbereichs liegen.
● Stark reflektierende Metalloberflächen erfordern besondere Aufmerksamkeit.
● Der Messwinkel sollte geeignet sein.
● Die Infrarotoptik muss sauber sein.
● Dampf, Rauch oder andere Stoffe im optischen Messweg sollten möglichst vermieden werden.
Die Akklimatisierung stellt lediglich sicher, dass sich das Messgerät selbst in einem ausreichend stabilen Betriebszustand befindet. Andere Fehlerquellen der berührungslosen Temperaturmessung werden dadurch nicht beseitigt.
FAQ
Kann ein Infrarotthermometer sofort nach dem Wechsel in den Innenraum eingeschaltet werden?
In der Regel ja. Das Einschalten bedeutet jedoch nicht, dass das Gerät unmittelbar für hochgenaue Messungen geeignet ist. Bei großen Temperaturunterschieden sollte zunächst eine ausreichende Akklimatisierung erfolgen.
Muss auch beim Wechsel aus einem warmen Innenraum in eine kalte Außenumgebung gewartet werden?
Ja. Unabhängig davon, ob das Gerät von kalt nach warm oder von warm nach kalt bewegt wird, muss es sich nach einem deutlichen Temperaturwechsel an den neuen thermischen Zustand anpassen.
Warum verändert sich der Messwert manchmal während der ersten Messungen?
Eine mögliche Ursache ist, dass sich die Gerätetemperatur noch verändert und Detektor sowie interne Temperaturkompensation noch nicht vollständig stabilisiert sind. Gleichzeitig sollten Änderungen der Zieltemperatur, der Emissionsgrad, der Messabstand und weitere Einflussgrößen ausgeschlossen werden.
Kann Kondensation einfach abgewischt und anschließend sofort gemessen werden?
Für präzise Messungen ist das nicht empfehlenswert. Kondensation weist häufig darauf hin, dass das Gerät noch deutlich kälter als die Umgebung ist. Die Optik sollte vollständig trocknen und das gesamte Gerät weiter akklimatisieren.
Kann das Infrarotthermometer mit einem Haartrockner schneller erwärmt werden?
Nein. Eine schnelle lokale Erwärmung kann zusätzliche Temperaturgradienten zwischen Gehäuse, Optik, Detektor und Elektronik verursachen und die thermische Stabilisierung erschweren.
Verbessert eine längere Wartezeit die Messgenauigkeit immer weiter?
Nein. Die Wartezeit dient ausschließlich dazu, einen ausreichend stabilen Betriebszustand zu erreichen. Sobald die erforderlichen Umgebungsbedingungen erfüllt sind, führt eine zusätzliche Wartezeit normalerweise nicht zu einer weiteren Verbesserung der Genauigkeit.
Fazit
Nach dem Wechsel von draußen nach drinnen sollte sich ein Infrarotthermometer zunächst akklimatisieren, weil das Gerät selbst Zeit benötigt, um sich an die neue Umgebungstemperatur anzupassen.
Bei schnellen Temperaturänderungen können Infrarotdetektor, Optik und Elektronik unterschiedliche thermische Zustände aufweisen. Gleichzeitig arbeitet die interne Temperaturkompensation möglicherweise noch nicht unter stabilen Bedingungen. Beim Wechsel eines kalten Geräts in eine warme, feuchte Umgebung kann zusätzlich Kondensation auf der Optik entstehen und die erfasste Infrarotstrahlung beeinflussen.
Bei größeren Temperaturunterschieden sollten daher keine anspruchsvollen Messungen unmittelbar nach dem Standortwechsel durchgeführt werden. Das Infrarotthermometer sollte sich im tatsächlichen Messumfeld natürlich stabilisieren. Vor der Messung ist sicherzustellen, dass die Optik frei von Kondensation ist und die Messwerte stabil sind. Für die konkrete Akklimatisierungszeit gelten stets die Angaben des jeweiligen Herstellers.
