Einleitung
Ein wesentlicher Vorteil eines Infrarotthermometers besteht darin, Oberflächentemperaturen berührungslos messen zu können. Dadurch entsteht leicht der Eindruck, dass sich die Messentfernung beliebig vergrößern lässt, solange das Gerät auf das gewünschte Messobjekt ausgerichtet ist.
In der Praxis gilt jedoch nicht: Je größer der Abstand, desto besser die Messung.
Mit zunehmender Entfernung zwischen Infrarotthermometer und Messobjekt vergrößert sich der vom optischen System erfasste Bereich. Ist das Zielobjekt zu klein, um diesen Bereich vollständig auszufüllen, kann das Gerät gleichzeitig Infrarotstrahlung des Messobjekts und umliegender Flächen erfassen. Der angezeigte Temperaturwert kann dadurch von der tatsächlichen Oberflächentemperatur des Zielobjekts abweichen.
Entscheidend ist deshalb nicht nur, ob das Ziel anvisiert werden kann, sondern auch, ob das Messobjekt den Messfleck bei der gewählten Entfernung vollständig abdeckt.
Das Wichtigste auf einen Blick
● Mit zunehmendem Abstand wird der Messfleck eines Infrarotthermometers in der Regel größer.
● Der geeignete Messabstand hängt vor allem vom D:S-Verhältnis und von der Größe des Messobjekts ab.
● Ist das Ziel kleiner als der Messfleck, können umliegende Flächen das Messergebnis beeinflussen.
● Der Laser dient in erster Linie als Zielhilfe und entspricht nicht der gesamten infraroten Messfläche.
● Bei kleinen Messobjekten sollte der Abstand reduziert werden, damit das Ziel den Messfleck vollständig abdeckt.
● Bei heißen Anlagen, beweglichen Maschinenteilen oder Gefahrenbereichen muss zwischen optischen Anforderungen und Arbeitssicherheit abgewogen werden.
Warum wird der Messbereich mit zunehmender Entfernung größer?
Ein Infrarotthermometer erfasst über sein optisches System die von einer bestimmten Fläche ausgesandte Infrarotstrahlung. Der Detektor und die interne Elektronik berechnen daraus die Oberflächentemperatur.
Gemessen wird dabei normalerweise kein unendlich kleiner Punkt, sondern eine Fläche, die als Messfleck bezeichnet wird.
Mit wachsendem Abstand vergrößert sich das Sichtfeld des Geräts:
● Bei geringem Abstand ist der Messfleck vergleichsweise klein.
● Mit zunehmender Entfernung wird der Messfleck größer.
● Bei zu großem Abstand kann der erfasste Bereich über das eigentliche Messobjekt hinausreichen.
Deshalb können große Flächen wie Wände, Rohrleitungen oder Maschinengehäuse häufig aus größerer Entfernung gemessen werden, während kleine Leitungen, elektronische Bauteile oder Lager einen geringeren Messabstand erfordern.
Das D:S-Verhältnis bestimmt den sinnvollen Messabstand
Eine der wichtigsten Kenngrößen zur Beurteilung des Messabstands ist das D:S-Verhältnis – Distance-to-Spot Ratio, also das Verhältnis zwischen Messentfernung und Messfleckdurchmesser.
Bei einem D:S-Verhältnis von beispielsweise 12:1 ergibt sich unter idealisierten geometrischen Bedingungen ungefähr folgende Zuordnung:
● Bei 120 mm Messabstand beträgt der Messfleckdurchmesser etwa 10 mm.
● Bei 600 mm Messabstand beträgt der Messfleckdurchmesser etwa 50 mm.
● Bei 1200 mm Messabstand beträgt der Messfleckdurchmesser etwa 100 mm.
Mit zunehmender Messentfernung wächst somit auch der Bereich, aus dem das Gerät Infrarotstrahlung empfängt.
Ein höheres D:S-Verhältnis bedeutet bei gleichem Abstand in der Regel einen kleineren Messfleck. Solche Geräte eignen sich daher besser, wenn kleinere Messobjekte aus größerer Entfernung erfasst werden sollen.
Das D:S-Verhältnis beschreibt allerdings primär die optische Geometrie. Für die praktische Anwendung sollten stets die technischen Daten und das Entfernung-Messfleck-Diagramm des jeweiligen Geräts berücksichtigt werden.
Welches Problem tritt bei zu großem Messabstand am häufigsten auf?
Das Hauptproblem besteht nicht darin, dass das Infrarotsignal plötzlich nicht mehr erfasst wird. Vielmehr kann der Messfleck größer als das eigentliche Messobjekt werden.
Soll beispielsweise die Temperatur eines relativ schmalen heißen Rohres gemessen werden und ist der Messfleck bereits breiter als das Rohr, kann das Gerät gleichzeitig Infrarotstrahlung folgender Bereiche erfassen:
● Rohroberfläche;
● Wand hinter dem Rohr;
● benachbarte Maschinen oder Anlagen;
● weitere Flächen innerhalb des Sichtfeldes.
Der angezeigte Temperaturwert wird dann durch die gesamte innerhalb des Sichtfeldes empfangene Wärmestrahlung beeinflusst und repräsentiert nicht mehr ausschließlich die Oberflächentemperatur des Rohres.
Je größer der Temperaturunterschied zwischen Messobjekt und Hintergrund ist, desto deutlicher kann dieser Effekt ausfallen.
Führt ein zu großer Abstand immer zu einem niedrigeren Messwert?
Nein.
Ob der Messwert zu hoch oder zu niedrig ausfällt, hängt wesentlich von der Temperatur der Umgebung im Sichtfeld ab.
Beispiele:
● Wird ein heißes Rohr vor einer kühleren Wand gemessen, kann die Einbeziehung des Hintergrunds den angezeigten Wert reduzieren.
● Wird ein kühles Objekt in einer wärmeren Umgebung gemessen, kann der angezeigte Wert höher ausfallen.
● Sind Messobjekt und Hintergrund ähnlich temperiert, kann der Einfluss des zu großen Abstands zunächst kaum auffallen.
Daher ist die Aussage „größerer Abstand bedeutet niedrigere Temperatur“ nicht grundsätzlich richtig.
Das eigentliche Problem besteht darin, dass bei zu großem Abstand nicht mehr ausschließlich das gewünschte Ziel, sondern eine Kombination aus Zielobjekt und Umgebung erfasst wird.
Bedeutet ein Laserpunkt auf dem Ziel automatisch eine korrekte Messung?
Nein.
Viele Infrarotthermometer verfügen über einen Laser zur Zielerfassung. Dieser unterstützt lediglich bei der Ausrichtung des Geräts. Die Temperaturmessung selbst erfolgt nicht durch den Laser.
Entscheidend ist die Fläche, die das infrarotoptische System erfasst.
Bei größeren Entfernungen kann der Laserpunkt weiterhin exakt in der Mitte des Zielobjekts liegen, während der tatsächliche Messfleck bereits deutlich größer als das Ziel ist.
Bei der Laserzielhilfe sollten daher immer drei Punkte berücksichtigt werden:
● Zeigt der Laser tatsächlich auf das gewünschte Ziel?
● Wie groß ist der Messfleck bei der aktuellen Entfernung?
● Ist das Messobjekt groß genug, um den Messbereich vollständig abzudecken?
Ein korrekt positionierter Laserpunkt allein ist kein Beleg für einen geeigneten Messabstand.
Wie viel größer sollte das Messobjekt als der Messfleck sein?
In der Praxis sollte die Zielgröße nicht lediglich dem theoretischen Messfleckdurchmesser entsprechen.
Um Einflüsse durch Zielabweichungen, Handbewegungen, Kantenbereiche und optische Toleranzen zu reduzieren, sollte die nutzbare Messfläche deutlich größer als der Messfleck sein.
Beträgt der theoretische Messfleck bei einer bestimmten Entfernung beispielsweise etwa 50 mm, sollte eine gleichmäßige Messfläche vorhanden sein, die deutlich größer als diese 50 mm ist.
Bei kleinen Messobjekten empfiehlt sich:
● Messabstand reduzieren;
● Infrarotthermometer mit höherem D:S-Verhältnis verwenden;
● möglichst auf die Mitte des Messobjekts zielen;
● vermeiden, dass der Messfleck angrenzende Flächen erfasst.
Der erforderliche Sicherheitsabstand zwischen Messfleckrand und Objektkante sollte anhand der Geräteangaben, der Zielgröße und der geforderten Messgenauigkeit festgelegt werden.
Ist eine Messung aus kürzerer Entfernung immer genauer?
Nicht grundsätzlich.
Wenn das Messobjekt den Messfleck vollständig abdeckt, kann ein geringerer Abstand besonders bei kleinen Zielen vorteilhaft sein. Der Messabstand ist jedoch nur einer von mehreren Faktoren, die die Genauigkeit einer Infrarotmessung beeinflussen.
Weitere Einflussgrößen sind:
● eingestellter Emissionsgrad;
● Material und Oberflächenbeschaffenheit;
● stark reflektierende Oberflächen;
● Sauberkeit der Optik;
● Änderungen der Umgebungstemperatur;
● Dampf, Rauch oder Staub im optischen Messweg;
● spezifizierte Messgenauigkeit und Ansprechverhalten des Geräts.
Die richtige Vorgehensweise lautet daher nicht „so nah wie möglich“, sondern: einen sicheren und technisch geeigneten Abstand wählen, bei dem das Messobjekt das Sichtfeld ausreichend ausfüllt.
Was ist bei Messungen aus größerer Entfernung zu beachten?
In industriellen Anwendungen ist ein größerer Sicherheitsabstand häufig erforderlich, etwa bei heißen Anlagen, rotierenden Maschinen, elektrischen Betriebsmitteln oder schwer zugänglichen Bereichen.
In solchen Situationen sollten folgende Punkte berücksichtigt werden:
● maximal sinnvollen Messabstand anhand der Zielgröße bestimmen;
● D:S-Verhältnis des Geräts prüfen;
● sicherstellen, dass das Messobjekt deutlich größer als der Messfleck ist;
● möglichst auf die Mitte der Messfläche und nicht auf deren Rand zielen;
● bei kleinen Zielen eher ein Gerät mit höherem D:S-Verhältnis einsetzen, anstatt den Abstand einfach zu vergrößern;
● bei hohen Temperaturen oder Gefahrenbereichen die betrieblichen Sicherheitsvorgaben einhalten und nicht ausschließlich zur Verkleinerung des Messflecks näher an die Anlage herantreten.
Der geeignete Messabstand ist somit ein Kompromiss zwischen Messanforderung, Zielgröße und Arbeitssicherheit.
FAQ
Wie weit kann ein Infrarotthermometer messen?
Es gibt keine allgemeingültige maximale Messentfernung. Der praktisch nutzbare Abstand hängt vom D:S-Verhältnis, von der Größe des Messobjekts und von der erforderlichen Messgenauigkeit ab. Große Ziele können aus größerer Entfernung gemessen werden, kleine Ziele erfordern meist einen geringeren Abstand oder ein höheres D:S-Verhältnis.
Kann ein Infrarotthermometer bei zu großer Entfernung das Ziel nicht mehr erfassen?
Nicht zwingend. Häufiger besteht das Problem darin, dass der Messfleck mit zunehmender Entfernung so groß wird, dass auch umliegende Flächen in die Messung einbezogen werden.
Warum ist der Temperaturwert falsch, obwohl der Laserpunkt auf dem Ziel liegt?
Der Laser dient lediglich als Zielhilfe und stellt nicht die vollständige infrarote Messfläche dar. Der Messfleck kann bei großem Abstand deutlich größer als das Zielobjekt sein und dadurch Hintergrundflächen mit erfassen.
Was bedeutet 12:1 bei einem Infrarotthermometer?
Ein D:S-Verhältnis von 12:1 beschreibt näherungsweise das Verhältnis von Entfernung zu Messfleckdurchmesser. Unter idealisierten geometrischen Bedingungen entspricht beispielsweise ein Abstand von 1200 mm einem Messfleck von etwa 100 mm Durchmesser. Maßgeblich sind die technischen Angaben des jeweiligen Herstellers.
Wie misst man kleine elektronische Bauteile?
Der Messabstand sollte reduziert werden, sodass der Messfleck kleiner als die relevante Messfläche bleibt. Bei sehr kleinen Bauteilen kann ein Infrarotthermometer mit höherem D:S-Verhältnis oder ein anderes, für kleine Messstellen geeignetes Temperaturmessverfahren erforderlich sein.
Fazit
Infrarotthermometer ermöglichen berührungslose Temperaturmessungen aus einiger Entfernung. Ein größerer Messabstand führt jedoch nicht automatisch zu einer besseren Messung.
Mit zunehmender Entfernung vergrößert sich der Messfleck. Kann das Zielobjekt diesen Bereich nicht vollständig abdecken, beeinflusst die Wärmestrahlung umliegender Flächen den angezeigten Temperaturwert.
Der Messabstand sollte daher anhand des D:S-Verhältnisses, der Größe des Messobjekts und der Sicherheitsanforderungen gewählt werden.
Bei kleinen Zielen sollte der Abstand reduziert oder ein Gerät mit höherem D:S-Verhältnis verwendet werden. Bei heißen Anlagen, beweglichen Maschinen oder Gefahrenbereichen muss dagegen ein ausreichender Sicherheitsabstand eingehalten werden, während gleichzeitig sichergestellt wird, dass das Ziel den Messfleck ausreichend ausfüllt.
Das Verständnis des Zusammenhangs zwischen Messabstand, Messfleckgröße und Zielgröße ist eine wesentliche Voraussetzung für zuverlässige Infrarot-Temperaturmessungen.
