Einleitung
Bei der Verwendung eines Infrarot-Thermometers stellt sich häufig die Frage, ob sich die Temperatur eines Objekts hinter einer Glasscheibe, einem Sichtfenster oder einer transparenten Schutzabdeckung messen lässt. Da das Objekt mit dem menschlichen Auge deutlich sichtbar ist, liegt die Annahme nahe, dass auch das Infrarot-Thermometer „durch das Glas sehen“ kann.
Das ist jedoch nicht der Fall: Dass sichtbares Licht Glas durchdringt, bedeutet nicht automatisch, dass auch die für die Temperaturmessung verwendete Infrarotstrahlung hindurchtreten kann.
Bei den meisten handelsüblichen Hand-Infrarot-Thermometern entspricht eine Messung durch gewöhnliches Glas hauptsächlich der Oberflächentemperatur des Glases und nicht der tatsächlichen Temperatur des dahinterliegenden Objekts.
Das Wichtigste auf einen Blick
● Normales Glas ist für sichtbares Licht transparent, für viele von Infrarot-Thermometern verwendete Infrarot-Wellenlängen jedoch weitgehend undurchlässig.
● Bei einer Messung durch gewöhnliches Glas liegt der angezeigte Wert in der Regel näher an der Oberflächentemperatur des Glases.
● Glas absorbiert einen großen Teil der Wärmestrahlung des dahinterliegenden Objekts, emittiert gleichzeitig eigene Infrarotstrahlung und reflektiert einen Teil der Umgebungsstrahlung.
● Ein Objekt hinter Glas sichtbar zu erkennen bedeutet nicht, dass dessen Temperatur mit einem Infrarot-Thermometer durch das Glas gemessen werden kann.
● Entscheidend sind der Spektralbereich des Messgeräts und die Infrarot-Transmission des Fenstermaterials in diesem Wellenlängenbereich.
● Für eine genaue Messung sollte gewöhnliches Glas nach Möglichkeit nicht zwischen Messgerät und Messobjekt liegen.
Warum kann das menschliche Auge durch Glas sehen, ein Infrarot-Thermometer jedoch meist nicht messen?
Der entscheidende Unterschied liegt in den verwendeten Wellenlängen.
Das menschliche Auge nimmt hauptsächlich sichtbares Licht im Bereich von etwa 0,4 bis 0,7 μm wahr. Gewöhnliches Glas besitzt in diesem Bereich eine hohe Transmission, weshalb Objekte dahinter sichtbar bleiben.
Ein Infrarot-Thermometer bestimmt die Temperatur dagegen anhand der vom Messobjekt ausgesandten Wärmestrahlung. Viele handgehaltene Geräte arbeiten im langwelligen Infrarotbereich, typischerweise bei etwa 8–14 μm.
In diesem Spektralbereich ist gewöhnliches Glas nur sehr gering durchlässig. Die vom dahinterliegenden Objekt ausgesandte Infrarotstrahlung erreicht den Detektor deshalb kaum direkt.
„Sichtbar“ bedeutet daher nicht automatisch „infrarotmesstechnisch erfassbar“.
Welche Strahlung erfasst das Infrarot-Thermometer bei einer Messung auf Glas tatsächlich?
Wird ein Infrarot-Thermometer auf eine Glasscheibe gerichtet, kann der Detektor mehrere Strahlungsanteile erfassen.
● Vom Glas selbst emittierte Infrarotstrahlung;
● Von Personen, Wänden, Maschinen oder anderen Umgebungsobjekten ausgehende und an der Glasoberfläche reflektierte Wärmestrahlung;
● Einen sehr kleinen Anteil der Infrarotstrahlung, der bei bestimmten Wellenlängen durch das Glas übertragen werden kann.
Bei einem typischen Hand-Infrarot-Thermometer ist der direkt durch gewöhnliches Glas übertragene Strahlungsanteil des dahinterliegenden Objekts normalerweise sehr gering.
Der berechnete Temperaturwert beschreibt deshalb hauptsächlich die thermischen Strahlungseigenschaften und die Temperatur der Glasoberfläche.
Warum scheint der Messwert manchmal der Temperatur des Objekts hinter dem Glas zu folgen?
In manchen Fällen verändert sich der angezeigte Wert, wenn sich hinter dem Glas ein besonders warmes oder kaltes Objekt befindet. Das bedeutet nicht zwangsläufig, dass das Gerät tatsächlich durch das Glas misst.
Ein heißes Objekt in unmittelbarer Nähe der Scheibe kann das Glas beispielsweise durch Wärmestrahlung, Konvektion oder Wärmeübertragung erwärmen.
Das Infrarot-Thermometer zeigt anschließend einen höheren Wert an, weil sich die Temperatur des Glases selbst verändert hat. Dadurch kann der Eindruck entstehen, das Gerät messe das dahinterliegende heiße Objekt.
Entsprechendes gilt für kalte Gegenstände oder kalte Luft, die die Glasoberfläche abkühlen können.
Eine Veränderung des Messwerts ist daher kein Nachweis dafür, dass die Infrarotstrahlung des Objekts die Scheibe durchdrungen hat.
Wie beeinflussen Emissionsgrad und Reflexion des Glases das Messergebnis?
Ein Infrarot-Thermometer misst nicht unmittelbar die Temperatur. Zunächst wird die Infrarotstrahlung der Oberfläche erfasst und anschließend unter Berücksichtigung unter anderem des Emissionsgrades in einen Temperaturwert umgerechnet.
Glas besitzt eine eigene Infrarot-Emissivität und reflektiert gleichzeitig einen Teil der Wärmestrahlung aus der Umgebung.
Bei glatten Glasoberflächen können beispielsweise heiße Maschinen, Heizungen, sonnenbeschienene Flächen oder Personen Wärmestrahlung erzeugen, die vom Glas in Richtung des Messgeräts reflektiert wird.
Bei der Messung einer Glasoberfläche sollten deshalb folgende Faktoren berücksichtigt werden:
● Geeignete Einstellung des Emissionsgrades;
● Mögliche Reflexionen an der Glasoberfläche;
● Heiße oder kalte Strahlungsquellen in der Umgebung;
● Messwinkel und damit verbundene Reflexionen;
● Vollständige Abdeckung der gewünschten Messfläche durch den Messfleck.
Kann grundsätzlich kein Infrarot-Thermometer durch Glas messen?
Eine pauschale Aussage, dass kein Infrarot-Messgerät durch irgendein Glas oder transparentes Material messen kann, wäre nicht korrekt.
Entscheidend sind zwei Faktoren: der Spektralbereich des Infrarot-Thermometers und die Transmission des verwendeten Fenstermaterials in diesem Wellenlängenbereich.
Unterschiedliche Glassorten, Quarz, Saphir und spezielle Infrarot-Fenstermaterialien besitzen je nach Wellenlänge sehr unterschiedliche Transmissionswerte. Gleichzeitig können Infrarot-Thermometer für unterschiedliche Spektralbereiche ausgelegt sein.
In speziellen industriellen Anwendungen lassen sich daher passende Messgeräte und geeignete Infrarot-Fenster kombinieren, um eine berührungslose Temperaturmessung durch ein Sichtfenster zu ermöglichen.
Für typische 8–14-μm-Hand-Infrarot-Thermometer in Verbindung mit normalem Bauglas sollte dagegen davon ausgegangen werden, dass die Temperatur des dahinterliegenden Objekts nicht zuverlässig gemessen werden kann.
Wie groß kann der Messfehler bei einer Messung durch Glas sein?
Für Messungen durch Glas gibt es keinen allgemein gültigen festen Fehlerwert.
Das Messergebnis wird unter anderem von folgenden Faktoren beeinflusst:
● Temperatur der Glasscheibe;
● Glasart und Glasdicke;
● Temperatur des dahinterliegenden Objekts;
● Abstand zwischen Objekt und Glas;
● Lufttemperatur auf beiden Seiten der Scheibe;
● Spektralbereich des Infrarot-Thermometers;
● Infrarot-Transmission des Glases im relevanten Wellenlängenbereich;
● Reflexionen an der Glasoberfläche;
● Eingestellter Emissionsgrad.
Befindet sich beispielsweise hinter einer Scheibe ein Objekt mit 100 °C, während die Glasoberfläche nur 30 °C warm ist, kann ein typisches langwelliges Infrarot-Thermometer einen Wert anzeigen, der deutlich näher an 30 °C als an 100 °C liegt.
Eine Korrektur durch einfaches Addieren oder Subtrahieren eines konstanten Temperaturwertes ist daher nicht empfehlenswert.
Wie misst man die Temperatur eines Objekts hinter Glas richtig?
Soll die tatsächliche Oberflächentemperatur eines Objekts hinter einer Scheibe bestimmt werden, sollte gewöhnliches Glas möglichst aus dem Messweg entfernt werden.
● Wenn möglich, Glastür, Sichtfenster oder Schutzabdeckung öffnen und direkt auf das Messobjekt messen.
● Messabstand und D:S-Verhältnis prüfen, damit der gesamte Messfleck innerhalb der Zielfläche liegt.
● Den Emissionsgrad entsprechend Material und Oberflächenzustand des Messobjekts einstellen.
● Kann die Scheibe nicht entfernt werden, gegebenenfalls einen Kontaktfühler oder ein Thermoelement verwenden.
● Für stationäre industrielle Anwendungen ein spezielles Infrarot-Fenstermaterial auswählen, das zum Spektralbereich des Messgeräts passt.
● Kritische Prozesstemperaturen nicht ausschließlich auf Grundlage einer Messung durch normales Glas bewerten.
Lässt sich das Problem durch eine Änderung des Emissionsgrades lösen?
In der Regel nicht.
Mit der Emissionsgradeinstellung werden hauptsächlich Unterschiede im Emissionsverhalten der Messoberfläche berücksichtigt. Das Problem einer Glasscheibe besteht jedoch nicht nur im Emissionsgrad, sondern vor allem darin, dass die Wärmestrahlung des dahinterliegenden Objekts im relevanten Spektralbereich nicht ausreichend durch das Glas übertragen wird.
Wird ein Großteil dieser Strahlung absorbiert oder blockiert, kann eine Änderung des Emissionsgrades die fehlende Strahlungsinformation nicht wiederherstellen.
Die Emissionsgradeinstellung macht eine normale Glasscheibe daher nicht infrarottransparent.
FAQ
Welche Temperatur misst ein Infrarot-Thermometer durch eine normale Fensterscheibe?
In der Regel hauptsächlich die Oberflächentemperatur der Glasscheibe. Zusätzlich kann reflektierte Wärmestrahlung aus der Umgebung das Messergebnis beeinflussen.
Warum kann der Laserpunkt durch Glas hindurch sichtbar sein?
Der Laser dient lediglich als Zielhilfe und arbeitet üblicherweise im sichtbaren Spektralbereich. Dass sichtbares Licht Glas durchdringen kann, sagt nichts darüber aus, ob die für die Temperaturmessung verwendete Infrarotstrahlung ebenfalls hindurchtritt.
Kann man durch Autoscheiben die Temperatur von Gegenständen im Fahrzeuginnenraum messen?
Mit einem üblichen Hand-Infrarot-Thermometer ist dies nicht empfehlenswert. Der Messwert wird hauptsächlich von der Temperatur der Fahrzeugscheibe und von reflektierter Wärmestrahlung beeinflusst.
Kann die Körpertemperatur durch Glas gemessen werden?
Nein, nicht zuverlässig. Gewöhnliches Glas blockiert einen großen Teil der von üblichen Infrarot-Temperaturmessgeräten verwendeten Wärmestrahlung.
Kann eine Änderung des Emissionsgrades die Messung des Objekts hinter dem Glas ermöglichen?
Normalerweise nicht. Eine Emissionsgradkorrektur kann eine fehlende Infrarot-Transmission der Glasscheibe nicht kompensieren.
Kann eine Wärmebildkamera durch Glas sehen?
Die meisten üblichen langwelligen Wärmebildkameras können die tatsächliche Wärmestrahlung von Objekten hinter normalem Glas ebenfalls nicht erfassen. Das Wärmebild zeigt hauptsächlich die Temperaturverteilung der Glasscheibe und gegebenenfalls Reflexionen.
Gibt es transparente Fenster für Infrarotmessungen?
Ja. Spezielle Infrarot-Fenstermaterialien bieten in bestimmten Wellenlängenbereichen eine hohe Transmission. Sie müssen zum Spektralbereich des jeweiligen Messgeräts passen.
Fazit
Bei den meisten handelsüblichen Hand-Infrarot-Thermometern entspricht eine Messung durch gewöhnliches Glas hauptsächlich der Oberflächentemperatur der Glasscheibe und nicht der tatsächlichen Temperatur des dahinterliegenden Objekts.
Normales Glas ist zwar für sichtbares Licht transparent, für die von vielen Infrarot-Thermometern verwendeten Infrarot-Wellenlängen jedoch weitgehend undurchlässig. Die Wärmestrahlung des Messobjekts wird größtenteils absorbiert oder blockiert, während das Gerät hauptsächlich die vom Glas emittierte und reflektierte Strahlung erfasst.
Soll die Temperatur eines Objekts hinter Glas zuverlässig bestimmt werden, sollte die Scheibe nach Möglichkeit aus dem Messweg entfernt werden. Für industrielle Messungen durch Sichtfenster sind speziell auf den Spektralbereich des Messgeräts abgestimmte Infrarot-Fenstermaterialien erforderlich.
