Einleitung
Metalloberflächen können grundsätzlich mit einem Infrarot-Thermometer gemessen werden. Dies bedeutet jedoch nicht, dass jede Metalloberfläche ohne Weiteres genaue Messwerte liefert.
Oxidierte, lackierte, beschichtete oder raue Oberflächen lassen sich in der Regel einfacher messen. Blanke oder polierte Oberflächen aus Edelstahl, Aluminium oder Kupfer können dagegen deutliche Messabweichungen verursachen.
Entscheidend ist weniger das Metall selbst als vielmehr der Emissionsgrad seiner Oberfläche und deren Fähigkeit, Infrarotstrahlung aus der Umgebung zu reflektieren. Für zuverlässige Messergebnisse müssen daher Oberflächenzustand, Emissionsgradeinstellung, Messabstand, Messwinkel und thermische Umgebung berücksichtigt werden.
Das Wichtigste auf einen Blick
● Infrarot-Thermometer können die Oberflächentemperatur von Metallen messen. Die Genauigkeit hängt jedoch stark vom Oberflächenzustand ab.
● Oxidierte, lackierte, beschichtete oder raue Metalloberflächen weisen häufig einen höheren Emissionsgrad auf und sind leichter zu messen.
● Blanke und polierte Metalle besitzen häufig einen niedrigen Emissionsgrad und eine hohe Reflexionsfähigkeit.
● Für niedrig emittierende Metalle sollte nicht automatisch eine feste hohe Emissionsgradeinstellung verwendet werden.
● Hoch emittierendes Klebeband oder eine geeignete Beschichtung mit bekanntem Emissionsgrad kann die Messzuverlässigkeit verbessern.
● Ein Infrarot-Thermometer misst die Oberflächentemperatur und nicht die Temperatur im Inneren des Metalls.
Warum kann ein Infrarot-Thermometer Metall messen?
Alle Körper oberhalb des absoluten Nullpunkts senden Infrarotstrahlung aus. Das gilt auch für Metalle. Ein Infrarot-Thermometer erfasst diese Strahlung und berechnet daraus unter Berücksichtigung des eingestellten Emissionsgrades die Oberflächentemperatur.
Grundsätzlich eignet sich die Infrarotmesstechnik daher auch für Metall.
Die Schwierigkeit besteht darin, dass unterschiedliche Metalloberflächen sehr unterschiedliche Mengen an eigener Infrarotstrahlung aussenden. Gleichzeitig können sie Infrarotstrahlung aus der Umgebung reflektieren, beispielsweise von Maschinen, Wänden, Heizgeräten, Öfen oder Personen.
Bei Oberflächen mit hohem Emissionsgrad ist dieser Einfluss meist gering. Bei blanken Metallen mit niedrigem Emissionsgrad kann die reflektierte Strahlung dagegen einen erheblichen Anteil am Messsignal ausmachen.
Warum sind blanke Metalle schwieriger genau zu messen?
Blanke Metalloberflächen zeichnen sich häufig durch einen niedrigen Emissionsgrad und eine hohe Reflexionsfähigkeit aus. Polierter Edelstahl, Aluminium und Kupfer können einen großen Teil der Infrarotstrahlung aus ihrer Umgebung reflektieren.
Das Infrarot-Thermometer erfasst dadurch nicht ausschließlich die vom Metall selbst abgegebene Wärmestrahlung.
Eine heiße, polierte Edelstahloberfläche kann beispielsweise eine kühlere Wand reflektieren. Dadurch kann der angezeigte Wert niedriger als die tatsächliche Oberflächentemperatur ausfallen. Wird dagegen ein heißer Ofen oder eine Heizquelle reflektiert, kann der Messwert zu hoch sein.
Abweichende Messwerte auf blankem Metall sind deshalb nicht zwangsläufig ein Hinweis auf einen Gerätefehler. Häufig sind der niedrige Emissionsgrad und Reflexionen aus der Umgebung die Ursache.
Welche Metalloberflächen lassen sich leichter messen?
Oxidierte, lackierte, beschichtete oder raue Metalloberflächen sind für die Infrarotmessung im Allgemeinen günstiger als glatte, hochglänzende Flächen.
● Oxidierte Oberflächen: Oxidschichten erhöhen häufig den Emissionsgrad und verbessern die Messstabilität.
● Lackierte Oberflächen: Ist die Beschichtung gleichmäßig und für die vorhandene Temperatur geeignet, kann ihre Oberflächentemperatur in der Regel gut gemessen werden.
● Raue Metalloberflächen: Sie reflektieren meist weniger spiegelnd als hochpolierte Oberflächen.
● Dunkle oder hoch emittierende Beschichtungen: Viele nichtmetallische Beschichtungen besitzen einen relativ hohen und stabilen Emissionsgrad.
Die sichtbare Farbe allein ist kein zuverlässiger Hinweis auf den Emissionsgrad im Infrarotbereich. Material, Oxidationszustand, Rauheit und Beschichtung sind in der Regel entscheidender.
Warum zeigen Infrarot-Thermometer bei blankem Metall häufig zu niedrige Werte an?
Viele Infrarot-Thermometer sind ab Werk auf einen relativ hohen Emissionsgrad eingestellt, häufig auf etwa 0,95. Dieser Wert eignet sich für zahlreiche nichtmetallische und hoch emittierende Oberflächen, jedoch nicht automatisch für blankes Metall.
Ist der tatsächliche Emissionsgrad deutlich niedriger als der im Gerät eingestellte Wert, können erhebliche Messabweichungen entstehen.
Zudem gibt eine Oberfläche mit niedrigem Emissionsgrad relativ wenig eigene Infrarotstrahlung ab und reflektiert einen größeren Anteil der Umgebungsstrahlung. Deshalb kann sich der angezeigte Wert verändern, wenn sich der Messwinkel oder die thermische Umgebung ändert.
Wie sollte der Emissionsgrad bei Metall eingestellt werden?
Bei einem Infrarot-Thermometer mit einstellbarem Emissionsgrad sollte der Wert sowohl an das Material als auch an den tatsächlichen Oberflächenzustand angepasst werden.
Für ein bestimmtes Metall gibt es keinen universellen Emissionsgrad, der unter allen Bedingungen gilt. Polierter Edelstahl, oxidierter Edelstahl, eine raue Edelstahloberfläche und lackierter Edelstahl können deutlich unterschiedliche Emissionsgrade besitzen.
Bei der Einstellung sollten berücksichtigt werden:
● Metallart;
● Oxidationsgrad;
● Polierter oder unbehandelter Oberflächenzustand;
● Oberflächenrauheit;
● Lack, Beschichtung, Ölfilm oder andere Auflagen;
● Temperaturbereich der Messung.
Für Messungen mit höheren Genauigkeitsanforderungen sollten verifizierte Materialdaten, Angaben des Beschichtungsherstellers oder ein Vergleich mit einer zuverlässigen Referenzmessung verwendet werden.
Wie lässt sich die Messgenauigkeit auf Metall verbessern?
Bei stark reflektierenden oder niedrig emittierenden Metalloberflächen kann eine definierte Messfläche die Genauigkeit deutlich verbessern.
● Wenn technisch zulässig, kann ein hoch emittierendes Klebeband auf die Messstelle aufgebracht werden. Vor der Messung sollte es die Temperatur der Metalloberfläche angenommen haben.
● Für dauerhaft definierte Messpunkte kann eine geeignete hoch emittierende Beschichtung verwendet werden, sofern der Prozess dies erlaubt.
● Der Emissionsgrad des Infrarot-Thermometers sollte anschließend auf das verwendete Band oder die Beschichtung eingestellt werden.
● Reflexionen von Öfen, Heizgeräten, direkter Sonneneinstrahlung, heißen Maschinen oder Personen sollten möglichst vermieden werden.
● Der Messwinkel sollte möglichst nahe an der Senkrechten zur Oberfläche liegen, um winkelabhängige Reflexionen zu reduzieren.
Bei hohen Temperaturen dürfen keine ungeeigneten Klebebänder oder Beschichtungen verwendet werden. Das verwendete Material muss für die jeweilige Temperatur und Anwendung zugelassen sein.
Beeinflusst der Messabstand die Messung von Metalloberflächen?
Ja.
Ein Infrarot-Thermometer misst nicht nur die Stelle, auf die der Laser zeigt. Es erfasst die mittlere Infrarotstrahlung einer bestimmten Messfläche. Diese Messfläche wird mit zunehmendem Abstand größer.
Der Messabstand muss deshalb entsprechend dem D:S-Verhältnis, also dem Verhältnis von Messabstand zu Messfleckdurchmesser, gewählt werden.
Der Metallbereich sollte den gesamten Messfleck vollständig abdecken. Wird ein kleines Bauteil aus zu großer Entfernung gemessen, können auch Halterungen, Rohrleitungen, Hintergrundflächen oder benachbarte Bauteile in die Messung einfließen.
Dies ist besonders bei kleinen Lagern, Wellen, Anschlüssen und mechanischen Komponenten zu beachten.
Entspricht der Laserpunkt der tatsächlichen Messfläche?
Nein.
Der Laser dient in erster Linie als Zielhilfe. Er zeigt nicht die tatsächliche Größe der Infrarot-Messfläche an.
Der Messfleck wird normalerweise mit zunehmendem Abstand größer. Auch wenn der Laser genau auf dem Metall liegt, kann der Sensor daher Strahlung aus angrenzenden Bereichen erfassen, wenn der Messabstand zu groß ist.
Bei kleinen Zielobjekten sollte der Messabstand verringert und sichergestellt werden, dass das Ziel deutlich größer als der Messfleck ist.
Welche Umgebungsbedingungen sind bei der Metallmessung zu beachten?
Neben dem Emissionsgrad kann auch die thermische Umgebung das Messergebnis erheblich beeinflussen.
● Reflexionen von Öfen, Heizstäben, heißen Rohren, Leuchten oder anderen warmen Objekten vermeiden.
● Direkte starke Sonneneinstrahlung auf die Messfläche möglichst vermeiden.
● Nach einem Wechsel zwischen stark unterschiedlichen Umgebungstemperaturen sollte sich das Messgerät ausreichend akklimatisieren.
● Optik und Messfenster müssen frei von Staub, Öl, Kondensat und anderen Verschmutzungen sein.
● Bei schnell veränderlichen oder sehr heißen Metalloberflächen sind die Ansprechzeit des Geräts und die Temperaturstabilität des Messobjekts zu berücksichtigen.
Bei blanken Metallen sind Umgebungsreflexionen besonders relevant, da sich der Messwert bereits durch eine Änderung der Blickrichtung verändern kann.
Für welche Metallanwendungen eignen sich Infrarot-Thermometer?
Bei korrekter Berücksichtigung von Emissionsgrad und Reflexionen eignen sich Infrarot-Thermometer für zahlreiche industrielle Anwendungen.
● Kontrolle von Motorgehäusen;
● Prüfung von Lagergehäusen und mechanischen Bauteilen;
● Temperaturmessung an Metallrohren;
● Kontrolle von HVAC-Anlagen und Rohrleitungen;
● Prüfung von elektrischen Gehäusen und Bauteilen;
● Überwachung von Heizgeräten;
● Schnelle Erkennung ungewöhnlicher Erwärmung bei Wartungsarbeiten.
Ein wesentlicher Vorteil der Infrarotmessung liegt in der berührungslosen Temperaturerfassung. Dadurch lassen sich heiße, bewegte, schwer zugängliche oder elektrisch aktive Oberflächen schnell prüfen.
Bei niedrig emittierenden Metallen und hohen Genauigkeitsanforderungen empfiehlt sich eine Verifizierung mit einer definierten hoch emittierenden Referenzfläche oder einem geeigneten Kontaktfühler.
FAQ
● Kann Edelstahl direkt mit einem Infrarot-Thermometer gemessen werden?
Ja. Blanker oder polierter Edelstahl weist jedoch häufig einen niedrigen Emissionsgrad auf und kann größere Messabweichungen verursachen. Oxidierte, beschichtete oder entsprechend vorbereitete Oberflächen liefern meist stabilere Ergebnisse.
● Kann Aluminium mit einem Infrarot-Thermometer gemessen werden?
Ja. Blankes Aluminium besitzt jedoch typischerweise einen niedrigen Emissionsgrad und reflektiert Infrarotstrahlung stark. Emissionsgradeinstellung und Umgebungsreflexionen sind daher besonders wichtig.
● Warum schwankt die Temperaturanzeige bei Metall?
Eine blanke Oberfläche kann je nach Messwinkel unterschiedliche Bereiche der Umgebung reflektieren. Dadurch verändert sich die vom Sensor erfasste Infrarotstrahlung und damit der angezeigte Temperaturwert.
● Kann für alle Metalle ein Emissionsgrad von 0,95 eingestellt werden?
Nein. Ein Wert von etwa 0,95 ist für viele hoch emittierende Materialien geeignet, jedoch nicht für alle blanken Metalloberflächen.
● Sind schwarze Metalle grundsätzlich einfacher zu messen?
Nicht unbedingt. Die sichtbare Farbe bestimmt den Emissionsgrad im Infrarotbereich nicht zuverlässig. Oberflächenstruktur, Material, Oxidation und Beschichtung sind wichtiger.
● Misst ein Infrarot-Thermometer die Innentemperatur eines Metallteils?
Nein. Gemessen wird hauptsächlich die Oberflächentemperatur. Für innere Temperaturen ist ein geeigneter Kontaktfühler oder ein anderes Messverfahren erforderlich.
● Kann schwarzes Klebeband als Referenzfläche verwendet werden?
Ja, sofern ein dafür geeignetes hoch emittierendes Band verwendet wird und Temperaturbereich, Prozess und Sicherheitsbedingungen dies zulassen. Vor der Messung sollte das Band thermisches Gleichgewicht mit der Metalloberfläche erreicht haben.
Fazit
Metalloberflächen können mit einem Infrarot-Thermometer gemessen werden. Allerdings gehören Metalle zu den Materialien, bei denen Emissionsgrad und reflektierte Infrarotstrahlung einen besonders großen Einfluss auf das Messergebnis haben.
Oxidierte, lackierte, beschichtete oder raue Oberflächen liefern in der Regel stabilere Messwerte. Bei blankem Edelstahl, Aluminium, Kupfer und anderen niedrig emittierenden Metallen ist dagegen besondere Sorgfalt erforderlich.
Für zuverlässige Ergebnisse sind eine geeignete Emissionsgradeinstellung, der richtige Messabstand, ein günstiger Messwinkel und die Kontrolle thermischer Reflexionen entscheidend. Bei hohen Genauigkeitsanforderungen sollte die Messung über eine definierte hoch emittierende Referenzfläche oder mit einem Kontaktverfahren überprüft werden.
Entscheidend ist somit nicht allein, ob das Messobjekt aus Metall besteht, sondern ob der tatsächliche Oberflächenzustand für eine zuverlässige Infrarotmessung geeignet ist und die Messbedingungen korrekt kontrolliert werden.
