Einleitung
Bei der Verwendung eines Infrarotthermometers liegt die Annahme nahe, dass das Gerät genau die Temperatur an der Stelle misst, auf die der sichtbare Laserpunkt trifft.
Das ist jedoch nicht der Fall.
Der Laser dient in erster Linie als Zielhilfe. Er zeigt ungefähr an, wohin das Gerät ausgerichtet ist. Die eigentliche Temperaturmessung basiert dagegen auf der Infrarotstrahlung, die innerhalb des optischen Sichtfelds von einer bestimmten Fläche erfasst wird.
Selbst wenn der Laserpunkt exakt auf dem Messobjekt liegt, kann der Messwert daher durch umliegende Flächen beeinflusst werden, wenn das Ziel zu klein oder der Messabstand zu groß ist.
Der Unterschied zwischen Laserzielpunkt und tatsächlichem Messbereich ist deshalb eine wichtige Grundlage für zuverlässige berührungslose Temperaturmessungen.
Das Wichtigste auf einen Blick
● Der Laser dient hauptsächlich zum Zielen und ist nicht an der eigentlichen Temperaturmessung beteiligt.
● Ein Infrarotthermometer erfasst die Wärmestrahlung einer Fläche und nicht die Temperatur eines mathematisch punktförmigen Bereichs.
● Mit zunehmendem Messabstand wird der erfasste Messbereich in der Regel größer.
● Das D:S-Verhältnis beschreibt die Beziehung zwischen Messabstand und Messfleckdurchmesser.
● Ein Laserpunkt auf dem Ziel bedeutet nicht automatisch, dass der gesamte Messfleck innerhalb des Zielobjekts liegt.
● Für zuverlässige Messergebnisse sollte das Messobjekt deutlich größer als der tatsächliche Messfleck sein.
Welche Aufgabe hat der Laserpunkt tatsächlich?
Viele handgehaltene Infrarotthermometer verfügen über eine Laserzielhilfe. Beim Betätigen der Messtaste erscheint ein sichtbarer Laserpunkt auf der Oberfläche des Messobjekts.
Seine wichtigsten Aufgaben sind:
● Anzeige der ungefähren Ausrichtung des Geräts;
● Schnelles Anvisieren des gewünschten Messbereichs;
● Einfachere Positionierung bei größeren Messabständen;
● Verringerung grober Zielfehler.
Der Laser selbst ist jedoch kein Temperatursensor.
Ein Infrarotthermometer bestimmt die Temperatur nicht anhand des reflektierten Laserlichts. Stattdessen erfasst ein Infrarotdetektor die vom Messobjekt abgegebene Wärmestrahlung. Aus dieser Strahlung sowie unter Berücksichtigung von Parametern wie dem Emissionsgrad berechnet das Gerät die Oberflächentemperatur.
Bei Geräten, bei denen der Laser ausschließlich der Zielunterstützung dient, kann die Temperaturmessung daher in der Regel auch bei ausgeschaltetem Laser durchgeführt werden.
Ein Infrarotthermometer misst tatsächlich eine Fläche
Das optische System eines Infrarotthermometers besitzt ein definiertes Sichtfeld.
Dieses Sichtfeld lässt sich vereinfacht als ein Bereich verstehen, der mit wachsendem Abstand vom Gerät größer wird. Der Infrarotdetektor empfängt deshalb Strahlung von einer bestimmten Oberfläche und nicht nur von einem einzelnen Punkt.
Wird beispielsweise eine große Metallplatte gemessen, kann der sichtbare Laserpunkt nur wenige Millimeter groß sein, während die tatsächlich erfasste Fläche bereits einen Durchmesser von mehreren Zentimetern aufweist.
Die angezeigte Temperatur repräsentiert somit die innerhalb des Sichtfelds erfasste Infrarotstrahlung und nicht die Temperatur eines unendlich kleinen Punktes unterhalb des Lasers.
Aus diesem Grund werden in den technischen Daten von Infrarotthermometern Begriffe wie Messfleck, Zielfläche und Sichtfeld verwendet.
Warum wird der Messbereich mit zunehmendem Abstand größer?
Das optische System eines Infrarotthermometers erfasst Strahlung innerhalb eines festgelegten Betrachtungswinkels.
Bei geringem Abstand deckt dieser Winkel eine relativ kleine Fläche ab. Mit zunehmender Entfernung vergrößert sich die entsprechende Fläche auf dem Messobjekt.
Vereinfacht gilt:
● Kleiner Abstand → kleiner Messbereich;
● Größerer Abstand → größerer Messbereich;
● Zu großer Abstand → höheres Risiko, dass Hintergrundflächen mitgemessen werden.
Dies ist insbesondere bei kleinen Bauteilen, Leitungen, Rohren, elektronischen Komponenten oder mechanischen Teilen wichtig.
Selbst wenn der Laser weiterhin genau auf die Mitte des Objekts zeigt, kann der tatsächliche Messfleck bei zu großem Abstand bereits über dessen Kanten hinausreichen.
Das D:S-Verhältnis bestimmt die Größe des Messflecks
Eine wichtige optische Kenngröße von Infrarotthermometern ist das D:S-Verhältnis — Distance-to-Spot Ratio beziehungsweise Verhältnis von Messabstand zu Messfleckdurchmesser.
Bei einem D:S-Verhältnis von beispielsweise 12:1 lässt sich die Beziehung näherungsweise wie folgt darstellen:
● Bei etwa 120 mm Abstand beträgt der Messfleckdurchmesser ungefähr 10 mm;
● Bei etwa 600 mm Abstand beträgt der Messfleckdurchmesser ungefähr 50 mm;
● Bei etwa 1200 mm Abstand beträgt der Messfleckdurchmesser ungefähr 100 mm.
Diese Angaben dienen zur Veranschaulichung des Grundprinzips. Für die tatsächliche optische Charakteristik eines Geräts sind stets das D:S-Diagramm und die technischen Angaben des Herstellers maßgeblich.
Daran wird deutlich, dass Laserpunktgröße und Messfleckgröße zwei unterschiedliche Größen sind.
Auch bei einem Messabstand von einem Meter kann der sichtbare Laserpunkt klein bleiben, während der Infrarotmessbereich bereits mehrere Zentimeter groß ist.
Warum kann der Messwert trotz korrekt platziertem Laserpunkt falsch sein?
In der Praxis kommt es häufig vor, dass der Laserpunkt eindeutig in der Mitte des Zielobjekts liegt, der angezeigte Temperaturwert jedoch deutlich von der erwarteten Temperatur abweicht.
Eine mögliche Ursache ist, dass das Messobjekt das Sichtfeld des Infrarotthermometers nicht vollständig ausfüllt.
Ein Beispiel ist die Messung eines schmalen heißen Rohres.
Der Laserpunkt kann korrekt auf dem Rohr liegen. Ist der Messabstand jedoch zu groß, kann der Messfleck zusätzlich folgende Bereiche erfassen:
● Das heiße Rohr;
● Eine Wand hinter dem Rohr;
● Benachbarte Anlagen;
● Weitere Hintergrundflächen.
Der Infrarotdetektor empfängt dann Strahlung von mehreren Oberflächen gleichzeitig.
Ist das Ziel deutlich wärmer als der Hintergrund, kann der angezeigte Wert zu niedrig ausfallen. Befinden sich dagegen heißere Flächen im Sichtfeld, kann der Messwert entsprechend erhöht werden.
Deshalb reicht es nicht aus, ausschließlich zu prüfen, ob der Laserpunkt auf dem Ziel liegt. Entscheidend ist, ob der gesamte Messfleck innerhalb der Zielfläche liegt.
Das Messobjekt sollte größer als der Messfleck sein
Um den Einfluss des Hintergrunds zu reduzieren, sollte das Messobjekt das optische Sichtfeld vollständig ausfüllen.
In der Praxis ist es nicht empfehlenswert, ein Objekt zu messen, dessen Größe exakt dem theoretischen Messfleck entspricht.
Zuverlässiger ist es:
● Den Messabstand so klein wie praktikabel zu halten;
● Sicherzustellen, dass das Ziel deutlich größer als der Messfleck ist;
● Möglichst auf die Mitte der Zielfläche zu zielen;
● Messungen direkt an Objektkanten zu vermeiden;
● Bei kleinen Messobjekten besonders auf das D:S-Verhältnis zu achten.
Eine große Heizplatte kann beispielsweise auch bei einem größeren Abstand den Messfleck vollständig ausfüllen.
Bei dünnen Leitungen, schmalen Rohren oder kleinen elektronischen Bauteilen muss der Messabstand dagegen in der Regel deutlich reduziert werden.
Warum kann ein einzelner Laser die Messfleckgrenze nicht anzeigen?
Viele handgehaltene Infrarotthermometer arbeiten mit einem einzelnen Laser.
Dieser Laser zeigt normalerweise ungefähr die Mitte oder die Messrichtung an. Ein einzelner Punkt kann jedoch nicht den gesamten Durchmesser des Infrarotmessflecks darstellen.
Der sichtbare Laserpunkt kann beispielsweise nur 2–3 mm groß sein, während der tatsächliche Messbereich bereits 30 mm, 50 mm oder mehr beträgt.
Die sichtbare Laserpunktgröße darf deshalb nicht zur Beurteilung des Messflecks verwendet werden.
Stattdessen sollten die technischen Unterlagen des Geräts herangezogen werden, insbesondere:
● D:S-Verhältnis;
● Messfleckdiagramm;
● Optische Auflösung;
● Empfohlener Messabstand.
Diese Angaben sind für die Beurteilung des tatsächlichen Messbereichs wesentlich aussagekräftiger.
Zeigt ein Dual-Laser-Infrarotthermometer den Messbereich exakt an?
Einige Infrarotthermometer verfügen über ein Dual-Laser-System.
Je nach optischem Aufbau können die beiden Laser dabei helfen, die ungefähre Größe oder Position des Messbereichs besser einzuschätzen.
Allerdings sind Dual-Laser-Systeme nicht bei allen Herstellern und Modellen gleich aufgebaut.
Bei manchen Geräten markieren die Laser ungefähr die Grenzen des Messbereichs. Andere Modelle verwenden eine andere Zielgeometrie.
Daher sollte nicht grundsätzlich davon ausgegangen werden, dass der Bereich zwischen zwei Laserpunkten exakt dem tatsächlichen Messfleck entspricht.
Maßgeblich sind immer das optische Diagramm und die Bedienungsanleitung des jeweiligen Modells.
Bei kleinen Messobjekten kann die Laseranzeige besonders irreführend sein
Besonders häufig wird die Laserzielhilfe bei kleinen Objekten falsch interpretiert.
Typische Beispiele sind:
● Bauteile auf Leiterplatten;
● Leitungen und Kabel;
● Kleine Lager;
● Kupferrohre;
● Dünne Rohrleitungen;
● Anschlussklemmen;
● Kleine Heizelemente.
Liegt der Laserpunkt sichtbar auf einem solchen Bauteil, entsteht leicht der Eindruck, dass ausschließlich dieses Objekt gemessen wird.
Ist der tatsächliche Messfleck jedoch größer als das Ziel, fließt auch die Infrarotstrahlung der Umgebung in den Messwert ein.
Je kleiner das Messobjekt ist, desto wichtiger werden deshalb die D:S-Leistung des Geräts und ein geeigneter Messabstand.
Stimmen Laserpunkt und Infrarot-Messbereich immer exakt überein?
Nicht unbedingt.
Laseremitter und Infrarotoptik sind im Gerät normalerweise getrennte Komponenten. Bei manchen Infrarotthermometern kann deshalb insbesondere bei sehr kurzen Messabständen ein gewisser Versatz zwischen Laseranzeige und tatsächlichem Infrarot-Sichtfeld auftreten.
Auch das relative Verhältnis zwischen beiden kann sich mit dem Messabstand verändern.
Bei sehr kleinen Messobjekten und kurzen Abständen sollte der Laserpunkt daher nicht als exakte Darstellung des erfassten Infrarotbereichs betrachtet werden.
Die Laserposition, der empfohlene Messabstand und die optische Geometrie sind anhand der Herstellerangaben des jeweiligen Modells zu prüfen.
Wie wird die Laserzielhilfe richtig eingesetzt?
Die Laserzielhilfe ist weiterhin sehr nützlich, sofern ihre Funktion richtig verstanden wird.
Empfehlenswert ist folgende Vorgehensweise:
● Den Laser zunächst zur groben Ausrichtung verwenden;
● Mithilfe des D:S-Verhältnisses die Messfleckgröße beim aktuellen Abstand abschätzen;
● Sicherstellen, dass der gesamte Messfleck innerhalb des Messobjekts liegt;
● Bei kleinen Zielen den Messabstand reduzieren;
● Messungen direkt an Objektkanten vermeiden;
● Bei großen Temperaturunterschieden zwischen Ziel und Umgebung besonders auf das Sichtfeld achten;
● Die Messfleckgröße niemals ausschließlich anhand des sichtbaren Laserpunktes beurteilen.
Als einfache Grundregel gilt:
Der Laser zeigt, wohin das Gerät ungefähr zielt; das D:S-Verhältnis zeigt, wie groß der tatsächlich erfasste Bereich ist.
FAQ
● Ist der Laserpunkt der tatsächliche Temperaturmesspunkt?
Nein. Der Laser dient hauptsächlich als Zielhilfe. Die Temperatur wird aus der Infrarotstrahlung einer Fläche innerhalb des Sichtfelds ermittelt.
● Bedeutet ein kleiner Laserpunkt auch einen kleinen Messbereich?
Nicht unbedingt. Laserpunktgröße und Infrarotmessfleck sind unterschiedliche Größen. Der tatsächliche Messbereich ergibt sich aus dem D:S-Verhältnis und den optischen Spezifikationen.
● Warum wird die Messung bei größeren Abständen stärker beeinflusst?
Weil sich der Messfleck mit zunehmendem Abstand in der Regel vergrößert. Füllt das Ziel diesen Bereich nicht vollständig aus, kann die Strahlung umliegender Flächen den Messwert beeinflussen.
● Kann das Infrarotthermometer bei ausgeschaltetem Laser weiterhin messen?
Bei den meisten Geräten, bei denen der Laser ausschließlich als Zielhilfe dient, ja. Laserzielsystem und Infrarotmesssystem arbeiten unabhängig voneinander.
● Zeigen zwei Laserpunkte exakt die Grenzen des Messbereichs an?
Das hängt vom jeweiligen Modell ab. Einige Dual-Laser-Systeme markieren den Messbereich näherungsweise, andere verwenden eine abweichende Geometrie. Entscheidend ist die optische Darstellung des Herstellers.
● Wie lässt sich verhindern, dass die Umgebung in die Messung einbezogen wird?
Der Messabstand sollte reduziert und sichergestellt werden, dass das Messobjekt deutlich größer als der Infrarotmessfleck ist. Außerdem sollte möglichst auf die Mitte des Zielobjekts gezielt werden.
Fazit
Der Laserpunkt eines Infrarotthermometers entspricht nicht dem tatsächlichen Temperaturmessbereich. Er dient in erster Linie der Ausrichtung und Zielerfassung.
Die Größe des tatsächlich erfassten Bereichs wird durch das Infrarot-Optiksystem bestimmt. Mit zunehmendem Messabstand vergrößert sich der Messfleck in der Regel. Ein Laserpunkt auf dem Messobjekt bedeutet daher nicht automatisch, dass ausschließlich diese Stelle erfasst wird.
Für zuverlässige Messungen müssen D:S-Verhältnis, Zielgröße und Messabstand gemeinsam berücksichtigt werden. Gleichzeitig sollte das Messobjekt das Sichtfeld des Infrarotthermometers ausreichend vollständig ausfüllen.
Wer den Unterschied zwischen Laserzielpunkt und Infrarotmessfleck versteht, kann Messfehler durch Hintergrundstrahlung und ungeeignete Zielpositionierung deutlich reduzieren.
