Einleitung
Infrarotthermometer erfassen die von einer Oberfläche abgegebene Infrarotstrahlung berührungslos. Eine häufige Frage in der Praxis lautet daher: In welchem Abstand sollte ein Infrarotthermometer zum Messobjekt eingesetzt werden?
Einen universell gültigen „optimalen Messabstand“ gibt es nicht. Entscheidend sind vor allem das D:S-Verhältnis des Geräts, die Größe des Messobjekts, die benötigte Messfläche und die Bedingungen am Einsatzort.
Ist der Abstand zu groß, kann das Gerät neben der Strahlung des eigentlichen Messobjekts auch Infrarotstrahlung aus der Umgebung erfassen. Der angezeigte Wert bildet dann möglicherweise nicht mehr zuverlässig die tatsächliche Oberflächentemperatur des Zielobjekts ab. Bei der Auswahl eines Infrarotthermometers sollten deshalb neben Messbereich und Genauigkeit auch die optischen Eigenschaften berücksichtigt werden.
Das Wichtigste im Überblick
● Messabstand, Zielgröße und D:S-Verhältnis müssen gemeinsam betrachtet werden.
● Ein höheres D:S-Verhältnis führt bei gleichem Abstand in der Regel zu einem kleineren Messfleck und ist daher für größere Entfernungen oder kleinere Ziele vorteilhaft.
● Die wirksame Fläche des Messobjekts sollte größer sein als der Messfleck.
● Der Laser dient hauptsächlich der Zielerfassung und entspricht nicht dem tatsächlichen Infrarot-Messfleck.
● Ein möglichst geringer Abstand bedeutet nicht automatisch eine höhere Messgenauigkeit; optische Konstruktion und Einsatzbedingungen müssen ebenfalls berücksichtigt werden.
● Für kleine Bauteile, weit entfernte Anlagen oder Hochtemperaturanwendungen ist häufig ein höheres D:S-Verhältnis sinnvoll.
Was bedeutet der Messabstand bei einem Infrarotthermometer?
Der Messabstand bezeichnet die Entfernung zwischen der Infrarotoptik des Thermometers und der Oberfläche des Messobjekts.
Ein Infrarotthermometer erfasst keinen unendlich kleinen Punkt, sondern die Wärmestrahlung einer bestimmten Fläche. Mit zunehmender Entfernung vergrößert sich diese Messfläche in der Regel.
Das bedeutet:
● Bei geringerem Abstand ist die erfasste Fläche meist kleiner.
● Mit zunehmendem Abstand wird der Messfleck größer.
● Überschreitet der Messfleck die Zielgröße, können angrenzende Flächen das Messergebnis beeinflussen.
● Der angezeigte Wert kann dann die kombinierte Strahlung des Zielobjekts und seiner Umgebung widerspiegeln.
Entscheidend ist daher nicht nur, wie weit ein Infrarotthermometer theoretisch messen kann, sondern ob das Zielobjekt den Messfleck in der gewählten Entfernung vollständig abdeckt.
Warum bestimmt das D:S-Verhältnis den Messabstand?
D:S steht für Distance-to-Spot Ratio, also das Verhältnis zwischen Messabstand und Messfleckdurchmesser. Es beschreibt die optische Auflösung eines Infrarotthermometers.
Bei einem Gerät mit einem D:S-Verhältnis von 12:1 ergibt sich unter vereinfachten theoretischen Bedingungen beispielsweise:
● Bei etwa 120 mm Abstand beträgt der Messfleck ungefähr 10 mm.
● Bei etwa 600 mm Abstand beträgt der Messfleck ungefähr 50 mm.
● Bei etwa 1200 mm Abstand beträgt der Messfleck ungefähr 100 mm.
Vereinfacht gilt:
Messfleckdurchmesser ≈ Messabstand ÷ D:S-Verhältnis
Diese Berechnung dient vor allem dem grundlegenden Verständnis. Die tatsächliche Optik, der minimale Messfleck und das Fokusverhalten können je nach Gerät unterschiedlich sein. Für die praktische Anwendung sind deshalb die D:S-Grafik und die technischen Daten des jeweiligen Modells maßgeblich.
Wie wählt man das passende D:S-Verhältnis?
Ein höheres D:S-Verhältnis bedeutet nicht automatisch eine höhere Temperaturgenauigkeit. Es steht vielmehr für eine bessere räumliche Auflösung bei der Messung kleinerer Ziele aus größerer Entfernung.
Typische Einsatzbereiche:
● 10:1: Allgemeine Messungen aus kurzer Entfernung, HVAC-Anwendungen, Haushaltsgeräte und größere Oberflächen.
● 12:1: Industrielle Wartung, elektrische Prüfungen, Maschinen und allgemeine berührungslose Temperaturmessungen.
● 50:1: Industrielle Anwendungen, bei denen ein größerer Sicherheitsabstand zu einem vergleichsweise kleinen Messobjekt erforderlich ist.
● 80:1: Besonders geeignet für größere Messabstände, kleinere Ziele oder bestimmte Hochtemperaturanwendungen.
Bei großflächigen Messobjekten wie Wänden, Rohrleitungen oder Maschinengehäusen ist ein sehr hohes D:S-Verhältnis meist nicht erforderlich.
Müssen dagegen elektrische Anschlusspunkte, mechanische Bauteile, kleine Hotspots oder schwer zugängliche Anlagen aus größerer Entfernung gemessen werden, bietet ein höheres D:S-Verhältnis deutliche Vorteile.
Messabstand anhand der Zielgröße auswählen
Zunächst sollte bestimmt werden, wie groß die tatsächlich zu messende Fläche ist.
Soll beispielsweise ein Rohr mit einem Durchmesser von rund 30 mm gemessen werden, während der Messfleck am gewählten Standort bereits 50 mm beträgt, erfasst das Thermometer nicht nur die Rohrfläche, sondern möglicherweise auch die dahinterliegende Wand oder andere Bereiche.
Auch wenn der Laser exakt auf die Mitte des Rohres gerichtet ist, kann der Messwert dadurch beeinflusst werden.
Als Grundregel gilt daher:
Die wirksame Zieloberfläche sollte größer sein als der Messfleck.
In technischen Anwendungen ist es sinnvoll, zusätzliche Reserve einzuplanen, um Zielfehler und Einflüsse an den Randbereichen zu reduzieren. Häufig wird daher eine deutlich größere Zieloberfläche gewählt; in bestimmten Anwendungen kann eine Zielgröße von etwa dem Doppelten des Messfleckdurchmessers eine sinnvolle Reserve darstellen. Maßgeblich bleiben jedoch die optischen Daten des jeweiligen Geräts und die tatsächlichen Einsatzbedingungen.
Welche Auswirkungen hat ein zu großer Messabstand?
Bei einem zu großen Messabstand zeigt das Gerät in der Regel weiterhin einen Temperaturwert an. Dieser Wert kann jedoch das eigentliche Zielobjekt nicht mehr zuverlässig repräsentieren.
Mögliche Folgen:
● Der Messfleck wird größer als das Messobjekt.
● Umgebungsflächen gelangen in das Sichtfeld.
● Kleine heiße oder kalte Stellen werden mit der Umgebung gemittelt.
● Die räumliche Zuordnung bei elektrischen Anschlüssen, Rohrleitungen oder kleinen Bauteilen wird ungenauer.
● Über größere Entfernungen können Wasserdampf, Rauch, Staub und andere Einflüsse die Übertragung der Infrarotstrahlung zusätzlich beeinträchtigen.
Ist beispielsweise eine kleine elektrische Anschlussstelle deutlich wärmer als das umgebende Gehäuse, kann bei zu großer Entfernung auch ein Teil des kühleren Gehäuses in das Sichtfeld gelangen. Der angezeigte Wert kann dadurch unter der tatsächlichen Oberflächentemperatur der Anschlussstelle liegen.
Ist ein möglichst geringer Abstand immer besser?
Nein.
Wenn das Messobjekt den Messfleck vollständig abdeckt, kann ein geringerer Abstand zwar helfen, Störeinflüsse aus dem Hintergrund zu reduzieren. Daraus folgt jedoch nicht, dass „je näher, desto genauer“ grundsätzlich gilt.
Einige Infrarotthermometer verfügen über eine definierte Optik, einen minimalen Messfleck, einen Fokusbereich oder einen empfohlenen Arbeitsabstand. Ein zu geringer Abstand kann daher ebenfalls außerhalb der vorgesehenen Messbedingungen liegen.
Darüber hinaus muss bei folgenden Anwendungen ein ausreichender Sicherheitsabstand eingehalten werden:
● Öfen und andere Hochtemperaturanlagen.
● Heiße Rohrleitungen.
● Rotierende Maschinen.
● Unter Spannung stehende elektrische Anlagen.
● Bewegte Maschinenteile.
● Bereiche mit thermischen, mechanischen oder elektrischen Gefährdungen.
Der geeignete Abstand ist daher derjenige, der sowohl die Sicherheitsanforderungen erfüllt als auch sicherstellt, dass das Zielobjekt den Messfleck entsprechend dem D:S-Verhältnis vollständig abdeckt.
Entspricht der Laserpunkt dem tatsächlichen Messbereich?
Der Laser eines Infrarotthermometers dient hauptsächlich als Zielhilfe.
Er ist in der Regel nicht an der Temperaturberechnung beteiligt. Die Größe des Laserpunkts entspricht daher nicht der Größe des erfassten Infrarotbereichs.
Die tatsächliche Messfläche wird durch die Infrarotoptik und das D:S-Verhältnis bestimmt.
Selbst wenn der Laser genau auf ein kleines Ziel gerichtet ist, kann das Gerät deshalb Strahlung aus angrenzenden Bereichen erfassen, wenn der Infrarot-Messfleck größer als das Zielobjekt ist.
Je nach Modell kommen Einzel-Laser, Doppel-Laser oder andere Zielsysteme zum Einsatz. Die genaue Bedeutung der Laseranzeige sollte deshalb anhand der jeweiligen Produktdokumentation beurteilt werden.
Wie wählt man den Messabstand für verschiedene Anwendungen?
Bei großen Flächen wie Maschinengehäusen, Wänden oder Böden ist das Messobjekt normalerweise deutlich größer als der Messfleck. Der Abstand lässt sich deshalb relativ flexibel wählen, solange die spezifizierten Betriebsbedingungen eingehalten werden und der Messfleck vollständig auf dem Ziel liegt.
Bei kleineren Objekten wie Rohrleitungen, Motorlagerbereichen oder elektrischen Anschlüssen ist das D:S-Verhältnis wesentlich wichtiger. Bei zu großer Entfernung werden leicht angrenzende Strukturen mit erfasst. In diesem Fall sollte entweder näher gemessen oder ein Gerät mit höherem D:S-Verhältnis verwendet werden.
Bei Hochtemperaturanlagen, Öfen oder schwer zugänglichen Zielen sollte zunächst der erforderliche Sicherheitsabstand festgelegt werden. Anschließend lässt sich anhand der Zielgröße das erforderliche D:S-Verhältnis abschätzen. Für solche Anwendungen ist eine höhere optische Auflösung häufig vorteilhaft.
Sehr kleine elektronische Bauteile können selbst bei einem hohen D:S-Verhältnis durch den minimalen Messfleck eines Handgeräts begrenzt sein. Hier sollte daher insbesondere die minimale Messfleckgröße geprüft werden.
Wie wählt man ein Infrarotthermometer anhand des Arbeitsabstands aus?
Bei der Geräteauswahl sollte zunächst der typische Arbeitsabstand und anschließend die kleinste relevante Zielgröße bestimmt werden.
Soll beispielsweise eine Fläche mit etwa 50 mm Durchmesser aus 1 Meter Entfernung gemessen werden:
1000 ÷ 50 = 20
Unter vereinfachten geometrischen Bedingungen wäre somit mindestens ein D:S-Verhältnis von ungefähr 20:1 erforderlich, damit der theoretische Messfleck bei etwa 50 mm bleibt.
In der Praxis sollte der Messfleck jedoch nicht exakt der Zielgröße entsprechen. Handbewegungen, Messwinkel, Abstandsschwankungen und Randbereiche können zusätzliche Unsicherheiten verursachen.
Deshalb sollte eine Reserve eingeplant werden. Bei gleicher Messentfernung und Zielgröße ermöglicht ein höheres D:S-Verhältnis einen kleineren Messfleck und damit eine zuverlässigere Abdeckung durch das Zielobjekt.
Bei der Auswahl sollte deshalb zuerst festgelegt werden, aus welcher Entfernung welches kleinste Ziel gemessen werden muss. Anschließend lässt sich entscheiden, ob 10:1, 12:1, 50:1, 80:1 oder eine andere optische Auflösung erforderlich ist.
Welche weiteren technischen Daten sind wichtig?
Das D:S-Verhältnis beschreibt die Größe des Messbereichs in einer bestimmten Entfernung, bildet aber nicht die Gesamtleistung eines Infrarotthermometers ab.
Zusätzlich sollten berücksichtigt werden:
● Passender Temperaturmessbereich.
● Erforderliche Messgenauigkeit.
● Einstellbarer Emissionsgrad, sofern erforderlich.
● Reaktionszeit für schnell veränderliche Messobjekte.
● Geeigneter Spektralbereich für das zu messende Material.
● Zulässige Umgebungstemperatur des Geräts.
● Funktionen wie Hoch-/Niedrigalarm, Maximum, Minimum oder Data Hold.
Insbesondere bei Oberflächen mit niedrigem Emissionsgrad oder hoher Reflexion, beispielsweise bestimmten Metallen, können trotz korrekt gewähltem Messabstand erhebliche Abweichungen auftreten, wenn der Emissionsgrad nicht passend eingestellt ist.
Das D:S-Verhältnis sollte deshalb immer zusammen mit Emissionsgrad, Genauigkeit, Temperaturbereich und Einsatzbedingungen bewertet werden.
FAQ
Wie weit kann ein Infrarotthermometer maximal messen?
Eine sinnvolle maximale Entfernung lässt sich nicht allein in Metern angeben. Mit zunehmender Entfernung vergrößert sich der Messfleck. Der praktisch nutzbare Abstand hängt daher vom D:S-Verhältnis, der Zielgröße, den Umgebungsbedingungen und der Geräteoptik ab.
Ist ein höheres D:S-Verhältnis immer besser?
Nein. Ein höheres D:S-Verhältnis ist vor allem für kleine Ziele und größere Entfernungen vorteilhaft. Bei großen Zielen oder kurzen Messabständen ist eine sehr hohe optische Auflösung häufig nicht erforderlich.
Kann ein 12:1-Infrarotthermometer aus 1 Meter Entfernung messen?
Ja, sofern das Messobjekt ausreichend groß ist. Bei etwa einem Meter Entfernung beträgt der theoretische Messfleck bereits mehrere Zentimeter. Die wirksame Zieloberfläche sollte deshalb deutlich größer sein. Für genaue Angaben ist die D:S-Grafik des jeweiligen Modells maßgeblich.
Garantiert eine genaue Laserpositionierung einen korrekten Messwert?
Nein. Der Laser dient nur als Zielhilfe. Die tatsächliche Messfläche wird durch die Infrarotoptik bestimmt. Ist der Messfleck größer als das Ziel, können umliegende Flächen das Ergebnis beeinflussen.
Sollte man kleine Objekte aus geringerer Entfernung messen oder ein höheres D:S-Verhältnis wählen?
Beides kann sinnvoll sein. Wenn ein sicherer Zugang möglich ist, kann ein geringerer Abstand die Zielabdeckung verbessern. Muss ein größerer Abstand eingehalten werden, ist ein höheres D:S-Verhältnis vorzuziehen.
Beeinflusst der Messabstand die angegebene Genauigkeit?
Die spezifizierte Genauigkeit gilt üblicherweise unter festgelegten Prüfbedingungen. Der Abstand allein verändert die Genauigkeitsangabe nicht. Wird der Messfleck jedoch größer als das Ziel oder treten Umgebungs- und Übertragungseinflüsse auf, kann der tatsächliche Messfehler deutlich zunehmen.
Fazit
Die Wahl des richtigen Messabstands bedeutet vor allem, Messabstand, D:S-Verhältnis und Zielgröße aufeinander abzustimmen.
Für größere Messobjekte sind Geräte mit 10:1 oder 12:1 für zahlreiche allgemeine und industrielle Anwendungen geeignet. Müssen dagegen kleinere Ziele aus größerer Entfernung gemessen werden, können 50:1, 80:1 oder andere höhere D:S-Verhältnisse sinnvoll sein.
Das Zielobjekt sollte den Messfleck stets vollständig abdecken. Gleichzeitig ist zu beachten, dass der Laserpunkt nicht dem tatsächlichen Infrarot-Messbereich entspricht. Bei großen Entfernungen, hohen Temperaturen, kleinen Zielobjekten oder anspruchsvollen Industrieanwendungen sollten zunächst Arbeitsabstand und minimale Zielgröße festgelegt und anschließend D:S-Verhältnis, Temperaturbereich, Genauigkeit und Emissionsgrad gemeinsam bewertet werden.
Nur wenn der Messabstand zur optischen Auflösung des Geräts passt, kann ein Infrarotthermometer die Oberflächentemperatur zuverlässig und reproduzierbar erfassen.
