Einleitung

Infrarot-Thermometer werden häufig bei Außeninspektionen, in der Gebäudediagnostik, bei HVAC-Anwendungen, elektrischen Prüfungen sowie bei der industriellen Instandhaltung eingesetzt. Daher stellt sich häufig die Frage, ob sie auch bei starkem Umgebungslicht oder direkter Sonneneinstrahlung zuverlässig funktionieren.

Grundsätzlich können Infrarot-Thermometer auch bei hellem Licht und Sonnenlicht eingesetzt werden. Sichtbares Licht ist bei den meisten handgehaltenen Infrarot-Thermometern nicht das eigentliche Messsignal. Helles Umgebungslicht führt daher normalerweise nicht dazu, dass die Temperaturmessung ausfällt.

Sonneneinstrahlung kann jedoch die Messbedingungen verändern. Sie kann die Oberfläche des Messobjekts erwärmen, Temperaturunterschiede erzeugen, den Einfluss reflektierter Wärmestrahlung erhöhen und die Sichtbarkeit des Ziellasers reduzieren.

Bei Außenmessungen sollte deshalb zwischen zwei Fragen unterschieden werden: Kann das Gerät messen, und entspricht der angezeigte Wert tatsächlich dem thermischen Zustand, der beurteilt werden soll?

Das Wichtigste auf einen Blick

● Die meisten handgehaltenen Infrarot-Thermometer können unter normalen Außenbedingungen und bei hellem Sonnenlicht verwendet werden.
● Sichtbares Licht ist normalerweise nicht das primäre Messsignal eines Infrarot-Thermometers.
● Direkte Sonneneinstrahlung kann die Oberfläche des Messobjekts erwärmen.
● Oberflächen mit niedrigem Emissionsgrad und hoher Reflexion reagieren besonders empfindlich auf reflektierte Umgebungsstrahlung.
● Starke Sonneneinstrahlung erschwert häufig die Sichtbarkeit des Ziellasers, verändert jedoch nicht automatisch die eigentliche Infrarotmessung.
● Bei Außenmessungen sind zusätzlich Messabstand, D:S-Verhältnis, Emissionsgrad, Messwinkel und zulässige Umgebungstemperatur des Geräts zu berücksichtigen.

Beeinflusst helles Licht ein Infrarot-Thermometer direkt?

Bei üblichen handgehaltenen berührungslosen Infrarot-Thermometern führt helles sichtbares Licht normalerweise nicht dazu, dass keine Temperaturmessung mehr möglich ist.

Das Gerät erfasst Infrarotstrahlung, die von der Oberfläche des Messobjekts ausgeht. Ein optisches System bündelt diese Strahlung auf einen Infrarotdetektor. Die Elektronik berechnet daraus den entsprechenden Temperaturwert.

Viele Geräte für allgemeine industrielle und technische Anwendungen arbeiten in einem definierten langwelligen Infrarotbereich und nicht im sichtbaren Spektrum.

Normale Bürobeleuchtung, Industriebeleuchtung oder Tageslicht wirken daher nicht wie eine Überbelichtung bei einer herkömmlichen Kamera.

Je nach Anwendung können Infrarot-Thermometer jedoch unterschiedliche Spektralbereiche nutzen. Kurzwellige Pyrometer für hohe Temperaturen können unter bestimmten optischen Bedingungen anders reagieren. Maßgeblich sind deshalb immer die technischen Daten und Einsatzgrenzen des jeweiligen Geräts.

Warum können sich Messwerte bei Sonneneinstrahlung trotzdem verändern?

Auch wenn Sonnenlicht den Infrarotdetektor nicht direkt stört, kann es den thermischen Zustand des Messobjekts deutlich verändern.

Der wichtigste Effekt ist die Erwärmung durch Solarstrahlung. Beispielsweise kann eine Seite eines Metallgehäuses direkt von der Sonne bestrahlt werden, während die andere Seite im Schatten liegt. Dadurch können sich deutlich unterschiedliche Oberflächentemperaturen einstellen.

Unterschiedliche Messwerte bedeuten in diesem Fall nicht automatisch, dass das Infrarot-Thermometer ungenau arbeitet. Die gemessenen Oberflächen können tatsächlich unterschiedlich warm sein.

Dieser Effekt tritt häufig an Gebäudefassaden, Dächern, Fahrzeugen, Außenrohrleitungen, Schaltschränken und Maschinengehäusen auf.

Soll die betriebsbedingte Eigenerwärmung eines Geräts beurteilt werden, muss die zusätzliche Erwärmung durch Sonneneinstrahlung berücksichtigt werden. Andernfalls könnte eine solar bedingte Temperaturerhöhung fälschlicherweise als thermische Fehlfunktion interpretiert werden.

Warum sind reflektierende Metalloberflächen besonders kritisch?

Edelstahl, Aluminium, Kupfer, verzinkte Metalle und polierte Oberflächen besitzen häufig einen relativ niedrigen Emissionsgrad und eine hohe Reflexionsfähigkeit.

Das Infrarot-Thermometer empfängt daher nicht ausschließlich die vom Objekt selbst emittierte Strahlung. Bei niedrigem Emissionsgrad kann ein größerer Anteil der Infrarotstrahlung aus der Umgebung von der Oberfläche reflektiert und zum Messgerät zurückgeworfen werden.

Im Außenbereich können Himmel, Gebäude, Maschinen, Personen sowie andere warme oder kalte Objekte Teil dieses Strahlungshintergrunds sein.

Dadurch können Messwerte bei reflektierenden Oberflächen zu hoch oder zu niedrig erscheinen oder sich mit dem Messwinkel verändern, obwohl das Gerät technisch einwandfrei arbeitet.

● Spiegelnde oder stark polierte Bereiche möglichst vermeiden.
● Wenn möglich oxidierte, lackierte oder anderweitig höher emittierende Bereiche wählen.
● Für höhere Messsicherheit kann ein temperaturgeeignetes Band mit hohem Emissionsgrad, eine geeignete Beschichtung oder eine validierte Oberflächenbehandlung als Referenzfläche verwendet werden.
● Ein unbekannter Reflexionseinfluss sollte nicht allein durch wiederholtes Verändern des Emissionsgrades kompensiert werden.

Warum ist der Laserpunkt bei Sonnenlicht schwer zu erkennen?

Dies ist eine der häufigsten praktischen Einschränkungen bei Außenmessungen.

Viele Infrarot-Thermometer verwenden einen roten Laser zur Orientierung. In Innenräumen ist dieser Punkt meist gut sichtbar. Bei intensiver Sonneneinstrahlung sinkt jedoch der visuelle Kontrast zwischen Laserpunkt und Oberfläche deutlich.

Dabei handelt es sich hauptsächlich um ein Problem der Zielerkennung, nicht um einen Ausfall der Temperaturmessung.

Außerdem entspricht der Laserpunkt normalerweise nicht der vollständigen Messfläche.

Die tatsächliche Messfleckgröße wird durch das optische System, den Messabstand und das D:S-Verhältnis bestimmt.

Mit zunehmendem Abstand wird der Messfleck in der Regel größer. Selbst wenn der Laser genau auf das Ziel zeigt, können umliegende Bereiche in die Messung einfließen, wenn das Ziel kleiner als der tatsächliche Messfleck ist.

Ist eine bei direkter Sonneneinstrahlung gemessene Temperatur korrekt?

Das hängt davon ab, welcher thermische Zustand beurteilt werden soll.

War ein Objekt längere Zeit der Sonne ausgesetzt, ist die Solarstrahlung Teil seines aktuellen Wärmehaushalts. Das Infrarot-Thermometer kann dann die tatsächlich vorhandene Oberflächentemperatur korrekt erfassen.

Soll jedoch die Temperatur ohne den zusätzlichen Einfluss der Sonneneinstrahlung beurteilt werden, wird direkte Sonne zu einem zusätzlichen Einflussfaktor.

Typische Beispiele sind:

● Beurteilung ungewöhnlicher Erwärmung elektrischer Betriebsmittel.
● Vergleich der Betriebstemperatur zweier Maschinen.
● Untersuchung des thermischen Zustands von Baustoffen.
● Bewertung von Oberflächentemperaturen an Rohrleitungen.

Für solche Anwendungen sollten möglichst vergleichbare Licht- und Umgebungsbedingungen verwendet oder schattige Messstellen gewählt werden.

Wird ein zuvor sonnenbeschienenes Objekt kurzfristig abgeschattet, entspricht seine Temperatur nicht sofort dem Zustand ohne Sonneneinstrahlung. Die zuvor aufgenommene Wärme bleibt zunächst im Material gespeichert.

Wie lässt sich die Messzuverlässigkeit im Freien verbessern?

Für zuverlässige Außenmessungen sollten Umgebungsbedingungen, Messoberfläche und Geräteeinstellungen gemeinsam betrachtet werden.

● Prüfen, ob das Messobjekt direkt von der Sonne bestrahlt wird und ob diese Erwärmung für die Messaufgabe relevant ist.
● Vergleichsmessungen möglichst unter ähnlichen Licht-, Umgebungs- und Messbedingungen durchführen.
● Bei Metallen und anderen niedrig emittierenden Oberflächen besonders auf Emissionsgrad und reflektierte Hintergrundstrahlung achten.
● Möglichst annähernd senkrecht zur Oberfläche messen und sehr flache Messwinkel vermeiden.
● D:S-Verhältnis und Messabstand so wählen, dass das Ziel den gesamten Messfleck sicher abdeckt.
● Bei schwer sichtbarem Laserpunkt kann ein kürzerer Messabstand die Zielerfassung erleichtern und gleichzeitig den Messfleck verkleinern.
● Sicherstellen, dass das Gerät innerhalb seines spezifizierten Umgebungstemperaturbereichs betrieben wird.
● Das Gerät nicht über längere Zeit in direkter Sonne oder in stark aufgeheizten Fahrzeugen lagern.
● Bei Trend- und Vergleichsmessungen Messabstand, Winkel, Messposition, Emissionsgradeinstellung und Umgebungsbedingungen möglichst konstant halten.

Kann direkte Sonneneinstrahlung auf das Gerät selbst die Messung beeinflussen?

Ja.

Ein Infrarot-Thermometer im Freien zu verwenden und das Gerät selbst über längere Zeit direkter Sonne auszusetzen, sind zwei unterschiedliche Situationen.

Im Gerät befinden sich Infrarotdetektor, Temperaturkompensation und weitere elektronische Komponenten. Diese sind für einen definierten Umgebungstemperaturbereich ausgelegt.

Wird das Messgerät längere Zeit starker Sonneneinstrahlung oder hohen Temperaturen ausgesetzt, kann seine interne Temperatur deutlich ansteigen. Dadurch kann die Messstabilität beeinträchtigt oder der zulässige Betriebsbereich überschritten werden.

Wurde das Gerät zuvor aus einer deutlich kälteren oder wärmeren Umgebung gebracht, sollte vor besonders anspruchsvollen Messungen außerdem eine ausreichende Akklimatisierungszeit eingeplant werden.

Führt helles Licht grundsätzlich zu einem zu hohen Messwert?

Nein.

Wenn die Sonneneinstrahlung die Oberfläche tatsächlich erwärmt hat, kann ein höherer Messwert vollständig korrekt sein.

Bei niedrig emittierenden, reflektierenden Oberflächen kann reflektierte Umgebungsstrahlung den Messwert sowohl nach oben als auch nach unten beeinflussen.

Entscheidend sind unter anderem Objekttemperatur, reflektierte Umgebungstemperatur, Oberflächenzustand, Messwinkel und Geräteeinstellung.

Bei veränderten Messwerten unter Sonneneinstrahlung sollten deshalb folgende Punkte geprüft werden:

● Wurde die Oberfläche tatsächlich durch die Sonne erwärmt?
● Besitzt das Material einen niedrigen Emissionsgrad?
● Hat sich der Messwinkel verändert?
● Deckt das Ziel den gesamten Messfleck ab?
● Besteht zwischen sonnigen und schattigen Bereichen tatsächlich ein Temperaturunterschied?

Erst danach lässt sich beurteilen, ob die Änderung durch einen realen Temperaturunterschied oder durch veränderte Messbedingungen verursacht wird.

FAQ

Kann ein Infrarot-Thermometer im Freien bei direkter Sonne eingesetzt werden?

Ja. Die meisten handgehaltenen Geräte können unter normalen Außenbedingungen verwendet werden. Solarerwärmung, reflektierte Strahlung, Sichtbarkeit des Lasers und Gerätetemperatur müssen jedoch berücksichtigt werden.

Stört Sonnenlicht den Infrarotsensor direkt?

Bei üblichen langwelligen Handgeräten ist sichtbares Sonnenlicht normalerweise nicht das eigentliche Messsignal. Wesentlicher sind indirekte Effekte wie die Erwärmung des Messobjekts und veränderte Reflexionsbedingungen.

Warum ist der Laserpunkt in der Sonne kaum sichtbar?

Die hohe Umgebungshelligkeit verringert den visuellen Kontrast des roten Laserpunktes. Die Temperaturmessung selbst funktioniert deshalb nicht automatisch schlechter, die Zielerfassung kann jedoch schwieriger werden.

Warum unterscheiden sich Temperaturen in Sonne und Schatten deutlich?

Solarstrahlung führt der Oberfläche Energie zu. Sonnenbeschienene Bereiche können deshalb tatsächlich deutlich wärmer als schattige Bereiche sein.

Sind Metallmessungen bei Sonnenlicht schwieriger?

Ja. Polierter Edelstahl, Aluminium, Kupfer und andere niedrig emittierende Oberflächen reagieren stärker auf reflektierte Wärmestrahlung aus der Umgebung.

Sollte im Freien aus kürzerer Entfernung gemessen werden?

Ein geringerer Abstand kann bei schlechter Sichtbarkeit des Lasers hilfreich sein und verkleinert gleichzeitig den Messfleck. Das D:S-Verhältnis des Geräts bleibt jedoch maßgeblich.

Fazit

Infrarot-Thermometer können grundsätzlich auch bei starkem Umgebungslicht und direkter Sonneneinstrahlung eingesetzt werden. Sichtbares Licht allein verhindert die Infrarotmessung normalerweise nicht.

Entscheidend ist vielmehr, wie die Sonne die Messbedingungen verändert.

Solarstrahlung kann die Zieloberfläche erwärmen, niedrig emittierende Materialien können Umgebungsstrahlung reflektieren, der Ziellaser kann schlechter sichtbar werden und das Messgerät selbst kann sich bei längerer Sonneneinstrahlung stark erwärmen.

Für zuverlässige Außenmessungen sollten deshalb insbesondere Solarerwärmung, Emissionsgrad, reflektierte Hintergrundstrahlung, Messabstand, Messfleckgröße, Messwinkel und zulässige Betriebstemperatur des Geräts berücksichtigt werden.

Bei kontrollierten Messbedingungen sind zuverlässige Infrarot-Temperaturmessungen auch bei hellem Außenlicht möglich.