Einleitung

Viele Anwender stellen fest, dass Infrarot-Thermometer auf schwarzen Oberflächen häufig besonders stabile Messwerte anzeigen. Daraus entsteht leicht der Eindruck, schwarze Objekte ließen sich grundsätzlich am genauesten messen.

Diese Annahme ist jedoch nur teilweise richtig. Ein Infrarot-Thermometer bewertet nicht die sichtbare Farbe einer Oberfläche, sondern die von ihr abgegebene Infrarotstrahlung und insbesondere ihren Emissionsgrad.

Viele schwarze, matte und nichtmetallische Materialien besitzen einen relativ hohen Emissionsgrad und eignen sich daher gut für die berührungslose Temperaturmessung. Schwarze Metalle, glänzende Beschichtungen oder spezielle Oberflächen können im Infrarotbereich jedoch völlig andere Eigenschaften aufweisen.

Entscheidend sind daher Material, Oberflächenzustand und Emissionsgrad – nicht allein die sichtbare Farbe.

Das Wichtigste in Kürze

● Schwarze Oberflächen sind häufig gut für Infrarotmessungen geeignet, besitzen jedoch nicht automatisch denselben Emissionsgrad.
● Ein Infrarot-Thermometer erfasst Wärmestrahlung und nicht die sichtbare Farbe.
● Schwarze, raue, matte und nichtmetallische Oberflächen weisen häufig einen hohen Emissionsgrad auf und ermöglichen stabile Messwerte.
● Schwarze Metalle, glänzende Oberflächen, Spezialbeschichtungen und reflektierende Materialien können weiterhin erhebliche Messabweichungen verursachen.
● Eine korrekte Emissionsgradeinstellung, ein geeigneter Messabstand und eine ausreichend große Messfläche sind für zuverlässige Ergebnisse entscheidend.

Warum lassen sich schwarze Oberflächen häufig leichter messen?

Ein Infrarot-Thermometer erfasst die von einer Oberfläche ausgesandte Infrarotstrahlung und berechnet daraus deren Oberflächentemperatur.

Bei ansonsten gleichen Bedingungen gibt eine Oberfläche mit hohem Emissionsgrad einen größeren Anteil ihrer eigenen Wärmestrahlung ab. Gleichzeitig ist der Einfluss reflektierter Infrarotstrahlung aus der Umgebung häufig geringer. Dadurch erhält das Messgerät ein repräsentativeres Temperatursignal.

Viele schwarze Kunststoffe, Gummimaterialien, Lackoberflächen, Textilien und oxidierte Materialien besitzen einen vergleichsweise hohen Emissionsgrad. Deshalb lassen sich matte schwarze Oberflächen in der Praxis häufig zuverlässiger messen als polierte Metalloberflächen.

Entscheidend ist jedoch die infrarote Strahlungseigenschaft der Oberfläche und nicht ihre sichtbare Farbe.

Bedeutet Schwarz automatisch einen hohen Emissionsgrad?

Nein.

Die sichtbare Farbe wird durch das Verhalten eines Materials im sichtbaren Spektralbereich bestimmt. Infrarot-Thermometer arbeiten dagegen in einem anderen Wellenlängenbereich.

Eine Oberfläche, die für das menschliche Auge schwarz erscheint, muss daher im Infrarotbereich nicht zwangsläufig einen hohen Emissionsgrad besitzen.

● Matte schwarze Lacke weisen in der Regel einen relativ hohen Emissionsgrad auf.
● Schwarzer Gummi und viele Kunststoffe besitzen ebenfalls häufig hohe Emissionsgrade.
● Schwarz eloxierte Metalle können günstige Infraroteigenschaften besitzen, der genaue Wert hängt jedoch vom jeweiligen Oberflächenverfahren ab.
● Glänzende schwarze Metalle oder spezielle Beschichtungen können deutlich andere Emissionsgrade als matte schwarze Oberflächen aufweisen.
● Zwei optisch gleich schwarze Materialien können aufgrund unterschiedlicher Werkstoffe oder Oberflächenbehandlungen sehr unterschiedliche Emissionsgrade besitzen.

Der Emissionsgrad sollte deshalb nicht allein anhand der sichtbaren Farbe festgelegt werden.

Warum kann die Messung eines schwarzen Objekts trotzdem ungenau sein?

Auch bei schwarzen Oberflächen können verschiedene Faktoren Messabweichungen verursachen.

● Falscher Emissionsgrad: Weicht der eingestellte Wert deutlich vom tatsächlichen Emissionsgrad der Oberfläche ab, kann das berechnete Temperaturergebnis fehlerhaft sein.
● Glänzende Oberfläche: Auch schwarze Hochglanzoberflächen können Infrarotstrahlung aus der Umgebung reflektieren.
● Zu großer Messabstand: Ist der Messfleck größer als das Zielobjekt, wird zusätzlich Strahlung aus der Umgebung erfasst.
● Öl, Feuchtigkeit, Staub oder Verschmutzungen: Gemessen wird immer die äußerste Oberfläche. Ablagerungen können daher das Ergebnis verändern.
● Zu großer Messwinkel: Starke Schrägmessungen können Reflexionen verstärken und den effektiven Messbereich vergrößern.
● Starke Änderungen der Umgebungstemperatur: Nach einem Wechsel zwischen sehr unterschiedlichen Umgebungstemperaturen sollte sich das Gerät zunächst thermisch stabilisieren.
● Schnelle Temperaturänderungen des Messobjekts: Bei laufender Erwärmung oder Abkühlung sind unterschiedliche Messwerte zu verschiedenen Zeitpunkten normal.

Auch bei schwarzen Oberflächen müssen daher die grundlegenden Bedingungen der Infrarotmessung eingehalten werden.

Welchen Einfluss hat der Emissionsgrad?

Der Emissionsgrad beschreibt, wie effektiv eine reale Oberfläche Infrarotstrahlung im Vergleich zu einem idealen schwarzen Strahler abgibt. Theoretisch liegt sein Wert zwischen 0 und 1.

Ein idealer schwarzer Strahler besitzt einen Emissionsgrad von 1. Reale Materialien liegen darunter.

Viele schwarze, nichtmetallische Oberflächen haben einen relativ hohen Emissionsgrad. Deshalb sind zahlreiche Infrarot-Thermometer werkseitig auf etwa 0,95 eingestellt. Dieser Wert eignet sich für viele Lacke, Kunststoffe, Gummi, Holz, Papier und organische Materialien, gilt jedoch nicht universell.

Bei Geräten mit einstellbarem Emissionsgrad sollte der Wert bei höheren Genauigkeitsanforderungen möglichst an Material und Oberflächenzustand angepasst werden.

Ist der Emissionsgrad unbekannt, können zuverlässige Materialtabellen verwendet oder Vergleichsmessungen mit einer bekannten Referenztemperatur durchgeführt werden.

Lässt sich schwarzes Metall direkt messen?

Das hängt vom Oberflächenzustand ab.

Blankes, poliertes oder stark reflektierendes Metall gehört zu den anspruchsvollsten Messobjekten für Infrarot-Thermometer. Der Emissionsgrad kann niedrig sein, während gleichzeitig Infrarotstrahlung aus der Umgebung stark reflektiert wird.

Ist die Metalloberfläche mit einer mattschwarzen Beschichtung versehen, verbessern sich die Messbedingungen in der Regel deutlich, da das Gerät die Strahlung der äußeren Beschichtung erfasst.

Eine dunkle oder schwarze Metalloberfläche darf jedoch nicht automatisch mit einem Emissionsgrad von 0,95 angesetzt werden.

Bei präziseren Metallmessungen sollten der tatsächliche Oberflächenemissionsgrad sowie mögliche Reflexionen benachbarter Wärmequellen berücksichtigt werden.

Wie lässt sich die Messgenauigkeit verbessern?

Für stabile und reproduzierbare Messungen schwarzer Oberflächen sind folgende Maßnahmen empfehlenswert:

● Emissionsgrad entsprechend Material und Oberflächenzustand einstellen.
● Möglichst eine saubere, ebene und wenig reflektierende Messstelle wählen.
● Sicherstellen, dass das Messobjekt größer als der Messfleck ist.
● Den Messabstand entsprechend dem D:S-Verhältnis des Geräts wählen.
● Möglichst senkrecht zur Oberfläche messen und starke Schrägwinkel vermeiden.
● Reflexionen durch Sonnenlicht, heiße Maschinen oder andere Wärmequellen minimieren.
● Nach starken Änderungen der Umgebungstemperatur eine ausreichende Stabilisierungszeit einplanen.
● Bei höheren Genauigkeitsanforderungen mit einem Kontakttemperaturfühler oder einer bekannten Temperaturreferenz vergleichen.

Diese Maßnahmen gelten grundsätzlich auch für andere Infrarot-Temperaturmessungen.

Sind schwarze Oberflächen genauer messbar als weiße?

Nicht grundsätzlich.

Mattschwarzer und mattweißer Kunststoff können beispielsweise beide einen hohen und ähnlichen Emissionsgrad besitzen. Obwohl sie im sichtbaren Bereich unterschiedlich aussehen, können beide stabile Infrarot-Messwerte liefern.

Eine glänzend schwarze Metalloberfläche kann dagegen schwieriger zu messen sein als eine matte weiße nichtmetallische Oberfläche.

Bei der Infrarot-Thermometrie sind Materialeigenschaften und Emissionsgrad in der Regel wichtiger als die sichtbare Farbe.

FAQ

Sind schwarze Objekte die genauesten Messziele für Infrarot-Thermometer?
Nicht grundsätzlich. Viele matte schwarze, nichtmetallische Materialien besitzen einen hohen Emissionsgrad und lassen sich gut messen. Andere schwarze Materialien können jedoch deutlich abweichende Eigenschaften haben.

Muss der Emissionsgrad bei schwarzem Kunststoff angepasst werden?
Viele schwarze Kunststoffe besitzen einen hohen Emissionsgrad. Eine Einstellung um 0,95 kann häufig stabile Ergebnisse liefern. Für höhere Genauigkeit sollte jedoch der konkrete Werkstoff berücksichtigt werden.

Kann schwarzes Metall mit einem Emissionsgrad von 0,95 gemessen werden?
Nicht pauschal. Der Emissionsgrad von Metallen hängt stark von Oxidation, Rauheit, Beschichtung und Oberflächenbehandlung ab.

Warum erhalte ich am selben schwarzen Objekt unterschiedliche Messwerte?
Mögliche Ursachen sind unterschiedliche Messabstände, Messstellen, Oberflächentemperaturen, Messwinkel, Reflexionen, Gerätestabilisierung oder tatsächliche Temperaturänderungen.

Eignet sich schwarzer Lack für Infrarotmessungen?
Mattschwarze Lacke besitzen häufig einen hohen Emissionsgrad und sind in der Regel gut geeignet. Glänzende oder spezielle Beschichtungen können jedoch abweichende Eigenschaften aufweisen.

Kann eine schwarze Beschichtung die Messgenauigkeit verbessern?
Bei bestimmten professionellen Anwendungen kann eine bekannte, hoch emittierende matte Beschichtung die Messbedingungen auf niedrig emittierenden Oberflächen verbessern. Die Beschichtung muss dieselbe Temperatur wie die darunterliegende Oberfläche erreichen.

Fazit

Infrarot-Thermometer liefern auf schwarzen Oberflächen häufig stabile Ergebnisse, insbesondere bei schwarzen, rauen, matten und nichtmetallischen Materialien mit hohem Emissionsgrad.

Schwarz bedeutet jedoch nicht automatisch hoher Emissionsgrad und garantiert keine genaue Messung. Entscheidend sind Material, Oberflächenbeschaffenheit, Emissionsgrad, Messabstand, Messfleckgröße, Messwinkel und Umgebungsbedingungen.

Bei höheren Genauigkeitsanforderungen sollte der Emissionsgrad überprüft und das Gerät entsprechend seinen optischen Spezifikationen eingesetzt werden.