Einleitung

Bei der Verwendung eines Infrarot-Thermometers kann es vorkommen, dass die angezeigte Temperatur deutlich über oder unter dem erwarteten Wert liegt oder dass mehrere Messungen am selben Objekt unterschiedliche Ergebnisse liefern. Dies wird häufig vorschnell als Gerätefehler interpretiert.

Ein Infrarot-Thermometer ermittelt jedoch die Oberflächentemperatur berührungslos anhand der vom Messobjekt abgegebenen Infrarotstrahlung. Das Messergebnis kann daher unter anderem durch Oberflächeneigenschaften, Messabstand, Emissionsgrad, Umgebungsbedingungen und die Messtechnik beeinflusst werden.

Bei auffälligen Messwerten sollten deshalb zunächst die Messbedingungen überprüft werden, bevor ein Defekt des Geräts vermutet wird.

Das Wichtigste im Überblick

● Infrarot-Thermometer bestimmen die Oberflächentemperatur anhand der Wärmestrahlung des Messobjekts und nicht durch direkten Kontakt.
● Ein falsch eingestellter Emissionsgrad gehört zu den häufigsten Ursachen für Messabweichungen.
● Das Messobjekt muss den tatsächlichen Messfleck des Geräts vollständig abdecken.
● Glänzende Metalle, polierte Flächen und stark reflektierende Materialien sind schwieriger zuverlässig zu messen.
● Schnelle Änderungen der Umgebungstemperatur, Dampf, Staub, Glas und verschmutzte Optiken können das Messergebnis beeinflussen.
● Der Laser dient in erster Linie als Zielhilfe und stellt nicht den gesamten Messbereich dar.
● Bleibt nach Ausschluss von Anwendungs- und Umgebungsfaktoren eine deutliche Abweichung bestehen, sollte das Gerät geprüft oder kalibriert werden.

Falsch eingestellter Emissionsgrad

Infrarot-Thermometer berechnen die Temperatur anhand der von einer Oberfläche abgegebenen Infrarotstrahlung. Wie stark ein Material Wärmestrahlung emittiert, wird durch den Emissionsgrad beschrieben.

Viele nichtmetallische Materialien wie Holz, Gummi, Kunststoffe, lackierte Flächen, Beton und zahlreiche organische Materialien besitzen einen relativ hohen Emissionsgrad. Bei solchen Oberflächen liefern hohe Emissionsgradeinstellungen beziehungsweise Werte um 0,95 häufig stabile Messergebnisse.

Unbehandelte Metalle, poliertes Aluminium, Edelstahl und andere glänzende Metalloberflächen können dagegen einen deutlich niedrigeren Emissionsgrad besitzen. Weicht der eingestellte Emissionsgrad stark vom tatsächlichen Wert des Messobjekts ab, kann die berechnete Temperatur erheblich verfälscht werden.

● Bei Geräten mit einstellbarem Emissionsgrad sollte der Wert an das jeweilige Material angepasst werden.
● Ist der Emissionsgrad unbekannt, können geeignete Materialtabellen oder Vergleichsmessungen mit einer bekannten Temperatur herangezogen werden.
● Hochreflektierende Metalloberflächen sollten nicht automatisch mit denselben Einstellungen wie übliche nichtmetallische Oberflächen gemessen werden.

Zu großer Messabstand oder zu kleines Messobjekt

Ein Infrarot-Thermometer misst nicht nur den kleinen Punkt, den der Laser anzeigt. Es erfasst die mittlere Infrarotstrahlung aus einem bestimmten Messbereich.

Mit zunehmendem Abstand zwischen Thermometer und Messobjekt vergrößert sich in der Regel der Messfleck. Das Verhältnis zwischen Messabstand und Messfleckdurchmesser wird als D:S-Verhältnis bezeichnet.

Bei einem Gerät mit D:S = 12:1 entspricht beispielsweise ein Messabstand von etwa 1200 mm unter idealen Bedingungen einem theoretischen Messfleckdurchmesser von etwa 100 mm.

Ist das Messobjekt kleiner als der Messfleck, kann das Gerät zusätzlich Infrarotstrahlung aus dem Hintergrund oder von angrenzenden Flächen erfassen. Der angezeigte Wert entspricht dann möglicherweise nicht mehr der tatsächlichen Oberflächentemperatur des eigentlichen Messobjekts.

● Das Messobjekt sollte deutlich größer als der Messfleck sein.
● Bei kleinen Objekten sollte der Messabstand reduziert werden.
● Die Größe des Laserpunkts darf nicht mit der tatsächlichen Messfleckgröße gleichgesetzt werden.

Laserpunkt und tatsächlicher Messbereich werden verwechselt

Viele Infrarot-Thermometer verfügen über eine Laser-Zielhilfe. Dadurch entsteht leicht der Eindruck, dass ausschließlich die Stelle des Laserpunkts gemessen wird.

Tatsächlich dient der Laser lediglich zur Orientierung. Die Temperatur wird über den vom Infrarot-Optiksystem erfassten Messbereich bestimmt.

Selbst wenn der Laser genau auf die Mitte eines kleinen Messobjekts zeigt, kann der Hintergrund das Messergebnis beeinflussen, wenn der Infrarot-Messfleck größer als das Objekt ist.

Der Laser sollte deshalb immer in Verbindung mit dem D:S-Verhältnis und dem tatsächlichen Messabstand betrachtet werden.

Stark reflektierende Oberfläche

Glänzende Metalle, polierte Oberflächen und spiegelnde Materialien zählen zu den anspruchsvollsten Messobjekten bei der berührungslosen Infrarot-Temperaturmessung.

Solche Oberflächen besitzen häufig einen niedrigen Emissionsgrad und gleichzeitig ein hohes Reflexionsvermögen im Infrarotbereich. Die vom Gerät erfasste Strahlung kann deshalb nicht nur vom Messobjekt selbst stammen, sondern zusätzlich von Wärmequellen in der Umgebung reflektiert werden.

Wird beispielsweise eine glänzende Metallfläche in der Nähe heißer Maschinen gemessen, kann ein Teil der Strahlung dieser Maschinen von der Metalloberfläche reflektiert und vom Thermometer erfasst werden. Dadurch kann die angezeigte Temperatur zu hoch ausfallen.

Messungen an Oberflächen mit niedrigem Emissionsgrad oder hoher Reflexion erfordern daher besondere Sorgfalt und eine geeignete Messmethode.

Ungünstiger Messwinkel

Ein Infrarot-Thermometer sollte nach Möglichkeit möglichst senkrecht auf die Messfläche ausgerichtet werden.

Bei stark schrägem Messwinkel verändert sich der effektiv erfasste Bereich. Gleichzeitig kann der Einfluss von Reflexionen zunehmen.

Dies ist insbesondere bei kleinen Messobjekten oder glatten Metalloberflächen relevant.

● Das Thermometer möglichst direkt auf die Messfläche ausrichten.
● Bei kleinen Messbereichen starke Schrägwinkel vermeiden.
● Bei Vergleichsmessungen Abstand und Winkel möglichst konstant halten.

Schneller Wechsel der Umgebungstemperatur

Auch der Infrarotsensor und die Elektronik des Thermometers werden von der Umgebungstemperatur beeinflusst.

Wird das Gerät unmittelbar aus einer kalten Umgebung in einen warmen Raum gebracht oder umgekehrt, kann sich die Gerätetemperatur noch deutlich von der neuen Umgebungstemperatur unterscheiden. In dieser Phase sind vorübergehende Messabweichungen möglich.

Ein typisches Beispiel ist die Verwendung eines zuvor im Winter im Freien gelagerten Thermometers unmittelbar nach dem Betreten einer beheizten Produktionshalle.

Das Gerät sollte sich zunächst an die neue Umgebungstemperatur anpassen können. Die zulässigen Umgebungsbedingungen und Hinweise zur Akklimatisierung sind der Bedienungsanleitung des jeweiligen Modells zu entnehmen.

Verschmutzte Optik oder Sensoröffnung

Die optische Linse beziehungsweise das Infrarotfenster an der Vorderseite des Geräts ist der Eintrittsweg für die Wärmestrahlung.

Staub, Öl, Feuchtigkeit oder andere Verunreinigungen können die eintreffende Infrarotstrahlung abschwächen oder verändern und dadurch das Messergebnis verfälschen.

In industriellen Umgebungen ist dies eine häufige Ursache für auffällige Messwerte.

● Den optischen Bereich regelmäßig auf Verschmutzungen prüfen.
● Die Reinigung gemäß den Herstellerangaben durchführen.
● Keine Reinigungsverfahren verwenden, die die Optik verkratzen oder chemisch angreifen können.
● Sensorfenster und optische Flächen möglichst nicht direkt berühren.

Messung durch Glas oder transparente Materialien

Übliche Infrarot-Thermometer sind in der Regel nicht dafür geeignet, die tatsächliche Temperatur eines Objekts durch normales Glas hindurch zu messen.

Infrarot-Thermometer arbeiten in anderen Wellenlängenbereichen als das menschliche Auge. Ein Material, das im sichtbaren Licht transparent erscheint, muss für die vom Thermometer genutzte Infrarotstrahlung nicht transparent sein.

Wird auf ein Objekt hinter einer Glasscheibe gezielt, misst das Thermometer deshalb häufig überwiegend die Oberflächentemperatur der Glasscheibe.

Ein ähnlicher Effekt kann bei transparenten Kunststoffen, Schutzfenstern und anderen Materialien auftreten. Sichtbare Transparenz ist nicht automatisch mit Infrarot-Transparenz gleichzusetzen.

Dampf, Rauch oder Staub im Messweg

Für eine zuverlässige Messung muss die Infrarotstrahlung von der Zieloberfläche bis zum Sensor gelangen können.

Befinden sich große Mengen Dampf, Rauch, Staub oder andere Partikel zwischen Thermometer und Messobjekt, kann das Signal teilweise absorbiert, gestreut oder anderweitig beeinflusst werden. Dadurch können instabile oder falsche Messwerte entstehen.

Dies ist beispielsweise bei heißen Flüssigkeiten, in der Nähe von Dampfleitungen oder in staubintensiven Produktionsbereichen relevant.

Der optische Weg zwischen Thermometer und Messobjekt sollte deshalb möglichst frei sein.

Gemessen wird die Oberflächentemperatur

Ein Infrarot-Thermometer misst die Oberflächentemperatur eines Objekts.

Soll die Temperatur im Inneren eines Materials bestimmt werden, reicht ein gewöhnliches Infrarot-Thermometer in der Regel nicht aus.

Bei erwärmten Lebensmitteln, Flüssigkeitsbehältern, Rohrleitungen oder Maschinen kann sich die Oberflächentemperatur deutlich von der Temperatur im Inneren unterscheiden. Auch ein korrekt arbeitendes Infrarot-Thermometer liefert deshalb nicht zwangsläufig denselben Wert wie eine innere Temperaturmessung.

Vor der Bewertung eines vermeintlich falschen Messwerts sollte daher geprüft werden, ob tatsächlich dieselbe Messstelle und dieselbe Art von Temperatur miteinander verglichen werden.

Vergleich mit einem Kontaktthermometer unter unterschiedlichen Bedingungen

Zur Überprüfung eines Infrarot-Thermometers werden häufig Thermoelemente, Temperaturfühler oder andere kontaktierende Thermometer verwendet. Unterschiedliche Anzeigen bedeuten jedoch nicht automatisch, dass das Infrarot-Thermometer fehlerhaft ist.

Ein Kontaktfühler kann beispielsweise die Temperatur im Inneren eines Objekts oder eine lokale Kontakttemperatur nach thermischer Stabilisierung erfassen. Das Infrarot-Thermometer misst dagegen die mittlere Wärmestrahlung aus einem bestimmten Oberflächenbereich.

Für einen aussagekräftigen Vergleich sollten folgende Bedingungen eingehalten werden:

● Möglichst dieselbe Messstelle verwenden.
● Messungen zeitlich möglichst nah beieinander durchführen.
● Das Messobjekt sollte thermisch stabil sein.
● Den Emissionsgrad des Infrarot-Thermometers korrekt einstellen.
● Sicherstellen, dass der gesamte Messfleck innerhalb des Messobjekts liegt.
● Eine für die jeweilige Oberfläche geeignete Referenzmessmethode verwenden.

So lassen sich falsche Messwerte systematisch prüfen

Bei deutlich auffälligen Temperaturanzeigen empfiehlt sich eine schrittweise Überprüfung:

● Prüfen, ob das Messobjekt grundsätzlich für eine Infrarotmessung geeignet ist.
● Kontrollieren, ob der eingestellte Emissionsgrad zum Material passt.
● Messabstand verkürzen und sicherstellen, dass das Messobjekt größer als der Messfleck ist.
● Möglichst senkrecht auf die Oberfläche messen.
● Prüfen, ob es sich um eine glänzende oder stark reflektierende Oberfläche handelt.
● Sicherstellen, dass sich kein Glas, dichter Dampf, Rauch oder größere Staubmengen im Messweg befinden.
● Die optische Linse auf Staub, Öl oder Kondenswasser prüfen.
● Nach starken Temperaturwechseln das Gerät zunächst an die Umgebung akklimatisieren lassen.
● Eine Wiederholungsmessung an einer thermisch stabilen Oberfläche mit bekannten Eigenschaften durchführen.

Bleibt unter normalen Messbedingungen weiterhin eine deutliche Abweichung bestehen, sollte das Gerät genauer geprüft oder kalibriert werden.

Wann ein Gerätefehler möglich ist

Nicht jeder falsche Messwert ist auf die Anwendung zurückzuführen. Eine weitergehende Prüfung ist sinnvoll, wenn:

● Bei einem stabilen Messobjekt unter unveränderten Bedingungen ungewöhnlich starke Schwankungen auftreten.
● Gegenüber einem zuverlässigen Referenzgerät dauerhaft eine deutliche und reproduzierbare Abweichung besteht.
● Die Abweichung auch nach korrekter Einstellung des Emissionsgrads, Anpassung des Messabstands und Reinigung der Optik bestehen bleibt.
● Das Gerät nach einem Sturz, starken Stoß, übermäßiger Hitzeeinwirkung oder anderen ungewöhnlichen Belastungen auffällige Werte liefert.
● Fehlercodes, ungewöhnliche Warnmeldungen oder Hinweise auf Sensorprobleme angezeigt werden.

In diesen Fällen sollten die Hinweise in der Bedienungsanleitung beachtet und gegebenenfalls Kalibrierung oder Service durch qualifiziertes Personal durchgeführt werden. Interne Kalibrierparameter sollten nicht ohne geeignete Prüfmittel verändert werden.

FAQ

Warum zeigt mein Infrarot-Thermometer ständig zu niedrige Temperaturen an?
Häufige Ursachen sind ein falsch eingestellter Emissionsgrad, ein zu kleines Messobjekt, ein zu großer Messabstand, stark reflektierende Oberflächen oder eine verschmutzte Optik. Material und Messbedingungen sollten systematisch überprüft werden.

Warum unterscheiden sich mehrere Messungen an derselben Stelle?
Änderungen von Messabstand, Winkel oder Messbereich können die erfasste Wärmestrahlung verändern. Auch Temperaturschwankungen des Messobjekts, Reflexionen, Dampf und veränderte Umgebungsbedingungen können die Anzeige beeinflussen.

Warum ist der Messwert falsch, obwohl der Laser genau auf das Ziel zeigt?
Der Laser ist nur eine Zielhilfe und stellt nicht den vollständigen Messbereich dar. Ist das Objekt kleiner als der Infrarot-Messfleck, können umliegende Flächen das Messergebnis beeinflussen.

Kann ein Infrarot-Thermometer durch Glas messen?
Gewöhnliche Infrarot-Thermometer können die Temperatur eines Objekts hinter normalem Glas in der Regel nicht zuverlässig bestimmen. Meist wird überwiegend die Temperatur der Glasoberfläche erfasst.

Kann man glänzende Metalle mit einem Infrarot-Thermometer messen?
Eine Messung ist möglich, allerdings besitzen glänzende Metalle häufig einen niedrigen Emissionsgrad und ein hohes Reflexionsvermögen. Dadurch können größere Messabweichungen entstehen. Eine geeignete Einstellung und Messmethode ist erforderlich.

Muss ein Infrarot-Thermometer bei falschen Messwerten sofort kalibriert werden?
Nicht unbedingt. Zunächst sollten Emissionsgrad, Messabstand, Zielgröße, Oberflächeneigenschaften, Umgebungstemperatur und Zustand der Optik geprüft werden. Erst wenn anschließend weiterhin eine deutliche und reproduzierbare Abweichung besteht, sollte eine Kalibrierung oder Geräteprüfung in Betracht gezogen werden.

Fazit

Wenn ein Infrarot-Thermometer eine unerwartete Temperatur anzeigt, liegt nicht zwangsläufig ein Gerätefehler vor. Häufig entstehen Messabweichungen durch Emissionsgrad, Messabstand, Zielgröße, Reflexionen, Umgebungsänderungen oder die Messtechnik.

Für zuverlässige Ergebnisse sollte zunächst geprüft werden, ob das Messobjekt für eine berührungslose Infrarotmessung geeignet ist. Der Emissionsgrad muss zum Material passen, das Messobjekt sollte größer als der Messfleck sein und Messabstand sowie Messwinkel sollten möglichst konstant gehalten werden.

Bei Messungen durch Glas, an stark reflektierenden Metallen, in dampfhaltigen Umgebungen oder bei der Bestimmung von Innentemperaturen sind die technischen Grenzen der Infrarotmessung besonders zu beachten. Bleibt nach Ausschluss aller Anwendungs- und Umgebungsfaktoren eine deutliche Abweichung bestehen, sollte eine Kalibrierung, technische Prüfung oder Wartung des Geräts erfolgen.