Einleitung
Bei der Arbeit mit einem Infrarotthermometer stellt sich häufig die Frage, ob sich die Temperatur eines Objekts durch Glas oder transparenten Kunststoff hindurch messen lässt.
Grundsätzlich gilt: Transparenz im sichtbaren Bereich bedeutet nicht automatisch Transparenz im Infrarotbereich.
Ein Infrarotthermometer bestimmt die Temperatur nicht dadurch, dass es ein Objekt optisch „sieht“. Es erfasst die von der Zieloberfläche abgegebene Infrarotstrahlung.
Ein Material, das für das menschliche Auge durchsichtig ist, kann für den vom Messgerät verwendeten Infrarot-Wellenlängenbereich teilweise oder vollständig undurchlässig sein.
Bei Messungen an Glas, transparenten Kunststoffen, Folien oder Behältern müssen deshalb insbesondere Transmission, Emissionsgrad und Reflexion berücksichtigt werden.
Das Wichtigste auf einen Blick
● Infrarotthermometer erfassen Infrarotstrahlung und nicht sichtbares Licht.
● Ein im sichtbaren Bereich transparentes Material muss im Infrarotbereich nicht transparent sein.
● Übliche Hand-Infrarotthermometer können in der Regel nicht durch normales Glas hindurch messen.
● Bei transparenten Kunststoffen hängt das Messergebnis von Material, Dicke und Infrarot-Transmission ab.
● Soll ein Objekt hinter einer transparenten Barriere gemessen werden, kann ein anderes Messverfahren erforderlich sein.
Warum bedeutet sichtbare Transparenz nicht Infrarot-Transparenz?
Das menschliche Auge nimmt nur den sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums wahr. Infrarotthermometer arbeiten dagegen mit deutlich längeren Wellenlängen.
Viele industrielle Handgeräte arbeiten beispielsweise ungefähr im langwelligen Infrarotbereich von 8–14 μm. Normales Glas ist in diesem Spektralbereich üblicherweise nicht in gleicher Weise transparent wie für sichtbares Licht.
Auch wenn ein Bediener ein Bauteil hinter einer Glasscheibe deutlich erkennen kann, erfasst das Infrarotthermometer deshalb häufig überwiegend die vom Glas selbst abgegebene Infrarotstrahlung.
Praktisch bedeutet das:
● Das Auge sieht das Objekt hinter dem Glas.
● Das Infrarotthermometer misst möglicherweise die Glasoberfläche.
Dieser Unterschied ist bei der Temperaturmessung transparenter Materialien besonders wichtig.
Kann ein Infrarotthermometer Glas messen?
Ja. Die Oberflächentemperatur von Glas kann grundsätzlich mit einem Infrarotthermometer gemessen werden. Die Temperatur eines Objekts hinter normalem Glas lässt sich dagegen in der Regel nicht direkt bestimmen.
Wird beispielsweise durch ein Fenster auf ein Objekt im Freien gemessen, entspricht der angezeigte Wert normalerweise eher der Oberflächentemperatur der Fensterscheibe als der Temperatur des Objekts außerhalb.
Dasselbe gilt für Maschinen mit Sichtfenstern. Eine durch gewöhnliches Glas aufgenommene Temperaturmessung sollte nicht automatisch als Temperatur eines innenliegenden Bauteils interpretiert werden.
Soll ein Ziel hinter dem Glas gemessen werden, sollte nach Möglichkeit eine direkte Sichtverbindung ohne Glas verwendet oder ein anderes geeignetes Temperaturmessverfahren gewählt werden.
Kann transparenter Kunststoff gemessen werden?
Bei transparenten Kunststoffen ist die Situation komplexer, da sich deren Infraroteigenschaften stark unterscheiden können.
Die Transmission im Infrarotbereich hängt unter anderem ab von:
● Materialzusammensetzung.
● Materialstärke.
● Oberflächenbehandlung.
● Farbe und Additiven.
● Wellenlängenbereich des Messgeräts.
Eine dickere transparente Kunststoffplatte verhält sich häufig wie eine eigene Infrarotoberfläche. Das Messgerät erfasst dann überwiegend deren Oberflächentemperatur.
Einige dünne Kunststofffolien können dagegen einen Teil der Infrarotstrahlung eines dahinterliegenden Objekts durchlassen. Das Gerät empfängt dann möglicherweise gleichzeitig Strahlung von der Folie und vom Hintergrund. Dadurch können verfälschte oder instabile Messwerte entstehen.
Wenn die spektralen Eigenschaften des Kunststoffs nicht bekannt sind, sollte eine Messung durch das Material hindurch nicht als zuverlässig angesehen werden.
Kann die Temperatur einer Flüssigkeit durch einen transparenten Behälter gemessen werden?
Im Allgemeinen sollte der Messwert nicht direkt als tatsächliche Temperatur der Flüssigkeit interpretiert werden.
Wird beispielsweise heißes Wasser in einem Glasgefäß oder einer transparenten Kunststoffflasche gemessen, erfasst das Infrarotthermometer in erster Linie die äußere Oberfläche des Behälters.
Wenn Behälterwand und Flüssigkeit einen stabilen thermischen Gleichgewichtszustand erreicht haben, kann die Oberflächentemperatur der Flüssigkeitstemperatur relativ nahekommen und als Orientierungswert dienen.
Größere Abweichungen sind jedoch möglich, wenn:
● sich die Flüssigkeitstemperatur schnell verändert;
● die Behälterwand relativ dick ist;
● das Material eine geringe Wärmeleitfähigkeit besitzt;
● die Außenfläche einer deutlich anderen Umgebungstemperatur ausgesetzt ist.
Für eine genaue Messung der Temperatur im Inneren einer Flüssigkeit sind Thermoelemente, Temperaturfühler oder andere geeignete Kontaktfühler besser geeignet.
Warum können transparente Materialien Messfehler verursachen?
Bei transparenten Materialien spielen drei Effekte eine besondere Rolle.
● Transmission: Ein Teil der Infrarotstrahlung eines dahinterliegenden Objekts kann das Material durchdringen.
● Reflexion: Die Oberfläche kann Infrarotstrahlung von Maschinen, Wänden, Heizquellen oder anderen warmen Objekten reflektieren.
● Eigenemission: Das Material selbst sendet abhängig von seiner Temperatur und seinem Emissionsgrad Infrarotstrahlung aus.
Das Infrarotthermometer kann eine Kombination dieser Strahlungsanteile erfassen. Der angezeigte Messwert entspricht deshalb nicht zwangsläufig der tatsächlichen Oberflächentemperatur eines einzelnen Objekts.
Für zuverlässige Infrarotmessungen müssen daher neben Messabstand und Messfleck auch Emissionsgrad, Transmission und Reflexion berücksichtigt werden.
Wie misst man transparente Materialien korrekt?
Soll die Oberflächentemperatur des transparenten Materials selbst gemessen werden, können die üblichen Regeln der Infrarotmessung angewendet werden.
● Die Messfläche sollte größer als der tatsächliche Messfleck des Geräts sein.
● Bei Geräten mit einstellbarem Emissionsgrad sollte ein geeigneter Wert eingestellt werden.
● Starke Reflexionen durch Sonnenlicht, Heizquellen oder heiße Maschinen sollten vermieden werden.
● Bei Glas ist davon auszugehen, dass das Gerät normalerweise die Glasoberfläche und nicht das Objekt dahinter misst.
● Falls möglich, kann eine Fläche mit bekanntem hohem Emissionsgrad, beispielsweise geeignetes Messband, aufgebracht werden. Vor der Messung sollte ein thermischer Gleichgewichtszustand erreicht sein.
Soll dagegen das Objekt hinter dem transparenten Material gemessen werden, sollte die Barriere nach Möglichkeit entfernt oder eine direkte Sichtlinie gewählt werden. Alternativ sind Kontaktfühler oder speziell auf das jeweilige Material und den Spektralbereich abgestimmte Infrarot-Messsysteme einzusetzen.
Häufige Messfehler
● Messung durch ein Fenster nach außen: Der Messwert wird normalerweise überwiegend von der Fensterscheibe bestimmt.
● Messung von Maschinenkomponenten durch ein Sichtfenster: Normales Glas ermöglicht in der Regel keine direkte zuverlässige Temperaturmessung des Bauteils dahinter.
● Messung durch transparente Kunststoffverpackungen: Folien können Infrarotstrahlung übertragen, absorbieren oder reflektieren und damit das Ergebnis verfälschen.
● Messung von Flüssigkeiten durch transparente Flaschen: Gemessen wird hauptsächlich die Flaschenoberfläche.
● Beurteilung anhand der sichtbaren Transparenz: Die optische Durchsichtigkeit lässt keine zuverlässige Aussage über die Infrarot-Transmission zu.
FAQ
Kann ein Infrarotthermometer durch Glas messen?
In der Regel nicht. Übliche Hand-Infrarotthermometer erfassen hauptsächlich die vom Glas selbst abgegebene Infrarotstrahlung. Der Messwert entspricht daher normalerweise der Oberflächentemperatur des Glases.
Warum kann ich ein Objekt durch Glas sehen, aber seine Temperatur nicht korrekt messen?
Das menschliche Auge arbeitet im sichtbaren Spektralbereich, während ein Infrarotthermometer einen bestimmten Infrarot-Wellenlängenbereich nutzt. Glas kann für sichtbares Licht transparent, für die verwendete Infrarotstrahlung jedoch undurchlässig sein.
Kann transparenter Kunststoff mit einem Infrarotthermometer gemessen werden?
Die Oberflächentemperatur des Kunststoffs kann gemessen werden. Ob Strahlung eines dahinterliegenden Objekts durch das Material gelangt, hängt von Kunststoffart, Dicke und spektraler Transmission ab.
Kann heißes Wasser durch ein Glasgefäß gemessen werden?
Der Messwert entspricht in erster Linie der Temperatur der Glasoberfläche. Bei thermischem Gleichgewicht kann dieser Wert nahe an der Flüssigkeitstemperatur liegen, ist jedoch keine präzise Messung der inneren Flüssigkeitstemperatur.
Wie lässt sich die Messgenauigkeit bei transparenten Materialien verbessern?
Zunächst muss eindeutig festgelegt werden, ob die Oberfläche oder ein Objekt dahinter gemessen werden soll. Anschließend sollten Emissionsgrad, Transmission und Reflexion berücksichtigt werden. Für genaue Ergebnisse empfiehlt sich gegebenenfalls eine Vergleichsmessung mit einem Kontaktfühler.
Fazit
Ob ein Infrarotthermometer transparente Materialien messen kann, lässt sich nicht allein anhand der sichtbaren Transparenz beurteilen.
Bei den meisten üblichen Hand-Infrarotthermometern verhält sich normales Glas wie eine eigenständige Infrarotoberfläche. Gemessen wird deshalb die Glasoberfläche und nicht das Objekt dahinter. Bei transparenten Kunststoffen sind die Materialeigenschaften und die Materialstärke entscheidend.
Vor jeder Messung sollte daher klar definiert werden, ob die transparente Oberfläche selbst oder ein dahinterliegendes Objekt das eigentliche Messziel ist. Ist eine zuverlässige Infrarotmessung durch die Barriere nicht möglich, sollte eine direkte Messposition oder ein geeignetes Kontakt- beziehungsweise Spezialmessverfahren verwendet werden.
