Einleitung
Bei Infrarotthermometern finden sich häufig Angaben wie D:S, 12:1, 20:1 oder 50:1. In der Praxis ist jedoch nicht immer unmittelbar klar, was diese Werte bedeuten.
D:S steht für Distance-to-Spot Ratio, also das Verhältnis zwischen Messabstand und Messfleckdurchmesser. Grundsätzlich gilt: Je größer der Abstand zum Messobjekt, desto größer ist in der Regel die Fläche, aus der das Gerät Infrarotstrahlung empfängt.
Bei kleinen Bauteilen, elektrischen Anschlüssen, Rohrleitungen, Lagern oder anderen lokal begrenzten Messstellen reicht es deshalb nicht aus, lediglich den Laser auf das Ziel zu richten. Entscheidend ist, dass der tatsächliche Infrarot-Messfleck vollständig innerhalb des Messobjekts liegt.
Die Berechnung der Messfleckgröße anhand des D:S-Verhältnisses hilft dabei, einen geeigneten Messabstand zu wählen und den Einfluss angrenzender Flächen zu reduzieren.
Wichtige Punkte
● Ein Infrarotthermometer misst eine Fläche und nicht nur einen einzelnen Laserpunkt.
● D:S beschreibt das Verhältnis zwischen Messabstand und Messfleckdurchmesser.
● Für eine vereinfachte Abschätzung kann der Messfleckdurchmesser durch Division des Messabstands durch den D:S-Wert berechnet werden.
● Bei gleichem Messabstand führt ein größeres D:S-Verhältnis in der Regel zu einem kleineren Messfleck.
● Das Messobjekt sollte den gesamten Messfleck abdecken und möglichst eine zusätzliche Größenreserve bieten.
● Für die tatsächliche optische Charakteristik sind das D:S-Diagramm und die technischen Angaben des jeweiligen Geräts maßgeblich.
Was ist der Messfleck eines Infrarotthermometers?
Ein Infrarotthermometer erfasst über sein optisches System die von einer Oberfläche abgegebene Infrarotstrahlung. Aus dieser Strahlung wird die Oberflächentemperatur berechnet.
Der Bereich, aus dem das Gerät die Infrarotstrahlung empfängt, wird als Messfleck oder Messbereich bezeichnet.
Dieser Bereich besitzt eine definierte Fläche und ist kein unendlich kleiner Punkt. Beträgt der Messfleckdurchmesser beispielsweise 50 mm, basiert der angezeigte Temperaturwert auf der Strahlung aus diesem Bereich und nicht nur auf dessen Mittelpunkt.
Erfasst der Messfleck gleichzeitig das eigentliche Messobjekt und dessen Umgebung, kann die Strahlung beider Bereiche in das Messergebnis eingehen. Der angezeigte Wert kann dann von der tatsächlichen Temperatur der gewünschten Messstelle abweichen.
Die Messfleckgröße ist daher ein grundlegender Faktor für eine fachgerechte berührungslose Temperaturmessung.
Was bedeutet D:S?
D:S ist die Abkürzung für Distance-to-Spot Ratio.
Dabei gilt:
● D = Distance, also Messabstand;
● S = Spot, also Messfleckdurchmesser.
Bei einem Infrarotthermometer mit:
D:S = 12:1
ist der Messabstand bei vereinfachter Betrachtung ungefähr zwölfmal so groß wie der zugehörige Messfleckdurchmesser.
Beispiel:
Messabstand = 1200 mm
D:S = 12:1
Ungefährer Messfleckdurchmesser:
1200 ÷ 12 = 100 mm
Bei einem Messabstand von etwa 1,2 m beträgt der Messfleck somit ungefähr 100 mm.
D:S beschreibt dabei den optischen Infrarot-Messbereich und nicht die Größe des Laserpunkts.
Wie wird die Messfleckgröße bei unterschiedlichen Abständen berechnet?
Für eine vereinfachte Abschätzung kann folgende Formel verwendet werden:
Messfleckdurchmesser S ≈ Messabstand D ÷ D:S-Wert
Beispiel für ein Infrarotthermometer mit D:S = 12:1:
Bei 600 mm Messabstand:
S ≈ 600 ÷ 12
S ≈ 50 mm
Der Messfleckdurchmesser beträgt somit ungefähr 50 mm.
Bei 1200 mm:
S ≈ 1200 ÷ 12
S ≈ 100 mm
Bei 2400 mm:
S ≈ 2400 ÷ 12
S ≈ 200 mm
Bei dieser vereinfachten Betrachtung nimmt die Messfleckgröße mit zunehmendem Messabstand entsprechend zu.
Wie unterscheiden sich verschiedene D:S-Verhältnisse?
Angenommen, drei Infrarotthermometer mit D:S-Verhältnissen von 10:1, 12:1 und 50:1 werden jeweils aus 1000 mm Entfernung eingesetzt.
Die ungefähren Messfleckdurchmesser betragen:
● 10:1: ca. 100 mm;
● 12:1: ca. 83 mm;
● 50:1: ca. 20 mm.
Damit gilt:
Je größer das D:S-Verhältnis, desto kleiner ist bei gleichem Abstand in der Regel der Messfleck.
Ein Gerät mit 50:1 eignet sich daher besser als ein 10:1-Modell, wenn aus größerer Entfernung relativ kleine Messstellen erfasst werden sollen.
Ein höheres D:S-Verhältnis bedeutet jedoch nicht automatisch, dass das Gerät für jede Anwendung besser geeignet ist. Messbereich, Genauigkeit, Ansprechzeit, Emissionsgradeinstellung und Umgebungsbedingungen müssen ebenfalls berücksichtigt werden.
Wie lässt sich aus der Zielgröße der geeignete Messabstand ableiten?
Die Beziehung kann auch umgekehrt genutzt werden.
Vereinfachte Formel:
Messabstand D ≈ Messfleckdurchmesser S × D:S-Wert
Beispiel:
D:S = 12:1
Gewünschter Messfleckdurchmesser = 50 mm
D ≈ 50 × 12
D ≈ 600 mm
Soll der Messfleck ungefähr 50 mm oder kleiner bleiben, sollte der Messabstand theoretisch etwa 600 mm nicht wesentlich überschreiten.
In der Praxis sollte der Messfleck jedoch nicht exakt so groß wie das Messobjekt sein. Eine zusätzliche Größenreserve ist empfehlenswert.
Warum sollte das Messobjekt größer als der Messfleck sein?
Angenommen, der berechnete Messfleckdurchmesser beträgt 50 mm und auch das Messobjekt ist exakt 50 mm groß.
Theoretisch stimmen beide Größen überein. In der Praxis können jedoch verschiedene Faktoren dazu führen, dass ein Teil des Messflecks außerhalb des Ziels liegt:
● leichte Bewegungen bei handgeführter Messung;
● Zielabweichungen;
● Änderungen des Messwinkels;
● unregelmäßige Zielkanten;
● Abweichungen zwischen theoretischem und tatsächlichem optischem Ansprechbereich.
Sobald Teile der Umgebung in das Sichtfeld gelangen, kann deren Infrarotstrahlung den Messwert beeinflussen.
Deshalb sollte die nutzbare Zieloberfläche möglichst deutlich größer als der berechnete Messfleck sein.
Warum beeinflusst ein größerer Abstand die Messung kleiner Ziele?
Angenommen, ein elektrischer Anschluss ist nur 30 mm breit.
Bei einem Infrarotthermometer mit D:S = 12:1 und einem Messabstand von 600 mm ergibt sich:
600 ÷ 12 = 50 mm
Der Messfleck von etwa 50 mm ist damit größer als das 30 mm breite Ziel. Das Gerät kann sowohl Strahlung vom Anschluss als auch von der Umgebung erfassen.
Selbst wenn der Laser exakt auf die Mitte des Anschlusses zeigt, muss der angezeigte Wert daher nicht ausschließlich dessen Oberflächentemperatur entsprechen.
Wird der Abstand auf 240 mm reduziert:
240 ÷ 12 = 20 mm
beträgt der Messfleck nur noch ungefähr 20 mm und lässt sich deutlich leichter vollständig innerhalb des 30-mm-Ziels positionieren.
Für kleine Messobjekte sollte deshalb entweder der Messabstand reduziert oder ein Gerät mit höherem D:S-Verhältnis verwendet werden.
Entspricht die Größe des Laserpunkts der Messfleckgröße?
Nein.
Dies ist eines der häufigsten Missverständnisse bei der Anwendung von Infrarotthermometern.
Der Laser dient hauptsächlich als Zielhilfe. Die eigentliche Temperaturmessung erfolgt über das Infrarot-Optiksystem.
Daraus folgt:
● Ein kleiner Laserpunkt bedeutet nicht, dass auch der Messbereich entsprechend klein ist.
● Ein Laserpunkt auf dem Ziel garantiert nicht, dass der gesamte Messfleck innerhalb des Ziels liegt.
● Doppellaser- oder andere Zielsysteme unterstützen die Positionierung; ihre genaue Bedeutung hängt vom optischen Aufbau des jeweiligen Geräts ab.
Für die Bestimmung des tatsächlichen Messbereichs sollten deshalb die D:S-Angabe und das optische Diagramm des Herstellers herangezogen werden.
Warum ist die Berechnung über D:S nur eine Näherung?
Die Formel „Messabstand ÷ D:S“ ist für eine schnelle technische Abschätzung geeignet, bildet aber nicht zwangsläufig die gesamte optische Charakteristik jedes Geräts ab.
Je nach Konstruktion können Unterschiede auftreten:
● manche Geräte besitzen bei einer bestimmten Entfernung einen minimalen Messfleck;
● im Nahbereich muss die Beziehung nicht vollständig linear sein;
● Hersteller können D:S nach unterschiedlichen optischen Ansprechgrenzen definieren;
● Linsensystem, Detektorgröße und optische Geometrie beeinflussen das tatsächliche Sichtfeld.
Wenn das Handbuch ein Abstand-Messfleck-Diagramm enthält, sollte dieses gegenüber der vereinfachten Berechnung bevorzugt werden.
Wie lässt sich die Messfleckgröße in der Praxis kontrollieren?
Für zuverlässige Messungen empfiehlt sich folgendes Vorgehen:
● D:S-Spezifikation des Geräts prüfen.
● Messfleckdurchmesser für den vorgesehenen Messabstand abschätzen.
● Sicherstellen, dass die Zieloberfläche deutlich größer als der Messfleck ist.
● Bei kleinen Zielen den Abstand reduzieren.
● Wenn das Ziel nicht näher erreicht werden kann, ein Gerät mit höherem D:S-Verhältnis wählen.
● Möglichst auf die Mitte des Messobjekts zielen und Randbereiche vermeiden.
● Das optische Diagramm des Herstellers beachten und sich nicht ausschließlich am Laserpunkt orientieren.
Dies ist besonders wichtig, wenn zwischen Ziel und Umgebung ein großer Temperaturunterschied besteht.
Berechnungsbeispiel
Für ein Infrarotthermometer mit D:S = 12:1 sollen Messungen aus 300 mm, 600 mm, 1200 mm und 1800 mm Entfernung durchgeführt werden.
Mit:
S ≈ D ÷ 12
ergibt sich:
● 300 mm: ca. 25 mm Messfleck;
● 600 mm: ca. 50 mm;
● 1200 mm: ca. 100 mm;
● 1800 mm: ca. 150 mm.
Ist die nutzbare Zieloberfläche nur 60 mm groß, sind Entfernungen von etwa 300 mm oder 600 mm wesentlich geeigneter.
Bei 1200 mm beträgt der theoretische Messfleck bereits etwa 100 mm und ist damit deutlich größer als das Ziel.
Die eigentliche Bedeutung von D:S besteht somit nicht darin, anzugeben, „wie weit ein Infrarotthermometer messen kann“, sondern darin:
zu bestimmen, wie groß die tatsächlich erfasste Fläche bei einer bestimmten Entfernung ist.
FAQ
Bedeutet D:S = 12:1, dass maximal 12 Meter gemessen werden können?
Nein. 12:1 ist keine maximale Messentfernung. Die Angabe beschreibt lediglich das Verhältnis zwischen Abstand und Messfleckgröße.
Bedeutet ein höheres D:S-Verhältnis automatisch eine höhere Temperaturgenauigkeit?
Nein. D:S beschreibt in erster Linie die optische Auflösung. Die spezifizierte Temperaturmessgenauigkeit ist ein separater Parameter.
Ist ein kleinerer Messabstand immer genauer?
Nein. Ein kleinerer Abstand reduziert zwar den Messfleck, die Messgenauigkeit hängt jedoch auch von Emissionsgrad, Umgebung, Oberflächenbeschaffenheit, Messwinkel und Geräteleistung ab.
Kann die Messfleckgröße anhand des Laserpunkts beurteilt werden?
In der Regel nicht. Der Laser dient als Zielhilfe. Maßgeblich sind D:S und das optische Diagramm.
Darf der Messfleck genauso groß wie das Messobjekt sein?
Theoretisch ist dies möglich, in der Praxis jedoch nicht empfehlenswert. Das Messobjekt sollte den Messfleck mit ausreichender Reserve abdecken.
Fazit
Die Messfleckgröße eines Infrarotthermometers lässt sich bei unterschiedlichen Entfernungen näherungsweise über das D:S-Verhältnis bestimmen:
Messfleckdurchmesser ≈ Messabstand ÷ D:S-Wert
Bei einem Gerät mit D:S = 12:1 beträgt der theoretische Messfleck bei 1200 mm Entfernung beispielsweise ungefähr 100 mm.
Mit zunehmender Entfernung wird der Messfleck in der Regel größer. Bei gleicher Entfernung führt ein höheres D:S-Verhältnis meist zu einem kleineren Messfleck.
In der Praxis ist entscheidend, dass das Messobjekt den gesamten optischen Messbereich vollständig abdeckt. Der Laserpunkt allein ist hierfür kein ausreichendes Kriterium.
Bei kleinen Zielen sollte der Messabstand reduziert oder ein Gerät mit höherem D:S-Verhältnis gewählt werden. Für das konkrete Modell sind immer das Abstand-Messfleck-Diagramm und die optischen Herstellerangaben maßgeblich.
