Einleitung
Ein Infrarot-Thermometer bestimmt die Oberflächentemperatur, indem es die von einem Objekt abgegebene Infrarotstrahlung erfasst. Da kein direkter Kontakt erforderlich ist, wird diese Messtechnik häufig in der industriellen Instandhaltung, Elektroprüfung, HLK-Technik, Maschinenüberwachung und allgemeinen Temperaturkontrolle eingesetzt.
Die Bedienung erscheint häufig sehr einfach: Ziel anvisieren und Messtaste betätigen. Ein angezeigter Temperaturwert bedeutet jedoch nicht automatisch, dass die Messung korrekt ist.
Viele unerwartete Messergebnisse entstehen nicht durch einen Gerätedefekt, sondern durch einen ungeeigneten Messabstand, einen falsch eingestellten Emissionsgrad, problematische Oberflächeneigenschaften oder ungünstige Umgebungsbedingungen.
Das Wichtigste im Überblick
● Ein Infrarot-Thermometer misst die Oberflächentemperatur, nicht die Innentemperatur.
● Ein zu großer Messabstand kann dazu führen, dass der Messfleck größer als das Zielobjekt wird.
● Ein falsch eingestellter Emissionsgrad gehört zu den häufigsten Ursachen für Messabweichungen.
● Glänzende Metalle und polierte Oberflächen sind wegen ihres niedrigen Emissionsgrades besonders anspruchsvoll.
● Durch gewöhnliches Glas oder transparente Kunststoffabdeckungen lässt sich ein dahinterliegendes Objekt in der Regel nicht zuverlässig messen.
● Schnelle Änderungen der Umgebungstemperatur, Dampf, Staub und starke Wärmequellen können das Messergebnis beeinflussen.
● Der Laser dient hauptsächlich als Zielhilfe und entspricht nicht dem vollständigen Messbereich.
Fehler: Zu großer Messabstand
Infrarot-Thermometer besitzen ein bestimmtes Verhältnis von Messabstand zu Messfleckdurchmesser, das als D:S-Verhältnis bezeichnet wird.
Bei einem D:S-Verhältnis von 12:1 entspricht beispielsweise ein Abstand von etwa 1200 mm theoretisch einem Messfleckdurchmesser von rund 100 mm. Mit zunehmendem Abstand wird der erfasste Messbereich größer.
Ist der Messfleck größer als das Zielobjekt, erfasst das Gerät zusätzlich Infrarotstrahlung aus der Umgebung. Der angezeigte Wert kann dadurch deutlich von der tatsächlichen Oberflächentemperatur des Zielobjekts abweichen.
Das Messgerät sollte deshalb möglichst nahe am Ziel eingesetzt werden, wobei das Ziel deutlich größer als der Messfleck sein sollte.
Fehler: Der Laserpunkt wird mit dem Messfleck verwechselt
Viele Infrarot-Thermometer verfügen über eine Laserzielhilfe. Dadurch entsteht häufig der Eindruck, dass nur der vom Laser markierte Punkt gemessen wird.
Tatsächlich dient der Laser überwiegend der Ausrichtung. Der Infrarotsensor erfasst einen größeren Bereich, dessen Durchmesser mit zunehmendem Abstand wächst.
● Der Laser unterstützt die Positionierung.
● Der tatsächliche Messfleck ist normalerweise größer als der Laserpunkt.
● Mit zunehmendem Abstand vergrößert sich in der Regel der Messfleck.
Ein korrekt platzierter Laserpunkt allein garantiert daher noch keine korrekte Temperaturmessung.
Fehler: Falscher Emissionsgrad
Materialien unterscheiden sich darin, wie effizient sie Infrarotstrahlung emittieren. Diese Eigenschaft wird durch den Emissionsgrad ε beschrieben.
Viele Infrarot-Thermometer sind werkseitig auf einen Emissionsgrad von 0,95 eingestellt. Dieser Wert eignet sich für zahlreiche nichtmetallische beziehungsweise stark emittierende Oberflächen, beispielsweise bestimmte Beschichtungen, Gummi, Holz, Kunststoffe und oxidierte Materialien.
Bei poliertem Metall, Aluminium, Edelstahl oder anderen Oberflächen mit niedrigem Emissionsgrad kann die Standardeinstellung jedoch erhebliche Messabweichungen verursachen.
Bei Geräten mit einstellbarem Emissionsgrad sollte der Wert deshalb an Material und Oberflächenzustand angepasst werden.
Fehler: Glänzende Metalloberflächen werden direkt gemessen
Glänzende Metalle gehören zu den anspruchsvollsten Messobjekten bei der Infrarot-Temperaturmessung.
Polierte Metalloberflächen weisen häufig einen niedrigen Emissionsgrad und eine hohe Infrarotreflexion auf. Das Messgerät kann dadurch nicht nur die vom Metall selbst abgegebene Strahlung erfassen, sondern auch reflektierte Wärmestrahlung von Personen, Beleuchtung, Heizgeräten oder anderen Wärmequellen.
Daher kann dieselbe Metalloberfläche bei unterschiedlichen Messwinkeln verschiedene Temperaturwerte liefern, obwohl sich ihre tatsächliche Temperatur kaum verändert hat.
Bei Oberflächen mit niedrigem Emissionsgrad müssen Oberflächenzustand, Emissionsgrad und Messmethode berücksichtigt werden.
Fehler: Das Zielobjekt ist zu klein
Bei einem kleinen Messobjekt und zu großem Abstand kann der Messfleck größer sein als die zu messende Fläche.
Dies ist beispielsweise bei dünnen Rohrleitungen, elektrischen Anschlussstellen, elektronischen Bauteilen oder kleinen Maschinenteilen relevant. Das Gerät erfasst dann möglicherweise gleichzeitig das Ziel und seine Umgebung.
Der angezeigte Wert stellt in diesem Fall eine Mischtemperatur des gesamten erfassten Bereichs dar.
Bei kleinen Zielobjekten sollte das D:S-Verhältnis besonders beachtet und der Messabstand nach Möglichkeit reduziert werden.
Fehler: Messung durch Glas oder transparente Materialien
Manchmal wird versucht, die Temperatur eines Objekts durch eine Glasscheibe, transparente Abdeckung oder Kunststoffschutzscheibe zu messen.
Eine für sichtbares Licht transparente Oberfläche ist jedoch nicht zwangsläufig für die von einem Infrarot-Thermometer verwendeten Infrarot-Wellenlängen transparent.
Gewöhnliches Glas absorbiert oder reflektiert einen großen Teil dieser Strahlung. Das Gerät misst deshalb in der Regel überwiegend die Oberflächentemperatur des Glases und nicht die Temperatur des dahinterliegenden Objekts.
Für zuverlässige Ergebnisse sollte die Sichtlinie möglichst frei sein und direkt auf die zu messende Oberfläche gerichtet werden.
Fehler: Oberflächentemperatur wird mit Innentemperatur gleichgesetzt
Ein Infrarot-Thermometer erfasst die von der Oberfläche eines Objekts abgegebene Strahlung und bestimmt daraus die Oberflächentemperatur.
Bei Lebensmitteln, Behältern, Motorgehäusen, Rohrleitungen, Wänden oder Maschinen darf der angezeigte Wert deshalb nicht automatisch als Innentemperatur interpretiert werden.
● Die Messung an einer Tasse liefert die Temperatur der Außenfläche.
● Die Messung an einem Motorgehäuse entspricht nicht direkt der Wicklungstemperatur.
● Eine Oberflächenmessung an Lebensmitteln ersetzt keine Kerntemperaturmessung.
Für Innentemperaturen sind üblicherweise Thermoelemente, Einstechfühler oder andere Kontaktfühler erforderlich.
Fehler: Bewegte Flüssigkeiten oder instabile Oberflächen werden ungeeignet gemessen
Mit einem Infrarot-Thermometer kann die Oberflächentemperatur von Flüssigkeiten gemessen werden. Das Messergebnis bezieht sich jedoch nur auf den sichtbaren Oberflächenbereich.
Bei stark strömenden, gerührten oder siedenden Flüssigkeiten kann sich die Oberflächentemperatur ständig ändern, sodass der angezeigte Wert schwankt.
Dampf, Nebel oder Kondensation zwischen Sensor und Ziel können zusätzlich die Übertragung der Infrarotstrahlung beeinträchtigen.
Für eine möglichst stabile Messung sollte ein ruhiger, ungehinderter Oberflächenbereich gewählt werden. Die gemessene Oberflächentemperatur darf nicht mit der mittleren Temperatur des gesamten Flüssigkeitsvolumens gleichgesetzt werden.
Fehler: Unmittelbare Messung nach einem starken Umgebungstemperaturwechsel
Auch das Infrarot-Thermometer selbst kann durch deutliche Änderungen der Umgebungstemperatur beeinflusst werden.
Wird ein Gerät beispielsweise aus einem kalten Lager in eine warme Produktionshalle gebracht oder von einer heißen Außenumgebung in einen klimatisierten Raum, benötigt die interne Elektronik möglicherweise Zeit, um sich thermisch zu stabilisieren.
Unmittelbar nach diesem Wechsel können vorübergehend Messabweichungen auftreten.
Nach größeren Temperaturänderungen sollte das Gerät entsprechend den Herstellerangaben akklimatisieren, bevor präzise Messungen durchgeführt werden.
Fehler: Messung durch Dampf, Staub oder Rauch
Bei der Infrarotmessung muss die Wärmestrahlung vom Zielobjekt den Sensor erreichen.
Befinden sich große Mengen Dampf, Rauch, Staub oder andere Partikel im Messweg, kann ein Teil der Infrarotstrahlung absorbiert, gestreut oder blockiert werden.
In industriellen Anwendungen sollte deshalb möglichst eine freie Sichtverbindung zwischen Messgerät und Ziel bestehen.
Bei starkem Dampf, Abgasen oder hoher Staubbelastung muss geprüft werden, ob die berührungslose Infrarotmessung für die jeweilige Anwendung geeignet ist.
Fehler: Zu großer Messwinkel
Ein Infrarot-Thermometer sollte nach Möglichkeit annähernd senkrecht auf die Messfläche ausgerichtet werden.
Bei sehr schrägen Messwinkeln verändert sich der effektiv erfasste Bereich. Reflektierende Oberflächen können zusätzlich Wärmestrahlung aus der Umgebung in Richtung Sensor reflektieren.
Dieser Effekt ist insbesondere bei glatten Metall-, Glas- oder Keramikoberflächen relevant.
Für reproduzierbare Ergebnisse sollten stabile Messpositionen und unnötig große Messwinkel vermieden werden.
Fehler: Verschmutzte Optik wird nicht berücksichtigt
Das Infrarotfenster an der Vorderseite des Geräts nimmt die Strahlung des Zielobjekts auf.
Staub, Öl, Feuchtigkeit, Kondensation oder andere Verschmutzungen können die Infrarotübertragung beeinträchtigen und damit das Messergebnis beeinflussen.
Das Sensorfenster sollte sauber gehalten und entsprechend den Herstellerangaben gereinigt werden.
Harte oder abrasive Materialien, die die optische Oberfläche beschädigen könnten, sollten nicht verwendet werden.
Fehler: Starke Wärmequellen und Reflexionen werden ignoriert
In der Nähe von Öfen, Heizstäben, starken Lampen, Heizsystemen oder anderen heißen Anlagen kann zusätzliche Wärmestrahlung das Ergebnis beeinflussen.
Glänzende Metalloberflächen sind besonders kritisch, da sie Wärmestrahlung aus der Umgebung reflektieren können.
Bei ungewöhnlichen Messergebnissen empfiehlt es sich:
● Messposition oder Messwinkel zu verändern.
● Den Messabstand zu reduzieren.
● Direkte Reflexionen starker Wärmequellen zu vermeiden.
● Den eingestellten Emissionsgrad zu überprüfen.
● Wiederholungsmessungen an derselben Stelle durchzuführen.
Verändert sich die angezeigte Temperatur beim Wechsel des Messwinkels deutlich, sollten insbesondere Reflexion und Emissionsgrad überprüft werden.
Fehler: Gerätebeurteilung anhand nur einer Messung
Bei industriellen Prüfungen reicht ein einzelner Temperaturwert häufig nicht aus, um den Zustand einer Anlage zuverlässig zu bewerten.
Besonders aussagekräftig ist die Infrarotmessung in Verbindung mit wiederholten Messungen und Trendanalysen. Bei Schaltschränken, Motoren, Lagern, Rohrleitungen oder HLK-Anlagen sind Temperaturveränderungen unter vergleichbaren Betriebs- und Umgebungsbedingungen häufig relevanter als ein einzelner Absolutwert.
Für gute Vergleichbarkeit sollten möglichst konstant bleiben:
● Messposition.
● Messabstand.
● Messwinkel.
● Emissionsgradeinstellung.
● Belastungszustand der Anlage.
Standardisierte Messbedingungen verbessern die Aussagekraft langfristiger Temperaturtrends erheblich.
FAQ
Warum misst ein Infrarot-Thermometer manchmal ungenau?
Häufige Ursachen sind ein falscher Emissionsgrad, zu großer Messabstand, ein zu kleines Ziel, reflektierende Oberflächen, starke Änderungen der Umgebungstemperatur sowie Dampf oder Staub im Messweg. Materialeigenschaften, D:S-Verhältnis und Messbedingungen sollten systematisch überprüft werden.
Ist ein möglichst kleiner Messabstand immer besser?
Innerhalb des zulässigen Arbeitsbereichs reduziert ein kleinerer Abstand normalerweise die Messfleckgröße und ist besonders bei kleinen Zielobjekten vorteilhaft. Die Herstellerangaben zur Optik und zum zulässigen Messbereich müssen dennoch eingehalten werden.
Ist die Messung korrekt, sobald der Laserpunkt auf dem Ziel liegt?
Nein. Der Laser dient lediglich als Zielhilfe. Der tatsächliche Messfleck ist normalerweise größer. Zusätzlich müssen Messabstand, Zielgröße, Emissionsgrad und Oberflächenbeschaffenheit berücksichtigt werden.
Kann Edelstahl mit einem Infrarot-Thermometer gemessen werden?
Grundsätzlich ja. Glänzender Edelstahl besitzt jedoch einen niedrigen Emissionsgrad und eine hohe Reflektivität, wodurch erhebliche Abweichungen entstehen können. Emissionsgrad und reflektierte Wärmestrahlung müssen berücksichtigt werden.
Kann durch Glas gemessen werden?
Mit gewöhnlichen Infrarot-Thermometern lässt sich ein Objekt hinter normalem Glas in der Regel nicht zuverlässig messen. Das Gerät erfasst überwiegend die Temperatur der Glasoberfläche.
Kann ein Infrarot-Thermometer die Innentemperatur messen?
Nicht direkt. Infrarot-Thermometer erfassen Oberflächentemperaturen. Für Innentemperaturen sind üblicherweise Einstechfühler, Thermoelemente oder andere Kontaktfühler erforderlich.
Fazit
Infrarot-Thermometer sind einfach zu bedienen, doch eine zuverlässige Messung erfordert mehr als das bloße Anvisieren eines Ziels. Emissionsgrad, D:S-Verhältnis, Zielgröße, Oberflächenzustand, Messwinkel und Umgebungsbedingungen beeinflussen das Ergebnis.
Zu den häufigsten Fehlern gehören ein zu großer Messabstand, ein ungeeigneter Emissionsgrad, direkte Messungen stark reflektierender Oberflächen, Messungen durch Glas, die Verwechslung von Oberflächen- und Innentemperatur sowie das Ignorieren von Umgebungsänderungen.
Ein korrektes Verständnis des Messprinzips und möglichst konstante Messbedingungen verbessern die Zuverlässigkeit der Temperaturdaten bei industrieller Instandhaltung, Elektroprüfung, HLK-Diagnose und Zustandsüberwachung deutlich.
