Einleitung
In den technischen Daten von Infrarot-Thermometern finden sich häufig Angaben wie D:S 12:1, 30:1 oder 50:1. D:S steht für Distance-to-Spot Ratio und beschreibt das Verhältnis zwischen Messabstand und Messfleckdurchmesser.
D:S bezeichnet weder den Temperaturmessbereich noch unmittelbar die Messgenauigkeit. Der Wert beschreibt vielmehr die optische Auflösung des Infrarot-Thermometers. Besonders bei kleinen Bauteilen, weit entfernten Objekten oder heißen Messstellen ist dieses Verhältnis von großer Bedeutung.
Ist der Messabstand zu groß, kann der Messfleck größer werden als das eigentliche Zielobjekt. Das Gerät erfasst dann möglicherweise zusätzlich Infrarotstrahlung aus der Umgebung, wodurch der angezeigte Temperaturwert von der tatsächlichen Oberflächentemperatur des Ziels abweichen kann.
Die wichtigsten Punkte
● D:S beschreibt das Verhältnis zwischen Messabstand (D) und Messfleckdurchmesser (S).
● Ein höheres D:S-Verhältnis ermöglicht in der Regel die Messung kleinerer Ziele aus derselben Entfernung.
● Mit zunehmendem Messabstand vergrößert sich auch der Messfleck.
● Das Zielobjekt sollte den Messfleck vollständig und möglichst mit ausreichender Reserve abdecken.
● Der Laser dient hauptsächlich zur Zielausrichtung und entspricht nicht der tatsächlich gemessenen Fläche.
● D:S beschreibt die optische Leistungsfähigkeit und ist kein direkter Kennwert für die Temperaturmessgenauigkeit.
Was bedeutet das D:S-Verhältnis?
D:S steht für Distance-to-Spot Ratio. D bezeichnet den Messabstand, S den Durchmesser des Messflecks.
Das Verhältnis gibt vereinfacht an, wie groß der vom Infrarot-Thermometer erfasste Bereich bei einer bestimmten Entfernung zum Ziel ist.
Bei einem Infrarot-Thermometer mit D:S 12:1 gilt näherungsweise:
● Bei 12 cm Messabstand beträgt der theoretische Messfleckdurchmesser etwa 1 cm.
● Bei 60 cm beträgt er etwa 5 cm.
● Bei 120 cm beträgt er etwa 10 cm.
Mit zunehmender Entfernung wird somit auch die erfasste Messfläche größer.
Da sich die optische Konstruktion verschiedener Geräte unterscheiden kann, sollten für exakte Werte stets die D:S-Angaben und das optische Diagramm des Herstellers herangezogen werden.
Warum ist die Messfleckgröße wichtig?
Ein Infrarot-Thermometer misst nicht ausschließlich den kleinen Punkt, der durch den Laser angezeigt wird. Es erfasst vielmehr Infrarotstrahlung aus einem bestimmten Bereich der Oberfläche und berechnet daraus die Temperatur.
Dieser Bereich wird als Messfleck bezeichnet.
Ziel größer als der Messfleck
Deckt das Zielobjekt den gesamten Messfleck ausreichend ab, stammt der überwiegende Teil der vom Sensor erfassten Infrarotstrahlung vom Ziel selbst. Das Messergebnis ist dadurch repräsentativer.
Ziel kleiner als der Messfleck
Ist das Ziel kleiner als der Messfleck, können zusätzlich Wandflächen, benachbarte Bauteile, Luftauslässe oder andere Oberflächen in die Messung einbezogen werden.
Soll beispielsweise ein elektronisches Bauteil mit 2 cm Durchmesser gemessen werden, während der Messfleck bei der gewählten Entfernung bereits 5 cm beträgt, erfasst das Gerät möglicherweise auch Temperaturinformationen aus der Umgebung.
Bei kleinen Zielobjekten sollte daher entweder der Messabstand reduziert oder ein Gerät mit höherem D:S-Verhältnis verwendet werden.
Wie wird das D:S-Verhältnis berechnet?
Bei Infrarot-Thermometern mit näherungsweise linearer D:S-Charakteristik können folgende Berechnungen als Orientierung dienen.
Messfleckdurchmesser
S ≈ D ÷ D:S-Verhältnis
Bei D:S 12:1 und einem Messabstand von 120 cm:
120 cm ÷ 12 ≈ 10 cm
Der theoretische Messfleckdurchmesser beträgt somit etwa 10 cm.
Messabstand
D ≈ S × D:S-Verhältnis
Soll beispielsweise ein Ziel mit etwa 5 cm Durchmesser mit einem Gerät mit D:S 20:1 gemessen werden:
5 cm × 20 ≈ 100 cm
Der theoretische Messabstand beträgt somit etwa 100 cm.
In der Praxis sollte das Ziel jedoch nicht lediglich genauso groß sein wie der berechnete Messfleck. Um Einflüsse aus der Umgebung zu reduzieren, sollte die Zielfläche deutlich größer sein.
Was ist der Unterschied zwischen 12:1, 30:1 und 50:1?
Unterschiedliche D:S-Werte führen bei gleichem Abstand zu unterschiedlichen Messfleckgrößen.
Beispiel bei 120 cm Messabstand
● D:S 12:1: theoretischer Messfleckdurchmesser ca. 10 cm.
● D:S 30:1: ca. 4 cm.
● D:S 50:1: ca. 2,4 cm.
Je höher das D:S-Verhältnis, desto kleiner ist bei gleichem Messabstand in der Regel der Messfleck. Dadurch können kleinere oder weiter entfernte Zielobjekte besser erfasst werden.
Umgekehrt erlaubt ein höheres D:S-Verhältnis bei einem Ziel gleicher Größe meist einen größeren Arbeitsabstand.
Dies ist insbesondere bei heißen Anlagen, rotierenden Maschinen, unter Spannung stehenden Betriebsmitteln oder schwer zugänglichen Messstellen vorteilhaft.
Bedeutet ein höheres D:S-Verhältnis automatisch höhere Genauigkeit?
Nein.
D:S beschreibt in erster Linie die optische Auflösung des Infrarot-Thermometers. Die Temperaturmessgenauigkeit wird dagegen unter anderem durch Sensor, Optik, Kalibrierung, Signalverarbeitung und Einsatzbedingungen bestimmt.
Ein Gerät mit D:S 50:1 ist deshalb nicht allein aufgrund seines D:S-Wertes automatisch genauer als ein Gerät mit 12:1.
Weitere Einflussfaktoren sind:
● Angegebene Messgenauigkeit des Geräts.
● Emissionsgrad des Messobjekts.
● Korrekte Einstellung des Emissionsgrades.
● Größe und Oberflächenbeschaffenheit des Ziels.
● Messabstand und Messfleckgröße.
● Umgebungstemperatur und reflektierte Wärmestrahlung.
● Dampf, Rauch, Staub oder transparente Medien im Messweg.
● Große Temperaturunterschiede zwischen Gerät und Umgebung.
D:S sollte deshalb immer zusammen mit Messgenauigkeit, Emissionsgrad, Temperaturbereich und weiteren Gerätespezifikationen bewertet werden.
Was ist der Unterschied zwischen D:S und Laserzielhilfe?
Hier besteht häufig Verwechslungsgefahr.
Die meisten handgehaltenen Infrarot-Thermometer verfügen über einen Laser zur Zielausrichtung. Dieser zeigt jedoch in erster Linie an, auf welchen Bereich das Gerät gerichtet ist.
● Der Laserpunkt dient zur Orientierung.
● D:S bestimmt die ungefähre Fläche, aus der der Infrarotsensor Strahlung erfasst.
● Der Durchmesser des Laserpunkts entspricht normalerweise nicht dem Messfleckdurchmesser.
● Ein Einzellaser markiert meist ungefähr den Mittelpunkt des Messbereichs.
● Doppellaser können je nach Konstruktion die Einschätzung des Messbereichs erleichtern.
Ein auf dem Ziel sichtbarer Laserpunkt bedeutet daher nicht, dass ausschließlich dieser Punkt gemessen wird.
Gerade bei kleinen Zielen müssen D:S und Messabstand berücksichtigt werden, damit die Zielfläche den Messfleck vollständig abdeckt.
Wie wählt man das passende D:S-Verhältnis?
Die wichtigsten Faktoren sind Zielgröße und tatsächlicher Arbeitsabstand.
Große Ziele aus kurzer Entfernung
Bei Luftauslässen von Klimaanlagen, großen Maschinengehäusen, Wänden oder größeren Geräteoberflächen ist ein sehr hohes D:S-Verhältnis meist nicht erforderlich.
Regelmäßige industrielle Inspektionen
Für Motoren, Lagergehäuse, elektrische Verteilungen und HVAC-Komponenten bietet ein mittleres D:S-Verhältnis häufig einen guten Kompromiss zwischen Abstand und Messfleckgröße.
Kleine Ziele aus größerer Entfernung
Bei kleinen elektrischen Bauteilen, Rohrleitungen, Anschlussstellen oder weiter entfernten Maschinenteilen hält ein höheres D:S-Verhältnis den Messfleck auch aus größerem Abstand vergleichsweise klein.
Heiße oder schwer zugängliche Ziele
Bei heißen Anlagen, bewegten Teilen oder Anwendungen mit erforderlichem Sicherheitsabstand reduziert ein höheres D:S-Verhältnis die Notwendigkeit, sich der Messstelle stark zu nähern. Das Ziel muss den Messfleck dennoch vollständig abdecken.
Ein möglichst hoher D:S-Wert ist daher nicht für jede Anwendung erforderlich. Entscheidend sind Zielgröße und tatsächlicher Messabstand.
Häufige Fehler bei der Verwendung von D:S
Laserpunkt mit Messfleck verwechseln
Der Laser dient nur zur Zielausrichtung und beschreibt nicht die vom Sensor vollständig erfasste Fläche.
Zu großer Messabstand
Mit zunehmender Entfernung wächst der Messfleck. Deckt das Ziel diesen nicht vollständig ab, kann die Umgebungstemperatur den Messwert beeinflussen.
D:S berücksichtigen, aber die Zielgröße ignorieren
Auch ein hohes D:S-Verhältnis kann keine zuverlässige Messung gewährleisten, wenn das Ziel extrem klein oder die Entfernung zu groß ist.
Höheres D:S mit höherer Genauigkeit gleichsetzen
D:S beschreibt die optische Auflösung und nicht die Temperaturmessgenauigkeit.
Das Ziel exakt auf die theoretische Messfleckgröße begrenzen
Die theoretische Berechnung dient als Orientierung. In der Praxis sollte das Ziel deutlich größer als der Messfleck sein.
Wie wird D:S in der Praxis richtig eingesetzt?
Für zuverlässige Messungen empfiehlt sich folgendes Vorgehen:
● Größe des Messobjekts zunächst abschätzen.
● D:S-Angabe oder optisches Diagramm des Geräts prüfen.
● Geeigneten Messabstand anhand der Zielgröße bestimmen.
● Sicherstellen, dass das Ziel deutlich größer als der Messfleck ist.
● Bei kleinen Zielen den Messabstand verkürzen.
● Die tatsächliche Messfläche nicht allein anhand des Laserpunkts beurteilen.
● Bei reflektierenden oder niedrig emittierenden Materialien den Emissionsgrad korrekt einstellen.
● Bei wichtigen Messaufgaben die optischen Spezifikationen und Bedienhinweise des Herstellers beachten.
Die korrekte Anwendung von D:S reduziert Messabweichungen durch unzureichende Zielabdeckung, ersetzt jedoch nicht die richtige Emissionsgradeinstellung, geeignete Umgebungsbedingungen und eine korrekte Bedienung.
FAQ
Was bedeutet D:S 12:1?
● Das Verhältnis zwischen Messabstand und theoretischem Messfleckdurchmesser beträgt ungefähr 12:1. Bei etwa 120 cm Abstand ergibt sich beispielsweise ein theoretischer Messfleck von ca. 10 cm. Maßgeblich sind die optischen Angaben des Herstellers.
Ist ein höheres D:S-Verhältnis immer besser?
● Nein. Ein höherer Wert eignet sich besonders für kleinere Ziele oder größere Entfernungen. Für große Flächen im Nahbereich ist ein sehr hohes D:S-Verhältnis meist nicht erforderlich.
Beeinflusst D:S die Messgenauigkeit?
● D:S ist kein direkter Genauigkeitswert. Ist der Messfleck jedoch größer als das Ziel, können umliegende Flächen das Messergebnis beeinflussen.
Ist der Laserpunkt der tatsächliche Messpunkt?
● Nein. Der Laser dient hauptsächlich zur Ausrichtung. Der Infrarotsensor erfasst Strahlung aus einer Fläche.
Ist eine Messung aus kürzerer Entfernung immer genauer?
● Ein geringerer Abstand verkleinert den Messfleck und ist bei kleinen Zielen hilfreich. Die tatsächliche Genauigkeit hängt jedoch auch von Emissionsgrad, Gerätespezifikation, Umgebung und Oberfläche ab.
Wie lässt sich die Messfleckgröße bestimmen?
● Eine Näherung ist über das D:S-Verhältnis möglich. Vorrangig sollten jedoch das optische Diagramm und die Herstellerangaben verwendet werden.
Zusammenfassung
Das D:S-Verhältnis eines Infrarot-Thermometers beschreibt die Beziehung zwischen Messabstand und Messfleckdurchmesser und ist ein wichtiger optischer Parameter für die Beurteilung, ob ein Ziel aus einer bestimmten Entfernung zuverlässig erfasst werden kann.
Ein höheres D:S-Verhältnis führt bei gleichem Abstand in der Regel zu einem kleineren Messfleck und eignet sich daher besonders für kleine oder weit entfernte Ziele. Es ist jedoch nicht mit der Temperaturmessgenauigkeit gleichzusetzen.
Für zuverlässige berührungslose Temperaturmessungen sollten Zielgröße, Messabstand und D:S gemeinsam berücksichtigt werden. Zusätzlich sind korrekte Emissionsgradeinstellungen, geeignete Umgebungsbedingungen und die spezifizierte Messgenauigkeit des Geräts entscheidend.
