Einleitung

Infrarotthermometer bestimmen die Oberflächentemperatur, indem sie die von einem Objekt abgegebene Infrarotstrahlung erfassen. Unterschiedliche Materialien emittieren diese Strahlung jedoch unterschiedlich stark. Diese Eigenschaft wird als Emissionsgrad (ε) bezeichnet.

Bei der Auswahl eines Infrarotthermometers sollte daher neben Messbereich, D:S-Verhältnis, Genauigkeit und Ansprechzeit auch berücksichtigt werden, ob der Emissionsgrad einstellbar ist.

Handgehaltene Infrarotthermometer lassen sich grundsätzlich in zwei Gruppen einteilen: Geräte mit fest voreingestelltem Emissionsgrad, häufig ε=0,95, und Modelle mit einstellbarem Emissionsgrad, beispielsweise ε=0,10–1,00.

Keine der beiden Varianten ist grundsätzlich besser. Für Materialien mit hohem Emissionsgrad wie Holz, Gummi, Beschichtungen und viele Kunststoffe reicht ein fester Emissionsgrad häufig aus. Bei Edelstahl, Aluminium, Kupfer und anderen niedrig emittierenden oder stark reflektierenden Oberflächen bietet ein einstellbarer Emissionsgrad deutlich mehr Flexibilität.

Das Wichtigste im Überblick

● Infrarotthermometer mit festem Emissionsgrad sind häufig auf ε=0,95 eingestellt und eignen sich für viele nichtmetallische, lackierte, beschichtete oder oxidierte Oberflächen.
● Bei Geräten mit einstellbarem Emissionsgrad kann ε besser an das jeweilige Material angepasst werden, was insbesondere bei unterschiedlichen Materialien vorteilhaft ist.
● Bei Materialien mit hohem Emissionsgrad ist der praktische Unterschied zwischen beiden Gerätearten häufig gering.
● Bei blanken Metallen und anderen Materialien mit niedrigem Emissionsgrad kann eine falsche Einstellung erhebliche Messabweichungen verursachen.
● Ein einstellbarer Emissionsgrad allein gewährleistet keine genaue Messung. Auch reflektierte Wärmestrahlung, D:S-Verhältnis, Messabstand, Umgebungsbedingungen und Oberflächenzustand sind relevant.
● Für Routinekontrollen ist ein fester Emissionsgrad häufig ausreichend. Bei unterschiedlichen Materialien und insbesondere bei Metalloberflächen ist ein einstellbarer Emissionsgrad meist die bessere Wahl.

Warum ist der Emissionsgrad bei der Infrarotmessung wichtig?

Alle Körper oberhalb des absoluten Nullpunkts senden Infrarotstrahlung aus. Bei gleicher Temperatur unterscheidet sich jedoch die Intensität der abgegebenen Strahlung je nach Material und Oberfläche.

Ein idealer schwarzer Körper besitzt einen Emissionsgrad von 1,00. Reale Materialien liegen normalerweise darunter. Lacke, Gummi, viele Kunststoffe, Holz und andere nichtmetallische Werkstoffe weisen häufig einen relativ hohen Emissionsgrad auf, während poliertes Aluminium, Kupfer oder Edelstahl deutlich niedrigere Werte haben können.

Ein Infrarotthermometer misst die Temperatur nicht unmittelbar. Es erfasst Infrarotstrahlung und berechnet daraus unter Berücksichtigung des eingestellten Emissionsgrades die Oberflächentemperatur.

Weicht der eingestellte Emissionsgrad deutlich von den tatsächlichen Eigenschaften der Oberfläche ab, kann der angezeigte Temperaturwert von der tatsächlichen Oberflächentemperatur abweichen.

Dieser Effekt ist bei Materialien mit niedrigem Emissionsgrad besonders ausgeprägt, da diese selbst weniger Infrarotstrahlung abgeben und gleichzeitig einen größeren Anteil der Wärmestrahlung aus ihrer Umgebung reflektieren.

Was ist ein Infrarotthermometer mit festem Emissionsgrad?

Bei einem Infrarotthermometer mit festem Emissionsgrad wird der ε-Wert werkseitig vorgegeben und kann vom Benutzer nicht verändert werden.

Bei vielen universellen Handgeräten beträgt dieser Wert ε=0,95, da zahlreiche nichtmetallische und beschichtete Oberflächen in einem ähnlichen Bereich liegen.

Der wichtigste Vorteil ist die einfache Bedienung. In der Regel genügt es, das Gerät auf das Messobjekt auszurichten und die Messung auszulösen. Eine Materialauswahl oder Parametrierung ist nicht erforderlich.

Solche Geräte eignen sich daher gut für schnelle Inspektionen, vergleichende Temperaturmessungen und Oberflächen mit hohem Emissionsgrad.

Typische Messobjekte sind:
● Lackierte oder beschichtete Oberflächen;
● Gummi und Reifen;
● Viele Kunststoffe;
● Holz, Papier und Karton;
● Beton, Ziegel und andere Baustoffe;
● Keramik und bestimmte oxidierte Oberflächen;
● Textilien und andere nichtmetallische Materialien.

Sind die zu messenden Oberflächen weitgehend gleichartig und überwiegend in diesen Materialgruppen zu finden, ist ein Gerät mit festem Emissionsgrad häufig ausreichend.

Was ist ein Infrarotthermometer mit einstellbarem Emissionsgrad?

Bei einem Infrarotthermometer mit einstellbarem Emissionsgrad kann der Benutzer den ε-Wert entsprechend dem zu messenden Material anpassen.

Industrielle Modelle ermöglichen beispielsweise einen Einstellbereich von ε=0,10 bis 1,00 und können dadurch besser an unterschiedliche Materialien und Oberflächenzustände angepasst werden.

Der Vorteil besteht nicht einfach darin, dass das Gerät grundsätzlich „genauer“ ist. Entscheidend ist vielmehr, dass die Berechnung besser an die tatsächlichen Strahlungseigenschaften der Oberfläche angepasst werden kann.

Selbst bei demselben Metall kann sich der Emissionsgrad deutlich ändern, je nachdem, ob die Oberfläche poliert, oxidiert, lackiert oder beschichtet ist. Wird unabhängig vom Oberflächenzustand immer mit ε=0,95 gemessen, können entsprechend unterschiedliche Messabweichungen auftreten.

Ein einstellbarer Emissionsgrad ist daher besonders sinnvoll für:
● Häufig wechselnde Materialien;
● Metallverarbeitung und Maschineninstandhaltung;
● Motoren, Lager, Rohrleitungen und industrielle Anlagen;
● Temperaturmessungen an Metalloberflächen;
● Labor- und Entwicklungsanwendungen;
● Qualitätskontrolle mit standardisierten Prüfabläufen;
● Anwendungen, bei denen IR-Messungen mit Kontaktmessungen verglichen werden.

Für wen eignet sich ein fester Emissionsgrad?

Wenn überwiegend Materialien mit hohem Emissionsgrad gemessen werden und schnelle Temperaturkontrollen im Vordergrund stehen, ist ein Modell mit festem Emissionsgrad häufig die praktischere Lösung.

HVAC-Techniker können beispielsweise Lüftungskomponenten, Dämmstoffe, Wände und bestimmte Rohrleitungsoberflächen prüfen. In der industriellen Instandhaltung lassen sich unter anderem Gummiriemen, lackierte Gehäuse, Kunststoffkomponenten und oxidierte Maschinenoberflächen kontrollieren.

Die wesentlichen Vorteile sind:
● Wenige Bedienungsschritte;
● Geringeres Risiko von Fehlmessungen durch falsch eingestellte Emissionsgrade;
● Gut geeignet für Geräte, die von mehreren Personen verwendet werden;
● Praktisch bei Materialien mit hohem Emissionsgrad;
● Geeignet für allgemeine Temperaturkontrollen.

Wenn keine regelmäßigen Messungen an niedrig emittierenden Metallen erforderlich sind, bringt eine Emissionsgradeinstellung nicht zwangsläufig einen zusätzlichen praktischen Nutzen.

Wann ist ein einstellbarer Emissionsgrad die bessere Wahl?

Ein einstellbarer Emissionsgrad ist besonders sinnvoll, wenn unterschiedliche Werkstoffe, blanke Metalle oder verschieden behandelte Oberflächen gemessen werden.

Bei einer industriellen Wartung können beispielsweise lackierte Maschinengehäuse, oxidierte Metallteile, Motorgehäuse, Edelstahlrohre, Kupferschienen und Aluminiumkomponenten innerhalb derselben Inspektion geprüft werden. Diese Oberflächen weisen unterschiedliche Strahlungseigenschaften auf und lassen sich nicht immer zuverlässig mit einem einzigen festen Emissionsgrad vergleichen.

Ein einstellbares Modell empfiehlt sich besonders, wenn:
● Häufig unterschiedliche Materialien gemessen werden;
● Blanke Metallflächen Bestandteil der Messaufgabe sind;
● Eine bessere Vergleichbarkeit wiederholter Messungen erforderlich ist;
● Verlässliche Angaben zum Emissionsgrad vorhanden sind;
● Kontaktfühler oder Referenzgeräte zur Verfügung stehen;
● Standardisierte Prüfverfahren aufgebaut werden sollen;
● Messergebnisse für Trendanalysen, Qualitätssicherung oder technische Bewertungen verwendet werden.

Ist ein einstellbarer Emissionsgrad immer genauer?

Nein.

Die Genauigkeit einer Infrarotmessung wird nicht allein vom Emissionsgrad bestimmt.

Auch bei einem einstellbaren Gerät führt ein falsch gewählter ε-Wert zu Messabweichungen. Wird der Emissionsgrad ohne ausreichende Kenntnis der Oberfläche verändert, kann dadurch sogar eine größere Unsicherheit entstehen als bei einer festen Einstellung von ε=0,95.

Weitere Einflussgrößen sind:
● Das Verhältnis von Messabstand zu Messfleckgröße (D:S);
● Ob der Messfleck vollständig innerhalb des Zielbereichs liegt;
● Glanz und Reflexionsvermögen der Oberfläche;
● Öl, Staub, Oxidation oder Beschichtungen;
● Dampf, Rauch oder andere Medien zwischen Gerät und Messobjekt;
● Messwinkel;
● Thermisches Gleichgewicht des Geräts mit der Umgebung;
● Nahegelegene Öfen, Heizungen oder andere starke Wärmequellen.

Ein einstellbarer Emissionsgrad ist daher als Möglichkeit zur Messwertkorrektur zu verstehen, nicht als alleinige Garantie für genaue Messergebnisse.

Warum ist der Emissionsgrad bei Metall besonders wichtig?

Metalloberflächen gehören zu den anspruchsvollsten Messobjekten für Infrarotthermometer, insbesondere wenn sie blank, poliert oder unbehandelt sind.

Aluminium, Kupfer und Edelstahl können je nach Oberflächenzustand einen niedrigen Emissionsgrad aufweisen. Dadurch geben sie selbst vergleichsweise wenig Infrarotstrahlung ab und reflektieren gleichzeitig einen größeren Anteil der Strahlung aus der Umgebung.

Das vom Infrarotthermometer erfasste Signal kann daher enthalten:
● Eigenstrahlung des Messobjekts;
● Von benachbarten Anlagen reflektierte Wärmestrahlung;
● Reflexionen von Personen, Beleuchtung, Heizgeräten oder anderen Wärmequellen.

Auch eine scheinbar korrekte Emissionsgradeinstellung kann reflektionsbedingte Fehler deshalb nicht vollständig beseitigen.

Bei wichtigen Messungen an Metalloberflächen sollte der Emissionsgrad entsprechend dem tatsächlichen Oberflächenzustand gewählt und möglichst mit einem Kontaktfühler, Referenzthermometer oder einer bekannten Temperaturquelle überprüft werden.

Was ist zu tun, wenn der Emissionsgrad unbekannt ist?

Wenn das Gerät eine Emissionsgradeinstellung ermöglicht, der tatsächliche Wert jedoch unbekannt ist, kann eine Referenzmessung durchgeführt werden.

Eine verbreitete Methode besteht darin, die Oberflächentemperatur zunächst mit einem Kontaktfühler zu bestimmen und anschließend den Emissionsgrad des Infrarotthermometers so anzupassen, dass der angezeigte Wert möglichst nahe an der Referenztemperatur liegt.

Bei geeigneten Oberflächen kann außerdem ein hoch emittierendes schwarzes Klebeband oder ein vergleichbares Referenzmaterial verwendet werden.

Vorgehensweise:
● Ein kleines Stück hoch emittierendes, temperaturgeeignetes Klebeband aufbringen;
● Warten, bis Klebeband und Oberfläche thermisches Gleichgewicht erreicht haben;
● Den beklebten Bereich mit dem Infrarotthermometer messen;
● Diesen Wert als Referenz für die Oberflächentemperatur verwenden;
● Die Messung der unbehandelten Oberfläche entsprechend anpassen.

Diese Methode ist insbesondere bei reflektierenden Metalloberflächen hilfreich.

Bei hohen Temperaturen muss sichergestellt werden, dass das verwendete Klebeband oder Referenzmaterial für den jeweiligen Temperaturbereich geeignet ist.

Wie wählt man zwischen festem und einstellbarem Emissionsgrad?

Entscheidend ist die konkrete Messaufgabe, nicht die Anzahl der Gerätefunktionen.

● Überwiegend Materialien mit hohem Emissionsgrad: Ein fester Emissionsgrad ist meist ausreichend.
● Routinekontrollen von Anlagen: Ein fester Emissionsgrad vereinfacht die Bedienung und reduziert Einstellfehler.
● Regelmäßige Messungen an Metall: Ein einstellbarer Emissionsgrad ist vorzuziehen.
● Viele unterschiedliche Materialien: Einstellbare Modelle bieten eine höhere Flexibilität.
● Hohe Vergleichbarkeit von Messungen erforderlich: Einstellbaren Emissionsgrad verwenden und standardisierte Messbedingungen festlegen.
● Wenig Erfahrung mit Infrarotmesstechnik: Bei gleichartigen Messobjekten kann ein fester Emissionsgrad in der Praxis zu konsistenteren Ergebnissen führen.
● Forschung, Labor oder Qualitätssicherung: Ein einstellbarer Emissionsgrad ist in der Regel die geeignetere Wahl.

Die entscheidende Frage lautet somit nicht, welche Variante „höherwertiger“ ist, sondern ob für die jeweiligen Messobjekte eine Emissionsgradkorrektur erforderlich ist.

Welche weiteren Kriterien sind bei der Auswahl wichtig?

Der Emissionsgrad ist nur eines von mehreren Auswahlkriterien.

Bei industriellen Anwendungen sollten außerdem Messbereich, D:S-Verhältnis, Messgenauigkeit, Wiederholbarkeit, Ansprechzeit und Größe des Messobjekts berücksichtigt werden.

Soll beispielsweise ein kleines Objekt aus größerer Entfernung gemessen werden, kann das D:S-Verhältnis wichtiger sein als die Emissionsgradeinstellung. Ist der Messfleck größer als das Zielobjekt, erfasst das Gerät zusätzlich Infrarotstrahlung aus dem Hintergrund.

Bei bewegten Bändern, Rollen oder Produktionsmaterialien spielt außerdem die Ansprechzeit eine wichtige Rolle. Bei Hochtemperaturanwendungen muss der Messbereich die maximal zu erwartende Oberflächentemperatur mit ausreichender Reserve abdecken.

Bei einer vollständigen Geräteauswahl sollten daher berücksichtigt werden:
● Temperaturmessbereich;
● Messgenauigkeit;
● D:S-Verhältnis;
● Einstellbereich des Emissionsgrades;
● Ansprechzeit;
● Laservisier;
● Data Hold, MAX/MIN sowie Hoch-/Tieftemperaturalarm;
● Datenaufzeichnung oder PC-Kommunikation.

FAQ

Welcher feste Emissionsgrad wird bei Infrarotthermometern häufig verwendet?

Viele Universalgeräte arbeiten mit ε=0,95. Der tatsächliche Wert ist jedoch vom jeweiligen Modell abhängig und sollte in den technischen Daten geprüft werden.

Kann ε=0,95 für jedes Material verwendet werden?

Nein. Für viele Materialien mit hohem Emissionsgrad ist dieser Wert geeignet, bei blanken Metallen und anderen niedrig emittierenden Oberflächen können jedoch erhebliche Messfehler auftreten.

Ist ein größerer Einstellbereich beim Emissionsgrad immer besser?

Nicht zwangsläufig. Ein größerer Bereich erhöht die Flexibilität, aber nur eine passende Einstellung verbessert die Messung.

Muss der Emissionsgrad bei Edelstahl immer angepasst werden?

Bei blankem oder poliertem Edelstahl ist ein einstellbarer Emissionsgrad empfehlenswert. Gleichzeitig müssen Reflexionen aus der Umgebung berücksichtigt werden. Lackierte oder oxidierte Edelstahloberflächen können deutlich andere Emissionsgrade aufweisen.

Warum kann dasselbe Material unterschiedliche Emissionsgrade haben?

Der Emissionsgrad hängt nicht nur vom Werkstoff ab, sondern auch von Oberflächenrauheit, Oxidation, Beschichtungen, Farbe, Verschmutzung, Temperatur und Messwellenlänge.

Kann ein Tabellenwert für den Emissionsgrad direkt übernommen werden?

Er kann als Ausgangswert dienen, sollte aber nicht als absoluter Wert betrachtet werden. Bei wichtigen Messungen empfiehlt sich eine Überprüfung mit einer Kontaktmessung oder einer bekannten Referenztemperatur.

Kann ein Gerät mit festem Emissionsgrad Metall messen?

Es liefert einen Messwert, bei niedrig emittierenden oder stark reflektierenden Metallflächen kann dieser jedoch deutlich von der tatsächlichen Oberflächentemperatur abweichen. Für Trendmessungen sollten Messposition, Abstand, Winkel und Oberflächenzustand möglichst konstant bleiben.

Löst ein einstellbarer Emissionsgrad alle Probleme bei Metallmessungen?

Nein. Er kann Fehler aufgrund eines ungeeigneten Emissionsgrades reduzieren, jedoch nicht vollständig die Einflüsse von reflektierter Strahlung, zu großem Messfleck, Messwinkel oder wechselndem Oberflächenzustand beseitigen.

Fazit

Der wesentliche Unterschied zwischen Infrarotthermometern mit festem und einstellbarem Emissionsgrad besteht darin, ob der Benutzer den ε-Wert an die Strahlungseigenschaften der zu messenden Oberfläche anpassen kann.

Für lackierte Flächen, Gummi, Kunststoffe, Holz und viele Baustoffe sowie für Routineinspektionen, HVAC-Wartung und schnelle Temperaturkontrollen ist ein fester Wert wie ε=0,95 häufig ausreichend und besonders einfach zu bedienen.

Wer regelmäßig Edelstahl, Aluminium, Kupfer oder andere Metalle sowie unterschiedliche Oberflächenmaterialien misst, profitiert dagegen von einem einstellbaren Emissionsgrad. Solche Geräte eignen sich besonders für industrielle Instandhaltung, Qualitätssicherung, Forschung und professionelle Temperaturmessungen.

Der Emissionsgrad ist jedoch nicht der einzige Einflussfaktor auf die Messgenauigkeit. D:S-Verhältnis, Messabstand, Zielgröße, Oberflächenzustand, reflektierte Wärmestrahlung und eine korrekte Messmethode sind ebenso wichtig.

Die Auswahl sollte deshalb mit den tatsächlichen Messobjekten und Einsatzbedingungen beginnen. Erst danach lässt sich sinnvoll entscheiden, ob ein einstellbarer Emissionsgrad erforderlich ist.f