Einleitung

Infrarot-Thermometer bestimmen die Oberflächentemperatur eines Objekts anhand der von ihm abgegebenen Infrarotstrahlung. Da die Messung berührungslos erfolgt, wird häufig angenommen, dass die Umgebungstemperatur kaum Einfluss auf das Messergebnis hat.

In der Praxis ist die Umgebungstemperatur jedoch ein wichtiger Einflussfaktor bei der Infrarot-Temperaturmessung.

Sie kann sowohl die Oberflächentemperatur des Messobjekts als auch den Infrarotdetektor, elektronische Bauteile, das optische System und die interne Temperaturkompensation des Messgeräts beeinflussen.

Besonders kritisch sind schnelle Wechsel zwischen kalten und warmen Umgebungen. Wird unmittelbar nach einem solchen Temperaturwechsel gemessen, können die Messwerte vorübergehend driften oder instabil sein.

Bei Messungen mit höheren Genauigkeitsanforderungen sollten deshalb neben Emissionsgrad, Messabstand und Messfleckgröße auch die Umgebungsbedingungen berücksichtigt werden.

Das Wichtigste im Überblick

● Sehr hohe oder niedrige Umgebungstemperaturen können die Stabilität der Infrarotmessung beeinträchtigen.
● Die meisten Infrarot-Thermometer verfügen über eine interne Erfassung und Kompensation der Gerätetemperatur, jedoch nur innerhalb definierter Betriebsgrenzen.
● Nach einem deutlichen Temperaturwechsel sollte sich das Gerät zunächst an die neue Umgebung anpassen.
● Die Umgebungstemperatur kann auch indirekt über die tatsächliche Oberflächentemperatur des Messobjekts, reflektierte Hintergrundstrahlung und atmosphärische Einflüsse wirken.
● Besondere Aufmerksamkeit ist in Hochtemperaturbereichen, Kühlräumen, winterlichen Außenbereichen und Umgebungen mit starken Temperaturschwankungen erforderlich.
● Das Gerät sollte stets innerhalb des spezifizierten Umgebungstemperaturbereichs betrieben und erst nach Erreichen eines ausreichenden thermischen Gleichgewichts für präzise Messungen verwendet werden.

Warum beeinflusst die Umgebungstemperatur die Infrarotmessung?

Die von einem Infrarot-Thermometer erfasste Strahlung wird nicht unmittelbar in einen Temperaturwert umgewandelt. Der Detektor wandelt die eingehende Infrarotenergie zunächst in ein elektrisches Signal um. Anschließend wird dieses Signal zusammen mit Emissionsgrad, interner Temperaturmessung und Kompensationsalgorithmen verarbeitet.

Auch die Temperatur des Messgeräts selbst kann das Ausgangssignal des Detektors beeinflussen.

Deshalb verfügen die meisten Infrarot-Thermometer über einen internen Temperatursensor oder eine vergleichbare Kompensationsfunktion.

Solange das Gerät innerhalb seines vorgesehenen Betriebstemperaturbereichs arbeitet und sich thermisch stabilisiert hat, kann dieser Einfluss in der Regel wirksam kompensiert werden.

Problematisch wird es, wenn sich die Umgebungstemperatur schneller ändert, als das Gerät ein neues thermisches Gleichgewicht erreichen kann. Während dieser Übergangsphase kann die interne Kompensation den momentanen Temperaturzustand des Detektors möglicherweise nicht vollständig ausgleichen.

Ein typisches Beispiel ist ein Infrarot-Thermometer, das längere Zeit in einem kalten Fahrzeug lag und anschließend sofort in einem warmen Innenraum eingesetzt wird. Die internen Komponenten sind zunächst noch deutlich kälter als die Umgebung, wodurch vorübergehend Messwertdrift auftreten kann.

Welche Auswirkungen hat eine hohe Umgebungstemperatur?

In einer heißen Umgebung erwärmen sich Detektor, Elektronik, Gehäuse und optische Komponenten des Infrarot-Thermometers zunehmend.

Solange die spezifizierte Betriebstemperatur nicht überschritten wird und sich das Gerät thermisch stabilisiert hat, sind normale Messungen in der Regel möglich. Dennoch können folgende Einflüsse auftreten:

● Steigende interne Temperaturen können das Detektorsignal verändern und die Anforderungen an die Temperaturkompensation erhöhen.
● In der Nähe von Öfen, Heizgeräten, Dampfleitungen oder anderen heißen Anlagen kann das Gerätegehäuse direkt durch Wärmestrahlung erwärmt werden.
● Starke infrarote Hintergrundstrahlung kann von Oberflächen mit niedrigem Emissionsgrad reflektiert werden und zu scheinbar zu hohen Messwerten führen.
● Außerhalb des spezifizierten Betriebstemperaturbereichs kann die angegebene Messgenauigkeit nicht mehr gewährleistet werden.

Bei Messungen an Öfen, Kesseln und Wärmebehandlungsanlagen sollte deshalb nicht nur die Zieltemperatur berücksichtigt werden. Auch das Messgerät selbst darf keiner übermäßigen Wärmestrahlung über längere Zeit ausgesetzt werden.

Welche Auswirkungen hat eine niedrige Umgebungstemperatur?

Auch niedrige Temperaturen können die Infrarotmessung beeinflussen.

Typische Einsatzbereiche sind Kühlhäuser, winterliche Außenbereiche, Kälteanlagen und Messungen an gekühlten Systemen.

Mögliche Auswirkungen sind:

● Die Eigenschaften von Detektor und Elektronik können sich bei niedrigen Temperaturen verändern und müssen intern kompensiert werden.
● Die Leistungsfähigkeit von Batterien kann bei Kälte abnehmen, insbesondere bei bereits niedrigem Ladezustand.
● LCD-Anzeigen können bei sehr niedrigen Temperaturen langsamer reagieren.
● Beim schnellen Wechsel von einer kalten in eine warme und feuchte Umgebung kann sich Kondenswasser auf der Optik bilden.

Besonders kritisch ist Kondensation auf der Infrarotlinse.

Feuchtigkeit auf der optischen Oberfläche verändert die zum Detektor gelangende Infrarotstrahlung und kann deutliche Messfehler verursachen. Die Messung sollte erst fortgesetzt werden, wenn die Optik vollständig trocken und das Gerät an die neue Umgebung angepasst ist.

Warum sind schnelle Temperaturwechsel besonders kritisch?

Schnelle Änderungen der Umgebungstemperatur können größere Auswirkungen haben als dauerhaft hohe oder niedrige Temperaturen.

Der Grund ist, dass sich die verschiedenen Komponenten eines Infrarot-Thermometers nicht gleich schnell erwärmen oder abkühlen.

Wird ein Gerät beispielsweise aus einer Umgebung von etwa 5 °C in einen Raum mit ungefähr 25 °C gebracht, kann sich das Gehäuse relativ schnell erwärmen, während Detektor, Leiterplatte und optische Bauteile zunächst kälter bleiben.

Dadurch entsteht innerhalb des Geräts vorübergehend ein Temperaturgefälle. Die vom internen Temperatursensor erfasste Temperatur kann dann den momentanen thermischen Zustand des Infrarotdetektors nicht vollständig widerspiegeln.

Das Ergebnis kann Messwertdrift sein.

Mit zunehmender thermischer Stabilisierung werden die Messwerte normalerweise wieder konstanter.

Nach einem größeren Temperaturwechsel sollten präzise Messungen daher erst nach einer ausreichenden Anpassungszeit durchgeführt werden. Die notwendige Dauer hängt vom Gerät und vom Temperaturunterschied ab. Maßgeblich sind die Angaben des Herstellers.

Die Umgebungstemperatur verändert auch die tatsächliche Objekttemperatur

Nicht nur das Messgerät wird von der Umgebung beeinflusst.

Auch das Messobjekt tauscht ständig Wärme mit seiner Umgebung aus.

Wird beispielsweise ein kaltes Metallteil von außen in einen beheizten Raum gebracht, steigt seine Oberflächentemperatur kontinuierlich an. Wiederholte Infrarotmessungen zeigen daher zunehmend höhere Werte.

Dabei handelt es sich nicht zwingend um einen Messfehler. Die tatsächliche Oberflächentemperatur verändert sich.

Weitere typische Beispiele sind:

● Produkte, die gerade aus einem Kühlraum entnommen wurden.
● Bauteile, die aus einer heißen Produktionslinie in einen Bereich mit Raumtemperatur gebracht wurden.
● Außenanlagen unter direkter Sonneneinstrahlung.
● Objekte in der Nähe von Wärmequellen, Kühlluftauslässen oder Klimaanlagen.
● Oberflächen, die durch Kondensation, Verdunstung oder starke Luftströmungen beeinflusst werden.

Bei der Auswertung von Messwerten sollte daher zwischen einer temperaturbedingten Beeinflussung des Messgeräts und einer tatsächlichen Temperaturänderung des Messobjekts unterschieden werden.

Warum ist die Hintergrundtemperatur bei niedrigem Emissionsgrad besonders wichtig?

Bei Materialien mit hohem Emissionsgrad, beispielsweise vielen lackierten Oberflächen, Gummi, Kunststoffen und anderen nichtmetallischen Werkstoffen, stammt ein großer Teil der erfassten Infrarotstrahlung vom Messobjekt selbst.

Bei polierten Metallen, Aluminium, Edelstahl und anderen Oberflächen mit niedrigem Emissionsgrad ist die Situation komplexer.

Solche Oberflächen reflektieren einen größeren Anteil der Infrarotstrahlung aus ihrer Umgebung.

Befindet sich eine Metalloberfläche beispielsweise in der Nähe eines heißen Ofens oder Heizgeräts, kann dessen Strahlung an der Metalloberfläche reflektiert und vom Infrarot-Thermometer erfasst werden.

Der angezeigte Wert kann dadurch höher als die tatsächliche Oberflächentemperatur sein.

Umgekehrt kann ein kalter Hintergrund zu einem zu niedrigen Messwert beitragen.

Bei niedrigem Emissionsgrad spielt daher neben der Umgebungstemperatur ein weiterer wichtiger Parameter eine Rolle: die reflektierte Hintergrundtemperatur.

Aus diesem Grund sind Infrarotmessungen an metallischen Oberflächen in der Regel empfindlicher gegenüber Umgebungsbedingungen als Messungen an Materialien mit hohem Emissionsgrad.

Beeinflusst heiße Luft die Infrarotmessung direkt?

Normale Luft ist in Teilen des für übliche Infrarot-Thermometer relevanten Spektralbereichs relativ gut durchlässig. Bei üblichen Messentfernungen ist die Lufttemperatur allein deshalb meist nicht die wichtigste Fehlerquelle.

Anders kann es sein, wenn sich im Messweg Folgendes befindet:

● Hohe Wasserdampfkonzentration.
● Rauch oder Staub.
● Heiße Abgase.
● Dichter Nebel.
● Dampf.
● Ein sehr langer Messweg.

Diese Medien können Infrarotstrahlung absorbieren, streuen oder selbst emittieren und damit die am Detektor ankommende Strahlung verändern.

Bei Messungen an Kesseln, Öfen, Dampfsystemen und in staubintensiven Industrieumgebungen sollte deshalb möglichst eine freie optische Sichtlinie zwischen Messgerät und Messobjekt vorhanden sein.

Wie lassen sich umgebungsbedingte Messfehler reduzieren?

Eine sachgerechte Anwendung kann den Einfluss der Umgebungstemperatur deutlich verringern.

● Gerät akklimatisieren lassen. Nach einem größeren Temperaturwechsel sollte sich das Infrarot-Thermometer zunächst stabilisieren.
● Betriebstemperaturbereich einhalten. Die zulässigen Umgebungstemperaturen unterscheiden sich je nach Modell und sind den technischen Daten zu entnehmen.
● Direkte Erwärmung vermeiden. Das Messgerät sollte nicht über längere Zeit unmittelbar der Wärmestrahlung heißer Anlagen ausgesetzt werden.
● Optik auf Kondensation prüfen. Nach dem Wechsel aus einer kalten in eine warme und feuchte Umgebung muss die Linse sauber und trocken sein.
● Reflexionen minimieren. Bei Metallen mit niedrigem Emissionsgrad ist besonders auf heiße oder kalte reflektierende Hintergründe zu achten.
● Vergleichbare Messbedingungen verwenden. Für Trend- und Vergleichsmessungen sollten Umgebung, Abstand, Messwinkel und Emissionsgrad möglichst konstant gehalten werden.
● Thermische Stabilität des Messobjekts berücksichtigen. Wurde das Objekt zuvor in eine andere Umgebung gebracht, ist zu prüfen, ob vor der Messung eine Stabilisierung erforderlich ist.

In welchen Anwendungen ist besondere Aufmerksamkeit erforderlich?

Unter normalen Innenraumbedingungen kann der Einfluss der Umgebungstemperatur relativ gering sein. In folgenden Anwendungen ist jedoch besondere Sorgfalt sinnvoll:

● Außenmessungen im Winter: längere Kälteeinwirkung und häufige Wechsel zwischen Innen- und Außenbereich.
● Kühlhäuser und Kälteanlagen: niedrige Temperaturen, Feuchtigkeit und mögliche Kondensation.
● Kessel- und Ofeninspektionen: starke Wärmestrahlung und erhöhte Gefahr reflektierter Fremdstrahlung.
● Industrielle Produktionslinien: gleichzeitig wechselnde Objekt-, Umgebungs- und Hintergrundtemperaturen.
● HVAC-Messungen: deutliche Temperaturgradienten und hohe Luftgeschwindigkeiten in der Nähe von Luftauslässen.
● Außenanlagen: Sonneneinstrahlung, Wind und wechselnde Umgebungstemperatur verändern die tatsächliche Oberflächentemperatur.

Werden Messdaten für Trendanalysen oder langfristige Vergleiche verwendet, kann die Dokumentation der jeweiligen Umgebungsbedingungen die Aussagekraft der Ergebnisse verbessern.

FAQ

Führt eine höhere Umgebungstemperatur automatisch zu einem höheren Messwert?

● Nein. Infrarot-Thermometer kompensieren Änderungen der Umgebungstemperatur normalerweise intern. Entscheidend ist, ob das Gerät innerhalb seines spezifizierten Temperaturbereichs arbeitet und thermisch stabilisiert ist.

Kann ein Infrarot-Thermometer sofort nach dem Wechsel von außen nach innen verwendet werden?

● Für eine grobe Orientierung grundsätzlich ja. Bei höheren Genauigkeitsanforderungen sollte das Gerät jedoch zunächst die Innentemperatur annehmen. Dies gilt besonders bei großen Temperaturunterschieden im Winter.

Beeinflusst die Umgebungstemperatur die Genauigkeit eines Infrarot-Thermometers?

● Ja. Besonders hohe, niedrige oder schnell wechselnde Temperaturen sowie der Betrieb außerhalb des spezifizierten Bereichs können die Messabweichung erhöhen.

Warum sind die Messwerte nach dem Verlassen eines Kühlraums manchmal instabil?

● Das Gerät kann intern noch kalt sein. Zusätzlich kann sich Kondenswasser auf der Optik bilden. Vor der Messung sollte sich das Gerät akklimatisieren und die Linse vollständig trocken sein.

Warum zeigen Metalloberflächen in der Nähe heißer Anlagen manchmal zu hohe Temperaturen?

● Metalle mit niedrigem Emissionsgrad können Infrarotstrahlung heißer Objekte aus der Umgebung reflektieren. Das Messgerät erfasst dann nicht ausschließlich die Strahlung der eigentlichen Messoberfläche.

Wie lange sollte ein Infrarot-Thermometer akklimatisiert werden?

● Eine allgemeingültige Zeit gibt es nicht. Sie hängt von Gerätebauart und Temperaturunterschied ab. Die Herstellerangaben in Bedienungsanleitung und technischen Daten sind maßgeblich.

Zusammenfassung

Die Umgebungstemperatur verändert einen Infrarot-Messwert nicht einfach um einen festen Betrag. Sie kann vielmehr über mehrere Mechanismen wirken, darunter Detektortemperatur, interne Temperaturkompensation, Zustand der Optik, tatsächliche Objekttemperatur und reflektierte Hintergrundstrahlung.

Unter stabilen Bedingungen und innerhalb des spezifizierten Betriebstemperaturbereichs können moderne Infrarot-Thermometer Änderungen der Umgebungstemperatur in der Regel zuverlässig kompensieren.

Besonders kritisch sind schnelle Temperaturwechsel, unzureichende Akklimatisierung, der Betrieb außerhalb des zulässigen Temperaturbereichs, Kondensation auf der Optik und starke reflektierte Wärmestrahlung.

Für zuverlässige Infrarotmessungen sollten deshalb neben Emissionsgrad, D:S-Verhältnis, Messfleckgröße und Messabstand auch die Umgebungsbedingungen berücksichtigt werden. Stabile Messbedingungen und eine korrekte Handhabung sind entscheidend für reproduzierbare und verlässliche Temperaturdaten.