Alles rund um Infrarot-Thermometer

Ein IR-Thermometer ermöglicht berührungslose Temperaturmessungen an Objekten oder sogar Personen. In dieser Hinsicht unterscheidet sich ihre Funktionsweise nur unwesentlich mit der von anderen berührungslosen Thermometern; der Unterschied besteht hauptsächlich in der Art wie sie die Temperatur erfassen, nämlich anhand der Infrarotstrahlung, die ein Objekt emittiert.

Infrarot-Thermometer kommen in einer Vielzahl von Anwendungen und Industrien zum Einsatz. Der größte Vorteil dieser Messgeräte ist vor allem das einfache und schnelle überprüfen von Objekten. Auf diese Weise können genaue Temperaturmessungen vorgenommen, potenzielle Lecks und Problemstellen erkannt und gegenseitige Kontaminationen vermieden werden.

Ein Infrarot-Thermometer misst die Strahlung, die von der Oberfläche eines Objekts ausgesendet wird. Diese Daten werden mittels eines Mikroprozessors ausgewertet, um schließlich auf dem Display in diskreten Zahlen ausgegeben zu werden. Dies hat den Vorteil, dass man die Temperatur aus sicherer Entfernung messen kann, ein direkter Kontakt mit dem Objekt ist also nicht erforderlich. Der Nachteil allerdings ist, dass nur die Temperatur an der Oberfläche des zu messenden Objekts erfasst wird.

Einige Geräte versprechen durch den Ausgleich externer Faktoren, die das Ergebnis verfälschen könnten, wie die Lufttemperatur in der Umgebung, noch genauere Messergebnisse.

Wo kommen Infrarot-Thermometer zum Einsatz?

Im Grund überall dort, wo eine Messung per klassischem Kontaktthermometer entweder aus praktischen oder hygienischen Gründen nicht möglich ist. Vor allem dann, wenn die Kerntemperatur eine untergeordnete Rolle spielt und das Messen der Temperatur an der Oberfläche des Objekts ausreicht, ist ein IR-Thermometer eine probate Alternative. Auch bei Objekten, die in Bewegung oder schwer zugänglich sind, wie z.B. auf Förderbändern, erleichtert das berührungslose Messen von Temperaturen Vorgänge um ein Vielfaches.

Daraus ergibt sich eine Vielzahl von Einsatzmöglichkeiten in der Industrie, aber auch anderen Umgebungen. Einige Beispiele für mögliche Anwendungen sind:

• Messungen an schnell rotierenden Maschinen,
• an Lüftungen an schwer zugänglichen Orten,
• sowie an Katalysatoren und in der allgemeinen Fahrzeugwartung.

Infrarot-Thermometer erfassen die eingehende Infrarotstrahlung mit Hilfe eines Sensors, auch Thermosäule genannt. Dieser nutzt den thermoelektrischen Effekt, um die Strahlung in ein elektrisches Signal umzuwandeln, das verstärkt und als Spannung ausgewertet werden kann. Dabei wendet das Gerät eine auf dem Planck'schen Strahlungsgesetz basierende Temperaturgleichung (s.u.) an. Ein Mikroprozessor wandelt den Wert in diskrete Zahlenwerte, also ablesbare Temperaturmesswerte um.

Hierbei können auch externe Faktoren wie Emissionsgrad und Umgebungstemperatur eine Rolle bei der Beeinflussung des Messergebnisses spielen. Diese können moderne Geräte kompensieren, um ein unverfälschtes Messergebnis zu liefern. Laser-Thermometer mit Datenspeicherfunktion können die digital erfassten Temperaturdaten für eine spätere Auswertung jederzeit zur Verfügung stellen. Bei Bedarf kann der Nutzer darauf jederzeit zugreifen.

Vor der Verwendung eines Infrarot-Thermometers muss die Emissivität des zu beobachtenden Objekts berücksichtigt werden, also die Fähigkeit, Infrarotenergie zu emittieren. Der Emissionsgrad gibt an, wie viel Strahlung ein Körper im Vergleich zu einem Schwarzen Körper, einer idealisierten thermischen Strahlungsquelle ohne Reflexionsvermögen, abgibt. Er wird auf einer Skala zwischen 0 und 1 gemessen, wobei der tiefste Wert für ein stark reflektierendes Objekt wie einen Spiegel und der Höchstwert für einen Schwarzkörper steht. Die Mehrheit der organischen, oxidierten und lackierten Oberflächen hat einen Emissionswert um 0,95.

Um die Temperatur an der reflektierenden Oberfläche eines metallischen Gegenstands zu messen, wählt man also einen anderen Emissionsgrad aus als beispielsweise bei Messungen, die man an Personen vornimmt. Zwar ermöglichen die meisten modernen IR-Thermometern es dem Benutzer, den Emissionsgradwert manuell einzustellen. Dennoch sollten Sie genau vor dem Kauf auf Nummer sicher gehen und genau prüfen, ob das in Frage kommende Gerät diese Funktion auch wirklich unterstützt.

Ein weiterer wichtiger Punkt ist das vom Thermometer erfasste Sichtfeld. Dieses gibt das Verhältnis von Messabstand zur Größe des erfassten Messbereichs an. Beispiel: Bei einem Verhältnis von 12:1 entspricht die Größe des Messbereich ein Zwölftel des Abstands zwischen Messgerät und Objekt, bei einer Distanz von 12 Zoll (ca. 30cm) hat der Messbereich einen Durchmesser von einem Zoll (= 2,55cm). Um das „Anvisieren“ zu erleichtern, verfügen viele IR-Thermometer über einen kleinen Laser zum Fokussieren. Noch besser sind Modelle mit mehreren Lasern. Auf diese Weise lässt sich der Messbereich noch genauer erfassen.

Wie man ein Infrarot-Thermometer richtig kalibriert

Um ein IR-Thermometer richtig zu kalibrieren benötigt man ein Gerät mit maximalem Emissionsgrad. Hier kommen Schwarzkörper-Kalibratoren ins Spiel: Diese speziellen Geräte ermöglichen das genaue Kalibrieren unter kontrollierten Bedingungen nach spezifizierten Industriestandards.

Spätestens dann, wenn ein Infrarot-Thermometer ungenaue bzw. von anderen Thermometern abweichende Messwerte liefert, sollte das Gerät neu kalibriert werden.

Für eine exakte Kalibrierung müssen Sie folgende Punkte berücksichtigen:

• Externe Faktoren wie der Emissionsgrad können die IR-Anzeige beeinflussen und Messwerte verfälschen.
• Führen Sie die Kalibrierung bei Raumtemperatur durch, idealerweise 22° Celsius.
• Geben Sie dem Gerät Zeit, sich an die Umgebung zu akklimatisieren, bevor Sie mit dem Kalibrieren beginnen.
• Führen Sie mehrere Messungen schnell hintereinander durch. Auf diese Weise reduzieren Sie etwaige, durch Temperaturschwankungen zwischen an Objekten durchgeführten Messungen auf ein Minimum.

Die Genauigkeit von IR-Thermometern hängt von den verwendeten Bauteilen, der Verarbeitungsqualität und der Genauigkeit der von Werk ab durchgeführten Kalibrierung ab. Generell sind Abweichungen von einem halben Grad möglich. Je nach Budget und erforderlicher Genauigkeit finden sich in den Produktsortimenten einzelner Hersteller auch verschiedene Modelle, überaus exakte Messergebnisse liefern. Ein ebenso wichtiger Faktor ist der Messbereich, für den das Thermometer ausgelegt ist. Für einfaches Fiebermessen eignen sich günstige Thermometer mit kleinem Messbereich (ca. 32 bis 44 Grad). In Industrieumgebungen werden jedoch meist Messbereiche von -50 bis mehrere hundert Grad benötigt.

Generell wird dazu geraten, sich die von den Herstellern angegebenen Spezifikationen genau anzusehen und untereinander zu vergleichen. Achten Sie dabei vor allem auf die sogenannte Messfehlerspezifikation. Diese gibt die bestmögliche, unter Idealbedingungen gelieferte Messgenauigkeit. Moderne Geräte sind durchaus in der Lage, etwaige Abweichungen, die unter weniger idealen Bedingungen durchgeführte Messungen entstehen können, auszugleichen. Weitere Faktoren, die die Genauigkeit der Ablesung beeinflussen können, sind der Emissionsgrad des Objekts und das oben erläuterte Verhältnis von Abstand zu Messfleck.

Wie prüft man einen Katalysator mit Hilfe eines Infrarot-Thermometers?

Durch Messen der Betriebstemperatur eines Katalysators kann die Effizienz bei der Reduzierung von Fahrzeugemissionen überprüft werden. Im Folgenden listen wir die nötigen Schritte bei der Überprüfung eines Katalysator via Infrarot-Thermometer:

• Stellen Sie sicher, dass Sie Zugang zum Unterboden des Fahrzeuges und zum Katalysator haben. Dabei sollte das Fahrzeug möglichst eben stehen oder angehoben sein.
• Starten Sie den Motor, sodass er die nötige Betriebstemperatur erreicht, damit Sie den Test unter normalen Bedingungen durchführen können.
• Stellen Sie den Emissionsgradwert am IR-Thermometer ein, wenn dies möglich ist.
• Positionieren Sie das Thermometer nahe genug, dass der Brennpunkt nur den Katalysator umfasst und keine umliegenden Teile, die die Anzeige beeinflussen könnten.
• Messen Sie das Einlassrohr mit dem Infrarot-Thermometer ab.
• Führen die nächste Messung am Auslassrohr durch.

Nachdem Sie die beiden Messwerte notiert haben, können Sie die Ergebnisse analysieren. Ein optimal arbeitender Katalysator sollte hinten heißer sein als vorne. Liegen die Temperaturen zu nah beieinander oder ergibt die Messung des vorderen Bereichs gar eine höhere Temperatur als die des hinteren, ist dies Zeichen für Probleme mit dem Katalysator.

Kann man mit einem Infrarot-Thermometer die Temperatur von Wasser messen?

In diesem Falle zeigt das Gerät nur die Oberflächentemperatur an, was in den wenigstens Fällen ausreicht. Zur Messung der Temperatur unter der Wasseroberfläche empfiehlt sich daher ein einfaches Thermometer zum Eintauchen.

Auch bei anderen Flüssigkeiten liefern IR-Thermometer nur unzureichende Ergebnisse. Darüber hinaus sollte man bedenken, dass solche Geräte nicht durch transparente Behälter wie Glaskolben „sehen“ können. In diesem Szenario würde es Gerät ebenfalls nur die Temperatur an der Oberfläche des Behälters und nicht die der darin befindlichen Flüssigkeit messen.