Berührunglos arbeitende Temperaturmessgeräte, auch Strahlungsthermometer oder Pyrometer genannt, eignen sich sehr gut, um sehr schnell die Temperatur von Oberflächen zu bestimmen. Darüber hinaus werden sie dort eingesetzt, wo andere Messmethoden (z.B.Kontaktthermometer) nicht oder nur eingeschränkt angewendet werden können. Spannungsführende Teile, rotierende Maschinenteile, heiße Objekte, verpackte Lebensmittel, die beim Einstechen eines Messfühlers beschädigt werden, oder rauhe Oberflächen, zu denen nur schwer ein Kontakt hergestellt werden kann, sind nur einige Beispiele.
Funktionsweise
Jeder Körper sendet, neben anderen elektromagnetische Wellen, Wärmestrahlung, deren Intensität von seiner Temperatur abhängt. Diese Strahlung wird mit dem IR-Thermometer erfasst und ausgewertet. Ähnlich einem Fotoapparat bündelt die Linse die von einem Körper abgestrahlten elektromagnetischen Wellen und leitet diese auf eine lichtempfindliche Schicht. Dort erfolgt die Umwandlung in ein Signal, das durch eine entsprechende Elektronik als Temperatur angezeigt wird.
Bei der Infrarot-Messtechnik werden also Wärmestrahlen, die von der Oberfläche des Messobjektes ausgehen, erfasst und gemessen. Daher sind einige Besonderheiten zu beachten, um Messfehler zu vermeiden: Das sind in erster Linie
- Optische Auflösung
- Emissionsfaktor (siehe auch Tabelle Emissionsfaktoren einiger Materialien)
Optische Auflösung
Die optische Auflösung beschreibt den Durchmesser des Messflecks, der in Abhängigkeit des Abstands des Thermometers zum Objekt entsteht. Es wird auch als 'Verhältnis von Abstand zu Messfleckdurchmesser', 'Sichtfeld' oder 'Messkegelverhältnis' bezeichnet und wird mit x:1 angegeben, wobei x den Abstand darstellt und 1 den Messfleck.
Die Auflösung eines IR-Thermometers mit einem Verhältnis von 4:1 ist meist zu grob um die Temperatur eines 1m entfernten Objekts zu messen, denn der Messfleckdurchmesser ist dann schon 25cm (100cm/4), während der Durchmesser bei einem 10:1 Gerät nur noch 10cm (100cm/10) beträgt und, wie auch in der Grafik oben gezeigt, bei 50cm Abstand nur 5cm. Siehe auch Tabelle Messfleckdurchmesser in Abhängigkeit von Abstand und Messkegelverhältnis
Überlegen Sie daher vor dem Kauf, wofür Sie das Infrarot-Thermometer einsetzen möchten, und erwerben Sie dann ein Gerät, das die entsprechende optische Auflösung für die Anwendung bietet. Viele fehlerhafte Messwerte entstehen, weil unwissentlich eine größere Fläche als das gemessene Objekt erfasst wird.
Emissionsfaktor
Der Emissionsfaktor beschreibt die Fähigkeit eines Gegenstandes, Energie im Infrarot-Bereich abzustrahlen. Der Emissionsfaktor wird vom Material, aus dem der Gegenstand besteht, und seiner Oberflächenbeschaffenheit bestimmt. Die Werte können von kleiner 0,1 bei einem hoch reflektierenden Körper wie poliertem Metall bis zu 1,0 bei einem idealen schwarzen Körper reichen. Anders ausgedrückt, kann der Emissionsfaktor mit dem Reflexionsvermögen oder dem Glanz einer Oberfläche verglichen werden. Materialien wie weichgezogene Kupferdrähte erscheinen selbst unter dem Mikroskop glatt und glänzend, obwohl sie mit bloßem Auge matt aussehen, während andere Objekte wie Lackfarbe porös aussehen, obwohl sie mit bloßem Auge glänzend wirken. Poröse Gegenstände haben einen relativ hohen Emissionsfaktor (i.d.R. von 0,7 bis 0,98), während glänzende einen niedrigen Emissionsfaktor (i.d.R. unter 0,2) haben. Letztere reflektieren Infrarot-Energie von den umgebenden Gegenständen, wodurch die vom gemessenen Objekt abgestrahlte Infrarot-Energie abgeschwächt wird. Ein poröser Körper absorbiert in der Regel die umgebende Infrarot-Energie und strahlt dadurch seine eigene Infrarot-Energie ungeschwächt ab (wie ein schwarzer Körper).
Infrarot-Messgeräte bei denen die Emissivität nicht einstellbar ist, haben i.d.R. einem Emissionsfaktor von 0,95. Um einen effektiven tatsächlichen Temperaturmesswert zu erhalten, muss die gemessene Oberfläche einen Emissionsfaktor um 0,95 haben. Mit anderen Worten: nur die Messung einer Oberfläche, die nicht hoch reflektierend ist, führt zu einem genauen Messwert. Verwenden Sie daher für glänzende Oberflächen eine Schicht schwarzer Farbe, Isolierband oder Permanentmarker, um die Reflexion zu verringern. Wenn ein Infrarot-Messgerät mit einem festen Emissionsfaktor von 0,95 für die Messung eines Objektes verwendet wird, dessen Emissionsfaktor erheblich von 0,95 abweicht, ist das Ergebnis folgendermaßen fehlerhaft:
- Wenn das gemessene Objekt wärmer als die Umgebungstemperatur ist, liegt der Messwert fälschlicherweise unter der tatsächlichen Temperatur.
- Wenn das gemessene Objekt kälter als die Umgebungstemperatur ist, liegt der Messwert fälschlicherweise über der tatsächlichen Temperatur.
Zur Tabelle mit Emissionsfaktoren einiger Materialien
Vorteile der IR - Messung
- Schnelle Reaktionszeit: Temperaturen werden in Bruchteilen einer Sekunde gemessen.
- Messung bewegter Teile: selbst schnelle dynamische Prozesse lassen sich damit spielend messen. Die kurze Ansprechzeit unterstützt diese Fähigkeit.
- Die zu messenden Objekte werden nicht berührt oder kontaminiert: Für Lebensmittel oder stromführende Teile ein unschlagbarer Vorteil. Auch schwer zugängliche Teile lassen sich damit messen.
