Temperaturmesser

Kontaktlose Temperaturmesser

Bei der Temperaturmessung kann man übergeordnet zwischen zwei verschiedenen Ansätzen unterscheiden. Temperaturen können mittels kontaktlos messenden IR-Thermometern gemessen werden, alternativ bieten sich kontaktierend messende Temperatursensoren für vielen Anwendungen an. Ein IR-Thermometer ist ein Temperaturmesser, welcher elektromagnetische Strahlung infraroter Wellenlängen über eine Optik in der Messöffnung fokussiert und auf ein Sensorelement im Messgerät projiziert. Mittels einer Elektronik im Temperaturmesser wird die erfasste Strahlungsmenge in eine temperaturproportionale Größe umgerechnet und dann als Oberflächentemperatur auf dem Display des Temperaturmesser dargestellt. Da alle Objekte, deren Temperatur oberhalb des absoluten Nullpunktes bei 0 Kelvin, infrarote Strahlung emittieren, findet diese Technologie nahezu bei allen Anwendungen im Bereich von Oberflächentemperaturmessungen Anwendung.

Bei einem infraroten Temperaturmesser gilt es zwei wichtige Parameter zu beachten. Dazu gehört der Emissionsgrad und die optische Auflösung. Über den Emissionsgrad wird die Tatsache berücksichtigt, dass die infrarote Emission eines realen Körpers in der Regel nie dem eines idealen Schwarzstrahlers (Emissionsgrad: 1) bei gleicher Temperatur entspricht. Da der Emissionsgrad von 1 allerdings als Referenzwert für die Oberflächentemperaturberechnung im Temperaturmesser verwendet wird, benötigt man für jede Oberfläche, die nicht einem idealen Schwarzstrahler entspricht, einen Korrekturfaktor. Dieser Korrekturfaktor bezieht sich auf den Emissionsgrad, ist oberflächenspezifisch und liegt zwischen 0 und 1. Für exakte Temperaturmessungen sollte ein IR Temperaturmesser über eine entsprechende Funktion verfügen. Der Emissionsgrad ist z.B. bei der Temperaturmessung von Metallen ein wichtiger Faktor, da er bei Metallen nicht nur in Abhängigkeit von der Temperatur stark schwanken kann, sondern auch in Abhängigkeit von der Oberfläche (blank, angelaufen, oxidiert, korrodiert) stark abweicht. Das Beispiel Kupfer zeigt anschaulich, dass Messungen mit einem Temperaturmesser ohne Korrekturfaktor nicht zielführend sind. Je nach Beschaffenheit der Oberfläche kann der Emissionsgrad bei diesem Metall zwischen 0,01 und 0,9 schwanken, exakte Messungen sind ohne Anpassungen des Emissionsgrades demnach nicht möglich.

Die optische Auflösung eines IR-Thermometers stellt das Verhältnis von Messfleckgröße zur Entfernung des Messflecks zum Temperaturmesser dar. Eine optische Auflösung von beispielsweise 10:1 bedeutet, dass der Durchmesser des Messflecks 1 cm in einer Entfernung von 10 cm beträgt. In einer Entfernung von 100 cm hat der Messfleck dementsprechend einen Durchmesser von 10 cm. Die optische Auflösung ist bei jedem Temperaturmesser vorgegeben und sollte entsprechend dem Anwendungsfall berücksichtigt werden. Hohe optische Auflösungen ermöglichen die Temperaturmessung auf kleinsten Oberflächen in großer Entfernung wohingegen geringe Auflösungen für großflächigere Anwendungen geeignet sind und bessere Mittelwerte erzeugen. Zu berücksichtigen ist auch, dass in unterschiedlichen Anwendungsgebieten abweichende Anforderungen an die Genauigkeit und Auflösung der Temperaturmesser gestellt werden. Im Lebensmittelbereich, insbesondere auch in der Medizin, sind Genauigkeiten oberhalb von 1°C zum Teil nicht ausreichend. In diesen Bereichen benötigt man hochpräzise infrarote Temperaturmesser um kontaktlos und damit hygienisch sauber, verlässlich Oberflächentemperaturen zu bestimmen. Im industriellen Bereich spielen weitere Faktoren eine Rolle, da es dort zum Teil auch darum geht, Sicherheitsabstände einzuhalten um nicht innerhalb von Gefahrenbereichen Temperaturen messen zu müssen oder die Objekte sind schlichtweg zu heiß bzw. unzugänglich, so dass nur eine Messung aus der Entfernung möglich ist.

Daraus ergeben sich für einen IR Temperaturmesser folgende Vorteile:

– Kein Verschleiß am Temperaturmesser und am Messobjekt

– Temperaturmessung an schwer zugänglichen Objekten

– Temperaturmessung an stromdurchflossenen Objekten

– Temperaturmessung an bewegten Objekten

– Zeitersparnis durch schnelle Temperaturmessung

– kontaktlose Temperaturmessung

– hoher Messbereich

– wartungsfrei

Kontaktierende Temperaturmesser

Kontaktierende Temperaturmesser werden auch Berührungsthermometer genannt. Daraus lässt sich sehr einfach das grundlegende Prinzip ableiten, wonach ein direkter Wärmekontakt zwischen dem Temperatursensor und der Messstelle vorliegen muss. Durch den Wärmekontakt wird die Temperatur vom Messobjekt auf den Temperaturmesser übertragen, wodurch der Temperatursensor je nach Messprinzip eine physikalisch/elektrische Änderung erfährt. Je schneller die Wärmeübertragung erfolgt und je schneller ein thermisches Gleichgewicht zwischen dem Temperaturmesser und dem Messobjekt hergestellt ist, desto effizienter arbeitet ein Temperaturmesser. Bestimmte Gase, Flüssigkeiten oder Feststoffe eignen sich aufgrund bekannter, konstanter und temperaturproportionaler Ausdehnungskoeffizienten und elektrischer Widerstände besonders als Sensorwerkstoffe und Wärmeüberträger bei der Temperaturmessung. Etabliert haben sich in der kontaktierenden Temperaturmessung mehrere Technologien. Widerstandsbasierte Temperaturmesser nutzen die temperaturproportionale Änderung des elektrischen Widerstandes von PT100 oder PT1000 Temperatursensoren aus. Ähnlich verhält es sich bei Thermoelementen. Bei Thermoelementen ist es allerdings nicht der elektrische Widerstand, sondern die elektrische Spannung, auch Thermospannung genannt, welche in Abhängigkeit von der Temperatur fällt oder steigt und damit ein sehr guter Indikator für die Temperatur ist. Neben diesen elektrischen Effekten werden auch rein mechanisch arbeitende Temperaturmesser verwendet. Bimetall Temperaturmesser machen sich die Tatsache zu Nutze, dass verschiedene Metalle unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten besitzen. Bei geschickter Kombination zweier fest miteinander verbundener Werkstoffe kommt es bei Temperturänderungen zu einer ungleichmäßigen Ausdehnung. Diese Verformung wird mit einem Zeiger auf einer analogen Skala des Temperaturmessers dargestellt. Eine ähnliche Wirkungsweise kommt bei Flüssigkeitsthermometern zum Tragen. Hier dehnt sich allerdings kein Feststoff, sondern eine Flüssigkeit aus. Die daraus resultierende Volumenveränderung wird ebenfalls als Temperaturmesswert auf einer Anzeigeeinheit dargestellt. Daneben gibt es noch weitere, exotischere Verfahren welche bei speziellen Anwendung verwendet werden. Folgende Vorteile ergeben sich aus diesen Verfahren:

- Medien in allen Aggregatzuständen messbar

- sehr genaue Temperaturmessung

- schnelle Ansprechzeiten

- keine Spannungsversorgung notwendig (Bimetall Temperaturmesser)