Jeder in der Terraristik wird die praktischen „Infrarotthermometer“ kennen, mit denen man per Knopfdruck in Sekundenschnelle die Temperatur im Terrarium ermitteln kann. Um bei der Messung keine Überraschungen zu erleben und die Daten gleichsam richtig interpretieren zu können, gibt es allerdings ein paar Dinge zu beachten. Alle relevanten Informationen dazu haben wir hier, zusammen mit Beispielen aus der Praxis, für Sie zusammengetragen.
Was misst ein „Infrarotthermometer“ genau?
Um es gleich fest zu halten: Ein „Infrarotthermometer“ misst nicht nur Infrarotstrahlung, sondern Wärmestrahlung allgemein. Jeder Körper, der eine Temperatur aufweist, die höher ist als der absolute Nullpunkt (-273,15 °C), gibt an seine Oberfläche elektromagnetische Wellen ab. Diese Wellen können andere Körper, die eine niedrigere Temperatur haben erwärmen. Infrarotstrahlung ist genau genommen nur ein Teil der allgemeinen Wärmestrahlung. Im allgemeinen Sprachgebrauch werden beide Begriffe jedoch meist synonym verwendet, besser wäre es aber von einem Pyrometer zu sprechen, statt von einem „Infrarotthermometer“.
Die physikalische Grundlage
Wir möchten hier nicht all zu tief in die Physik einsteigen, aber eine Sache ist wichtig für das richtige Verständnis. Letztlich beruht das Funktionsprinzip eines Pyrometers auf drei physikalischen Gesetzen, die miteinander in Zusammenhang stehen:
- Plancksches Strahlungsgesetz
- Stefan-Boltzmann-Gesetz
- Wien’sches Verschiebungsgesetz
Diese Gesetze zeigen, dass die abgegebene Wärmestrahlung eines Körpers proportional zu seiner Temperatur ist und umgekehrt. Daher lässt sich aus der gemessenen Strahlungsintensität der Wärmestrahlung auf die Temperatur der Oberfläche des Körpers zurück rechnen.
Der Emissionskoeffizient
Nun ist es aber so, dass diese Gesetze von einem idealen „Schwarzen Strahler“ ausgehen. In der Realität entspricht kein Material einem idealen „schwarzen Strahler“ und weicht davon ab. Diese Abweichung ist jedoch für jedes Material anders und wird für das Material als Emissionsgrad oder Emissionskoeffizient angegeben.
Für viele Materialien ist die Abweichung zwischen gemessener Wärmestrahlung und angezeigter Temperatur gering und günstige Pyrometer verwenden einfach einen durchschnittlichen Emissionsgrad von 0,95, der für viele Materialen in der Näherung funktioniert. Allerdings können die Abweichungen speziell bei Metallen (aber auch andern Materialien) erheblich sein. Besonders bei Metallen kommt dazu, dass die Oberflächenbeschaffenheit einen großen Einfluss auf den Emissionsgrad hat.
Daher lässt sich bei etwas besseren Pyrometern der Emissionskoeffizient, ja nach dem für welches Material die Oberflächentemperatur ermittelt werden soll, beim Gerät manuell einstellen. Nur so bekommt man verlässliche Temperaturdaten. Da die oben genannten Gesetzte nicht für alle Temperaturbereiche linear sind, macht es für ganz exakte Messungen ggf. Sinn auch den Emissionskoeffizienten für bestimmten Temperaturen zu berücksichtigen (s. Tabelle). Für die Messung im Terrarium kann man das in der Regel vernachlässigen.
Unterschiedliches Material und deren Emissionskoeffizienten
| Material (nicht Metalle) (Materialtemperatur) | Emissionskoeffizient |
| Beton (25°C) | 0,93 |
| Eis, glatt (0°C) | 0,97 |
| Glas (90°C) | 0,9 |
| Gips (20°C) | 0,94 |
| Granit (20°C) | 0,45 |
| Gummi, hart (23°C) | 0,94 |
| Holz (70°C) | 0,94 |
| Kork (20°C) | 0,7 |
| Kunststoffe: PE, PP, PVC (20°C) | 0,94 |
| Lack, blau auf Aluminium-Folie (40°C) | 0,78 |
| Lack, schwarz, matt (80°C) | 0,97 |
| Lack weiß (90°C) | 0,95 |
| Marmor, weiß (40°C) | 0,95 |
| Mauerwerk (40°C) | 0,93 |
| Papier (20°C) | 0,97 |
| Porzellan (20°C) | 0,92 |
| Sandstein (40°C) | 0,67 |
| Ton, gebrannt (70°C) | 0,91 |
| Ziegelstein, Mörtel, Putz (20°C) | 0,93 |
In der Tabelle fällt auf, dass Material, welches häufiger im Terrarium eingesetzt wird, wie z.B. Sandstein, Granit und Kork, deutlich von den voreingestellten 0,95 abweicht.
| Material (Metalle) (Materialtemperatur) | Emissionskoeffizient |
| Aluminium, nicht oxidiert (25°C) | 0,02 |
| Aluminium, stark oxidiert (93°C) | 0,2 |
| Aluminium, hochpoliert (100°C) | 0,09 |
| Blei (40°C) | 0,43 |
| Chrom (40°C) | 0,08 |
| Chrom, poliert (150°C) | 0,06 |
| Eisen, abgeschmirgelt (20°C) | 0,24 |
| Eisen mit Gusshaut (100°C) | 0,8 |
| Eisen mit Walzhaut (20°C) | 0,77 |
| Gusseisen, oxidiert (200°C) | 0,64 |
| Kuper, leicht angelaufen (20°C) | 0,04 |
| Kupfer, oxidiert (130°C) | 0,76 |
| Kupfer, poliert (40°C) | 0,03 |
| Kupfer, gewalzt (40°C) | 0,64 |
| Messing, oxidiert (200°C) | 0,61 |
| Stahl, wärmebeh. Oberfläche (200°C) | 0,52 |
| Stahl, oxidiert (200°C) | 0,79 |
| Stahl, kalt gewalzt (93°C) | 0,75-0,85 |
| Zink, oxidiert | 0,1 |
Wie kann ich die Temperatur auch mit einem günstigen Pyrometer abschätzen
Sollten Sie ein einfaches Handpyrometer verwenden, dass es nicht erlaubt, den Emissionsgrad manuell zu ändern, dann können sie folgende Formel zu Abschätzung der wahren Temperatur verwenden.
Beispiel: Sie möchten die Temperatur von einem Sandstein im Terrarium ermitteln. Sandstein hat einen Emissonskoeffizienten (Ereal) von 0,67. Ihr Gerät hat einen fest eingestellten Emissionskoeffizienten (= Emissionsgrad) (Egerät)von 0,95. Sie messen mit Ihrem Gerät und es zeigt 24° °C an (= Tmess). In die Formel muss T mess in Klevin angeben werde, also rechnen sie Tmess = 24 °C + 273,15 °C, = 297,15 °K. ° Kelvin hat die gleiche Einheit wie °C nur wird ab dem absoluten Nullpunkt angefangen zu zählen.
Als Ergebnis kommt bei diesem Beispiel heraus: Treal = 297,15 x (0,95/0,67) Hoch ¼ Treal = 50,1 °C
Der Unterschied zwischen dem gemessen von 24°C und dem tatsächlichen (Treal) von 50°C ist nicht unerheblich.
Temperatur-Umrechner
Weitere Tücken beim Messen mit einem Pyrometer
Um zu verstehen worin weitere Tücken bei der Anwendung von Pyrometern liegen, müssen wir erst mal anschauen, wie die Geräte aufgebaut sind. Zunächst braucht es eine Optik, die dazu dient die Strahlung zu sammeln. Diese gebündelte Strahlung wird auf den Sensor geschickt, der die Intensität der Strahlung ermittelt. Am Ende wird die Strahlungsintensität in eine Temperatur umgerechnet und als °C auf dem Display angezeigt. In der Regel ist auch noch ein kleiner Laser verbaut, der auf die Distanz zeigen soll, wo genau die Temperatur gemessen wird.
Aus diesem Aufbau ergeben sich einige Gegebenheiten, die für die Messung relevant sind und berücksichtigt werden müssen.
Anzeige: Nur, weil die Anzeige des Pyrometers die Temperatur auf die 10tel Nachkommastelle anzeigt, heißt das nicht, dass der Wert auch stimmt. Eine genaue Anzeige verleitet immer dazu der Messung an sich zu sehr zu vertrauen. Die Abweichung eines günstigen Pyrometers wird schätzungsweise im Bereich +- 1°C liegen Bleiben Sie also skeptisch!
Optik: Die Optik ist im Grunde eine Sammellinse, die die Wärmestrahlung in einem bestimmten Winkel sammelt und bündelt. Das bedeutet, dass je weiter entfernt sich das zu messende Objekt befindet, umso größer wird die Fläche, die das Pyrometer in die Messung einbezieht.
Beispiel: Zunächst wir eine brennende Kerze in 4 cm Abstand Entfernung gemessen. Der Laser wird genau auf die Mitte der Flamme gerichtet. Das Pyrometer zeigt 160 °C. Bei dem in diesem Beispiel verwendeten Gerät ist der gemessene Durchmesser der Fläche 3,3 mm. Dann wird nochmal eine Messung durchgeführt, diesmal im Abstand von 24 cm. Auch in dem Fall wird genau die Flamme angepeilt. Das Gerät zeigt eine Temperatur von 29 °C. Der gemessene Durchmesser ist 20 mm.
An dem Beispiel werden zwei Dinge deutlich: Erstens, dass immer nur ein Temperatur-Durchschnitt der einer bestimmten Fläche ermittelt wird. Für eine genaue Messung bei kleinräumigen Wärmequellen sollte immer dicht an das zu messende Objekt herangegangen werden. Und zweites, ein Pyrometer ist für die Ermittlung der realen Temperatur einer Flamme ungeeignet. Die Temperaturen in einer Kerzenflamme liegen in Wirklichkeit zw. 600 und 1400°C. Die Temperatur, die das Pyrometer bei dem Beispiel anzeigt ist viel zu niedrig. Eine Flamme ist eben keine feste Oberfläche.
Laser: Der „Laser“ dient dazu einen Lichtpunkt zu erzeugen, der es erlaubt das Pyrometer genau auf Objekte auszurichten. Mit der Messung hat der Laser nichts zu tun. Die manchmal verwendetet Bezeichnung „Laserthermometer“ ist daher irreführend. Wichtig ist in dem Zusammenhang ist, dass ein Pyrometer immer nur die Oberflächentemperaturen von Körpern messen kann.
Beispiel: Sie stehen vor einem Terrarium. Die Schiebescheiben sind geschlossen, schließlich sollen die flinken Bewohner nicht entkommen. Sie wollen die Temperatur am Sonnenplatz ermitteln und richten den Lichtpunkt durch die Scheibe auf den Sonnenplatz. Sie sehen den Lichtpunkt am Sonnenplatz: Ergebnis 30 °C. In dem Fall wurde jedoch nicht die Temperatur am Sonnenplatz gemessen, sondern die Oberflächentemperatur der Schiebescheibe. Streng genommen nicht mal das, denn Glasscheiben sind relativ intransparent für Infrarotstrahlung und reflektiert davon einen großen Teil. D.h. man misst die Reflektion der eigenen Körperwärme, die die Scheibe zurückwirft.
Fazit
• „Infrarotthermometer“ sind, wenn sie sinnvoll eingesetzt werden wertvolle Helfer beim ermitteln der richtigen Temperatur im Terrarium. Der Vorteil ist, sie sind schnell und berührungslos bedienbar.
• Sollten sie unterschiedliches Materialien messen wollen, dann achten sie auf den Emissionskoeffizienten. Schauen Sie ggf. im Internet und geben gewünschten Emissionsgrad in Ihr Gerät ein. Erlaubt es ihr Gerät nicht, verwenden sie die oben gezeigte Rechnung um die Temperatur abzuschätzen.
• Beachten Sie, dass nur Oberflächen gemessen werden können.
• Bedenken Sie, dass mit zunehmendem Abstand zum Objekt die Fläche, die zur Ermittlung der Temperatur herangezogen wird auch größer wird. Auf dem Gerät sollte eine Angabe zum Messwinkel zu finden sein.
Weiterführende Links
Videoguide rund um die Heizung - Lucky Reptile