Infrarot-Temperaturmessung vs. Thermoelement: Verstehen Sie wirklich den Unterschied?

Infrarotstrahlung befindet sich im elektromagnetischen Spektrum zwischen sichtbarem Licht und Mikrowellen, mit Wellenlängen von 700 Nanometern bis 1 Millimeter, einschließlich Nahinfrarot, mittlerem Infrarot und Ferninfrarot. Nahinfrarot bezieht sich auf den Teil des Infrarotspektrums, der dem sichtbaren Licht nahe ist, Ferninfrarot bezieht sich auf den Teil des Infrarotspektrums, der den Mikrowellen nahe ist, und mittleres Infrarot liegt dazwischen.

Es ist zu beachten, dass Infrarotstrahlung "unsichtbar" ist, was bedeutet, dass sie mit bloßem Auge nicht gesehen werden kann. Sie befindet sich außerhalb des für das menschliche Auge sichtbaren roten Lichts und hat eine niedrigere Frequenz als rotes Licht. Dasselbe gilt für ultraviolettes Licht, das sich außerhalb des für das menschliche Auge sichtbaren violetten Lichts befindet und eine höhere Frequenz als violettes Licht hat.

Infrarotstrahlung ist etwas, das wir mit bloßem Auge nicht beobachten können, und um Infrarotstrahlung "zu sehen", sind spezielle Geräte erforderlich. Die beiden gängigsten Techniken zur Messung der Oberflächentemperatur sind Infrarot-(IR-)Sensoren (berührungslos) und Thermoelemente (Kontakttyp). Jede hat ihre eigenen Vorteile und idealen Anwendungen. Wenn Sie auf dem Markt nach einer zuverlässigen Temperaturmesslösung suchen, können Sie sich fragen: Welche ist für mich geeignet?

In diesem Artikel werden wir eine detaillierte Einführung in die Grundlagen von Infrarotsensoren und Kontakt-Thermoelementen geben und ihre Funktionsprinzipien, Vorteile und die Bestimmung der am besten geeigneten Technologie für Ihre Bedürfnisse vergleichen.

Was sind Infrarot-Temperatursensoren (IR-Sensoren)?
Infrarot-Temperatursensoren, manchmal einfach als IR-Sensoren bezeichnet, messen die von der Oberfläche eines Objekts emittierte Infrarotstrahlung. Da alle Objekte über dem absoluten Nullpunkt Infrarotstrahlung emittieren, können diese Sensoren die Oberflächentemperatur messen, ohne das Objekt physisch zu berühren.

1. Wie sie funktionieren
IR-Sensoren erfassen die Intensität der Infrarotenergie mithilfe eines eingebauten Detektors und einer Linse, die die Energie auf das Sensorelement fokussiert. Der Sensor berechnet dann die Temperatur basierend auf der Intensität der Infrarotwellen.

2. Hauptvorteile

• Berührungslose Messung: Ideal für Oberflächen, die gefährlich, sich bewegen oder extrem heiß sind.
• Schnelle Reaktionszeit: Messungen können nahezu augenblicklich erfolgen.
• Minimales Kontaminationsrisiko: Da sie keinen Kontakt herstellen, reduzieren sie Bedenken hinsichtlich Kreuzkontamination (besonders nützlich in der Lebensmittel- und Medizinbranche).

3. Überlegungen

• Emissionsgrad: Verschiedene Materialien emittieren Infrarotstrahlung mit unterschiedlichen Raten; das Verständnis des Emissionsgrads ist für genaue Messwerte entscheidend.
• Reflektierende Oberflächen: Stark reflektierende oder glänzende Materialien können zu ungenauen Messwerten führen, es sei denn, der Sensor ist richtig konfiguriert.
• Abstands-zu-Messfleck-Verhältnis: Infrarotsensoren haben ein bestimmtes Verhältnis, das die Größe des Messflecks in einem bestimmten Abstand bestimmt. Das Einhalten des optimalen Bereichs ist für die Genauigkeit wichtig.

Was sind Kontakt-Thermoelemente?
Ein Kontakt-Thermoelement ist eine einfache, aber äußerst gängige Art von Sensor für Temperaturmessungen. Es verwendet zwei unterschiedliche Metalle, die eine kleine Spannung erzeugen, wenn sie Hitze ausgesetzt werden. Die Spannung variiert mit der Temperatur, wodurch das Thermoelement die Temperatur des Objekts messen kann, mit dem es in Kontakt kommt.

1. Wie sie funktionieren
Thermoelemente werden hergestellt, indem zwei Metalldrähte an einem Übergang (dem "heißen Übergang") miteinander verschweißt werden. Wenn dieser Übergang erhitzt wird, erzeugen die Metalle eine Spannung. Ein Messgerät oder Datenlogger liest die Spannung und wandelt sie in einen Temperaturmesswert um.

2. Hauptvorteile

• Großer Temperaturbereich: Thermoelemente können alles von kryogenen Temperaturen bis zu extrem hohen Temperaturen messen, abhängig von der Art des verwendeten Metalls.
• Kostengünstig: Sie sind in der Regel kostengünstig und weit verbreitet.
• Robust und vielseitig: Viele Thermoelementmodelle sind so konzipiert, dass sie rauen Umgebungen standhalten, wie z. B. Öfen oder korrosiven industriellen Prozessen.

3. Überlegungen

• Langsamere Reaktionszeit: Thermoelemente müssen die Temperatur des Objekts physisch erreichen, was langsamer sein kann als berührungslose Methoden.
• Verschleiß: Als Kontaktlösung können Thermoelemente in abrasiven oder korrosiven Umgebungen beschädigt werden.
• Installation: Die direkte Platzierung auf oder in der Ausrüstung oder dem Produkt kann in einigen Szenarien unpraktisch oder unsicher sein.

Welches benötigen Sie?
Wählen Sie Infrarotsensoren (IR-Sensoren), wenn…

• Sie schnelle, berührungslose Messwerte aus der Ferne benötigen.
• Die Oberflächen, die Sie messen, gefährlich, sich bewegen oder außer Reichweite sind.
• Sie mit Prozessen arbeiten, bei denen Kontamination vermieden werden muss (Lebensmittel, Medizin).
• Sie mehrere Artikel schnell "stichprobenartig" überprüfen möchten.

Wählen Sie ein Thermoelement, wenn…

• Sie extreme Temperaturen in Maschinen, Öfen oder Brennöfen messen.
• Sie eine langlebige, kostengünstige Lösung für die eingebettete oder kontinuierliche Temperaturüberwachung benötigen.
• Direkter Kontakt sicher und machbar ist (z. B. Oberflächen zugänglich und nicht leicht kontaminiert sind).

Tipps zur Auswahl des richtigen Sensors
1. Bestimmen Sie Ihre Umgebung
Überlegen Sie, ob sich die Zieloberfläche bewegt, gefährlich ist oder anderweitig unzugänglich ist.

2. Überprüfen Sie den erforderlichen Temperaturbereich
Sowohl IR-Sensoren als auch Thermoelemente sind in Modellen erhältlich, die für bestimmte Temperaturbereiche ausgelegt sind.

3. Bewerten Sie die Genauigkeitsanforderungen
Beide Sensortypen bieten unterschiedliche Genauigkeiten; passen Sie die Präzisionsanforderungen Ihrer Anwendung an.

4. Berücksichtigen Sie die Wartung
Thermoelemente benötigen möglicherweise im Laufe der Zeit Ersatzsonden; Infrarotsensoren müssen möglicherweise die Linse gereinigt werden.

5. Budget und Umfang
Kosten pro Einheit, benötigte Menge und die allgemeine Systemintegration können Ihre Wahl beeinflussen.

Infrarot-(IR-)Sensoren und Kontakt-Thermoelemente arbeiten in verschiedenen Bereichen gut. Infrarotsensoren eignen sich sehr gut für schnelle, berührungslose Messungen, insbesondere bei Oberflächen, die schwer zu erreichen oder gefährlich sind. Thermoelemente sind bewährte direkte Temperaturmesswerkzeuge, die langlebige, kostengünstige Optionen zur Bewältigung rauer Bedingungen bieten.