So testet THDE: Infrarot-Technik richtig und sinnvoll eingesetzt

Nichts ist besser als noch mehr Pixel

Wenn man sich vor Augen hält, wie hoch (oder besser niedrig) die Auflösung herkömmlicher Infrarot-Kameras eigentlich ist und wie groß die zu überwachende Fläche samt vieler, oft sehr winziger Details (z.B. Pins), dann wird man sehr schnell begreifen, das viele Messungen gar nicht genau sein können – auch wenn man guten Glaubens ist, es wäre so.

Werfen wir deshalb exemplarisch zunächst einen Blick auf die Vorder- und Rückseite einer Grafikkarten-Platine in verschiedenen Auflösungen:

Leider kann man mit niedrigauflösenden Kameras nicht so weit an das zu messende Objekt herangehen, wie man es eigentlich gern hätte, um trotzdem bestimmte Details besser erfassen zu können. Hier sind durch die jeweilige Optik sehr harte physikalische Grenzen gesetzt. Wir nutzen bei unseren Messungen je nach Messobjekt, Detailgrad und Objektiv Abstände zwischen 20 und 150 cm.

Selbst mit Kameras, die lediglich eine 320p-Auflösung bieten, kann man noch einigermaßen exakt messen, solange die Optik und der Abstand stimmen. Das Rechteck zeigt den erfassten Bereich, für den so eine Kamera noch einen brauchbaren Mittelwert errechnet und ausgibt.

Bei noch viel kleineren Auflösungen wird es allerdings kritisch. Will man die gesamte Karte erfassen, dann erfasst man ungewollt auch deutlich kältere Bereiche (Pins und Lötaugen mit merklich niedrigerem Emissionsgrad), so dass die ausgegebene Durchschnittstemperatur stets deutlich zu niedrig ausfällt.

Im direkten Vergleich zwischen einem Handheld mit briefmarkengroßem Bild und der hochauflösenden Kamera können trotz Emissionsgrad-Vorgabe bei den VRM locker schon mal bis zu 10°C Messunterschied herauskommen, wenn man keine wirklich zielsichere Hand hat.

Wir haben in unserem Grundlagenartikel ja bereits sehr genau beschrieben, wie so eine Infrarotkamera funktioniert und wie die verbaute Matrix auf Wärmestrahlung reagiert. Deshalb sparen wir uns diesen Teil an dieser Stelle. Allerdings wollen wir noch einmal zusätzlich ins Gedächtnis rufen, dass sogar viele der besseren Infrarot-Thermometer auf Grund der Auflösung (Durchmesser des Messbereichs) absolut unbrauchbar für unsere Messungen sind, da lediglich ein Durchschnittswert für die gesamte Fläche ermittelt wird und so viele Details schlichtweg untergehen:

Front mit Spannungswandlern und Cold-SpotsFront mit Spannungswandlern und Cold-Spots

Rückseite des gleichen Messbereichs mit nicht exakt messbaren LötstellenRückseite des gleichen Messbereichs mit nicht exakt messbaren Lötstellen

Zu den Problemen mit den unterschiedlichen Emissionsgraden der verschiedensten Oberflächen – und wie wir uns selbst im konkreten Fall vor Fehlern schützen – kommen wir gleich auf der nächsten Seite. Zunächst wollen wir uns aber generellen Fehlern widmen, die man immer wieder bei Messungen sieht und die zu sehr ungenauen oder nicht verwertbaren Ergebnissen führen können.

Wir sehen uns selbst: Mirroring

Handhelds sind ungemein praktisch, portabel und einfach einzusetzen – jedoch steht auch immer der Körper des Benutzers hinter dem Messgerät! Viele Flächen “spiegeln” nämlich, reflektieren also die auftreffende Wärmestrahlung – und damit können wir uns quasi selbst messen.

Der Raum hat eine Temperatur von ca. 21 °CDer Raum hat eine Temperatur von ca. 21 °C

Bestimmte Oberflächen – vor allem Metalle – reflektieren ungemein, selbst wenn sie mit Lack überzogen wurden. Dieser hat mit abnehmender Dicke der Beschichtung dann auch schnell einen Transmissionsgrad, der hoch genug für solche Verfälschungen ist.

Immerhin sieben Grad Unterschied nur durch die Anwesenheit hinter der Kamera!Immerhin sieben Grad Unterschied nur durch die Anwesenheit hinter der Kamera!

Die Raumtemperatur: Wir kalibrieren uns erst einmal selbst

Nicht nur die Kamera muss ab und an zur “Durchsicht”, auch die tägliche Umgebung muss stimmen! Um untereinander vergleichbare Ergebnisse zu erzielen, arbeiten wir mit einer festen Raumtemperatur von 22°C. Das heißt, dass wir je nach Jahreszeit und Benchmark-Ablauf diesen Wert sogar durch mehrmaliges Heizen oder Abkühlen des Raumes möglichst konstant halten müssen.

Neben der Messung des ausgeschalteten Systems beim Start unserer Messungen nutzen wir im weiteren Verlauf auch eine matt-schwarz lackierte Kupferbox als zweite Referenz, die sich in der Nähe des Testsystems befindet.

Von schief nach schräg bringt Murks

So verlockend es auch sein mag, irgendwo mal schnell “hineinzuleuchten” – meist sind die so erhaltenen Werte viel zu niedrig! Man wird nicht umhin kommen, ein Objekt selbst aufzuschrauben oder – falls dies nicht machbar ist – auf diese Art ungenauer Bewertungen besser gleich ganz zu verzichten. Das nachfolgende Beispiel mit zwei unterschiedlichen Winkeln (lotrecht bei 90° und spitz bei ca. 30°) zeigt, was wir damit meinen:

90° (lotrecht)90° (lotrecht)

Trotz der Lackierung mit unserem Speziallack, auf den wir gleich noch zurückkommen, stimmen die Werte bei zu spitzen Winkeln einfach nicht mehr:

30° (relativ spitz)30° (relativ spitz)

Mal abgesehen davon, dass wir ja nicht mit Blendentricks die “Tiefenschärfe” erhöhen können, so wie wir es von einer normalen Kamera gewohnt sind, ist die Abstrahung der Wärme nicht in alle Richtungen gleich (stark). Bei unter 15° erhalten wir dann nur noch absoluten Binärabfall.

Kommen wir nun als nächstes zu unserem “Giftschrank”, in dem wir neben einigen kleinen Geheimnissen auch eine sehr teure Flüssigkeit aufbewahren, die uns dabei hilft, weitere Messungenauigkeiten auszuschließen.

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