Titel

VERFAHREN ZUR BERÜHRUNGSLOSEN TEMPERATURMESSUNG ZUR DETEKTION VON WÄRME BZW. KÄLTEBRÜCKEN SOWIE TEMPERATURMESSGERÄT

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur berührungslosen Temperaturmessung, insbesondere ein Verfahren zur Detektion von Wärme- bzw. Kältebrücken sowie ein Temperaturmessgerät zur Durchführung des Verfahrens.

Stand der Technik

Berührungslose Temperaturmessgeräte sind seit längerer Zeit bekannt. Eine klasse diese Geräte wird gebildet von den sogenannten Infrarottemperaturmessgeräten. Derartige Messgeräte, auch Strahlungsthermometer oder Pyrometer genannt, de- tektieren die von einem Objekt emittierte Wärmestrahlung, deren Intensität und Lage des Emissionsmaximums von seiner Temperatur abhängt.

Aus der DE 20 2005 015 397 Ul ist ein derartiges handgehaltenes Strahlungsthermometer bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur berührungslosen Temperaturmessung, insbesondere ein Verfahren zur Detektion von Wärme- bzw. Kältebrücken bereitzustellen, welches eine einfache Bedienbarkeit und eine genaue Messung gewährleistet.

Darüber hinaus ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein entsprechendes Messgerät bereitzustellen. Offenbarung der Erfindung

Die Erfindung löst das zugrundeliegende Problem mittels eines Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsfor- men wieder.

Darüber hinaus wir die erfindungsgemäße Aufgabe durch eine Messgerät nach Anspruch 9 bzw. 10 gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur berührungslosen Temperaturmessung, welches insbesondere ein Verfahren zur Wärme- bzw. Kältebrückendetektion ist, wird eine berührungslos gemessene Oberflächentemperatur mit einem Referenzwert verglichen, um eine Temperaturabweichung und insbesondere die Gefahr einer Wärme- bzw. Kältebrücke zu detektieren. Erfindungsgemäß wird der Referenzwert dabei mittels eines zweiten Temperatursensors, insbesondere eines Umgebungstemperatursensors, gemessen wird.

Eine Wärmebrücke - oder gelegentlich auch als Kältebrücke bezeichnet - ist ein Be- reich in Bauteilen eines Gebäudes, durch den die Wärme schneller nach außen transportiert wird als durch die anderen Bauteile. Im Bereich von Wärmebrücken sinkt bei kalten Außentemperaturen die raumseitige Oberflächentemperatur von Bauteilen stärker ab als in den "Normalbereichen" des Raumes. Bei Unterschreiten der Taupunkttemperatur fällt Tauwasser (Kondenswasser) aus. An Wärmebrücken besteht somit insbesondere auch die Gefahr von Schimmelbildung. Diese tritt nicht erst bei Tauwasserausfall, sondern bereits bei einer - durch die Oberflächentemperatur bedingten - relativen Luftfeuchte von ca. 80 % an der Bauteiloberfläche auf. Aufgrund des inneren Wärmeübergangswiderstandes der Wand kann das bereits bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von 70 % der Raumluft der Fall sein. Wärmebrü- cken führen zu höherem Transmissionswärmebedarf und damit zu höherem Heizwärmebedarf / Heizkosten.

Im Gegensatz zu bekannten Wärmebrückendetektoren, welche vor der eigentlichen Messung einen Referenzwert setzen müssen, wird in dem erfindungsgemäßen Ver- fahren die Umgebungstemperatur als Referenzwert herangezogen. Dadurch wird in vorteilhafter Weise auf das Setzen des Referenzwertes und die damit einhergehende Fehleranfälligkeit durch falsch ausgewählte Referenzwerte verzichtet.

Darüber hinaus kann so auf zusätzliche Arbeits- bzw. Verfahrensschritte verzichtet werden. Das HMI (Human- Machine Interface) eines entsprechenden Messgerätes kann stark vereinfacht, die Bedienfreundlichkeit deutlich erhöht werden, werden.

Das Extra-Gehäuse für den Umgebungstemperatursensor ist dabei aber in die Gehäusekontur des Messgehäuses des Gerätes integriert, so dass keinerlei hervorstehende Ecken oder kannten bei einem Fall oder Stoß des Messgerätes aufgrund ihrer exponierten Position beschädigt werden können.

Vorteilhafter Weise ist das Extra-Gehäuse des Umgebungstemperatursensors an zumindest drei Seiten, insbesondere an vier Seiten, von dem Geräte-Gehäuse des Messgerätes umgeben.

Erfindungsgemäß sind bei dem Messgerät Mittel vorgesehen, die es gewährleisten, dass das Extra-Gehäuse vom Gehäuse der Vorrichtung thermisch entkoppelt ist.

So kann zur thermischen Entkopplung das Extragehäuse für den zusätzlichen Umgebungstemperatursensor über kleine Stege bzw. Beinchen mit dem Hauptgehäuse des Messgerätes verbunden sein.

Die Stege zur Befestigung des Extra-Gehäuses im Gerätegehäuse können einstückig mit dem Extra-Gehäuse verbunden sind.

Alternativerweise können die Stege zur Befestigung des Extra-Gehäuses im Gerätegehäuse einstückig mit dem Geräte-Gehäuse verbunden sind.

Vorteilhaft ist es auch, wenn das Material des Extra- Gehäuses unterschiedlich zum Material des Gerätesgehäuses ausgebildet ist. So kann das Extra-Gehäuse beispielsweise als ein Metallgehäuse ausgebildet sein. Vorteilhaft ist es auch, dass Extra-Gehäuse des Umgebungstemperatursensors weitgehend offen auszugestalten, um einen möglicht hohen thermischen Kontakt der Umgebungsluft mit dem Sensor zu ermöglichen. Mögliche Aspekte, Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung wurden vorangehend mit Bezug auf einzelne Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. Die Beschreibung, die zugehörigen Figuren sowie die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Ein Fachmann wird diese Merkmale, insbesondere auch die Merkmale verschiedener Ausführungsbeispiele, auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.

Kurze Beschreibung der Figuren

Im Folgenden wird die Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben. Dabei werden Ausführungsformen der Erfindung und darin enthaltene Teilaspekte mit Bezug auf die beigefügten Figuren beschrieben. Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche oder ähnliche Bezugszeichen in den Figuren bezeichnen gleiche oder ähnliche Elemente.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung zum Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung eines Messgerät zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 3 eine Detailansicht des Messgerätes gemäß Figur 2,

Fig. 4 ein Gehäuse des Umgebungstemperatursensors des erfindungsgemäßen Messgerätes in einer Einzeldarstellung. Beschreibung eines Ausführungsbeispiels

Das erfindungsgemäße Temperaturmessgerät (siehe Figur 2) besitzt unter anderem einen Modus zur Detektion von Wärme- bzw. Kältebrücken. Fig. 1 zeigt ein Ablaufdiagramm einiger Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Detektion von Wärme- bzw. Kältebrückendetektion.

Im Gegensatz zu bekannten Wärmebrückendetektoren, welche vor der eigentlichen Messung einen Referenzwert setzen müssen, wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren die Umgebungstemperatur als Referenzwert herangezogen. Dadurch wird auf das Setzen des Referenzwertes und die damit einhergehende Fehleranfälligkeit verzichtet.

Nachdem ein Trigger, beispielsweise der Messknopf eines Messgerätes, betätigt ist, wird der Messvorgang der berührungslosen Temperaturmessung eingeleitet. Dazu wird ein Lichtsignal, beispielsweise ein oder mehrere Laserpunkte auf die zu messende Stelle einer Oberfläche gerichtet.

Auch ist es möglich, dass der anvisierte Messbereich auf einem Display des Messgerätes angezeigt wird. Dazu kann das erfindungsgemäße Messgerät in vorteilhafter Weise mit einer Kamera, insbesondere einer Digitalkamera ausgestattet sein, um den Messbereich der berührungslosen Temperaturmessung aufzunehmen. In dieses Kamerabild, welches über ein Display des Messgerätes wiedergegeben werden kann, kann dann auch der - beispielsweise rechnerisch ermittelte - genaue Messort der Temperaturmessung eingeblendet werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird über einen I R-Sensor berührungslos eine Oberflächentemperatur gemessen.

Des Weiteren wird ein Referenzwert gemessen. Als Referenzwert dient bei

dem erfindungsgemäßen Verfahren die Umgebungstemperatur Dazu wird er

findungsgemäß ein zusätzlicher Temperatursensor benutzt.

Falls der Referenzwert einen zuvor bestimmten Grenzwert (bei spielsweise 12°C) unterschreitet, kann eine entsprechende Warnung, beispielswei- se eine rote LED, oder eine blinkende Display-Anzeige an den Anwender übermittelt werden.

Falls während einer Messung starke Abweichungen bzw. Schwankungen des Referenzwertes gemessen werden bzw. auftreten, kann ebenfalls eine ent

sprechende Warnung, beispielsweise mittels einer rote LED, oder einer blinkenden Display-Anzeige an den Anwender übermittelt werden.

Oberflächentemperatur und Umgebungstemperatur können gleichzeitig oder nacheinander gemessen werden. Insbesondere kann die Oberflächentemperatur vor oder nach der Umgebungstemperatur gemessen werden.

Die gemessene Oberflächentemperatur kann ausgegeben, beispielsweise über ein Display einem Anwender mitgeteilt und mit der Umgebungstemperatur verglichen.

Auch die Umgebungstemperatur kann als numerischer Wert ausgegeben werden.

Die gemessenen Temperaturwerte werden einer Recheneinheit übermittelt, die aus den gemessenen Werten eine Temperaturdifferenz

ermittelt.

Die Temperaturabweichung ist die Differenz, insbesondere der Betrag der Differenz der Referenztemperatur (hier erfindungsgemäß die Umgebungstemperatur) und der gemessenen Oberflächentemperatur. Die Abweichung kann als Zahlenwerte im Display dargestellt werden und/oder mittels farbiger Anzeige kenntlich gemacht werden.

Ist diese Temperaturdifferenz kleiner oder gleich als ein vorgebbarer bzw. vorgegebener Grenzwert G ₁ so wird ein kodiertes Farbsignal, beispielsweise„grün" ausgegeben, um einem Anwender zu signalisieren, dass die Gefahr einer Wärme- oder Kältebrücke nicht besteht.

Ist diese Temperaturdifferenz zwar größer als der vorgebbarer bzw. vorgegebener erste Grenzwert G ₁ aber kleiner oder gleich als ein zweiter vorgebbarer bzw. vorgegebener Grenzwert G ₂ so kann ein farblich anders kodiertes Signal beispielsweise „gelb" ausgegeben werden, um einem Anwender zu signalisieren, dass die Gefahr einer Wärme- oder Kältebrücke bestehen könnte. Als erster Grenzwert G ₁ könnte hierbei beispielsweise ein Wert von 3,5°, für den zweiten Grenzwert G ₂ beispielsweise ein Wert von 4,5° gesetzt werden. Diese Grenzwerte sind lediglich als Beispiele anzusehen und beschränken die Allgemeinheit nicht.

Ist die Temperaturdifferenz auch größer als der vorgebbarer bzw. vorgegebener zweite Grenzwert G ₂ so kann ein wiederum farblich anders kodiertes Signal beispielsweise„rot" ausgegeben werden, um einem Anwender zu signalisieren, dass die Oberflächentemperatur deutlich von der Umgebungstemperatur abweicht und somit eine Wärme- oder Kältebrücke besteht.

Auch ist es möglich, die Oberflächentemperatur und die Referenztemperatur fortlaufen zu messen, um somit eine Oberfläche auf Wärme- oder Kältebrücken hin abzuscannen. Während des Scannens wird der Trigger beispielsweise gedrückt gehalten und der markierende Laserpunkt kann langsam und kontinuierlich über die zu messende Fläche geführt werden. Temperaturabweichungen zwischen Referenz- und Messwert werden wir folgt dargestellt:

Temperaturabweichungen zwischen Referenz- und Oberflächen- Messwert können dabei beispielsweise wie folgt dargestellt werden:

Farbanzeige Rot

Oberflächentemperatur innerhalb der Messfläche weicht deutlich von der Umgebungstemperatur ab - es besteht eine Wärmebrücke

Farbanzeige Gelb

Oberflächentemperatur innerhalb der Messfläche im Grenzbereich - es besteht die Gefahr einer Wärmebrücke

Farbanzeige Grün

Geringe Temperaturdifferenz - es besteht keine Wärmebrücke Selbstverständlich können auch andere Farbcodierungen verwendet werden. Zur Ausgabe der kodierten Farbsignale können beispielsweise verschiedene farbige LEDs oder aber auch die Hintergrundbeleuchtung eines Displays verwendet werden.

Temperaturabweichungen können auch zusätzlich oder alleinig numerisch auf einem Display angezeigt werden und/oder darüber hinaus einem Anwender auch akustisch signalisiert werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, zusätzliche Verfahrens- bzw. Arbeitsschritte zu eliminieren und durch einen vorgegebenen Referenzwert insbesondere Fehlmessungen zu vermeiden.

Um die Umgebungstemperatur als Referenzwert setzen zu können, ist das erfindungsgemäße Messgerät zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens mit einem zusätzlichen Umgebungstemperatursensor versehen.

Figur 1 zeigt das erfindungsgemäße Messgerät 10 in einer Übersichtsdarstellung.

Das erfindungsgemäße Messgerät 10 besitzt ein Gerätegehäuse 12 mit einem Messkopf 14 sowie einem Griffbereich 16. Am Griffbereich 10 ist ein Messschalter 20 ausgebildet, mit dem eine Temperaturmessung gestartet werden kann.

Gleichzeitig mit der eigentlichen Temperaturmessung oder auch dieser vorgeschaltet kann ein optisch sichtbares Signal, beispielsweise eine Lasermarkierung ausgesandt werden, die einem Anwender anzeigt, welcher Bereich einer gerade anvisierten Oberfläche hinsichtlich seiner Temperatur vermessen werden würde. Dazu besitzt das erfindungsgemäße Messgerät eine optische Markierungseinheit 22, die auf das Sichtfeld des Thermodetektors ausgerichtet ist.

Die optische Markierungseinheit 22 kann alternativ oder auch zusätzlich eine Kamera, insbesondere eine Digitalkamera, umfassen. Damit ist es dann möglich, dass der anvisierte Messbereich auf einem Display des Messgerätes darstellbar ist. Die Kamera, insbesondere eine Digitalkamera nimmt den erweiterten Messbereich der Oberflächen-Temperaturmessung auf. In dieses Kamerabild, welches über ein Display des Messgerätes wiedergegeben werden kann, kann dann auch der beispiels- weise rechnerisch ermittelte genaue Messort der Temperaturmessung eingeblendet werden, um einem Anwender zu visualisieren, an welcher Stelle genau die Oberflächentemperatur gemessen wird.

Im Messkopf 14 ist unter anderem insbesondere ein, in Figur 2 nicht weiter dargestellter Infrarotsensor angeordnet, der die von einem Messobjekt emittierte und über ein Linsenelement 24 gebündelte I R Strahlung detektiert.

Welche Wellenlängenbereich für die gewünschte Messung optimal ist, hängt prinzipiell vom zu messenden Material und seiner Temperatur ab. Für Temperaturen um die Raumtemperatur kommen Wellenlängen im Mittleren Infrarot (MIR) in Frage.

Die Linse 24 oder ein anstelle der Linse in das Gerät eingebrachtes Fenster kann aus Glas, insbesondere einem Quarzglas bestehen. Für den mittleren I R-Bereich ist es gegebenenfalls sinnvoll, die Linsen bzw. Fenster gegebenenfalls auch aus Kristallen wie Germanium, CaF2, ZnS, ZnSe, KRS5 oder auch aus Polyethylen (PE) oder Polypropylen (PP) auszubilden.

Die aufgesammelte I R-Strahlung wird detektiert und aus dieser wird die Oberflächentemperatur des Messobjektes bestimmt. Dazu besitzt das erfindungsgemäße Messgerät eine Rechen- und Auswerteinheit, um das Detektionssignal in einen Temperaturwert umzusetzen.

Der so ermittelte Temperaturwert kann aus einer Ausgabeeinheit, insbesondere einem Display 18, welches auf der der Messrichtung abgewandeten Seite des Geräte- Gehäuses 12 angeordnet ist dargestellt werden.

Erfindungsgemäß weist das Messgerät einen zusätzlichen Temperatursensor zur Bestimmung der Umgebungstemperatur auf. Der Temperatursensor ist in einem separaten Extra-Gehäuse 26 angeordnet, welches weitgehend thermisch vom Gerätegehäuse getrennt ist.

Kern der Erfindung ist die reduzierte Wechselwirkung zwischen dem Umgebungstemperatursensor und der Störgröße (thermische Masse), bei gleichzeitig gutem Schutz der Sensorik gegenüber äußeren Einflüssen, wie beispielsweise einem Sturz oder Stoß. Dazu wird erfindungsgemäß auf ein exponiertes Gehäuseteil für die Umgebungstemperatursensorik verzichtet.

Dies bedeutet auch die Verwendung einer geringen thermischen Masse für die Leiterplatte (PCB), auf welcher der Sensor für die Umgebungstemperatur aufgebracht ist. So wird beispielsweise eine Leiterplatte verwendet, die in ihren geometrischen Maßen, die geometrischen Maße des Sensors nur geringfügig übertrifft.

Weiterhin ist die Leiterplatte für den Umgebungssensor inkl. Sensor bestmöglich vom Hauptgehäuse des Messgerätes mechanisch und thermisch zu entkoppeln. Dies wird erreicht, indem die Leiterplatte (PCB) inkl. Sensor in einem ExtraGehäuse 26 für den Umgebungstemperatursensor eingebracht wird, welches wiederum bestmöglich vom Hauptgehäuse 12 thermisch entkoppelt wird, indem die Anzahl der Berührungspunkte zwischen beiden Gehäusen sowie deren überlappende Flächen möglichst gering ausgeführt wird.

Das Extra-Gehäuse 26 für den Umgebungstemperatursensor ist dabei aber in die Gehäusekontur des Messgehäuses 12 des Gerätes integriert, so dass keinerlei hervorstehende Ecken oder kannten bei einem Fall oder Stoß des Messgerätes aufgrund ihrer exponierten Position beschädigt werden können.

Figur 3 zeigt in einer Ausschnittsdarstellung die Anordnung des Umgebungstemperaturgehäuses 26 im Messkopf 14 des erfindungsgemäßen Messgerätes.

Erfindungsgemäß sind bei dem Messgerät Mittel 28 vorgesehen, die es gewährleisten, dass das Extra-Gehäuse 26 vom Gehäuse 12 der Vorrichtung thermisch entkoppelt ist.

So kann zur thermischen Entkopplung das Extra-Gehäuse 26 für den zusätzlichen Umgebungstemperatursensor lediglich über kleine Stege bzw. Beinchen 28 mit dem Hauptgehäuse 12 des Messgerätes verbunden sein.

Die Stege 28 zur Befestigung des Extra-Gehäuses 26 im Gerätegehäuse 12 können - wie in Figur 4 dargestellt - einstückig mit dem Extra-Gehäuse 26 verbunden sind. Alternativerweise könnten die Stege bzw. Beinchen zur Befestigung des Ext- ra-Gehäuses 26 im Gerätegehäuse 12 einstückig mit dem Geräte-Gehäuse 12 verbunden sind.

In vorteilhafter Weise ist das Extra-Gehäuse 26 des Umgebungstemperatursensors dabei an zumindest drei, insbesondere vier Seiten von dem Gerätegehäuse 12 umgeben und passt sich dabei insbesondere der Kontur des Messkopfes des erfindungsgemäßen Messgerätes an.

Das Extra-Gehäuse 26 ist dabei weitgehend offen ausgebildet, um einen direkten Austausch mit der Umgebungsluft zu realisieren. Das Extra-Gehäuse 26 ist insbesondere an seiner nach außen gewandten Oberfläche weitgehend geöffnet bzw. besitzt lediglich ein schützende Gitter oder Streifenstruktur.

Vorteilhaft ist es auch möglich, dass das Material des Extra-Gehäuses 26 unterschiedlich zum Material des Gerätesgehäuses 12 ausgebildet ist. So kann das Ext- ra-Gehäuse 26 als ein Metallgehäuse ausgebildet sein.

Zur Wiedergabe von Messergebnissen weist das erfindungsgemäße Messgerät zumindest eine Ausgabeeinheit 18, insbesondere ein Display auf, auf dem beispielsweise die gemessenen Temperaturwerte oder Differenzen angezeigt werden kön- nen.

Darüber hinaus kann das Gerät 10 auch über zusätzliches LEDs verfügen, die geeignet sind codierte Farbsignale auszugeben. Diese LEDs sind vorteilhafter Weise ebenfalls im Bereich des Displays 18 angeordnet.

Alternativerweise kann anstelle der LEDs auch eine farblich unterschiedliche Hintergrundbeleuchtung des Displays verwendet werden, um verschiedne Temperaturinformationen einem Anwender zu übermitteln. Das erfindungsgemäße Messgerät 10 kann über verschiedene Messmodi verfügen, von denen das erfindungsgemäße Verfahren lediglich eines ist. So kann das erfindungsgemäße Messgerät beispielsweise in einem Messmodus 1 die Oberflächentemperatur von Wänden und Objekten, beispielsweise Heizkörpern, mit einer Messgenauigkeit von beispielsweise ± 1 Grad messen. Dadurch kann zum Beispiel fest- gestellt werden, ob Heizkörper richtig arbeiten. Die genauen Werte lassen sich auf dem beleuchten Display schnell und einfach ablesen.

In einem Mess- Modus 2 kann das erfindungsgemäße Messgerät die Raum- und Oberflächentemperatur messen, die Werte in Relation setzen, die Daten interpretieren und auf diese Weise Wärmebrücken detektieren. Das Ergebnis kann per LED angezeigt werden. Die exakten Messwerte lassen sich auf dem Display ablesen.

In einem Mess-Modus 3 kann der Thermodetektor auch zusätzlich zur Raum- und Oberflächentemperatur die Luftfeuchtigkeitmessen. Anhand dieser drei Werte ist es dann auch möglich, schimmelgefährdete Stellen in einem raus zu definieren bzw. zu detektieren. Besteht akute Schimmel-Gefahr, so kann das Gerät mit roter LED oder beispielsweise auch akustisch warnen. Auch in diesem Messmodus können die exakten Messergebnisse in einem Display ablesbar sein.

Das Gerät misst entsprechend dem gewählten Mess-Modus die Raumtemperatur, die Oberflächentemperatur von Wänden und Objekten oder auch die relative Luftfeuchtigkeit.