So testet THDE: Infrarot-Technik richtig und sinnvoll eingesetzt

Emissions- und Transmissionsgrade in der Praxis

Unterschiedliche Oberflächen sind der Tod jeder Standup-Messung

Jede Oberfläche (verschiedene Materialien und Strukturen) besitzt einen bestimmten Emissionsgrad, den man erst einmal kennen muss, um überhaupt etwas exakt messen zu können. Bessere Handhelds können manuell kalibriert werden oder man nutzt gleich eine passende Software des Herstellers.

Dummerweise ist hierbei per Default fast immer ein Wert von 1.0 voreingestellt, der in der Realität nie oder nur ganz selten anzutreffen ist. Somit kann man zumindest alle Messungen, bei denen der Emisionsgrad auf 1.0 eingestellt wurde, getrost unter teuer bezahltem Entertainment verbuchen, das niemandem nützt. Denn:

Ohne vorherige Ein- bzw. Angabe des betreffenden Emissionsgrades eines Messpunktes ist jede durchgeführte Messung komplett wertlos!

Ein schönes Beispiel dafür ist die nachfolgende Aufnahme. Die unterschiedlichen Farben stellen ja eigentlich optisch den Temperaturverlauf nach, aber was ist mit der Heatpipe und dem VRM-Heatsink passiert? Obwohl sie extrem heiß sind, erscheinen sie auf der Abbildung doch eher dunkel und somit kalt!

Erst durch das Auftragen unseres Speziallacks aus dem "Giftschrank" (orangene Messpunkte) ergeben sich brauchbare Messergebnisse". Natürlich könnte man auch den Emissionsgrad des Kupferkompositmaterials und des Aluminiums für jeden der Messpunkte hinterlegen, würde dann aber auf die Problematik stoßen, dass sich gerade diese Emissionsgrade mit steigenden Temperaturen stark ändern.

Deshalb nutzen wir einen sehr temperaturbeständigen, etwas matten Klarlack, dessen Emissionsgrad uns bekannt ist und im gesamten Temperaturbereich nahezu konstant bleibt.

Solche speziellen und leider auch sehr teuren Lacke nutzt die Industrie, um elektrische Bauteile und sogar ganze Platinen vor Umwelteinflüssen wie beispielsweise hoher Luftfeuchtigkeit zu schützen. Man spricht deshalb auch umgangssprachlich von einer Tropikalisierung.

Im normalen Ladengeschäft findet man solche Lacke leider nicht, zumal man sie für unseren Zweck vorher in aufwändigen Messreihen erst einmal testen (lassen) muss.

Ohne Speziallack und Messtape geht nichts (außer schief)Ohne Speziallack und Messtape geht nichts (außer schief)

Für Heatpipes (GPU-, CPU-Kühler) bis 100°C können wir jedoch auch auf unser mattschwarzes Messtape zurückgreifen, dessen Anschaffung zwar ebenfalls ein wenig kostenintensiv ist, aber ohne das am Ende die ganzen Messungen reichlich albern ausfallen würden. Werfen wir einfach einen Blick auf die Abbildung unseres Grundlagenartikels vom vorletzten Jahr.

Während die Messung der 80°C heißen Heatpipe mit dem Factory Default von 1.0 grandios in die Hose geht, stimmen sowohl die Messung mit dem ausgemessenen Tape (0.656), als auch die mit dem korrekt für das Material eingegebenen Emissionsgrad (0.12). Dummerweise ändert sich letzterer aber über das auftretende Temperaturspektrum um den Faktor drei und ist somit bei möglichen Temperaturschwankungen komplett nutzlos.

Fertig ist der Lack: Wir messen Pins richtig

Nicht nur für hochauflösende Kameras ist es wichtig, dass im Messbereich keine störenden Temperaturunterschiede durch verschiedene Emissionsgrade erfasst werden, da sie den ausgegebenen Mittelwert negativ beeinflussen. Wie extrem so etwas sein kann, zeigen die nächsten beiden Abbildungen.

Zunächst messen wir einen (an sich sehr heißen) VRM-Pin, der die Wärme direkt an die Kupferbahnen und somit auch die nähere Umgebung des PCBs abgibt. Trotzdem ist dieser Bereich aufgrund des viel geringeren Emissionsgrades der Lötstelle ohne Korrektur für unsere Messung mit den (falsch) ausgelesenen ca. 50°C erst einmal eine Art Cold Spot.

Jetzt lackieren wir einen Teil der Pins und stellen fest, dass plötzlich die gesamte Fläche den bekannten und für uns verwertbaren Emissionsgrad besitzt.  Satte 23°C Unterschied zwischen beiden Messungen am identischen Messpunkt sind dann schon eine Größenordnung, die über das Gelingen oder Misslingen einer solchen Messung entscheiden kann!

Somit sind ohne die profansten Grundkenntnisse der Messtechnik sowie der notwendigen Grundvoraussetzungen beim Messaufbau und -ablauf fast immer viel zu niedrige Messergebnisse die bedauerliche Regel.

Wir behalten den Durchblick!

Was nützt einem jedoch die tollste Infrarotkamera, wenn man nicht in geschlossene Systeme hinein sehen kann? Auch dafür haben wir uns einen Trick einfallen lassen, bei dem der Transmissionsgrad eines Materials jedoch bekannt sein muss. Um beispielsweise in geschlossene Computergehäuse "hineinsehen" zu können, benötigen wir eine möglichst dünne Folie, deren Transmissionsgrad (Wärmedurchlässigkeit) noch hoch genug ist, um sie für plausible Messungen einsetzen zu können.

Derart "eingepackt" bleibt der originale Airflow im Gehäuse erhalten und auch die Abwärme kann nicht so einfach durch eine geöffnete Seitenwand entweichen. Die nachfolgende Abbildung zeigt eine Systemmessung mit insgesamt neun verschiedenen Messpunkten, die vorher einzeln mit dem richtigen Emissions- und Transmissionsgrad definiert wurden.

Wie eine Gehäusemessung mit einer "einfachen" Handkamera aussieht, wollen wir natürlich auch nicht vorenthalten. Dazu haben wir dann einmal unser eigenes Archiv bemüht:

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14 Kommentare
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    Dein Kommentar
  • Tesetilaro
    vielen Dank, sehr aufschlußreich :D
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  • FormatC
    Ich habe alles probiert - iPhone-Vorsatzgeräte, kleine Handhelds, China Export... vergesst es. Kommt nur Grütze raus. Das iPhone-Dingens von Flir taugt wenigstens noch zum Suchen von Katzen im Garten, wenn es draußen kalt ist und dem Checken der Fenster. Messen kann man damit nicht, nur gaaanz grob schätzen. Schade um jeden Euro. :D
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  • DerVengeance
    @Igor toller Artikel. Leider es andere größere deutsche Seiten ja noch nicht einmal gebacken, die Leistung von GPUs und nicht die des ganzen Systems anzugeben.

    OT:
    Wie genau sind denn die Temperaturfühler z.B. vom Aquaero, wenn man sie an den VRMs vom Mainboard oder der Grafikkarte befestigt? Ich komme bei der 980 TI mit EK:WB auf knappe 60 Grad.
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  • FormatC
    Solche Sensoren funktionieren durchaus, wenn der Kontakt gut und die Fläche groß genug ist.
    Man bekommt meist leicht zu niedrige Werte, aber das ist so im Toleranbereich um die 5 Prozent.

    Infrarot-Technik kann man zum Bespaßen oder zum Messen nehmen - je nach eigenem Anspruch und den Möglichkeiten des Equipments. Aber es ist egal, ob man nun preiswertes oder teures Equipment nutzt, denn wenn die Basics nicht stimmen, sollte man es besser gleich lassen. Ein geübter Anwender kann mit einem 150-Euro-IR-Thermometer durchaus sinnvollere Ergebnisse erzielen, als einer mit dem IR-Kamera-Mercedes und mangelnden Kenntnissen. Out-of-the-box geht immer schief, nur muss sich das erst mal rumsprechen. :D

    Zitat:
    @Igor toller Artikel. Leider es andere größere deutsche Seiten ja noch nicht einmal gebacken, die Leistung von GPUs und nicht die des ganzen Systems anzugeben.


    Man muss messen und nicht schätzen. Es ist immer auch eine Frage der Achtung gegenüber den Lesern, ob man sich "in sein Schicksal ergibt" und z.B. die Steckdose präferenziert, weil man Investitionen scheut (und da geht es nicht nur um Geld, sondern vor allem um Zeit) oder ob man gewillt ist, beides zu investieren, um den Lesern auch etwas Exaktes und Belastbares zurückzugeben. Steckdose geht schon als Behelf, das kann man ja auch relativ professionell aufziehen, nur selbst diese Mühe sieht man selten.

    Ich habe über die Jahre, bis wirklich alles so lief, wie es muss, viel Lehrgeld gezahlt und vor allem sehr viel Zeit investiert und dabei ordentlich Prügel kassiert. Leser und Kollegen können nämlich auch extrem schadenfroh sein. Aber: man kann locker zu seinen Fehlern stehen und daraus lernen.
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  • Anonymous
    Anonymous sagte:
    und dabei ordentlich Prügel kassiert. Leser und Kollegen können nämlich auch extrem schadenfroh sein. Aber: man kann locker zu seinen Fehlern stehen und daraus lernen.


    Wo hast du denn auf den Deckel bekommen?

    Was du leistest ist absolut überdurchschnittlich, davon können sich die anderen eine dicke Scheibe von abschneiden. Du hast ja vor ein paar Jahren im selben Umfang getestet wie der Rest, du hast das nicht in die Wiege gelegt bekommen. Du hast dir den Allerwertesten aufgerissen, dein Wissen erweitert, Messequipment aufgetrieben und damit die Messlatte sehr hoch gelegt. Die ganzen Anderen machen gar nichts und gehen auf Verbesserungsvorschläge in diese Richtung überhaupt nicht ein. Es sind immer die selben Ausreden: Keine Zeit, kein Geld. Nein, die wollen einfach nicht. Und da fühle ich mich als Konsument von diesen selbsternannt hochkarätigen Medien ziemlich verhöhnt.

    Mich nervt das allgemein an der Branche extrem, denn ohne diese aufwändigen Messungen kann ein absolut falsches Fazit entstehen. Wenn du nicht wärst, würde man munter Karten wie die Inno3D GTX 980 Ti iChill empfehlen, obwohl die Wandler sich ziemlich an der thermischen Kotzgrenze befinden. Oder eine Asus GTX 750 Ti, die die PCIe-Specs mit ihren Spikes jenseits der 75W verletzt. In Anbetracht der Tatsache, dass viele noch den Takt hochschrauben und die Lüfter sogar langsamer drehen lassen, ist das besonders gefährlich.

    Für mich ist der branchenübliche Usus in gewisser Hinsicht (natürlich nicht immer) nur kostenlose Werbung für die Hersteller. Das Ergebnis wird oft unfreiwillig geschönt.
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  • Chemidemi
    Erstmal vorweg, ein sehr schöner und interessanter Artikel.

    Ich hätte allerdings eine Frage zu dem Speziallack und der Auftragung. Ich gehe mal davon aus das das Messobjekt nicht großflächig mit diesem überzogen wird. Daraus folgt, dass der Emissionsgrad der restlichen Platine bekannt ist oder? Ansonsten sollte es ja vorallem da Abweichungen geben, zumindest laut Artikel, da hier der unbekannte Emissionsgrad für einen falschen Wert sorgen würde.
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  • FormatC
    Die Stellen, die gemessen werden, sind alle vorher von mir lackiert worden, das mache ich generell. Fast alle Grafikkarten sind zudem beispielsweise auf der Leiterbahnseite finalisiert, so dass auch hier erst einmal plausible Werte vorliegen. Trotzdem wird mit Lack drauf nochmal nachgemessen, sicher ist sicher ;)
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  • doofeOhren
    Wenn das kein Wink mit dem Zaunpfahl ist... Bester Mann unser Igor, danke

    Ich hätte mal einen Auftrag für deine cam teste doch mal in einem “geschlossenen“ Case wie sich bei einem low budget / Mittelklasse Z Mainboard bei OC einer ivy, skylake cpu die wenigen phasen bze Spannungswandlern erwärmen, wenn ein topblower oder tower kühler montiert sind. Ich habe mir da mal sehr heftig die Finger dran verbrannt.
    Danke für alle deinen genialen Artikel. Hut ab
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  • Chemidemi
    Existiert da ein bestimmtes Raster für Leiterbahnseite oder wird erstmal nur an einem bestimmten Punkt gemessen? Damit möchte ich Fragen ob die Prüfung der Tropokalisierung und damit die Prüfung des angenommenen Emissionsgrades von der Leiterbahnseite über eine Einfach- oder Mehrfachbestimmung erfolgt? Ich bedanke mich schonmal für die Geduld mit mir. ^^
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  • alterSack66
    Der Aufwand ist ja echt der Wahnsinn. Ich geh mal davon aus, dass sonst fast überall die Werte die z.B. GPU-Z ausspuckt angegeben werden und das wars.
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  • FormatC
    @Chemidemi:
    Als Erstes erfolgt eine Analyse das Schaltungslayouts, damit man die möglichen Hotspots schon mal weiß, was natürlich gewisse Grundkenntnisse der Elektronik im Allgemeinen und von Grafikkarten bzw. Mainboards im Besonderern voraussetzt. Da die Leiterbahnen alle ab Werk bereits irgendwie mit irgendetwas lackiert sind, lässt es sich gut herausfinden, wie hoch der aktuelle Emissiongrad ist, wenn man zunächst zunächst an voraussichtlich kühleren und vermeintlich heißeren Stellen den Messlack aufträgt und Vergleichsmessungen macht. Das geht sogar in Superprojektion mit Vorher-Nachher-Anylse.

    Als Zweites lasse ich die Karte einmal hochlaufen und checke mit dem temporär ermittelten Annäherungswert die kritischen Stellen. Und zwar rein optisch, denn die Werte sind trotzdem noch zu ungenau. Dabei spielt einem ja die Wärmedurchdringung/-verteilung in die Hände, so dass die Hotspots mit verstreichender Zeit immer größer werden.

    Zu guter Letzt werden genau diese Bereiche noch einmal lackiert, bei ganz kniffligen Dingen habe ich dann sogar einen Airbrush zur Hand. Und erst dann wird final gemessen. Die Kamera befindet sich immer im Messraum und ist somit gut temperiert.

    Ich weiß, dass es Krümelkackerei ist, weil sich die Werte zwischen der Vorabmessung mit dem angenäherten Emissiongrad und der finalen mit dem Lack nur maximal um 2-3K unterscheiden, falls überhaupt, aber für eine objektive Beurteilung eines Produktes reicht mir der Zwischenwert dann eben doch nicht. Es wäre einfach nur unfair.

    Zitat:
    Wo hast du denn auf den Deckel bekommen?

    Es war z.B. mal bei der Leistungsaufnahme, wo es gilt, so viele variable Faktoren wie möglich auszuschließen. Bei der Fury X haben viele (zu Recht) kritisiert, dass wir nur einen (viel zu unterfordernden) Benchmark genommen hätten. Den hatte ich allerdings deshalb immer auf dem Menü, weil er keinen der Hersteller bis dahin bevorzugt hatte und zudem auch bei kleinen Karten noch brauchbare FPS rausgelassen hat. Bei Launches mache ich mir mittlerweile den Aufwand, und messe den Gaming Loop mit bis zu 8 verschiedenen Spielen. Dass die Fury X so eine FHD-Schwäche hat, wusste ich nicht, denn die Gaming-Benchmarks hat damals Chris gemacht. Und zwar erst Tage nach meinen Messungen, da ich die Karte nur für einen Tag hier hatte. Mein Fehler lag vor allem darin, vorab keinen Plausibilitätstest gemacht zu haben. Manchmal rächt es sich eben, Zeit sparen zu wollen.

    Ansonsten messe ich den Gaming-Loop nun "repräsentativ" mit Metro LL in UHD beim High-End und in FHD bei den Fußhupen, die die 4K nicht mal ansatzweise packen. Dabei verwende ich eine lange Messung über eine Minute mit verschiedenen Lasten, also einen ordentlichen Ablauf, und nicht so wie andere eine extrem fordernde Stelle, an der man dann wie festgenagelt stehen bleibt, um lediglich eine kurze Momentmessung des Worst Case zu erfassen. Das ist albern und zudem nichtssagend, weil im Durchschnitt nicht repräsentativ. Für die Spitzenwerte gibt es immer noch Furmark, dessen Binary ich so gepatcht habe, dass sie von Treibern als Furmark-App nicht mehr erkannt wird. ;)
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  • Chemidemi
    Ich würde es nicht alls Krümelkackerei bezeichnen sondern als ordentliche Versuchsplanung unter Beachtung möglicher Fehler. Solche Messdaten sind viel Wert und alleine die Versuchsplanung dürfte sehr viel Zeit in anspruch genommen haben. Vielen Dank für die ausführliche Antwort und mach bitte weiter so. :)
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  • MotU235
    @FormatC: Danke für den ausführlichen Test. Kannst du Aussagen darüber treffen, inwiefern die Kamera "langzeitstabile" Messwerte liefert? Da es sich um einen ungekühlten Chip handelt, ist zumindest bei längeren Messungen eine Erwämung des Chips und damit einhergehend eine Veränderung der Messwerte naheliegend.
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  • FormatC
    Die Kamera nutzt alle paar Sekunden (Interval kann man festlegen) ein Kalibrierungs-Flag. Dadurch bleiben die Messwerte im Rahmen der üblichen Temperaturschwankungen durchaus langzeitstabil. Kühlung gibts nur für Stahlwerke & Co :)
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