Die Sensoroptik eines Pyrometer ist ein wichtiger Parameter, wenn es um die präzise berührungslose Temperaturmessung eines Messobjektes geht.
Die Infrarot-Strahlung ist ein unsichtbares Licht im elektromagnetischen Spektrum, das von heißen Oberflächen emittiert wird. Ein Infrarot-Temperaturpyrometer nutzt diese Strahlung, um die Temperatur von Oberflächen ohne direkte Berührung zu messen.
Die Sensoroptik besteht aus einer Linse, welche die einfallende Infrarot-Strahlung sammelt und es auf einen thermoelektrischen Detektor (Thermopil) fokussiert. Der Thermopil misst die Intensität der einfallenden Infrarotstrahlung des Messobjektes und wandelt diese in ein elektrisches Signal um, welches dann von der Sensorelektronik verarbeitet und in einen Temperaturwert umgerechnet wird.
Die Qualität der Sensoroptik hat direkten Einfluss auf die Genauigkeit der Messungen
Eine gute Sensoroptik sollte eine hohe Übertragungseffizienz (Transmissionsgrad) und geringe Streulichtanteile aufweisen, um sicherzustellen, dass die einfallende Infrarotstrahlung optimal erfasst wird.
Dabei funktioniert die Linse des Infrarot-Sensors auch als spektrale Filteroptik, denn
der richtige Spektralbereich der Sensoroptik ist ebenfalls sehr wichtig, um eine hohe Messgenauigkeit zu erreichen z.B. 2.3µm für berührungslose Temperaturmessungen in der Metallindustrie und Metallurgie oder 8-14µm für die meisten nichtmetallischen Oberflächen.
Messabstand und Spotgröße
In der Regel werden in einem Pyrometer Optiken mit fester Brennweite verwendet.
Bei der Auswahl der richtigen Sensoroptik ist es wichtig, die Messdistanz und die Größe des zu erfassenden Messobjektes zu kennen. Die optischen Parameter der Sensoroptik werden in D:S (Distance to Spot) angegeben, hier das Verhältnis von 15:1 oder auch in Milimeterangaben z.B. 100/10, d.h. dass bei einer Messentfernung von 100mm der Messfleck 10mm beträgt.
Die richtige Ausrichtung vom Pyrometer auf das Messobjekt
Ein Pyrometer muss mit den richtigen optischen Parametern ausgewählt werden. Bei der Ausrichtung des Pyrometer auf das Messobjekt ist es wichtig, dass das Messobjekt den Mess-Spot der Sensoroptik vollständig ausfüllt.
Füllt das Messobjekt den Messspot der Sensoroptik nicht vollständig aus und erfasst auch Materialoberflächen neben dem Messobjekt, so wird die berührungslos gemessene Temperatur als Mittelwert errechnet und ausgegeben.
Material der Sensoroptik eines Pyrometers
Am häufigsten wird als Fenstermaterial für die Sensoroptik Germanium (Ge) eingesetzt, da dieses Material einen sehr hohen Transmissionsgrad im Wellenlängenbereich von
2µm bis 16µm (mit Antireflexbeschichtung) besitzt. Daneben werden aber auch Materialien wie Silizium (Si) oder Zinksulfid (ZnS) verwendet.
Insgesamt ist die Sensoroptik ein wichtiger Faktor bei der Wahl des richtigen Infrarot-Pyrometers für eine bestimmte Applikation. Dabei ist drauf zu achten, dass die optischen Parameter des Pyrometers genau auf die Bedürfnisse und Anforderungen der Anwendung abgestimmt sind, um eine genaue und zuverlässige Messung zu gewährleisten und optimale Temperaturmessergebnisse zu erzielen.