Optik
Am Anfang der Messkette steht ein optisches System, das meist aus einer optischen Linse besteht. Es empfängt die von einer Messoberfläche emittierte Infrarotstrahlung und fokussiert sie auf einen Detektor.
Messabstand und Messfeld
Die Optik von Infrarot-Thermometern wird üblicherweise durch das Verhältnis der Messentfernung zum gemessenen Oberflächendurchmesser (E:M oder D:S) beschrieben. Das Abstandsverhältnis beschreibt, wie groß die gemessene Fläche in einem bestimmten Abstand ist. Um eine Verfälschung des Messergebnisses zu vermeiden, sollte das Messobjekt größer oder gleich dem Sichtfeld des Sensors sein.
Wenn das Messobjekt nur einen Teil der Messfläche einnimmt, werden Temperaturerhöhungen nur als Mittelwert zwischen den heißen und kalten Flächenanteilen angezeigt. Wenn beispielsweise ein elektrischer Anschluss aufgrund eines korrodierten Kontakts einen höheren ohmschen Widerstand aufweist und sich dadurch unzulässig erwärmt, wird dies bei kleinen Objekten und großen Messflächen nur als leichte Erwärmung angezeigt, sodass möglicherweise keine gefährlichen Situationen auftreten können erkannt.
Linsen- und Fenstermaterialien
Aufgrund der Abhängigkeit des Transmissionsverhaltens von der Wellenlänge sind die Linsen- und Fenstermaterialien nur für bestimmte Wellenlängenbereiche einsetzbar. Die folgenden Abbildungen zeigen die Wellenlängenbereiche sowie die Transmission typischer Linsen- und Fenstermaterialien für Infrarot-Thermometer.
Bei manchen Messungen, etwa in geschlossenen Reaktionsgefäßen, Öfen oder Vakuumkammern, ist es meist notwendig, durch ein geeignetes Messfenster zu messen. Bei der Auswahl des Fenstermaterials sollten die Transmissionswerte des Fensters an die spektrale Empfindlichkeit des Sensors angepasst werden. Quarzglas (SiO2) ist für den Einsatz bei hohen Messtemperaturen geeignet; Bei niedrigen Temperaturen und Wellenlängen im Bereich von 8 bis 14 Mikrometern sollen spezielle infrarotdurchlässige Materialien wie Germanium (Ge), Silizium (Si) oder Zinksulfid (ZnS) eingesetzt werden.
Bei der Auswahl des Fensters sollten auch die Temperaturbeständigkeit, Druckbeständigkeit, chemische Beständigkeit und der Durchmesser des Fenstermaterials berücksichtigt werden. Für ein Fenster mit 25 mm Durchmesser, das einer Druckdifferenz von einer Atmosphäre standhalten soll, ist beispielsweise eine Dicke von 1,7 mm ausreichend. Zur Ausrichtung des Sensors auf das Messobjekt (z. B. im Vakuumbehälter) kann es sinnvoll sein, Fenstermaterialien zu verwenden, die auch im sichtbaren Bereich transparent sind.
Fenster mit Antireflexbeschichtung haben eine deutlich höhere Transmission (bis zu 95 Prozent). Der Übertragungsverlust kann mit der Übertragungseinstellung am Gerät korrigiert werden, wenn der Hersteller die Übertragung für den entsprechenden Wellenlängenbereich angegeben hat. Ansonsten kann sie experimentell mit dem verwendeten Infrarot-Thermometer und einem Referenzstrahler ermittelt werden.
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