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Messung der Temperatur

Pyrometer

Ein Pyrometer (Strahlungsthermometer) ist ein berührungsloser Temperatursensor, der die gemessene Wärmestrahlung in ein temperaturproportionales, elektrisches Signal umwandelt. Es können Temperaturen zwischen -50 °C und 4000 °C gemessen werden.

Ein Strahlungspyrometer besteht aus drei Hauptteilen, der Optik (Linsensystem), dem strahlungsempfindlichen Detektor (Strahlungsempfänger) und dem Gehäuse. Der Detektor ist das wichtigste Bauteil.

Abb.1
Aufbau eines Pyrometers

Es gibt zwei große Gruppen von Detektoren, die für die Pyrometer eingesetzt werden, thermische Detektoren und photoelektrische Detektoren. Die thermischen Detektoren können als Thermoelement (in Serie als Thermosäule), als Bolometer (Widerstandsthermometer, NTC) oder als pyroelektrischer Empfänger (pyroelektrischer Kristall) ausgeführt werden. Diese Detektoren sind besonders für die Messung eines breiten Wellenbandes geeignet. Die photoelektrischen Detektoren können als Photozelle (äußerer Photoeffekt), als Photowiderstand (Photoleiter) oder als Photoelemente (Photodioden, oder -transistoren) ausgeführt werden. Sie sind für die Messung eines schmalen Wellenbandes geeignet.Daneben unterscheiden sich die Pyrometer auf Grund der unterschiedlichen Detektoren in ihrer Empfindlichkeit.

Der Emissionskoeffizient (gibt an, wie hoch die Abstrahlfähigkeit ist) stellt in der Praxis ein Problem für die berührungslose Temperaturmessung dar. Um dieses Problem zu umgehen, werden Vergleichsmessungen (berührend) gemacht und mit Hilfe eines Messwertumformers ein Abgleich vollzogen. Im Allgemeinen lassen sich Materialien mit einem Emissionskoeffizienten nahe 1 und nichtglänzende Farboberflächen gut bestimmen. Glänzende (stark reflektierende) Materialien lassen sich dagegen schlecht bestimmen, da die Umgebungsstrahlung mit in den Sensor eingespiegelt wird.

Pyrometer-Arten

Man unterscheidet je nach Messprinzip oder Anwendung verschiedene Arten von Pyrometern. Eine technisch bedeutsame Gruppe von Pyrometern sind die Gesamtstrahlungspyrometer. Als Detektoren werden hier Thermosäulen oder Bolometer verwendet. Die Geräte erfassen mindestens 90 % der Gesamtstrahlung des Messobjektes. Die Optik und der Detektor werden deshalb wellenlängenunabhängig ausgeführt. Mit Gesamtstrahlungspyrometern lassen sich Temperaturen von -40 °C bis 8000 °C erfassen. Im unteren Temperaturbereich benutzt man Hohlspiegelpyrometer, wobei der Hohlspiegel die Aufgabe hat die Intensität der Wärmestrahlung zu verstärken. Zum Messen hoher Temperaturen werden Linsenpyrometer eingesetzt, wobei die Linse einen Teil der Strahlung absorbieren soll. Im Gegensatz dazu werden bei den Bandstrahlungs- und Spektralpyrometer durch die Benutzung von Filtern und bestimmten Linsen der Frequenzbereich einschränkt. Es werden somit nur bestimmte Wellenbereiche für die Temperaturmessung erfasst. Eine weitere Bauart beruht auf dem Vergleich der abgestrahlten Helligkeit eines Messobjektes mit einer bekannten Quelle. So wird beim Glühfadenpyrometer die Helligkeit eines glühenden Wolframfadens mit der Helligkeit des Messgegenstandes verglichen. Man bezeichnet diese Geräte auch als Verhältnispyrometer.

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