Pyrometer / Infrarotschalter

Für den Betrieb mit wechselnden Umgebungstemperaturen und Prozessparametern sind bei allen Pyrometern für die Berechnung der korrekten Temperatur mathematische Operationen erforderlich.

Dies gilt insbesondere für die Quotientenbildung bei Quotientenpyrometern, der Multiplikation für die Emissionsgradanpassung und Kompensation der Temperaturkoeffizienten sowie die Summenbildung für die Korrektur von verstärkungsabhängigen Offsetströmen.

Im Gegensatz zur analogen Verarbeitung ist durch die Verwendung der volldigitalen Signalverarbeitung der Einflussgrößen in Sensortherm-Pyrometern eine 100%ige Reproduzierbarkeit der angezeigten Messwerte gewährleistet, weil hier digitale Zahlen verarbeitet werden und keine mehr oder weniger fehlerbehafteten analogen Signale.

Insbesondere temperatur- und alterungsbedingte Abweichungen werden dadurch vermieden und die Übertragbarkeit von Gerät zu Gerät ist gewährleistet.

Pyrometer mit integriertem Temperaturregler und Stellgrößenausgabe werden zur Sollwerteinhaltung z.B. bei additiven Druckverfahren oder Erwärmungsprozessen verwendet.

Pyrometer zusammen mit einem PID-Programmregler ermöglichen die gezielte Programmierung zeitgesteuerter Aufheizrampen, Haltezeiten oder Abkühlraten, z.B. bei Erwärmungsprozessen.

Highspeed-Pyrometer werden bei sehr schnellen Messprozessen eingesetzt. Geräte mit integriertem PID-Temperaturregler und Stellgrößenausgabe überwachen Prozesse und steuern z.B. bei additiven Druckverfahren die Laserleistung.

Pyrometer mit einem Linien-Temperaturscanner erfassen 16 Messzonen zur separaten Auswertung von Temperaturprofilen sowie Min.- / Max.- und Durchschnittswerten.

METIS M3 und H3-Pyrometer sind mit mehreren Eingängen zur externen Pyrometersteuerung sowie Schaltausgängen zur Signalausgabe bei Temperaturereignissen ausgestattet.

Ultragenaue Transfer-Standard-Pyrometer sind rückgeführt auf ITS90 und werden zur Kontrolle und Justierung von Kalibrierstrahlern eingesetzt. Weiter werden sie zu Vergleichsmessungen mit anderen Pyrometern eingesetzt, um deren Genauigkeit zu überprüfen oder sie direkt mit den Referenzwerten zu justieren.

Pyrometer / Infrarotschalter messen in unterschiedlichen Spektralbereichen, die Auswahl hängt vom zu messenden Material ab:

Kurzwellige Spektralbereiche werden meist zur Messung von Metallen, Keramiken, Verbundwerkstoffen, Glasschmelze, Graphit oder Flammen eingesetzt. Bei Metallmessungen ist dabei ein möglichst kurzwelliger Spektralbereich für eine genaue Messung von Vorteil. Diese fangen technisch bedingt aber erst bei etwas höheren Messbereichen an, so dass gegebenenfalls ein Modell mit etwas langwelligerem Spektralbereich gewählt werden muss. Alle Geräte verfügen zum Ausgleich dieser Ungenauigkeiten über einen einstellbaren Emissionsgrad, mit dem sich diese Differenzen kompensieren lassen.

Langwelligere Spektralbereiche werden zur Messung von Nichtmetallen, Rauchgas, Gasflammen, Halbleitern, Wafern oder Glasoberflächen verwendet. Die Spektralbereiche haben sich durch Materialanalyse als dafür geeignet herausgestellt. Der Anwendungsbereich ist bei den jeweiligen Pyrometermodellen erläutert, wir beraten Sie aber auch gerne.

Bei allen Sensortherm-Pyrometern wird die Einstellzeit t₉₀ angegeben. Sie gibt die Zeit an, die das Pyrometer benötigt, bis bei einer sprungförmig gemessenen Temperaturänderung 90% davon am Signalausgang anliegen. Innerhalb der Einstellzeit werden zwei Messungen und die komplette Signalverarbeitung durchgeführt, die Erfassungszeit ist also doppelt so hoch. Je schneller die Einstellzeit eines Pyrometers, desto schneller kann ein Messwert ausgegeben werden. Dies ist besonders bei Messobjekten zu beachten, die sich schnell bewegen oder bei Verwendung eines Scanners oder wenn der Pyrometermesswert zur weiteren Anlagensteuerung verwendet werden soll.

Mit Einfarbenpyrometern (Standard-Infrarotthermometern) können die meisten Messobjekt-Temperaturen sehr gut bestimmt werden. Lediglich der Emissionsgrad des zu messenden Materials muss bei der Messung berücksichtigt werden, ist aber für die meisten Materialien weitestgehend bekannt und aus Tabellen ablesbar. Messfehler sind mit solchen Geräten damit äußerst gering.

Messbedingungen:

• Das Messobjekt muss immer größer als das Pyrometer-Messfeld sein, da der Mittelwert der Strahlung über das Messfeld erfasst wird. Ist das Messobjekt kleiner ist als der Messfelddurchmesser, kommt es zu Messfehlern, da Hintergrundtemperaturen mit in die Messung eingehen.
• Als Hilfe beim Ausrichten kann das Gerät auf maximale Temperatur ausgerichtet werden.
• Das Sichtfeld des Pyrometers muss frei von Dämpfen, Rauch oder Staub sein. Diese führen zu einer Signalschwächung und damit zur Minderanzeige der Temperatur.
• Messungen durch Fenster sind möglich, wenn dieses im Spektralbereich des Pyrometers über gleichbleibende Transmissionseigenschaften verfügen. Die Transmissionsverluste müssen in das Pyrometer eingetragen werden.

Quotientenpyrometer messen mit 2 Detektoren bei zwei unterschiedlichen Spektralbereichen gleichzeitig und bestimmen die Temperatur aus dem Verhältnis der beiden Strahlungsintensitäten.
Damit sind Messungen durch verschmutzende Sichtscheiben oder Rauch- oder Staubbelastungen möglich, wenn das Strahlungsverhältnis dabei konstant bleibt, d.h. eine Signalschwächung sich auf beiden Wellenlängenbereichen gleich auswirkt.

Messbedingungen:

• Ist das Messobjekt kleiner als das Pyrometermessfeld, geht eine warme Hintergrundtemperatur mit in die Messung ein. Diese zeigt aber erst ab ca. 300°C Auswirkungen und darüber ist der Einfluss auch nur gering.
• Ist das Messobjekt kleiner als der Messfelddurchmesser, stellt sich eine geringere Signalstärke ein. Bis 10% Signalstärke ist eine sichere Messung möglich, wird dieser Wert unterschritten, wird die Messung abgeschaltet und die Anzeige zeigt keinen Messwert mehr an.
• Die Ausrichtung des Gerätes auf maximale Temperatur wie bei Einfarbenpyrometern funktioniert hier nicht, aber es kann das Gerät auf maximale Signalstärke ausgerichtet werden.
• Sind die Emissionsgrade des Messmaterials bei den beiden Pyrometer-Messwellenlängen unterschiedlich (z.B. bei blanken nicht oxidierten Metalloberflächen), muss das Emissionsgradverhältnis des Messobjekts berücksichtigt und am Gerät eingegeben werden.
• Ändert sich der Emissionsgrad aufgrund der Oberfläche oder abhängig von der Temperatur für die beiden Wellenlängen (auch z.B. bei einem Ölfilm auf der Objektivlinse), können sich große Abweichungen der Quotiententemperatur ergeben. Ein Quotienten-Pyrometer verhält sich bei wellenlängenabhängigen Signaländerungen um ein Mehrfaches empfindlicher als ein Einfarbenpyrometer, je größer die Differenz und je geringer der absolute Wert des Emissionsgrades ist.
• Messungen durch verschmutzende Sichtscheiben oder Rauch- oder Staubbelastungen im Pyrometersichtfeld sind möglich, da das Strahlungsverhältnis dabei konstant bleibt. Voraussetzung: Die Signalschwächung verläuft homogen auf beiden Wellenlängenbereichen.
• Bei Messungen durch Fenster ist das Fenstermaterial zu beachten. Sind die Transmissionseigenschaften nicht gleichmäßig (z.B. bei Quarzglas), so ist das entsprechende Emissionsgradverhältnis einzugeben.

Die Laser-Messfeldmarkierung zeigt bei stationären Geräten einen roten, bei Handgeräten einen grünen Laserpunkt, der die Messfeldmitte anzeigt. Im Fokusabstand des Objektivs, in dem auch das Messfeld am kleinsten ist, ist auch der Laserpunkt am kleinsten und schärfsten.

Das Durchblickvisier wird (seitenrichtig) direkt in das Objektiv eingespiegel, so dass das Messobjekt visuell erfasst werden kann. Ein Zentrierkreis zeigt das Messfeld, der Messabstand ist gefunden, wenn das Objekt scharf dargestellt wird.

Pyrometer mit Farb-Kameramodul haben einen eigenen Videoausgang, über den ein Fernseher oder Monitor angeschlossen werden kann. Das Pyrometer wird über einen Zielkreis im Fernsehbild ausgerichtet und scharfgestellt.
Mit der automatischen, hochdynamischen Bildhelligkeitsanpassung eignet sich das Kameramodul auch hervorragend zur Prozessüberwachung.

Objektive:

• Manuell einstell­bare Objektive sind im Pyrometer integriert oder als Lichtleiter­objektiv ausgeführt. Sie werden durch Objektiv-Tubus­verschiebung auf die benötigte Mess­entfernung bzw. den Fokus­abstand eingestellt.
• Motorfokus-Objektive bei METIS-M3-Modellen sind im Pyrometer integriert. Der Fokusabstand wird am Gerät angezeigt und dort oder am PC über Software SensorTools geändert. Die Linse wird dann motorisch verstellt, so dass das kleinstmögliche Messfeld im eingestellten Fokusabstand erreicht wird.
• Festobjektive sind fest auf einen bestimmten Mess- bzw. Fokusabstand eingestellt. Festobjektive in der Baureihe METIS sind mit sehr kleinen Messfeldern mit einem Distanzverhältnis von bis zu 700:1 verfügbar, bei Serie METIS M3 bis zu 900:1.

Ja sicher. Im Fokuspunkt des Objektivs (Fokusabstand) ist der Messfelddurchmesser zwar am kleinsten, Messungen im defokussierten Bereich (vor oder hinter dem Fokus) sind aber mit gleicher Genauigkeit genauso möglich, in der Regel ist jedoch die Messfläche größer.

Messfeldgrößenberechnung vor oder hinter dem Fokusabstand

SensorTools ist eine sehr umfangreiche Einstell-, Kommunikations-, Analyse- und Auswertesoftware, die allen Pyrometern, Scannern, Reglern, Anzeigen und Kalibrierstrahlern standardmäßig beigelegt wird.
Weitere Details finden Sie hier.