Ratio-Pyrometer (Ratio Pyrometer)

Ein Verhältnispyrometer ist ein fortschrittliches Gerät zur berührungslosen Temperaturmessung nach dem Zweiwellenlängenprinzip. Diese Instrumente, oft auch als Zwei-Farben-, Quotienten- oder Dual-Wellenlängen-Pyrometer bezeichnet, arbeiten anders als Einfarbenpyrometer. Im Gegensatz zu Einfarbenpyrometern, die die Strahlung bei einer einzigen Wellenlänge messen, können Mehrfarbenpyrometer die Messgenauigkeit verbessern und eine zuverlässige Temperaturbestimmung auch unter wechselnden Bedingungen wie variabler Emissivität oder bei Verunreinigungen durch Staub oder Rauch gewährleisten.

Das Verschiebungsgesetz von Wien besagt, dass die Wellenlänge der maximalen Strahlungsintensität eines schwarzen Körpers umgekehrt proportional zu seiner Temperatur ist. Mit steigender Temperatur eines Objekts nimmt die abgegebene Strahlung über das gesamte Wellenlängenspektrum zu, und das Maximum der spektral spezifischen Strahlung verschiebt sich zu kürzeren Wellenlängen.

Es besteht ein wesentlicher Unterschied zwischen intensitätsbasierten Einfarbenpyrometern und verhältnisbasierten Pyrometern. Einfarbenpyrometer messen die Leistung der abgegebenen Infrarotstrahlung innerhalb eines bestimmten Wellenlängenbereichs. Verhältnispyrometer hingegen messen die Infrarotstrahlung bei zwei eng beieinanderliegenden Wellenlängen und werten das Verhältnis der beiden Intensitäten aus. Die Bandbreiten dieser beiden Wellenlängen können sich teilweise überlappen oder vollständig getrennt sein. Dieser besondere Ansatz ermöglicht präzisere und verlässlichere Temperaturmessungen.

Im Gegensatz zu Einfarbenpyrometern kann ein Verhältnispyrometer auch dann zuverlässig messen, wenn die Emissivität unbekannt oder temperaturabhängig ist, solange beide Wellenlängensignale proportional von der Emissivität oder Prozessänderungen beeinflusst werden. Einer der größten Vorteile des Zwei-Farben-Pyrometers ist daher seine Fähigkeit, auch unter schwierigen Bedingungen wiederholbare und genaue Messergebnisse zu liefern.

Verhältnispyrometer werden häufig eingesetzt, wenn der Messfleck nicht vollständig auf dem Objekt liegt, das Objekt kleiner als der Messfleck des Pyrometers ist oder wenn sich die Transmission im optischen Pfad des Pyrometers ändert – beispielsweise durch Staub, Dampf, Schmutz oder Schutzfenster. Diese Geräte kommen in anspruchsvollen industriellen Anwendungen wie der Metallverarbeitung zum Einsatz, bei denen die Emissivität unbekannt und veränderlich ist, sich jedoch für beide Wellenlängen gleichermaßen ändert.

Die meisten Verhältnispyrometer verwenden Halbleiterdetektoren, was Zeitkonstanten zwischen 1 ms und 20 ms bei Temperaturmessungen ermöglicht. Der Beginn des Temperaturmessbereichs liegt in der Regel deutlich über 100 °C.

Viele Hersteller bieten zusätzlich eine parallele Anzeige der Temperatur an, die mittels Einwellenlängenmessung ermittelt wurde. Wenn Steigung und Emissivität korrekt eingestellt sind, können viele Quotientenpyrometer auch den prozentualen Signalverlust durch Abschattung oder Verschmutzung der Optik berechnen und anzeigen. Während ein klassisches Einfarbenpyrometer nicht zwischen einer Temperaturabsenkung des Messobjekts und einer Verschmutzung der Optik unterscheiden kann, ist ein Verhältnispyrometer dazu in der Lage.