Größe des Quelleneffekts (Size of Source Effect)

Der Size of Source Effect (SSE), auch als Quellenflächeneffekt bekannt, ist ein wichtiges Phänomen im Bereich der Temperaturmessung und beschreibt den zusätzlichen Strahlungseinfluss auf den Detektor eines Messgeräts. Er ist ein entscheidender Faktor für präzise Temperaturmessungen.

Sowohl Pyrometer als auch Wärmebildkameras werden bei einer definierten Entfernung und mit einem bestimmten Strahlungsquellendurchmesser kalibriert, was die sogenannte Kalibriergeometrie festlegt. In der Praxis ist das Messobjekt jedoch meist nicht identisch groß wie die verwendete Kalibrierquelle. Um diesen Einfluss zu quantifizieren, kann der SSE unter Laborbedingungen ermittelt werden, um Rückschlüsse auf reale Messsituationen zu ziehen. Dazu wird der gemessene Temperaturwert beobachtet, während der Durchmesser der Strahlungsquelle variiert wird.

Per Definition ist der Durchmesser des Strahlers deutlich größer als der Messfleck – dies wird typischerweise durch moderate Kalibrierdistanzen erreicht. Eine Vergrößerung der Strahlungsquelle führt im Allgemeinen zu zusätzlicher Strahlung, was zu einem höheren gemessenen Temperaturwert führt. Wird beispielsweise der Durchmesser des Strahlers von 50 mm auf 100 mm verdoppelt, steigt die Fläche um den Faktor vier, wodurch mehr Strahlung in das Messgerät gelangt und die gemessene Temperatur ansteigt. Der maximale Temperaturwert entspricht dabei der Strahlung, die von einer halbkugelförmigen Strahlungsquelle (Halbraum) emittiert wird. Bei diesen größeren Strahlungsquellen wird der SSE hauptsächlich durch Reflexions- und Streueffekte innerhalb des optischen Systems bestimmt.

Im Gegensatz dazu führt eine Verringerung des Quellendurchmessers – bedingt durch die Kalibriergeometrie – zu einer Reduktion des Signalpegels am Detektor. Daher wird der Messfleck bei Pyrometern als der Durchmesser definiert, innerhalb dessen 90 % der Energie erfasst werden. Dies stellt die Mindestfleckgröße für eine genaue Temperaturmessung dar. Bei Wärmebildkameras wird die minimale Messgröße durch das Measurement Field of View (MFOV) beschrieben, das in der Regel 3 × 3 Pixel umfasst. Bei kleinen Messobjekten in der Größenordnung des MFOV wird der SSE hauptsächlich durch Linsenaberrationen und Beugungseffekte bestimmt. Die Beugungsgrenze des Geräts hängt ausschließlich von der Wellenlänge und der Blendenzahl (F-number) ab und ergibt sich aus der physikalischen Beugungsbegrenzung – nicht aus Fehlern im optischen System.

In solchen Fällen ist es entscheidend, die Auswirkungen von Änderungen des Strahlungsquellendurchmessers zu berücksichtigen, da eine Verringerung häufig zu größeren Temperaturabweichungen führt.

Es ist wichtig zu beachten, dass die Messentfernung hierbei konstant bleibt – lediglich der Durchmesser der Strahlungsquelle wird verändert. In realen Anwendungen können jedoch beide Parameter gleichzeitig variieren, was bei der Bewertung und Auslegung von Temperaturmesssystemen berücksichtigt werden sollte.