Messfleck Größenverhältnis (Spot Size Ratio)

Das Verhältnis von Messentfernung zu Messfleckgröße (engl. distance to spot size ratio, kurz D:S ratio, manchmal auch als Spot Size Ratio oder SSE bezeichnet) ist eine weit verbreitete Kennzahl zur Beschreibung der optischen Auflösung von Temperaturmessgeräten wie Pyrometern oder Wärmebildkameras. Es wird durch das Verhältnis zwischen der Messentfernung (Brennweite) D zum Messfleckdurchmesser bestimmt. Mit dem D:S-Wert kann die Messfleckgröße des Geräts in einer bestimmten Entfernung berechnet werden. Wenn die Zielgröße mindestens so groß ist wie der Messfleck, ist eine hochpräzise Temperaturmessung gewährleistet. Das bedeutet, dass das Messgerät mindestens 90 % der Strahlungsenergie des Zielobjekts erfasst, wenn dieses exakt der Größe des Messflecks entspricht.

Bei Geräten mit einstellbarem Fokus gilt ein einzelnes D:S-Verhältnis für den gesamten Messbereich. Obwohl der Messfleck mit zunehmender Entfernung größer wird, bleibt das Verhältnis konstant. Bei Festfokusgeräten, wie etwa kompakten Pyrometern, wird das D:S-Verhältnis dagegen nur für eine bestimmte Brennweite angegeben. Wird das Messobjekt aus dem Fokus verschoben, verringert sich das D:S-Verhältnis, was zu einem größeren Messfleck und potenziellen Temperaturabweichungen führt.

Aus optischer Sicht hängt das D:S-Verhältnis mit der Brennweite F und der Detektorgröße d des Messgeräts zusammen. Eine längere Brennweite führt zu einem höheren D:S-Verhältnis, geht aber meist mit größeren Gerätemaßen einher. Daher besitzen kompakte Geräte häufig ein moderateres D:S-Verhältnis. In manchen Anwendungen ist dies sogar vorteilhaft, wenn das Messobjekt groß ist und vollständig erfasst werden soll, um eine gemittelte Temperatur über die gesamte Objektfläche zu bestimmen.

Für Wärmebildkameras ist das Konzept der Minimalfleckgröße ebenfalls relevant. Jedes Pixel des Detektorarrays stellt dabei einen potenziellen Messpunkt dar und definiert das Instantaneous Field of View (IFOV). Da die Pixelgröße oft klein ist und Beugungseffekte eine Airy-Scheibe statt eines scharfen Punktes erzeugen, sind mehrere Pixel erforderlich, um eine hohe Messgenauigkeit zu erreichen. Diese effektive Messfläche wird als Measurement Field of View (MFOV) bezeichnet und umfasst in der Regel 3 × 3 Pixel. In diesem Fall ist das MFOV vergleichbar mit dem Messfleck eines Pyrometers, und auch für Wärmebildkameras kann ein entsprechendes D:S-Verhältnis berechnet werden.