Vereinfachte Kalibriereinrichtung für Strahlungsthermometer mit unmittelbarer Rückführbarkeit auf die ITS-90
Final Report Abstract
Im Projekt „Vereinfachte Dreipunkt-Kalibriereinrichtung für Strahlungsthermometer mit unmittelbarer Rückführbarkeit auf die ITS-90" wurde ein Dreifach-Fixpunktstrahler zur primären Kalibrierung von Strahlungsthermometern im mittleren Temperaturbereich mit sehr guten Ergebnissen realisiert. Mit diesem Fixpunktstrahler werden die Schmelz- und Erstarrungstemperaturen der in der ITS-90 gelisteten Fixpunktsubstanzen Zinn (T90= 232,928 °C), Zink (T90 = 419,527 °C) und Aluminium (T90= 660,323 °C) radiometrisch dargestellt. Es ist somit möglich, innerhalb eines Aufheiz- und Abkühlungszyklus des Fixpunktstrahlers, nach einer einmaligen Justierung des Strahlungsthermometers, eine Kalibrierung an 6 Phasenumwandlungspunkten durchzuführen und zusätzlich dazu die Drift des Kalibrierobjekts zu bestimmen. Die einzelnen Phasenumwandlungen dauern 25-40 min und bieten somit ausreichend Zeit den jeweiligen Kalibrierwert des Strahlungsthermometers zu ermitteln. Die erweiterten Unsicherheiten der Temperatur-Fixpunkte liegen im Bereich von 25 bis 100 mK und erreichen somit die Werte herkömmlicher Einzelfixpunktstrahler. Dies zeigt, dass der Dreifach-Fixpunktstrahler die Anforderungen eines Kalibriernormals erfüllt. Er kann somit direkt in bestehende Kalibrieraufbauten eingegliedert und sowohl für die Kalibrierung von industriellen Strahlungsthermometern als auch Transferstrahlungsthermometern (TSRT) eingesetzt werden. Durch die Integration von drei Fixpunktmaterialien in eine Zelle wurde eine Vereinfachung der Kalibrierprozedur und Reduzierung des Justageaufwandes bei Mehrpunkt-Kalibrierungen erreicht. Durch diese Vereinfachung lässt sich eine automatisierte Variante des Kalibrieraufbaus mit Dreifach-Fixpunktstrahler mit selbsttätiger Fixpunkterkennung und Kennlinienapproximation aufbauen, die besonders in Kalibrierlaboratorien oder bei Herstellern von Strahlungsthermometern Anwendung finden könnte. Im Rahmen des Projekts wurden verschiedene neue Fragestellungen im Gebiet der Temperaturmesstechnik untersucht und beantwortet. Es wurde allgemein nachgewiesen, dass eine Realisierung eines Mehrfach-Fixpunktes mit konzentrischer Anordnung der Fixpunkt-Kammern möglich ist. Durch Vergleichsmessungen wurde gezeigt, dass diese Anordnung Kalibrierungen von Strahlungsthermometern mit hoher Reproduzierbarkeit und geringer Unsicherheit zulässt. Weiterhin lässt sich schlussfolgern, dass dieses Kalibrierprinzip auch auf berührend messende Thermometer anwendbar ist. Hierzu müssten jedoch Optimierungen und Anpassungen der Bauform an das Messverfahren vorgenommen werden. Auch zur Klärung der seit einigen Jahren aktuellen Frage, ob die herkömmlichen aus Grafit gefertigten Zellenkörper durch Keramikkörper ersetzt werden könnten, wurden Beiträge geleistet. So wurde nachgewiesen, dass die verwendete Aluminiumoxidkeramik chemisch resistent gegen die Metallschmelzen ist, durch sie nicht benetzt wird und im Rahmen der Messunsicherheit keine Verunreinigung der Fixpunktsubstanzen verursacht, aus denen Änderungen der Fixpunkttemperatur resultieren. Die Möglichkeit der Erhöhung des Wandemissionsgrades der Keramik mit Hilfe des Emissionsgradlacks HE23 wurde ebenfalls untersucht. Es konnten dabei im Wellenlängenbereich um 1,5 μm gute Ergebnisse erzielt werden. Bei anderen Wellenlängen muss die spektrale Abhängigkeit des Lack-Emissionsgrades berücksichtigt werden. Bei Messungen im Wellenlängenbereich zwischen 5 und 10 μm kann auf eine Lackierung der Keramik verzichtet werden.
Publications
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„Triple-Fixed-Point Blackbody for the Calibration of Radiation Thermometers". In: International Journal of Thermophysics, Springer Netherlands
Schalles, M.; Bernhard, F.
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„Dreifach-Fixpunktstrahler zur Kalibrierung von Strahlungsthermometern". In: 50. Internationales Wissenschaftliches Kolloquium der TU Ilmenau, Tagungsunterlagen, 2005
Schalles, M.; Bernhard, F.
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„Mehrfach-Fixpunktstrahler zur Kalibrierung von Strahlungsthermometern". In: Sensoren und Messsysteme 2006, Tagungsband, Vdl-Verlag, Berlin, 2006
Schalles, M.; Bernhard, F.
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„Mehrfach-Fixpunktstrahler zur Kalibrierung von Strahlungsthermometern". In: Temperatur 2006, Tagungsband, Physikalisch Technische Bundesanstalt, Berlin, Braunschweig, 2006, pp. 301-307
Schalles, M.; Bernhard, F.
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„Triple-Fixed-Point Blackbody for the Calibration of Radiation Thermometers". TEMPMEKO 2007, 10th International Symposium on Thermal Measurements in Industry and Science, Lake Louise, Canada
Schalles, M.; Bernhard, F.
