Wärmestrahlungssensoren

Wärmestrahlungssensoren sind Detektoren, die die in der Umgebung abgegebene oder reflektierten Infrarotstrahlung wahrnehmen und in elektrische Signale umwandeln. Sie reagieren auf Wärmestrahlung von Objekten und ermöglichen dadurch eine kontaktlose Temperaturbestimmung oder die Erfassung von Wärmeverteilungen. In der Praxis arbeiten sie typischerweise im mittleren bis langen Infrarotbereich (ungefähr 1–14 Mikrometer), wobei der konkrete Spektralbereich von Typ, Bauform und Anwendung abhängt.

Zu den gängigen Typen gehören Bolometer-, Thermopile-Sensoren und Pyroelektrische Sensoren. Bolometer wandeln die absorbierte IR-Strahlung in eine Temperaturänderung um, die sich als Widerstandsänderung auswirkt. Thermopile-Sensoren verwenden eine Reihe von Thermoelementen, die eine Gleichspannung proportional zur eintreffenden Strahlung liefern. Pyroelektrische Sensoren reagieren auf Änderungen der IR-Strahlung durch die Pyroelektrische Effekte und finden etwa in Bewegungsmeldern sowie in bestimmten Thermometern Anwendung. Moderne ungekühlte Infrarotkameras nutzen Mikro-Bolometer-Arrays, deren winzige Absorber die Strahlung in Wärme verwandeln und deren Widerstände oder Kapazitäten auslesen lassen.

Anwendungen umfassen die berührungslose Temperaturmessung, Gebäudethermografie, industrielle Prozesskontrollen, Sicherheits- und Überwachungssysteme sowie die bildgebende Wärmeüberwachung in Fahrzeugen und medizinische Diagnostik.

Wichtige Kenngrößen sind Empfindlichkeit, Reaktionszeit, Signal-Rausch-Verhältnis und die Netto-Temperaturdifferenz (NETD) bei Wärmebildaufnahmen. Die Messung hängt stark von der Oberflächenemissivität ab; zudem erfordert eine genaue Auswertung eine Kalibrierung. Umweltfaktoren, Reflektionen und die Belichtung beeinflussen Messungen, insbesondere bei langen Wellenlängen. Einsatzbereiche ergeben sich daraus, dass Wärmestrahlung unabhängig von Sichtlicht vorhanden ist, jedoch geringe Emissivität oder glänzende Oberflächen Messungen erschweren können.

Zusammengefasst dienen Wärmestrahlungssensoren dazu, Wärmeverteilungen zu erfassen und Temperaturen berührungslos zu erfassen. Sie finden Anwendung in Alltagsgeräten (IR-Temp.-Messgeräte), professionellen Wärmebildkameras, Sicherheits- und Automatisierungstechnik.