TPS 334 Welche Spannung wird ausgegeben

[heiko (Gast)]

Hallo,

ich möchte bei einer Raumtemperatur von 25°C einen Gegenstand messen der 
55 °C hat. Welche Spannung wird von Thermopile TPS 334 ausgegeben und 
vor allem Dingen wie kommt man darauf.

Ich habe die Daten mal angehängt und schon mit schwarzem Körper usw 
gerechnet komme aber nicht weiter.

Vielleicht kann ja jemand helfen.

Heiko

[Ulrich (Gast)]

Das Signal zu berechenen ist gar nicht so einfach:
Über die Formeln zum schwarzen strahler kann man ausrechnen wieviel 
Strahlung im Wellenlängenbereich 5 - 14 µm etwa abgegeben wird. Eine 
gewisse Unsicherheit hat man aber noch wegen des 
Emmisionskoeffizienenten.

Mit der Sensorfläche, dem Öffnungswinkel oder ggf, der Geometrie um den 
Sensor kann man dann ausrechenen wieviel Strahlung wirklich am Sensor 
ankommt. Zum umrechnen in die Spannung hilft dann die DC Empfindlichkeit 
aus dem Datenblatt.

Den genauen Wert wird man aber wohl messen müssen, denn die Daten zum 
öffnungswinkel sind nicht so eindeutig.

Als grobe Abschätzung:
Bei 300 K gibt ein schwarzer Strahler ca. 300 W/m²  (Faustregel zum 
merken). Bei 330 K (ca. 55 C) sind das etwa 40% mehr, wegen T^4. Der 
Sensor dürfte etwa 1/10 des Raumwinkels erfassen haben und hat 0,5 mm² 
Fläche. Das wären dann etwa 21 µW über alle Wellenlängen und vielleicht 
10 µW im Wellenlängenfenster. Mit 35 V/W kann man also mit etwa 350 µV 
rechnen. Das ist nicht wirklich viel, aber durchaus messbar.

[Timmo H. (masterfx)]

Da ist was zum nachlesen.
http://optoelectronics.perkinelmer.com/content/applicationnotes/app_thermophileambienttempcomp.pdf

[heiko (Gast)]

Hallo,

zunächst mal Ulrich und Timmo vielen Dank für Antwort und Link.
Ich möchte die Temperatur von dem Sensor messen (mit dem eingebauten 
Widerstand) dann soll zu dieser Temperatur der Wert den der 
Infrarotsensor ausgibt addiert werden.

Jetzt meine Fragen:
Kommen die 1/10 vom Raumwinkel in Ulrichs Erklärung daher, dass das 
Sensorfenster 2,5 mm Durchmesser = 4,9 mm^2 und der Absorber 
0,7x0,7=0,49 mm^2 haben oder ist das Zufall?
Wenn ich jetzt den schwarzen Strahler bei Raumtemperatur 
(Sensortemperatur) berechne und dann von der Strahlungsleistung bei 
1,2,3.. K über Raumtemperatur abziehe erhalte ich die Leistung die über 
alle Wellenlängen zur Verfügung steht?
Wie komme ich dann von diesem Wert auf den Bereich 5-14 µm um mit 35 V/W 
die Spannung die am Sensorausgang anliegt zu berechnen um die Tabelle zu 
erstellen?

Oder ist das der völlig verkehrte Weg?

Heiko

[Ulrich (Gast)]

Der Raumwinkel war mit 1/10 nur grob geschätzt aus dem Öffnungswinkel. 
Nach der Formel aus dem Link sollte das aber eher etwa 1/4 werden. Das 
mit der größe des Sensorfensters ist eher Zufall, wäre ja auch eher 
andersherum (kleines Fenster gäbe weniger Raumwinkel). Dafür hatte ich 
vergessen die Strahlung bei Raumtemperatur abzuziehen. Im Endeffekt 
bleibt die Größenordnung der Spannung etwa das selbe.

Wenn man es wirklich berechenen will, dann müßte man die 
Strahlungsformel nach Wellenlängen nehmen, also die Formel nach Plank, 
und dann über die Wellenlängen integrieren.

Der Weg mit dem Abziehen der Strahlungsleistung des Sensors selber ist 
im Prinzip schon richtig. Mit der Integration über den 
Wellenlängenbereich wird das aber schon recht aufwendig. Ein wenig kommt 
da noch eine Temperaturabhängigkeit der Empfindlichkeit dazu.

Man hat allerdings immer ein paar unbekannte: Der Öffmungswinkel ist 
nicht so genau angegeben, der Filter wird nicht ideal scharf sein, der 
Sensor muß nicht ideal absorbieren, die 35 V/W sind vermutlich auch 
nicht so exact. Für viel mehr als die Größenordnung und den ungefähren 
zusammenhang wird die Rechnung nicht helfen. Für eine Messung wird man 
das Gesamtsystem noch einmal kalibireren müssen.