UV-Strahlung

 

UV-Strahlung wird in vielen industriellen Prozessen verwendet. Typische Anwendungen finden sich in der UV-Strahlenhärtung, UV-Oberflächenreinigung und UV-Sterilisation. Die Messung der energiereichen ultravioletten Strahlung stellt besondere Anforderungen an die Konstruktion und Kalibrierung der Messgeräte. Die Gigahertz-Optik GmbH bietet eine breite Produktpalette an Messgeräten und Messzubehör zur Messung ultravioletter Strahlung. Eine Auswahl an Anwendungsbei­spielen wird auf dieser Seite vorgestellt.

Weitere UV-Messaufgaben werden in den nachstehenden Anwendungskategorien vorgestellt:

Sie erreichen uns unter der +49 (0) 8193 93700-0 oder per Mail unter info@gigahertz-optik.de.

App. 019

Messung der polymerisationswirksamen Bestrahlungsstärke von hochintensiven Gasentladungslampen in der UV-Strahlenhärtung

Die initiierte UV-Energie ist in der UV-Strahlenhärtung das Maß für den Ablauf der Polymerisation in Beschichtungen, Tinten, Klebstoffen, Verkapselungs- und Vergussmassen. Zur Einstellung und Kontrolle der UV-Energie wird die optische Bestrahlungsstärke möglichst nah an der Oberfläche der bestrahlten Proben gemessen. Das Produkt aus Bestrahlungsstärke und Bestrahlungsdauer ergibt die Bestrahlungsdosis. Neben der UV-Strahlung werden Messgeräte zur Messung der Bestrahlungsstärke intensiver Wärmestrahlung ausgesetzt. Diese Beanspruchung muss bei der Auswahl eines Messgerätes berücksichtigt werden.

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Die UV-Strahlenhärtung ist ein photochemischer Prozess bei dem eine Polymerisation initiiert wird, wenn Fotoinitiatoren, die einem Material beigemischt sind, durch UV-Strahlung angeregt werden. Zur Probenbeleuchtung kommen Mitteldruck-Quecksilberdampflampen zur Anwendung. Die Gasentladungslampen erzeugen intensive UV-Strahlung deren Spektrum durch Dotierung der Gasfüllung an die Wirkungsfunktion der Fotoinitiatoren angepasst wird. Neben der UV-Strahlung emittieren diese Gasentladungslampen auch sehr intensive Wärmestrahlung, die für die vollständige Durchhärtung der Stoffe genutzt wird. Der Strahlungsfluss einer Gasentladungslampe reduziert sich aufgrund von Alterungserscheinungen während ihrer Betriebszeit. Zur Kompensation muss die Bestrahlungszeit verlängert werden, um eine gleichbleibende Dosis sicherzustellen. Da der Alterungsverlauf der Gasentladungslampen nicht bekannt ist, muss im Rahmen der Prozess- und Qualitätskontrolle die Bestrahlungsstärke regelmäßig gemessen werden.

Die Auswahlkriterien für ein Bestrahlungsstärke-Messgerät zum Einsatz in der Strahlenhärtung mit hochintensiven Gasentladungslampen sind:

  • Detektordesign für minimale Alterungs- und Drifterscheinungen bei Beaufschlagung mit intensiver UV- und Wärmestrahlung
  • Detektor mit Kosinus-Blickfeldfunktion zur korrekten Bewertung seitlich einstrahlender Strahlung
  • Detektor mit flacher Bauform zur Messung der Bestrahlungsstärke mit geringem Abstand zur Probenoberfläche
  • Spektrale Empfindlichkeit der Detektoren abgestimmt auf die spektrale Wirkungsfunktion der Fotoinitiatoren und des Emissionsspektrums der Gasentladungslampe
  • Einfache Handhabung des Messgerätes
  • Schutz des Anwenders vor der Gefährdung durch intensive UV- und Wärmestrahlung

Gigahertz-Optik GmbH bietet Messköpfe der RCH-Serie für den Einsatz in der UV-Strahlenhärtung. Bei diesen bewährten Messköpfen ist der durch intensive UV- und Wärmestrahlung belastete Strahlungssensor entkoppelt vom eigentlichen Detektor. Mit diesem Konzept erfüllt die RCH-Serie seit vielen Jahren die hohen Ansprüche der Strahlenhärtung.

App. 020

Reduzierte Messunsicherheit für UV-Radiometer

UV-Radiometer mit filterkorrigierten Detektoren kommen nicht im "one size fits all" Format. Im Gegenteil, entsprechend der Anwendung sind Detektoren mit unterschiedlichen spektralen Empfindlichkeitsfunktionen erforderlich. Für physikalische Messgrößen können diese den CIE Vorgaben für UV-A, UV-B und UV-C entsprechen. In photobiologischen Anwendungen wie z.B. ICNIRP oder Erythem kommen dagegen aktinische Empfindlichkeitsfunktionen zur Anwendung.

Allen filterkorrigierten Detektoren ist gemeinsam, dass ihre spektralen Empfindlichkeitsfunktionen nie perfekt den Sollvorgaben entsprechen werden und zudem herstellungsbedingte Toleranzen aufweisen.

Aus diesen spektralen Fehlanpassungen ergeben sich zusätzliche Messunsicherheiten. Deren Höhe ist nicht nur von den Abweichungen der spektralen Empfindlichkeiten abhängig, sondern auch vom Emissionsspektrum der vermessenen Strahlungsquelle. Im technischen Bericht CIE 220: 2016 [1] wird eine Methodik zur Ermittlung der erwarteten Messunsicherheit durch die spektrale Fehlanpassung vorgestellt.

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Empfindlichkeitsfunktion von Detektoren. Diese haben nahezu keine Auswirkung auf das Messergebnis, wenn das spektrale Emissionsspektrum der zur Kalibrierung verwendeten Referenzlampe identisch ist mit dem Emissionsspektrum in der Anwendung. Was aber passiert, wenn sich das Emissionsspektrum deutlich von dem der Kalibrierlampe unterscheidet? Der technische Bericht CIE 220: 2016 [1] bietet hilfreiche Informationen zur Bestimmung der aus der spektralen Fehlanpassung resultierenden Messunsicherheit von UV-Radiometern. Die ermittelten Werte können als Korrekturfaktoren zum Abgleich der UV-Radiometer auf bekannte Emissionsspektren verwendet werden.

Die Anwendung der CIE 220: 2016 [2] erfordert neben dem Emissionsspektrum der zu vermessenden Strahlungsquelle nachstehenden Angaben des Herstellers der UV-Radiometer:

  • Emissionsspektrum der zur Kalibrierung verwendeten Referenzlampe
  • Die für jedes UV-Radiometer individuell gemessene spektrale Empfindlichkeit

Jedes von Gigahertz-Optik GmbH produzierte UV-Radiometer wird hinsichtlich seiner relativen spektralen Empfindlichkeit kalibriert. Die Kalibrierung erfolgt im betriebseigenen Kalibrierlabor für optische Strahlungsmessgrößen. Die Messdaten der Kalibrierung und die spektralen Emissionsdaten der Kalibrierlampe können auf Anfrage zur Verfügung gestellt werden, um unseren Kunden die Messunsicherheit durch spektrale Fehlanpassung der Detektoren zu ermitteln. Optional bietet Gigahertz-Optik GmbH die Berechnung der Korrekturwerte an. Dies ist immer dann von Interesse, wenn das UV-Radiometer in Anwendungen mit bekannten UV-Quellen verwendet wird


Referenzen

[1] CIE 220:2016, Characterization and Calibration Method of UV Radiometers

[2] How to apply CIE 220:2016 – Characterization and Calibration Method of UV Radiometers

App. 021

UV-Radiometer für hochintensive LED-Lampen in der UV-Strahlenhärtung

UV-Radiometer mit filterkorrigierten Detektoren werden konzeptionell zur Messung spektral breitbandiger UV-Strahler wie z.B. Mitteldruck-Quecksilberdampflampen in der UV-Strahlenhärtung angeboten. Wegen des zunehmenden Einsatzes von LED-Lampen in den Anwendungsgebieten der UV-Strahlenhärtung besteht Bedarf für UV-Radiometer zur Messung der Bestrahlungsstärke. Das Interesse für UV-Radiometer resultiert aus deren günstigen Preis-Leistungsverhältnis, der flachen Bauform, den kurzen Messzeiten und ihrer Robustheit gegen intensive UV- und Wärmestrahlung.

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Die filterkorrigierten Strahlungsdetektoren der UV-Radiometer der Gigahertz-Optik GmbH weisen in der Regel eine breitbandige spektrale Empfindlichkeitsfunktion auf. Technologiebedingt kann der spektrale Empfindlichkeitsverlauf nicht einer radiometrischen Wirkungsfunktion entsprechen. Die deshalb vorhandenen Empfindlichkeitsabweichungen bei unterschiedlichen LED-Wellenlängen würden zu Abweichungen der Messwerte der Bestrahlungsstärke bei LEDs unterschiedlicher Wellenlänge führen.

In der Regel ist die Emissionswellenlänge eines LED-Strahlers für die UV-Strahlenhärtung durch den Hersteller spezifiziert. Damit ist die Voraussetzung geschaffen, UV-Radiometer mit LED-Strahlern zur Messung der Bestrahlungsstärke einzusetzen. Das Kalibrierlabor für optische Strahlungsmessgrößen der Gigahertz-Optik GmbH kalibriert dazu ihre UV-Radiometer für LED-Strahler bei typischen LED Wellenlängen unter Anwendung der CIE 220: 2016 Empfehlungen. Das UV-Radiometer bestehend aus dem Messkopf RCH-116 und dem Optometer X1-1 hat sich im flächendeckenden Einsatz in vielen industriellen Anwendungsbereichen bewährt.

UV Radiation Figure1


Referenzen

[1] CIE 220:2016, Characterization and Calibration Method of UV Radiometers