DE10341142A1

DE10341142A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Kompensation des thermischen Einflusses eines Temperaturgradienten im Sensorgehäuse eines Strahlungssensors auf die Meßgenauigkeit

Info

Publication number: DE10341142A1
Application number: DE10341142A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Kraus; Michael Klöppel-Riech; Alexander KLÖS
Original assignee: Braun GmbH
Current assignee: Braun GmbH
Priority date: 2003-09-06
Filing date: 2003-09-06
Publication date: 2005-03-31

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Kompensation des thermischen Einflusses unerwünschter Temperaturgradienten im Sensorgehäuse eines Strahlungssensors auf die Messgenauigkeit zumindest eines in dem Sensorgehäuse angeordneten temperatursensitiven Sensorelements beschrieben. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Temperaturgradienten durch zumindest einen zugeordneten charakteristischen Wärmeparameter repräsentiert, der - vorzugsweise kontinuierlich - messtechnisch erfasst wird und als Maß für den Fehleranteil des Temperaturgradienten an den Messsignalen des Strahlungssensors dient. Dieser Fehleranteil wird dann durch entsprechende Korrektursignale kompensiert, die aus den erfassten Wärmeparameterwerten gewonnen werden. Der zumindest eine charakteristische Wärmeparameter kann beispielsweise die Heizleistung einer Sensorheizung und/oder zumindest einen örtlichen und/oder zeitlichen Temperaturgradienten umfassen. Als maßgeblicher zeitlicher Temperaturgradient wird hierbei vorzugsweise eine zeitliche Änderung der Gehäusetemperatur, insbesondere der Temperatur des Gehäusebodens mit dem zumindest einen Sensorelement, verwendet, während als maßgeblicher örtlicher Temperaturgradient beispielsweise die Temperaturdifferenz zwischen dem Sensorgehäuse und dem zumindest einen Sensorelement und/oder zwischen dem Sensorgehäuse, insbesondere dem Gehäuseboden, und einer zugeordneten Messelektronik-Leiterplatte zur Erfassung und Auswertung der Messsignale des zumindest einen Sensorelements ...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kompensation des thermischen Einflusses eines Temperaturgradienten im Sensorgehäuse eines Strahlungssensors auf die Meßgenauigkeit zumindest eines in dem Sensorgehäuse angeordneten temperatur-sensitiven Sensorelements. Sie betrifft auch einen Strahlungssensor, insbesondere ein Strahlungsthermometer, zur Durchführung dieses Verfahrens.

Temperaturgradienten im Sensorgehäuse eines Strahlungssensors, wie sie bei veränderlichen Umgebungstemperaturen auftreten, führen üblicherweise zu unerwünschten Messfehlern, da sich die mit Ihnen verbundene Wärmestrahlung einer zu messsenden Wärmestrahlung überlagert und die Messergebnisse entsprechend verfälscht.

Die Temperaturgradienten bewirken jedoch auch eine Temperaturänderung des zumindest einen temperatursensitiven Sensorelements, die zu einer Veränderung seines Betriebsverhaltens führen, welche wiederum mit unerwünschten Messfehlern verbunden sein kann.

Bei einem Thermopile-Sensor beispielsweise werden die auf einer dünnen Membran liegenden Warmstellen bei veränderlichen Umgebungstemperaturen durch Wärmeleitung und/oder Konvektion über das im Sensorgehäuse befindliche Gas stärker erwärmt bzw. abgekühlt als die auf dem Rand des Sensors liegenden Kaltstellen, so dass innerhalb des Thermopile-Sensors selbst unerwünschte Temperaturgradienten entstehen, welche die Meßergebnisse entsprechend verfälschen.

Die beschriebenen Fehlerquellen lassen sich durch konstruktive Maßnahmen zwar reduzieren, hierfür ist jedoch je nach Anforderung an die Messgenauigkeit ein erheblicher Aufwand erforderlich.

In der WO 98/41828 wird beispielsweise vorgeschlagen, die Wärmekapazitäten der Kalt- und Warmstellen eines Thermopile samt seiner Halterung und die Wärmeleitfähigkeit in der Umgebung der Kalt- und Warmstellen so aufeinander abzustimmen, dass eine Änderung der Gehäusetemperatur zu einer gleich großen Temperaturänderung der Kalt- und Warm stellen führt und somit Innerhalb des Thermopile keine unerwünschten Temperaturgradienten verursacht.

Aus der US-A-4,722,612 ist ein Infrarot-Thermometer mit zwei elektrisch gegeneinander geschalteten baugleichen Thermopiles bekannt, von denen jedoch nur eines der zu messenden Wärmestrahlung ausgesetzt ist.

Die US 2002/0074499 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kompensation des Temperatureinflusses auf die Messgenauigkeit eines Strahlungssensors mit zahlreichen Sensorelementen, bei denen sich zumindest je eine Betriebseigenschaft, wie z.B. der elektrische Widerstand, als Funktion der Temperatur verändert. Signalkomponenten der Sensorelemente, die auf einer Veränderung der Sensortemperatur basieren, werden durch eine temperaturabhängige Einstellung zumindest eines Betriebsparameters und zumindest eines Kalibrierungsparameters kompensiert. Als einstellbare Betriebsparameter werden hierbei die an dem Sensor anliegenden Vorspannungssignale für die einzelnen Sensorelemente verwendet, während die Kalibrierungsparameter die zur Verarbeitung der Ausgangssignale des Strahlungssensors dienenden Parameter umfassen, durch die Ungleichmäßigkeiten zwischen den einzelnen Strahlungssensoren ausgeglichen werden.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines einfachen und effektiven Verfahrens zur Kompensation des thermischen Einflusses eines Temperaturgradienten im Sensorgehäuse eines Strahlungssensors auf die Meßgenauigkeit zumindest eines in dem Sensorgehäuse angeordneten temperatursensitiven Sensorelements. Die Aufgabe besteht auch in der Schaffung eines Strahlungssensors und eines Strahlungsthermometers zur Durchführung dieses Verfahrens.

Der erste Teil der Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Verfahrensvarianten sind den zugehörenden Unteransprüchen zu entnehmen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die störenden Temperaturgradienten im Sensorgehäuse durch zumindest einen zugeordneten charakteristischen Wärmeparameter repräsentiert, der – vorzugsweise kontinuierlich – messtechnisch erfaßt wird und als Maß für den unerwünschten Fehleranteil des Temperaturgradienten an den Meßsignalen des Strahlungssensors dient. Dieser Fehleranteil wird dann durch entsprechende Korrektursignale kompensiert, die auf die nachstehend noch ausführlich beschriebene Art und Weise aus den erfassten Wärmeparameterwerten gewonnen werden. Die vorgeschlagene „softwaremäßige" Korrektur der Meßsignale in Abhängigkeit von zumindest einem messtechnisch zugänglichen, sensorspezifischen, temperaturabhängigen charakteristischen Wärmeparameter ermöglicht auch bei veränderlichen thermischen Umgebungsbedingungen mit entsprechend hohen Temperaturgradienten im Sensorgehäuse hohe Messgenauigkeiten, ohne dass hierfür aufwendige und teure konstruktive technische Maßnahmen entsprechend dem Stand der Technik erforderlich sind.

Der zumindest eine charakteristische Wärmeparameter kann hierbei beispielsweise die Heizleistung einer Sensorheizung und/oder zumindest einen gehäusespezifischen örtlichen und/oder zeitlichen Temperaturgradienten umfassen.

Der zumindest eine örtliche Temperaturgradient kann beispielsweise eine charakteristische Temperaturdifferenz ΔT im Gehäuse (Index G) des Strahlungssensors, wie z.B. die Temperaturdifferenz ΔT_G = T_GD – T_GB zwischen einem Gehäuseoberteil oder einem Gehäusedeckel (Index GD) und einem Gehäuseunterteil oder einem Gehäuseboden (Index GB) mit dem zumindest einen Sensorelement umfassen.

Ergänzend oder alternativ hierzu kann der örtliche Temperaturgradient jedoch auch eine charakteristische Temperaturdifferenz zwischen dem Sensorgehäuse, insbesondere dem Gehäuseboden, und seiner Umgebung umfassen.

Vorzugsweise wird hierfür die Temperaturdifferenz ΔT_GB = T_GB – T_L zwischen dem Gehäuseboden und einer zugeordneten Messelektronik-Leiterplatte (Index L) zur Erfasssung und Auswertung der Meßsignale des zumindest einen Sensorelements verwendet. Diese Temperaturdifferenz ist ein Maß für den Wärmefluß zwischen dem Strahlungssensor und der Messelektronik-Leiterplatte. Unter der Annahme, dass sich die Leiterplatte, ein den Strahlungssensor und die Leiterplatte aufnehmendes Außengehäuse, wie z.B. das Außengehäuse eines den Strahlungssensor umfassenden Strahlungsthermometers, und die Umgebung auf dem gleichen Temperaturniveau befinden, lassen sich mit dieser Temperaturdifferenz auch Wärmeflüsse zwischen dem Strahlungssensor und dem Außengehäuse bzw. zwischen dem Strahlungssensor und der Umgebung beschreiben. Die Temperaturdifferenz ΔT_GL ist zudem auch ein Maß für Thermospannungen zwischen dem Strahlungssensor und der Messelektronik-Leiterplatte.

Ergänzend oder alternativ zu der Temperaturdifferenz ΔT_GL kann jedoch beispielsweise auch die Temperaturdifferenz ΔT_GV = T_GB – T_V zwischen dem Gehäuseboden und einer elektrischen Verbindung (Index V) zwischen der Messelektronik-Leiterplatte und dem zumindest einen Sensorelement als Maß für die im Sensorgehäuse auftretenden Temperaturgradienten verwendet werden. Zudem kann auch die Temperaturdifferenz zwischen dem Sensorgehäuse und dem genannten Außengehäuse als Grundlage für eine erfindungsgemäße Korrektur der Meßsignale verwendet werden.

Die erfindungsgemäße Korrektur der Meßsignale kann auf verschiedenen Ebenen der Meßsignalauswertung erfolgen. So können beispielsweise die Meßsignale ZU selbst zunächst mit entsprechenden temperaturgradientenabhängigen Fehler- oder Korrektursignalen korrigiert und dann anschließend in bereits korrigierter Form ausgewertet, d.h. in korrespondierende korrigierte Temperaturwerte T_b ^c umgerechnet werden. Äquivalent hierzu können die Meßsignale ZU aber auch zuerst ausgewertet und in entsprechende Temperatur-Meßwerte T_b umgerechnet werden, die dann – wie nachfolgend beispielhaft dargestellt – mit entsprechenden temperaturgradientenabhängigen Korrekurtemperaturen ΔT_b korrigiert werden: Tb c = Tb + ΔTb (1)

Im einfachsten Fall werden diese Korrekturtemperaturen ΔT_b proportional zu dem zumindest einen örtlichen Temperaturgradienten bzw. der oben beschriebenen charakteristischen Temperaturdifferenz ΔT gewählt. Mit einer bei der Kalibrierung des Strahlungssensors zu bestimmenden Proportionalitätskonstanten c ergeben sich die korrigierten Temperaturwerte T_b ^c damit gemäß Tb c = Tb + c·ΔT (2)aus den durch Auswertung der Meß- oder Strahlungssignale ZU ermittelten gemessenen Temperaturwerten T_b.

Eine genauere Korrektur ergibt sich (wie auch bei allen nachfolgenden Approximationen), wenn man statt dieses linearen Korrekturansatzes beispielsweise einen Polynomansatz höherer Ordnung in ΔT verwendet.

Im Falle unterschiedlicher Zeitkonstanten zwischen den zeitabhängigen gemessenen Temperaturwerten T_b(t) (bzw. den zu Grunde liegenden Mess- oder Strahlungssignalen ZU(t)) und den zeitabhängigen Korrekturtemperaturen ΔT(t) (bzw. den entsprechenden Fehler- oder Korrektursignalen ΔZR(t)) werden die Korrekturtemperaturen (bzw. die Fehler- oder Korrektursignale) zu den Zeitpunkten t-x, d.h. ΔT(t-x) (bzw. ΔZR(t-x)), mit unterschiedlichen Faktoren c_xgewichtet. Die gewichteten Korrekturtemperaturen c_x·ΔT(t-x) werden dann aufsummiert oder aufintegriert, so dass sich für die korrigierte Temperatur T_b ^c (t) ergibt:

Alternativ oder auch ergänzend hierzu kann die Korrektur der gemessenen Temperaturwerte T_b bzw. der hierzu korrespondierenden Meßsignale ZU auch in Abhängigkeit von zumindest einem charakteristischen zeitlichen Temperaturgradienten dT/dt erfolgen, der als Maß für die momentane Temperaturdifferenz im Sensorgehäuse dient und als Grundlage zur Bestimmung des Einflusses dieser Temperaturdiferenz auf die Messgenauigkeit des Strahlungssensors und zur erfindungsgemäßen Kompensation dieses Einflusses bei einer Temperaturmessung verwendet wird. Der charakteristische zeitliche Temperaturgradient dT/dt kann beispielsweise eine zeitliche Änderung der Gehäusetemperatur T_G, insbesondere der Temperatur T_GB des Gehäusebodens mit dem zumindest einen Sensorelement, und/oder der Temperatur T_L der bereits erwähnten Messelektronik-Leiterplatte zur Erfasssung und Auswertung der Meßsignale dieses zumindest einen Sensorelements und/oder der Temperatur T_V der elektrischen Verbindung zwischen der Messelektronik-Leiterplatte und dem zumindest einen Sensorelement und/oder eine sonstige chrakteristische zeitliche Temperaturänderung des Strahlungssensors oder der Sensorumgebung, wie z.B. die Temperaturänderung eines den Sensor aufnehmenden Außengehäuses, umfassen, Im einfachsten Fall werden die gemessenen Temperaturwerte T_b bzw. die jeweils zu Grunde liegenden Meß- oder Strahlungssignale ZU des zumindest einen Sensorelements in Analogie zu Gleichung 2 wiederum linear mit einem Korrekturterm korrigiert, der proportional zu der jeweiligen charakteristischen Temperaturänderungsgeschwindigkeit dT/dt ist. Mit einer bei der Kalibrierung des Strahlungssensors zu bestimmenden Proportionalitätskonstanten J ergibt sich die korrigierte Temperatur T_b ^c damit gemäß Tb c = Tb + J·dT/dt (4) aus den gemessenen Temperaturwerten T_b.

Genauere Ergebnisse ergeben sich auch hier wiederum, wenn man statt dieses linearen Korrekturansatzes einen Polynomansatz höherer Ordnung in dT/dt verwendet.

Die jeweiligen zeitlichen Temperaturgradienten oder die Temperaturänderungsgeschwindigkeiten dT/dt können hierbei näherungsweise einfach als Differenzenquotient ΔT/Δt zweier zu unterschiedlichen Zeiten t₁ und t₂ gemessener Temperaturwerte T(t₁) bzw. T(t₂) bestimmt werden:

Bei höheren Anforderungen an die Meßgenauigkeit können die jeweiligen zeitlichen Temperaturgradienten dT/dt jedoch auch durch geeignete Differenzenapproximationen höherer Ordnung approximiert werden.

Die Auflösung der Meßsignale und die Genauigkeit der gemessenen Temperaturwerte T ist naturgemäß technisch begrenzt. Zur Reduzierung des Störeinflusses dieser Begrenzung auf die Bestimmung der charakteristischen zeitlichen Temperaturgradienten dT/dt zu einem bestimmten Zeitpunkt t_i werden diese vorzugsweise aus dem arithmetischen Mittelwert mehrerer Differenzenapproximationen dieser Temperaturgradienten bestimmt, die jeweils auf einer Differenz von Temperaturwerten basieren, welche im Zeitbereich symmetrisch zu diesem Zeitpunkt t_i liegen. Wenn i = 0 dem letzten Messwert, i = 1 dem vorletzten Messwert, i = 2 dem drittletzten Messwert usw. entspricht, ergibt sich für den gemittelten Temperaturgradienten ΔT_i zum Zeitpunkt t_i bei k Approximationen dieses Gradienten (k ≥ 1):

Bezeichnet man die zu den einzelnen Messzeitpunkten t₁ gehörenden Temperatur-Meßwerte des zumindest einen Sensorelements T_b(t_i) der Einfachheit halber einfach mit T_b,i, so ergibt sich damit für die korrespondierenden korrigierten Temperaturwerte T c / b,i in Analogie zu Gleichung 4:

Zur Reduzierung des Signalrauschens werden vorzugsweise auch die Temperatur-Meßwerte T_b,i eines bestimmten Meßzeitpunkts t_i aus 2k + 1 Temperatur-Meßwerten gemittelt. welche im Zeitbereich symmetrisch zu diesem Zeitpunkt t_i liegen:

Für die korrespondierenden, korrigierten gemittelten Temperaturwerte

ergibt sich damit wiederum in Analogie zu Gleichung 4:

Bei höheren Anforderungen an die Messgenauigkeit kann zur Korrektur der Messergebnisse auch eine Kombination aus mehreren unterschiedlichen örtlichen und/oder zeitlichen Temperaturgradienten verwendet werden. Vorzugsweise wird insbesondere der zeitliche Temperaturgradient dT_G/dt der Gehäusetemperatur T_G, insbesondere der zeitliche Temperaturgradient dT_GB/dt des Gehäusebodens, und die Temperaturdifferenz T_G – T_L zwischen dem Sensorgehäuse, insbesondere dem Gehäuseboden, und der Messelektronik-Leiterplatte zur erfindungsgemäßen Korrektur der Messergebnisse verwendet. Approximiert man den zeitlichen Temperaturgradienten dT_GB/dt der Einfachheit halber wieder durch einen Differenzenquotienten zweier zu unterschiedlichen Zeiten t₁ und t₂ gemessener Temperaturwerte T_GB(t₂) bzw. T_GB(t₁), so ergibt sich mit den beiden Anpassungsparametern J und G für die von dem zumindest einen Sensorelement gemessenen korrigierten Temperaturen T_b ^c(t):

Ergänzend oder alternativ zu der Temperaturdifferenz T_G – T_L kann hier die Temperaturdifferenz T_G – T_V zur Berechnung der korrigierten Temperatur verwendet werden.

Zusätzlich hierzu lässt sich auch die zeitliche Änderung der Leiterplattentemperatur dT_L/dt noch zur weiteren Verbesserung der Korrekturergebnisse heranziehen. Approximiert man diese zeitliche Änderung dT_L/dt beispielsweise wiederum einfach als Differenzenquotient zweier zu unterschiedlichen Zeiten t₄ und t₅ gemessener Temperaturwerte T_L(t₄) bzw. T_L(t₅) – wobei die Zeiten t₄ und t₅ durchaus auch mit einem der übrigen Zeitpunkte t₁, t2 oder t₃ über einstimmen können – und wichtet diesen dann mit einem Faktor K, so ergibt sich aus Gleichung 10:

Ergänzend oder alternativ zu der Temperaturdifferenz T_G – T_L kann hier die Temperaturdifferenz T_G – T_V und ergänzend oder alternativ zu der zeitlichen Änderung dT_L/dt die zeitliche Änderung dT_V/dt bzw. deren Differenzenquotient zur Berechnung der korrigierten Temperatur verwendet werden.

Eine weitere Verbesserung der Messergebnisse lässt sich erzielen, wenn Gleichung 10 wie folgt modifiziet wird:

Zur einfacheren Berechnung kann die exponentielle Temperaturabhängigkeit in Gleichung 12 gemäß der folgenden Gleichung 13 auch durch ein Polynom in t mit den Koeffizienten e_i beschrieben werden:

Die in den Gleichungen enthaltenen Parameter c, J, G, K, W, TSO und τ werden bei der Kalibrierung des Strahlungssensors so bestimmt, dass die Messfehler möglichst gering ausfallen.

Die genannten Messzeitpunkte t₁ bis t₅ (bzw. die Messzeiträume, über die gemäß den obigen Ausführungen zur Erhöhung der Messgenauigkeit gemittelt wird) werden hierbei jeweils in Abhängigkeit von den verschiedenen thermischen Zeitkonstanten geeignet gewählt.

Zusätzlich oder alternativ zu den oben bereits genannten Wärmeparametern können auch, wie bereits erwähnt, noch weitere charakteristische Wärmeparameter des Strahlungssensors, wie z.B. die Temperatur der elektrischen Verbindung zwischen dem Strahlungssensor und der zugeordneten Messelektronik-Leiterplatte oder die Temperatur an anderen geeig neten Stellen im Sensorgehäuse bestimmt und zur Berechnung geeigneter zeitlicher oder örtlicher Temperaturgradienten herangezogen und gemäß den obigen Ausführungen zur erfindungsgemäßen Korrektur der Meßergebnisse verwendet werden. Beispielhaft sei hier nur die Temperaturdifferenz zwischen der Verbindungsleitung und dem Boden des Sensorgehäuses und/oder die zeitliche Änderung der Verbindungsleitungstemperatur genannt.

Die erwähnten örtlichen und zeitlichen Temperaturgradienten können auf veränderlichen Umgebungsbedingungen beruhen. Sie können jedoch auch auch auf die Zuführung von Wärmeenergie über eine Sensorheizung zurückzuführen sein, so dass – ergänzend oder alternativ zu den genannten Temperaturgrößen – auch die Heiz-/Kühlleistung einer Heiz- und/oder Kühleinrichtung (Sensorheizung) zur erfindungsgemäßen Korrektur der Messergebnisse eines Strahlungssensors herangezogen werden kann. So kann beispielsweise in Gleichung 2 an Stelle der Temperaturdifferenz ΔT im Sensorgehäuse auch die Heizleistung direkt als Korrekturparameter verwendet werden, mit einer Proportionalitätskonstanten c', die wiederum bei der Kalibrierung des Strahlungssensores so zu bestimmen ist, dass die Messfehler minimiert werden. Da sich eine Änderung der Heizleistung infolge der Wärmekapazität des Sensorgehäuses und damit verbundener Einrichtungen erst mit einer gewissen zeitlichen Verzögerung in einer korrespondierenden Änderung der Temperaturverteilung bemerkbar macht, muß zur Erreichung genauer Messergebnisse hierbei jedoch die Zeitabhängigkeit gemäß Gleichung 3 berücksichtigt werden. Alternativ hierzu könnte auch so lange gewartet werden, bis die Temperaturverteilung wieder stationär wird.

Vorzugsweise wird die Heiz- und/oder Kühleinrichtung des Strahlungssensors vor der erfindungsgemäßen Erzeugung temperaturkorrigierter Meßsignale jedoch abgeschaltet und es werden die oben genannten Temperaturgrößen zur erfindungsgemäßen Kompensation oder Korrektur verwendet. Nach dem Abschalten der Heiz- und/oder Kühleinrichtung wird vorzugsweise zunächst eine bestimmte Wartezeit t_delay1 bis zur Erzeugung temperaturkorrigierter Meßsignale gewartet. Die Erzeugung temperaturkorrigierter Meßsignale erfolgt zudem nur innerhalb einer maximalen Zeitspanne t_max nach dem Abschalten der Heiz- und/oder Kühleinrichtung.

Die beschriebene erfindungsgemäße Korrektur der gemessenen Temperaturwerte bzw. der korrespondierenden Messsignale erfolgt vorzugsweise kontinuierlich.

Das beschriebene erfindungsgemäße Kompensationsverfahren ermöglicht sehr hohe Messgenauigkeiten ohne zusätzlichen konstruktiven Aufwand. Es ist insbesondere zur Anwendung in Strahlungsthermometern geeignet.

Ein Strahlungssensor zur Durchführung dieses erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst ein Sensorgehäuse, zumindest ein in dem Sensorgehäuse angeordnetes temperatursensitives Sensorelement zur Umwandlung elektromagnetischer Strahlung in elektrische Meßsignale und eine zugeordnete Meßelektronik zur Erfassung und Auswertung dieser Sensorsignale. Die Meßelektronik kann auch zur Überwachung der Messvorgänge und zur automatischen Erfassung eventueller Meßunregelmäßigkeiten oder Messfehler genutzt werden.

Die Messelektronik ist mit einer zugeordneten Anzeigeeinrichtung zum Anzeigen einer gemessenen Strahlungsleistung und gegebenenfalls auch zum Signalisieren eines von der Meßelektronik erkannten Messfehlers verbunden.

Der erfindungsgemäße Strahlungssensor umfasst zudem noch zumindest einen Temperaturfühler zur Bestimmung der Gehäusetemperatur T_G und/oder der Temperatur T_S des zumindest einen Sensorelements. Insbesondere ist hierbei der Deckel des Sensorgehäuses mit einem Temperaturfühler versehen, der vorzugsweise in einem strahlungsdurchlässigen Fenster des Gehäusedeckels angeordnet ist. Ergänzend oder alternativ hierzu kann auch der Gehäuseboden mit dem zumindest einen Sensorelement mit einem Temperaturfühler versehen sein. Das zumindest eine Sensorelement kann jedoch auch selbst als Temperaturfühler verwendet werden.

Alternativ oder ergänzend zu dem zumindest einen Temperaturfühler kann der erfindungsgemäße Strahlungssensor jedoch auch einen elektrischen Leistungsmesser zur Erfassung der Heizleistung einer Sensorheizung umfasssen.

Darüber hinaus umfasst der erfindungsgemäße Strahlungssensor noch eine Korrektureinrichtung zur Erfassung und Auswertung von Temperatursignalen des zumindest einen Temperaturfühlers und/oder von Leistungssignalen des elektrischen Leistungsmessers und zur Erzeugung temperaturkorrigierter Sensorsignale in Abhängigkeit von den erfassten Temperatur- und/oder Leistungssignalen.

Der erfindungsgemäße Strahlungssensor umfasst vorzugsweise auch noch einen mit der Korrektureinrichtung verbundenen Temperaturfühler zur Bestimmung der Temperatur T_L der Messelektronik-Leiterplatte. Der Strahlungssensor kann zudem auch noch einen Temperaturfühler zur Bestimmung der Temperatur der elektrischen Verbindungsleitung zwischen der Messelektronik-Leiterplatte und dem Sensorgehäuse, insbesondere dem Gehäuseboden, umfassen. Darüber hinaus kann auch noch weitere Temperaturfühler, wie z.B. ein Temperaturfühler zur Bestimmung der Temperatur eines den Strahlungssensor aufnehmenden Außengehäuses, vorgesehen sein.

Die Korrektureinrichtung ist vorzugsweise so ausgelegt, dass sie die temperaturkorrigierten Meßsignale in Abhängigkeit von der zeitlichen Änderung der erfassten Temperatur- und/oder Leistungssignale und/oder von der Differenz zwischen den Temperatursignalen bestimmter Temperaturfühler erzeugt.

Der erfindungsgemäße Strahlungssensor kann vorzugsweise auch noch einen Zeitgeber zur Erzeugung von Zeitsignalen und eine Steuerungseinrichtung zur zeitsignalabhängigen Steuerung der Korrektureinrichtung. und der Sensorheizung umfassen.

Der erfindungsgemäße Strahlungssensor ist insbesondere zur Verwendung in einem Strahlungsthermometer geeignet. In diesem Fall kann, wie bereits erwähnt, an der Innenseite des Thermometergehäuses benachbart zu dem Sensogehäuse ein weiterer Temperaturfühler vorgesehen sein.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich nicht nur aus den zugehörenden Ansprüchen – für sich und/oder in Kombination – sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den zugehörenden Figuren. In den Figuren zeigen in schematischer Darstellung:
1 ein beispielhaftes erfindungsgemäßes Strahlungsthermometer;
2 eine beispielhafte Bestimmung der zeitlichen Temperatursignalgradienten anhand eines charakteristischen Signalstärke-Zeit-Diagramms; und
3 einen Vergleich zwischen unkorrigierten und erfindungsgemäß korrigierten gemessenen Körpertemperaturen anhand eines charakteristischen Temperatur-Zeit-Diagramms mit den wesentlichen Temperaturverläufen (in willkürlichen Einheiten) bei einem erfindungsgemessen Messvorgang.
Das erfindungsgemäße Strahlungsthermometer 10 gemäß 1 umfaßt ein zylinderförmiges Thermometergehäuse 12 mit einer sich verjüngenden Messspitze oder einem Spekulum 12a, das an seinem vorderen Ende mit einem Thermopile-Sensor 14 versehen ist.
Der Thermopile-Sensor 14 umfaßt ein Sensorgehäuse 16 mit einem vorderen Gehäusedeckel 16a und einem rückwärtigen Gehäuseboden 16b. Der Gehäusedeckel 16a ist als strahlungsdurchlässiges Fenster für auftreffende Infrarotstrahlung ausgebildet. Gegenüberliegend zu diesem Strahlungsfenster ist am Gehäuseboden 16b ein Thermopile-Sensorelement 18 zur Erfassung einfallender Infrarotstrahlung angeordnet. Der Gehäuseboden 16b ist mit einer einer (nicht dargestellten) Sensorheizung versehen.
Der Thermopile-Sensor 14 ist über eine elektrische Verbindung 20 mit einer zugordneten Messelektronik-Leiterplatte 22 zur Erfassung und Auswertung der Ausgangssignale des Sensorelements 18 verbunden. Die Messelektronik-Leiterplatte 22 umfaßt eine (nicht dargestellte) Korrektureinrichtung zur Erfassung und Auswertung von Temperatursignalen der nachstehend noch beschriebenen Temperaturfühler S1 – S5 und zur Erzeugung temperaturkorrigierter Meßsignale des Sensorelements 18 in Abhängigkeit von den erfassten Temperatusignalen der Temperaturfühler S1 – S5. Darüber hinaus umfasst die Messelektronik-Leiterplatte 22 auch noch einen (nicht dargestellten) Zeitgeber zur Erzeugung von Zeitsignalen und eine (nicht dargestellte) Steuerungseinrichtung zur zeitsignalabhängigen Steuerung der Korrektureinrichtung und der Sensorheizung. Die Messelektronik-Leiterplatte 22 umfasst zudem auch eine (gleichfalls nicht dargestellte) Überwachungseinrichtung zur Überwachung der Ordnungsmäßigkeit von Messvorgängen.
Die temperaturkorrigierten Meßsignale des Sensorelements 18 können mittels einer mit der Messelektronik-Leiterplatte 22 elektrisch verbundenen (nicht dargestellten) Anzeigeneinrichtung in Form eines entsprechenden Temperaturwertes für eine gemessene Strahlungsintensität angezeigt werden. Die Anzeigeneinrichtung umfasst eine spezielle Messfehler-Anzeige, beispielsweise in Form eines roten „Messfehler-LEDs", und eine Messanzeige, beispielsweise in Form eines grünen „Feedback-LEDs", zum Anzeigen des Beginns der eigentlichen Messphase und zum Signalisieren eventueller Meßunterbrechungen.
Am Boden 16b und am Deckel 16a des Sensorgehäuses 16 ist je ein Temperatursensor oder Temperaturfühler S1 bzw. S2 angeordnet. Zudem sind auch die Messelektronik-Leiterplatte 22 und die elektrischen Verbindung 20 jeweils mit einem Temperaturfühler S3 bzw. S4 versehen. Ein weiterer Temperaturfühler S5 ist benachbart zu dem Thermopile- Sensor 14 an der Innenseite des Spekulums 12a angeordnet. Die Temperaturfühler S1 – S5 sind über (nicht dargestellte) Leitungen mit der Korrektureinrichtung auf der Messelektronik-Leiterplatte 22 verbunden, welche die Ausgangssignale der Temperaturfühler S1 – S5 erfaßt und auf die nachstehend noch ausführlich beschriebene Art und Weise erfindungsgemäß korrigierte Messsignale erzeugt.
Ergänzend oder gegebenenfalls auch alternativ zu den Temperaturfühlern S1 – S5 kann der Thermopile-Sensor 14 auch einen elektrischen Leistungsmesser zur Erfassung der Heizleistung der Sensorheizung umfassen, dessen Leistungssignale von der Korrektureinrichtung 22 erfasst und zur Erzeugung temperatur- oder heizleistungskorrigierter Meßsignale des Sensorelements 18 genutzt werden.
Das Strahlungsthermometer 10 umfaßt schließlich auch noch einen (nicht dargestellten) Startknopf oder Startbutton zum Starten einer Temperaturmessung.
Zur erfindungsgemäßen Durchführung einer Körpertemperaturmessung wird das Spekulum 12a des beschriebenen Strahlungsthermometers 10 in das Ohr eines Benutzers eingeführt. Durch Betätigung des Startbuttons wird hierbei zunächst die Sensoheizung eingeschaltet, um den Thermopile-Sensor zur Steigerung der Messgenauigkeit etwa auf die zu erwartende Körpertemperatur zu erwärmen.
Nach kurzer Zeit wird die Sensorheizung durch eine erneute Betätigung des Startbuttons wieder ausgeschaltet, so dass die Sensortemperatur (siehe 3) exponentiell abfällt und im Sensorgehäuse 16 ein allmählicher Temperaturausgleich erfolgt. Die momentanen zeitlichen Änderungen der von den Temperaturfühlern S1 – S5 kontinuierlich erfaßten Temperaturwerte und bestimmte charakteristische Temperaturdifferenzen zwischen diesen Temperaturwerten dienen gemäß den folgenden Ausführungen hierbei als Maß für den momentanen Temperaturgradienten im Sensorgehäuse 16 und für den Fehleranteil dieses Temperaturgradienten bei der Messung der Körpertemperatur, der basierend auf den erfassten Temperatursignalen der Temperaturfühler S1 – S5 auf die nachstehend beschriebene erfindungsgemäße Art und Weise kompensiert wird. Die einzelnen Temperaturwerte und das Thermopile-Signal des Sensorelements 18 werden hierbei kontinuierlich bestimmt.
Zunächst erfolgt hierbei jedoch eine Verzögerung der eigentlichen Temperaturmessung oder des Messzyklus um eine erste Wartezeit t_delay1, die zumindest so groß gewählt werden muß, dass eine Gesamtverzögerungszeit t_delay, die sich aus der Summe von t_delay1 und den nach stehend noch beschriebenen zwei weiteren Verzögerungszeiten t_delay2 und t_delay3 ergibt (t_delay = t_delay1 + t_delay2 + t_delay3), zumindest die minimale erforderliche Dauer t_min der gesamten Messung erreicht. Es muß somit gelten: t_delay ≥ t_min.
Die minimal erforderliche Meßdauer t_min ist hierbei durch die Zeit vorgegeben, welche nach Abschalten der Sensorheizung mindstens verstreichen muß, damit eine genaue Messung der Körpertempertur möglich ist.
Die Wartezeiten t_delay2 und t_delay3 werden durch das Handling des nachstehend beschriebenen Feedback auch bei mehrmaligem Herausrutschen der Messspitze oder des Spekulums 12a bestimmt. War die Messspitze 12a für eine zweite Wartezeit t_delay2 von etwa 0 – 1 s „sicher", d.h. nahezu bewegungslos im Ohr positioniert, wird dem Benutzer mittels der grünen „Feedback-LED" der Beginn der eigentlichen Messphase angezeigt. Diese Anzeige kann gegebenenfalls auch durch eine geeignete akustische Signalisierung erfolgen oder ergänzt werden. Nach einer dritten Wartezeit t_delay3 von etwa 1s wird dann auf die nachstehend noch beschriebene Art und Weise aus den erfassten Sensorsignalen des Thermopile-Sensors 14 die Körpertemperatur berechnet. Ist das Spekulum 12a während dieser dritten Wartezeit t_delay3 nicht sicher positioniert, wird die „Feedback-LED" wieder ausgeschaltet und es wird entsprechend den vorstehenden Ausführungen erneut die Einhaltung der zweiten Wartezeit t_delay2 überwacht.
Ist die Messung nach einer maximalen Zeit t_max von etwa 7 s noch nicht beendet und die Feedback-LED nicht aktiviert, wird die Messung mit einer Fehlermeldung abgebrochen, die dem Benutzer des Strahlungsthermometers über die Messfehler-Anzeige angezeigt und gegebenenfalls auch wieder akustisch signalisiert wird.
Eine erfindungsgemäße Temperaturkorrektur der gemessenen Körpertemperaturwerte T_b(t) kann erst dann erfolgen, wenn nach dem Abschalten der Sensorheizung mindestens 2k + 1 Meßwerte ordnungsgemäß registriert wurden. In der Praxis empfiehlt es sich jedoch, das Meßende beispielsweise noch um eine weitere Zeitspanne t_delay4 von etwa 2s noch etwas weiter zu verzögern, da mit steigender Meßzeit der Fehleranteil geringer wird. Aufgrund der Zeitkonstanten der thermischen Ausgleichsvorgänge beim Abschalten der Sensorheizung kann die Messung bei guter thermischer Leitfähigkeit der Gehäusekomponenten früher beendet werden als bei schlechter Wärmeleitfähigkeit.
Nach Ablauf der erforderlichen Wartezeit wird die gesuchte Körpertemperatur auf die obenstehend beschriebene erfindungsgemäße Art und Weise aus den letzten 2k + 1 Meßwerten berechnet. Als Grundlage der Berechnung dient hierbei beispielsweise Gleichung 13, die bereits mit einem relativ geringem Rechenaufwand hohe Meßgenauigkeiten ermöglicht. Bei höheren Anforderungen an die Meßgenauigkeit können jedoch zusätzlich auch noch andere charakteristische zeitlche oder örtliche Temperaturgradienten des Strahlungsthermometers für die Temperaturkorrektur der Messwerte herangezogen werden.
Die zur Berechnung der korrigierten Temperaturwerte benötigten Anpassungsparameter werden bei der Kalibrierung des Strahlungsthermometers 10 so bestimmt, dass die Messfehler minimiert werden. Die Messzeitpunkte bzw. die Messzeiträume, über die gemäß den obigen Ausführungen zur Erhöhung der Messgenauigkeit gemittelt wird, werden jeweils thermometerspezifisch in Abhängigkeit von den unterschiedlichen thermischen Zeitkonstanten der maßgeblichen Gehäusekomponenten geeignet gewählt.
Wie oben bereits erwähnt wurde, kann die erfindungsgemäße Korrektur der erfassten Messsignale ZU des Thermopile-Sensors 18 auf verschiedenen Ebenen der Temperaturberechnung erfolgen. So können beispielsweise die Meßsignale ZU zuerst ausgewertet und in entsprechende Temperatur-Meßwerte T_b umgerechnet werden, die dann – entsprechend den obigen Auführungen – mit entsprechenden temperaturgradientenabhängigen Korrekurtemperaturen ΔT_b korrigiert werden. Äquivalent hierzu können die Meßsignale ZU aber auch selbst zunächst mit entsprechenden temperaturgradientenabhängigen Fehler- oder Korrektursignalen ΔZR korrigiert und dann anschließend in bereits korrigierter Form ausgewertet, d.h. in korrespondierende korrigierte Temperaturwerte T_b ^c umgerechnet werden. Nachdem die erste Möglichkeit oben bereits ausführlich dargestellt wurde, wird nachfolgend der Vollständigkeit halber beispielhaft auch noch einmal eine erfindungsgemäße Korrektur des gemessenen Thermopile-Signals ZU(t) beschrieben.
Im einfachsten Fall werden die Meßsignale ZU(t) des Thermopile-Sensors 18 in Analogie zu Gleichung 4 linear mit einem Korrekturterm korrigiert, der proportional zu der Änderungsgeschwindigkeit dZR/dt des Sensorsignals ZR(t) des Temperaturfühlers S1 am Boden 16a des Sensorgehäuses 16 ist. Bei höheren Anforderungen an die Meßgenauigkeit können jedoch – entsprechend den obigen Ausführungen – zusätzlich auch noch andere charakteristische zeitlche oder örtliche Temperaturgradienten des Strahlungsthermometers zur Bestimmung des Korrekturterms herangezogen werden, die dann – analog zu den obigen Korrekturformeln – zu entsprechend komplexeren Korrekturbeziehungen führen.
Wie oben bereits erwähnt wurde, ist die Auflösung der Temperatursensor-Signale ZR(t) des Temperaturfühlers naturgemäß technisch begrenzt. Zur Reduzierung des Störeinflusses dieser Begrenzung auf die Bestimmung der zeitlichen Temperaturgradienten dZR/dt zu einem bestimmten Zeitpunkt t_i werden diese aus dem arithmetischen Mittelwert mehrerer Differenzenapproximationen dieser Temperaturgradienten bestimmt, die jeweils auf einer Differenz von Temperaturwerten basieren, welche im Zeitbereich symmetrisch zu diesem Zeitpunkt t_i liegen. Wird der letzte Meßwert mit dem Index i = 0 versehen, der vorletzte Meßwert mit dem Index i = 1, der drittletzte Meßwert mit dem Index i = 2 usw., so ergibt sich beispielsweise gemäß 2 für den gemittelten Temperaturgradienten
mit k = 2 zum Zeitpunkt t₂ (i = 2) des drittletzten Messwertes:
Zur Reduzierung des Signalrauschens wird In Analogie zu Gleichung 8 auch für das gemessene Thermopile-Signal ZU₂ ein arithmetischer Mittelwert ZU₂ aus 2k + 1 = 5 bezüglich des Zeitpunktes t₂ symmetrischen Meßwerten ZU gebildet:
Die erfindungsgemäße Korrektur des gemessenen Thermopile-Signals ZU₂ lautet dann in Analogie zu Gleichung 9:
mit einem bei der Kalibrierung des Strahlungssensors zu bestimmenden numerischen Fitparameter J als Proportionalitätskonstante. Die zur Differenzenapproximation der zeitlichen Temperaturgradienten dZR/dt erforderliche Zeitdifferenz Δt zwischen 2 Meßzeitpunkten t_i und t_i+1 kann hierbei der Einfachheit halber in den Anpassungsparameter J einbezogen werden.
Die gesuchte Körpertemperatur zum Zeitpunkt t₂ T_b ^c (t₂) wird dann wie üblich aus dem korrigierten Thermopile-Signal
bestimmt.
3 zeigt anhand eines charakteristischen Temperatur-Zeit-Diagramms mit einer Zusammenstellung der wesentlichen Temperaturverläufe bei dem vorstehend beschriebenen Messvorgang noch einmal einen Vergleich zwischen erfindungsgemäß korrigierten und unkorrigierten Messwerten T_b ^c (t) bzw. T_b(t). Die parallel zur Abszisse verlaufende Gerade 26 entspricht hierbei der zu messenden konstanten Körpertemperatur.
Da der Sensor, wie oben bereits erwähnt wurde, zur Verbesserung der Messgenauigkeit vor Beginn des eigentlichen Messvorgangs durch die Sensorheizung zunächst bis nahezu auf die zu messende Körpertemperatur aufgeheizt und dann auf konstantem Temperaturniveau gehalten wird, verläuft die entsprechende Sensortemperatur-Kurve T_S(t) entsprechend dem Kurvenbereich 28a zunächst etwas unterhalb der Körpertemperatur-Kurve 26 parallel zur Abszisse. Nach dem Abschalten der Sensorheizung und dem Beginn des eigentlichen Messvorganges zum Zeitpunkt t₀ erfolgt gemäß dem Kurvenbereich 28b ein exponentieller Abfall der Sensortemperatur T_S(t), der mit einem entsprechenden Temperaturausgleich im Sensorgehäuse 16 verbunden ist.
Die gemessenen Körpertemperaturwerte werden durch die beiden Kurven 30 und 32 repräsentiert. Die Kurve 30 zeigt hierbei die auf die obenstehend beschriebene Art und Weise erfindungsgemäß korrigierten Messwerte T_b ^c (t), während die Kurve 32 den unkorrigierten Messwerten T_b(t) entspricht. Die korrigierten Temperaturwerte T_b ^c (t) steigen gemäß Kurve 30 nach dem Beginn des eigentlichen Messvorganges von einem unterhalb der Sensortemperatur und der Körpertemperatur liegenden Ausgangswert stark an und stimmen bereits nach kurzer Zeit praktisch mit der zu messenden Körpertemperatur überein. Die Abweichung zwischen der zu messenden Körpertemperatur und den korrigierten Messwerten T_b ^c (t) liegt im vorliegenden Falll innerhalb der Zeichengenauigkeit des Diagramms. Die unkorrigierten Temperaturwerte T_b(t) hingegen zeigen im Vergleich hierzu gemäß Kurve 32 einen merklich langsameren Anstieg und weisen auch nach langen Messzeiten noch eine merkliche Abweichung bezüglich der zu messenden Körpertemperatur auf. Das erfindungsgemäße Korrektur- oder Kompensationsverfahren ermöglicht somit auf einfache Art und Weise wesentlich schnellere und präzisere Temperaturmessungen als herkömmliche Verfahren ohne entsprechende Temperaturkorrektur.

Claims

Verfahren zur Kompensation des thermischen Einflusses eines Temperaturgradienten im Sensorgehäuse (16) eines Strahlungssensors (14) auf die Meßgenauigkeit zumindest eines in dem Sensorgehäuse (16) angeordneten temperatursensitiven Sensorelements (18) mit folgenden Verfahrensschritten: – Bestimmung zumindest eines den Temperaturgradienten repräsentierenden Wärmeparameters; und – Korrektur der Meßsignale des zumindest einen Sensorelements (18) in Abhängigkeit von dem zumindest einen Wärmeparameter.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Wärmeparameter zumindest einen örtlichen und/oder zeitlichen Temperaturgradienten und/oder die Heizleistung einer Sensorheizung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine örtliche Temperaturgradient die Temperaturdifferenz zwischen dem Sensorgehäuse (16) und dem zumindest einen Sensorelement (18) und/oder zwischen dem Sensorgehäuse (16), insbesondere dem Gehäuseboden (16b), und einer Messelektronik-Leiterplatte (22) zur Erfasssung und Auswertung der Meßsignale des zumindest einen Sensorelements (18) und/oder zwischen einer elektrischen Verbindung (20) zwischen der Messelektronik-Leiterplatte (22) und dem zumindest einen Sensorelement (18) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine zeitliche Temperaturgradient eine zeitliche Änderung der Gehäusetemperatur T_G, insbesondere der Temperatur T_GB des Gehäusebodens (16b), und/oder der Temperatur T_L einer Messelektronik-Leiterplatte (22) zur Erfasssung und Auswertung der Meßsignale des zumindest einen Sensorelements (18) und/oder der Temperatur einer elektrischen Verbindung (20) zwischen der Messelektronik-Leiterplatte (22) und dem zumindest einen Sensorelement (18) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 – 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine zeitliche Temperaturgradient zu einem bestimmten Zeitpunkt t_i aus dem arithmetischen Mittelwert mehrerer Differenzenapproximationen dieses Temperaturgradienten bestimmt wird, die jeweils auf der Differenz von Temperaturwerten basieren, welche im Zeitbereich symmetrisch zu diesem Zeitpunkt t_i liegen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektur der Meßsignale zu einem bestimmten Zeitpunkt t_i eine Mittelwertbildung aus mehreren Meßsignalen umfasst, die im Zeitbereich symmetrisch zu diesem Zeitpunkt t_i liegen.
Verfahren nach nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abhängigkeit von dem zumindest einen Wärmeparameter durch einen Polynomansatz beschrieben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung und die Korrektur der Meßsignale kontinuierlich erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Erzeugung temperaturkorrigierter Meßsignale zunächst die Sensorheizung abgeschaltet wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Abschalten der Sensorheizung zunächst eine bestimmte Wartezeit t_delay1 bis zur Erzeugung temperaturkorrigierter Meßsignale gewartet wird.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Erzeugung temperaturkorrigierter Meßsignale nur innerhalb einer maximalen Zeitspanne t_max nach dem Abschalten der Sensorheizung erfolgt.
Strahlungssensor (14) mit: – einem Sensorgehäuse (16); – zumindest einem in dem Sensorgehäuse (16) angeordneten temperatursensitiven Sensorelement (18) zur Umwandlung elektromgnetischer Strahlung in elektrische Meßsignale; und – einer zugeordneten Meßelektronik (22) zur Erfassung und Auswertung der Meßsignale, gekennzeichnet durch: – zumindest einen Temperaturfühler zur Bestimmung einer gehäusespezifischen Temperatur T_G und/oder der Temperatur T_S des zumindest einen Sensorelements (18) und/oder – einen elektrischen Leistungsmesser zur Erfassung der Heizleistung einer Sensorheizung; und – eine Korrektureinrichtung (22) zur Erfassung und Auswertung von Temperatursignalen des zumindest einen Temperaturfühlers und/oder von Leistungssignalen des elektrischen Leistungsmessers und zur Erzeugung temperaturkorrigierter Meßsignale des zumindest einen Sensorelements (18). in Abhängigkeit von den erfassten Temperatur- und/oder Leistungssignalen.
Strahlungssensor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Temperaturfühler einen ersten Temperaturfühler S1 zur Bestimmung der Temperatur T_GD eines Gehäusedeckels und/oder einen zweiten Temperaturfühler S2 zur Bestimmung der Temperatur T_GB des Gehäusebodens (16b) mit dem zumindest einen Sensorelement (18) umfasst.
Strahlungssensor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Temperaturfühler S1 in einem strahlungsdurchlässigen Fenster des Sensorgehäuses (16) angeordnet ist.
Strahlungssensor nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Sensorelement (18) als zweiter Temperaturfühler S2 ausgebildet ist.
Strahlungssensor nach einem der Ansprüche 12 – 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlungssensor (14) einen dritten Temperaturfühler S3 zur Bestimmung der Temperatur T_L der Messelektronik-Leiterplatte (22) umfasst.
Strahlungssensor nach einem der Ansprüche 12 – 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlungssensor (14) einen vierten Temperaturfühler S4 zur Bestimmung der Temperatur T_LS der elektrischen Verbindung (20) zwischen der Messelektronik-Leiterplatte (22) und dem zumindest einen Sensorelement (18) umfasst.
Strahlungssensor nach einem der Ansprüche 12 – 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektureinrichtung (22) so ausgelegt ist, dass die temperaturkorrigierten Meßsignale in Abhängigkeit von einer zeitlichen Änderung erfaßter Temperatur- und/oder Leistungssignale und/oder in Abhängigkeit von Signaldifferenzen zwischen den Temperatursignalen bestimmter Temperaturfühler S1 – S5 erzeugt werden.
Strahlungssensor nach einem der Ansprüche 12 – 18, gekennzeichnet durch, einen Zeitgeber zur Erzeugung von Zeitsignalen; und eine Steuerungseinrichtung zur zeitsignalabhängigen Steuerung der Korrektureinrichtung (22) und der Sensorheizung.
Strahlungssensor nach einem der Ansprüche 12 – 19, gekennzeichnet durch eine Anzeigeeinrichtung zum Anzeigen einer gemessenen Strahlungsleistung und/oder zur Signalisierung eines eventuellen Messfehlers.
Strahlungsthermometer mit einem Strahlungssensor nach einem der Ansprüche 12 – 20.