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Kalibrierung von Spektralphotometern für 8/d Reflexion

App. 036

Ulbrichtkugeln finden sich in vielen kommerziell angebotenen Spektralphotometern als Messoptik zur Messung der Reflexion von Materialproben. Die 8/d Messgeometrie ist die für streuende Materialproben übliche Wahl. Bei dieser wird die Probe mit einem Strahlenbündel unter 8° Einfallswinkel beleuchtet und die gesamte diffuse reflektierte Strahlung gemessen.

Reflexion ist eine relative Messgröße und weist die Differenz zu 100 % aus. Spektralphotometer zur Messung der Reflexion müssen vor den Messungen auf 100 % abgeglichen werden.

Zum Abgleich von 8/d Reflexions-Spektralphotometern sind streuend reflektierende Kalibrierstandards erforderlich. Üblich sind solche aus gepresstem Bariumsulfat-Pulver oder solche aus synthetischen Materialien. Letztere sind wesentlich robuster und können bei Verschmutzung durch Nachbearbeitung der Reflexionsfläche gereinigt werden. Zudem bieten diese auf PTFE basierenden weißen Kunststoffe einen breiten nutzbaren Spektralbereich von 250 nm bis 2400 nm.

Der Reflexionsgrad der verwendeten Materialien ist innerhalb ihres nutzbaren Spektralbereiches nicht konstant. Darum ist eine Kalibrierung des spektralen Reflexionsgrades erforderlich. Die Kalibrierung erfolgt durch den Vergleich des Kalibrierstandards mit einem Transfernormal. Das Transfernormal ist zur Sicherstellung der Rückführbarkeit durch ein metrologisches Institut zu kalibrieren, das wiederum eine Rückführbarkeit seiner Kalibrierung auf ein Eichnormal eines staatlichen metrologischen Instituts bietet.

Zur Durchführung der Kalibrierung eines Spektralphotometers empfiehlt sich die Nutzung von sogenannten Arbeitsnormalen. Die Kalibrierung der Arbeitsnormale führt der Anwender des Spektralphotometers selber durch. Als Referenz verwendet er sein Transfernormal. Mit mindestens drei Arbeitsnormalen kann durch Vergleichsmessungen sichergestellt werden, dass sich die Reflexionseigenschaften der Arbeitsnormale bei ihrer Nutzung nicht verändert haben.

Der Reflexionsstandard muss zur Kalibrierung die Messöffnung der Ulbrichtschen Kugel vollständig abdecken. Beim Anlegen des Standards an die Messöffnung darf seine Oberfläche nicht eingedrückt bzw. poliert werden, um spätere Fehlmessungen durch Schattenbildung in den Vertiefungen bzw. Glanz an den polierten Flächen auszuschließen. Bei Nichtgebrauch ist der Reflexionsstandard licht- und staubdicht zu verschließen.

Mit dem BN-R98-D2 bietet Gigahertz-Optik GmbH einen Reflexionsstandard aus dem synthetischen Material ODM98. Sein Durchmesser beträgt 2" bzw. 50,8 mm. Das Gehäuse kann durch eine Kappe mit Schnellverschluss lichtdicht geschlossen werden. Die Kalibrierung des spektralen Reflexionsgrades im Spektralbereich von 250 nm bis 2400 nm erfolgt durch das Kalibrierlabor für optische Strahlungsmessgrößen der Gigahertz-Optik GmbH.