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Rückführung eines transportablen Referenzspektroradiometers auf das primäre Bestrahlungsstärkenormal der PTB

31.12.2004

Die Messung der solaren ultravioletten Bestrahlungsstärke hat in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung gewonnen, da sie unter bestimmten Umständen schädliche Wirkungen auf Mensch und Umwelt (Tiere, Plankton) hat (z.B. beim Menschen Erythem, Hautkarzinom, Photokeratitis, Katarakt).

Um die Qualitätssicherung (Rückführung und Äquivalenz) der bestehenden Europäischen UV-Messstationen zu gewährleisten, wurden im Zeitraum Mai 2002 bis September 2004 an 26 ausgewählten Messstationen mit einem neuen Referenzspektroradiometer Vergleichsmessungen gegen die jeweils vor Ort vorhandenen Messgeräte durchgeführt. Dies ermöglichte einerseits Probleme bei individuellen Stationen aufzudecken, andererseits konnten die Messdaten der verschiedenen Stationen miteinander in Zusammenhang gebracht und dadurch harmonisiert werden.

Das im Rahmen des europäischen Forschungsprojektes „Quality Assurance of Spectral Ultraviolet Measurements In Europe through the Development of a Transportable Unit“ (QASUME) entwickelte transportable Referenzspektroradiometer B5503 machte im Juni 2004 Station bei der PTB.

Die Messungen sind Bestandteil des EUROMET Projektes 695 „Development of a transportable irradiance scale for solar ultraviolet radiation measurements“, das vom European Reference Centre for Ultraviolet Radiation Measurements (ECUV, Teil der gemeinsamen Forschungsstelle der Europäischen Kommission JRC in Ispra, Italien) gemeinsam mit dem Fachbereich 4.1 „Photometrie und angewandte Radiometrie“ der PTB durchgeführt wird.

Die spektrale Bestrahlungsstärkeskala des kalibrierten Referenzspektroradiometers B5503 wurde von Anfang an mittels einer Gruppe von Transfernormalen (1000 W FEL-Typ Normallampen) auf das Primärnormal der PTB zurückgeführt. Um während der Messkampagne die regelmäßige Rekalibrierung des Referenzspektroradiometers zu gewährleisten, wurde ein transportables Bestrahlungsstärkenormal entwickelt, das aus einer Gruppe von mehreren gegen die Transfernormale der PTB kalibrierten 100 W bis 200 W Halogenglühlampen besteht, die in einem mitgeführtem Lampenhaus betrieben werden. Ziel des Messvergleichs in der PTB war der Vergleich und die direkte Rückführung dieser „transportablen Bestrahlungsstärkeskala“ auf die in der PTB realisierte spektrale Bestrahlungsstärke.

Die spektrale Bestrahlungsstärke der PTB wird mittels eines Hochtemperatur-Holhraumstrahlers (Schwarzer Strahler) realisiert, der bei verschiedenen Temperaturen betrieben werden kann. Im Rahmen des Messvergleichs wurden mehrere Messungen bei insgesamt drei verschiedenen Strahlertemperaturen durchgeführt (2941 K, 2997 K, 3059 K). Bei jeder eingestellten Temperatur wurden mit dem Referenzspektroradiometer B5503 jeweils 3 bis 6 Spektren vor dem Schwarzen Strahler gemessen. Während der Aufwärmphasen des Schwarzen Strahlers wurden die Halogenglühlampen (das transportable Bestrahlungsstärkenormal bestehend aus F304, F324, F330, F364, F376) im mitgeführten Lampenhaus vermessen. Die „transportable Bestrahlungsstärkeskala“ konnte durch die Messungen am Schwarzen Strahler der PTB deutlich innerhalb der kombinierten Messunsicherheiten bestätigt werden. Durch diese direkte Rückführung ist es möglich, die erweiterte Messunsicherheit der am E-CUV realisierten portablen Bestrahlungsstärkeskala auf bis zu 2% zu reduzieren.


Abweichung der fünf Lampen des „transportablen Bestrahlungsstärkenormales“ zur Bestrahlungsstärkeskala des kalibrierten (gegen Transfernormale der PTB) und mehrfach transportierten Referenzspektoradiometer B5503. Die obere Kurve in blau zeigt den Mittelwert der vom B5503 angezeigten Abweichung aller vor dem Schwarzen Strahler bei drei Strahlertemperaturen aufgenommenen Spektren.