Sådan måler du UV-dosis og irradians korrekt

Irradians og UV-dosis beskriver forskellige egenskaber ved en UV-proces. Irradians er den momentane strålingseffekt pr. areal; dosis – i standardterminologi stråleeksponeringen – er dens integral over tid. Pålidelige resultater kræver, at det spektrale område, måleområdet, kalibreringskilden, målafstanden og målegeometrien passer til anvendelsen. For bevægende processer tilføjes bestrålingens tidsforløb.

Denne side sorterer størrelserne, angiver de faktorer, der påvirker måleresultatet, og viser, hvilken instrumentklasse der løser hvilken opgave. Udvalget af specifikke instrumenter er dækket i kategorien UV-målere og radiometre.

Irradians E er den strålingseffekt, der når en overflade, angivet i W/m² eller – almindeligt inden for UV-teknik – i mW/cm². Stråleeksponering H er integralet heraf over tid, angivet i J/m² eller mJ/cm². Hvor irradiansen er konstant over tid, er H = E · t; hvor den varierer, skal den faktiske profil integreres.

I praksis kaldes stråleeksponering normalt "dosis". Begrebet er etableret, men upræcist: ved vandbehandling beskriver fluensen den stråling, der når et volumenelement fra alle retninger, mens dosis inden for fotobiologi desuden vægtes med et aktionsspektrum. Alle, der sammenligner værdier mellem anlæg, leverandører eller testrapporter, bør derfor altid angive, hvilken størrelse, hvilket spektralområde og hvilken målegeometri der er tale om.

En måling er kun så pålidelig som de betingelser, den blev foretaget under. Fem faktorer er afgørende:

• Spektral følsomhed. Et bredbåndsradiometer evaluerer kilden med sin sensors følsomhedskurve. Hvis kildens spektrum afviger fra kalibreringskilden, opstår der spektral uoverensstemmelse – systematisk den største fejlkilde ved skiftende kilder.
• Målegeometri. Irradians fra en udstrakt eller arealkilde kræver cosinuskorrigeret indgangsoptik. Uden cosinuskorrektion undervurderes skråt indfaldende stråling.
• Måleafstand og -plan. Mål der, hvor processen finder sted – ved komponent- eller prøveplanet, ikke i den frie stråle. For punkt- og spotkilder ændrer irradiansen sig kraftigt med afstanden.
• Kalibrering. Kalibreringen skal matche det spektrale område, måleområdet og så vidt muligt den anvendte kildetype, og skal være dokumenteret sporbart.
• Måleområde, linearitet og temperatur. Meget høj irradians, pulsede kilder og forhøjet temperatur ved målepunktet begrænser, hvilke sensorer der kan anvendes.

Kalibreringer af radiometre og UV-sensorer udføres af det akkrediterede kalibreringslaboratorium; proceduren er beskrevet under UV-kalibrering.

Med en stationær kilde og en stationær del er en statisk måling af irradians i komponentplanet tilstrækkelig; dosis følger af irradians og bestrålingstid. Så snart delen eller kilden bevæger sig, bliver irradiansen ved delen tidsafhængig. Topirradians, tidsprofilen og den deraf integrerede dosis skal da registreres – en enkelt statisk måling under lampen beskriver ikke processen.

Hvordan en sådan måling opsættes i transportbånds-, tryk- og gennemløbslinjer, beskrives på siden UV-måling til transportbåndssystemer.

• Stabil kilde med kendt spektrum, punktmåling: et kalibreret bredbåndsradiometer som RMD Pro eller RM-12 med en sensor, der matcher det spektrale område.
• Skiftende kilder, LED-bølgelængder, ældningsstudier: et spektralt målende instrument som UVpad, UVpad E eller SR900 i laboratoriet.
• Dosis i den kørende proces: flade loggere som curelog eller tinyTracker, der følger med arbejdsstykket gennem linjen.
• Permanent overvågning af anlægget: fast installerede UV-sensorer med passende evalueringselektronik.

Det samme gælder for hver af disse kæder: sensor, evaluering og kalibrering skal matche den procesværdi, der skal påvises. En hjælp til valg efter måleopgave findes i kategorien UV-målere, og skelnen mellem instrumentklasserne på siden spektroradiometer eller bredbåndsradiometer.

Hvilken størrelse skal overvåges på et UV-system?
Primært irradiansen i W/m² på det tilgængelige punkt tættest på processen, og ud fra den dosis som et tidsintegral i J/m². Til omregning: 10 W/m² svarer til 1 mW/cm². Sensor- og kildetemperatur hører med hertil. Et procesvindue skal angives i to dimensioner, med en nedre og en øvre grænse for begge størrelser. Den elektriske lampeeffekt er ikke en målt størrelse i processen.

Hvor i processen foretages målingen?
På niveau med emnet eller prøven, hvor processen rent faktisk finder sted – ikke i den frie stråle og ikke ved lampehuset. Udstrakte kilder og fladekilder kræver kosinuskorrigeret indgangsoptik, ellers undervægtes skråt indfaldende stråling. Ved punkt- og spotkilder ændrer irradiansen sig kraftigt med afstanden; som tommelfingerregel bør måleafstanden være mindst 10 gange den udsendende flades største dimension.

Hvor høj er et UV-systems irradians sammenlignet med solen?
Referencen er solen ved jordoverfladen: under optimale forhold ca. 1.000 W/m² globalstråling, hvoraf ca. 62 W/m² er UVA og 5,6 W/m² UVB. Et UVA-testkammer med 80 W/m² ligger derfor på 1,3 gange, et UVB-kammer med 50 W/m² på ni gange denne værdi. UV-LED-systemer når op på 8.000 W/m² og mere, dvs. ca. 130 gange den solare UVA. I UVC er ingen sammenligning mulig, fordi stråling under 280 nm ikke når jordens overflade. Enhver sådan faktor ledsages af to yderligere angivelser: det spektralområde, den refererer til, og det måleplan, den er målt i – uden begge dele kan tallet ikke verificeres.

Dr.-Ing. Mark Paravia er administrerende direktør for Opsytec Dr. Gröbel GmbH i Ettlingen og leder det akkrediterede kalibreringslaboratorium. Efter sin forskning i pulserede xenon-excimerudladninger ved Institute of Lighting Technology på KIT er hans fokus i dag optisk strålingsmåling. Han er næstformand for DIN-standardiseringsudvalget FNL 7 "Optical radiation" og medlem af DVGW's projektgruppe om UV-desinfektion.