Radiometriska storheter med symboler och enheter

Radiometriska storheter beskriver elektromagnetisk strålning i energitermer, oberoende av ögats känslighet – i tekniskt bruk framför allt UV- och IR-strålning. De fyra grundstorheterna är strålningseffekt Φ i watt, irradians E i W/m² eller mW/cm², radians L och strålningsintensitet I. Området kallas radiometri; de ögonviktade motsvarigheterna är de fotometriska storheterna.

Radiometriska storheter är uppmätta storheter som avser den totala elektromagnetiska strålningen. I tekniska tillämpningar används detta som UV-strålning eller IR-strålning. Området kallas radiometri. Strålning klassificeras efter strålningens våglängd.

Följande diagram visar de fyra radiometriska storheterna. Tabellen innehåller en visuell representation, matematisk definition, enhet och kort förklaring för varje storhet.

1. Strålningseffekt Φ
2. Irradians E
3. Radians L
4. Strålningsintensitet I

Tabell för nedladdning: Radiometriska storheter och enheter (XLSX) – med omvandlingsfaktorer och de spektrala områdena enligt DIN/ISO 20473. De ögonviktade motsvarigheterna listas under fotometriska storheter, de färgrelaterade under kolorimetriska storheter, bandgränserna under spektrala områden och standarder. Alla storheter tillsammans – med symbol, enhet och tillhörande kalkylator – finns i ordlistan för optiska storheter.

Strålningsflöde

Strålningsflöde, även känt som strålningseffekt, är den totala mängden energi som avges av en strålningskälla i alla riktningar per tidsenhet. Enheten för strålningsflöde är watt (W).

• Formelsymbol: Φ
• Enhet: W
• Definition: Den totala utsända strålningseffekten.

Exempel:

En vanlig glödlampa med en effektförbrukning på 60 watt avger cirka 57 watt som strålningsflöde, medan resten går förlorad som värme. Dessa 57 watt fördelas över det synliga och infraröda spektrumet.

Strålningsflödet mäts i en integrerande sfär.

Irradians

Irradians är en fysikalisk storhet som beskriver effekttätheten hos strålningen som träffar en yta. Den definieras som strålningseffekten per area som infaller på ett ytelement. Enheten för irradians är watt per kvadratmeter (W/m²) eller milliwatt per kvadratcentimeter (mW/cm²). En UV-mätare är lämplig för att mäta irradiansen.

• Formelsymbol: E
• Enhet: W/m², mW/cm²
• Definition: Strålningseffekt som infaller på ett ytelement, relaterad till dess area.

Irradiansen anger hur mycket energi i form av strålning som faller på en viss yta per tidsenhet. Snett infallande strålning räknas med cosinus för infallsvinkeln; mäthuvuden är därför cosinuskorrigerade.
Tips: Konvertera W/m² till mW/cm²

Exempel:

Solens genomsnittliga irradians på jordens yta en klar dag är cirka 1000 W/m². Det innebär att varje kvadratmeter av jordens yta tar emot 1000 watt strålning.

Irradiansen mäts med en radiometer.

Radians

Radians är en fysikalisk storhet som beskriver strålningseffekten som avges av en strålningskälla per ytenhet och per rymdvinkelenhet. Den mäts i watt per kvadratmeter per steradian (W/(m²-sr)).

• Formelsymbol: L
• Enhet: W/(sr m²)
• Definition: Kvoten av utstrålat strålningsflöde och produkten av ytelement och rymdvinkel.

Radiansen tar hänsyn till både arean av strålningskällan och rymdvinkeln inom vilken strålningen avges.

Exempel:

Solen har en hög radians eftersom den avger en stor mängd strålningsenergi ut i rymden över en relativt liten area.

Strålningsintensitet

Strålningsintensitet är en fysikalisk storhet som beskriver strålningsflödet i en viss riktning per rymdvinkelenhet. Den används för att ange strålningens intensitet i en specifik riktning. Enheten för strålningsintensitet är watt per steradian (W/sr).

• Formelsymbol: I
• Enhet: W/sr
• Definition: Kvoten av utstrålat strålningsflöde i en definierad riktning och rymdvinkelelementet.

Strålningsintensiteten beskriver mängden energi som avges av en strålningskälla i en specifik riktning inom en rymdvinkel. Den är ett mått på strålningseffektens riktningsberoende.

Exempel:

En LED med ett strålningsflöde på 1 W har en strålningsintensitet på 10 W/sr om den avger ljuset inom en rymdvinkel på 0,1 sr. Det innebär att den utsända energin är starkt koncentrerad på en liten rymdvinkel.

Vad är skillnaden mellan irradians och dos?
Irradians E (W/m² eller mW/cm²) är den momentana effekten per ytenhet; strålningsexponering – i vardagligt tal dosen – är dess integral över tid, H (J/m² eller mJ/cm²). Vid konstant irradians gäller H = E · t. Irradians avgör hur snabbt en dos uppnås; huruvida den avsedda effekten uppstår avgörs vanligtvis av dosen. Båda storheterna hör därför hemma i dokumentationen var för sig – enbart en tid är inget bevis.

Vad skiljer fluens från dos?
Strålningsexponering avser en fast, plan mottagande yta och viktar snett infallande strålning med cosinus för infallsvinkeln. Fluens däremot avser ett objekt som kan ta emot strålning från alla riktningar – till exempel en mikroorganism i en reaktor eller en luftkanal. I ett riktat strålningsfält stämmer de två överens; i ett diffust fält kan fluensen vara betydligt större än den exponering som mäts på ett plan. Var denna skillnad avgör processen visas i UV-desinfektion.

Varför är den elektriska lampeffekten inte en mätstorhet?
Mellan den upptagna elektriska effekten och effekten på processstället ligger den elektro-optiska verkningsgraden, källans spektrala fördelning, avstånd och infallsvinkel, transmittansen hos fönster och skyddshylsor samt nedsmutsning och åldring. Ingen av dessa är konstant över livslängden. Effektangivelsen beskriver därför källans driftstillstånd, inte resultatet på arbetsstycket, organismen eller provet. Hur detta blir en tillförlitlig processfrisläppning i en anläggning behandlas i automation och processintegration.

Vad skiljer irradians från radians?
Irradians är en mottagarstorhet: den beskriver vad som når en yta, oavsett riktning. Radians är en källstorhet: den beskriver vad en källa avger per ytenhet och rymdvinkel. Frisläppning av en process beror på irradiansen vid verkningsstället; bedömning av utsträckta källor enligt IEC 62471 beror däremot på radiansen – se arbetarskydd och fotobiologisk säkerhet.

När räcker en bredbandsmätning och när krävs en spektral mätning?
En bredbandsmätning är tillräcklig om källan är känd och spektralt stabil och sensorn har kalibrerats mot just den källan. En spektral mätning krävs så snart olika källtekniker jämförs, spektrumet förskjuts genom åldring eller dimring, ett verkningsspektrum måste tillämpas, eller flera spektralband måste bedömas separat. Det bakomliggande felet är spektral mismatch.