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Strahlungspyrometer
Die Erfindung bezieht sich auf ein Strahlungspyrometer.
Bekanntlich hängt die von einem Körper ausgesandte Strahlung sehr stark von der Temperatur dieses Körpers ab. Sie ist umso intensiver und umso kurzwelliger, je heisser der Körper ist. Ein Strahlungspyrometer nutzt diese Erscheinung zur Bestimmung der Temperatur eines strahlenden Körpers aus. Eine besonders genaue Temperaturmessung ergibt sich bei der Messung der sogenannten "Farbtemperatur". Die Farbtemperatur eines Strahlers ist die Temperatur eines schwarzen Körpers, also eines Körpers mit dem Absorptionsvermögen l, der mit dem gleichen Farbton, also der gleichen spektralen Verteilung, strahlt, wie der zu untersuchende Strahler. Es hat sich gezeigt, dass die Farbtemperatur von der wahren Temperatur eines Körpers in der Regel höchstens um wenige Temperaturgrade abweicht.
Bekannte Farbtemperaturmesser wirken in der Weise, dass in das Bild des Messobjektes das Bild einer Vergleichslichtquelle eingesiegelt wird. Durch Blenden und Farbkeile wird dann das Bild der Vergleichslichtquelle so lange verändert, bis sein subjektiver Eindruck dem des Messobjektes entspricht, d. h. bis die Vergleichslichtquelle vor dem Messobjekt nicht oder fast nicht mehr erkennbar ist. An dem Einstellglied für den Farbkeil kann dann die Farbtemperatur des untersuchten Strahlers abgelesen werden. Da hiebei zwei Grössen, Helligkeit und Farbton, verändert werden müssen, ist die Einstellung ausserordentlich schwierig und zeitraubend. Ausserdem hängt sie von subjektiven Eindrücken ab und ist auch aus diesem Grunde ungenau.
Es gibt ferner Pyrometer, bei denen die sogenannte"schwarze Temperatur"des Strahlers bestimmt wird. Die "schwarze Temperatur" ist die Temperatur eines schwarzen Körpers, der mit der gleichen Intensität, insbesondere Gesamtintensität (Gesamtstrahlungspyrometer) strahlt, wie der zu untersuchende Körper. Es wird dabei die Strahlung des zu untersuchenden Körpers mit der einer Vergleichslichtquelle in Beziehung gesetzt und die Vergleichslichtquelle so lange verändert, bis die Intensitäten der Strahlenbündel gleich sind. Dazu kann beispielsweise der Strom durch die Vergleichslichtquelle variiert werden. Ein derartiger Intensitätsvergleich lässt sich mit Hilfe eines geeigneten Strahlungsempfängers objektiv durchführen. Es ist auch nur eine Grösse (z.
B. der Strom durch die Vergleichslichtquelle) einzustellen, so dass die Einstellung einfacher ist als bei den vorerwähnten Farbpyrometem.
Nachteilig ist jedoch bei solchen Gesamtstrahlungspyrometern, dass die gemessene"schwarze Tem- peratur zum Teil erheblich von der wahren Temperatur abweicht. Da die Intensität der Strahlung gemessen wird, ist die Entfernung vom Messobjekt zu berücksichtigen. Die Intensität des vom Gerät erfassten Strahlenbündels ist ja umgekehrt proportional dem Quadrate des Abstandes. Da die Ausstrahlung meist infolge von Temperaturunterschiedennicht über die gesamte Fläche des Messobjektes konstant ist, muss das Messobjekt genau angepeilt werden.
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zu vermeiden und ein leicht bedienbares Farbpyrometer zu schaffen.
Die Erfindung geht dabei von einem Strahlungspyrometer aus, bei welchem als Mass für Farbtemperatur eines Strahlers das Verhältnis der Strahlungsintensitäten bei zwei verschiedenen Wellenlängen bestimmt wird, indem die Strahlung periodisch abwechselnd über Filter mit verschiedenen Durchlässigkeits- bereichen auf einen Strahlungsempfänger geleitet und die Messspannung einem elektrischen Quotienten-
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bilder zugeführt wird und besteht darin, dass die Strahlung auf den Strahlungsempfänger über einen am- laufenden Polygonspiegel mit abwechselnd verspiegelten und uilverspiegelten Seitenflächen und zwei feststehende Spiegel geleitet wird,
welch letztere die Strahlung von je einer von zwei benachbarten Seitenflächen des Polygonspiegels erfassen und auf den Strahlungsempfänger leiten. wobei zwischen die feststehenden Spiegel und den Strahlungsemfpänger je ein Filter eingeschaltet ist.
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EsFerner brauchen keine rotierenden Filterscheiben vorgesehen zu werden, die eine Spezialanfertigung bedingen, sondern es können feststehende Filter benutzt werden, die leicht ausgetauscht weiden können und handelsüblich erhältlich sind. Der Polygonspiegel erfüllt somit zugleich zwei Funktionen, nämlich er
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den Filter.
Die Erfindung ist im folgenden an Hand eines in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausfüh- rungsbeispieles näher erläutert. Fig. 1 zeigt für einige Temperaturen die spektrale Intensitätsverteilung der Wärmestrahlung eines schwarzen Körpers. Fig. 2 zeigt die spektrale Empfindlichkeitsverteilung einer PbS-Zelle. Fig. 3 zeigt im Aufriss und Fig. 4 im Grundriss den Aufbau eines erfindungsgemässen Strah-
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Fig. 6 ist eine Darstellung, welche die Wirkungsweise der Schaltanordnung veranschaulicht.
Das von dem Messobjekt ausgehende Strahlenbündel, das mit 1 (Fig. 3) bzzeichnet ist, wird durch eine Linse 2 gebündelt und fällt über einen pyramidsnstumpfförmigen Polygonspiegel 3, Planspiegel 4 oder 5 auf eine Wärmezelle 6, die z. B. von einer PbS-Zelle gebildet werden kann. Der Polygonspiegel hat einen regelmässig zehneckigen Querschnitt und weist abwechselnd verspiegelte (7) und unverspiegelte Seitenflächen (8) auf. Die Spiegel 4 und 5 erfassen die Strahlung je einer von zwei benachbarten Seitenflächen 8,7 und leiten sie auf die PbS-Zelle 6. Zwischen den Spiegeln 4 und 5 und der Bleisulfidzelle 6 ist je ein Filter 9 bzw. 10 angeordnet, die Filter 9 und 10 haben voneinander verschiedene Durchlässigkeitsbereiche.
Die Durchlässigkeitsbereiche werden zweckmässigerweise so gewählt, dass sie den maximalen Empfindlichkeiten der Bleisulfidzelle 6 entsprechen, die, wie Fig. 2 erkennen lässt, etwa bei À. l = 0, 98 und \ = 2, 5 liegen. Der Polygonspiegel 3 wird von einem Synchronmottor 11 angetrieben.
Die Wirkungsweise der beschriebenen Anordnung ist folgende :
Durch die abwechselnde Verspiegelung und Nichtverspiegelung der Seitenflächen 7. 8 wird die Strahlung abwechselnd über den Spiegel 4 und den Spiegel 5 auf die Zelle 6 geleitet. Das abgetastete Gesichtsfeld (Bündel l) wandert dabei entsprechend der Drehung des Polygonspiegels 3 um einen gewissen Betrag hin und her. Je nachdem, ob die Strahlung auf die Bleisulfidzelle 6 über den Spiegel 4 oder den Spiegel 5 gelangt, durchsetzt sie das Filter 9 oder das Filter 10. Auf die PbS-Z2l1e gelangen also abwechselnd die Strahlung der Weilenlänge #1 oder die der Wellenlänge X.
Die PbS-Zelle liefert somit eine Spannung der in Fig. 6 (Kurve a) dargestellten Art. Diese Spannung
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ve k in Fig. 6) in der Umgebung jedes Extremwertes (Maximum/Minimum) dieser Spannung einer der Verstärker 12, 12'zum Ansprechen gebracht.
Wie aus Fig. 6 erkennbar ist, liefert der eine Verstärker (12') ein Signal J.., das der Intensität bei der Wellenlänge entsp icht, der andere ein Signal JX, das-bis auf einen Faktor-der Intensität bei der Wellenlänge #2 entspricht. Die Signale werden über Zwischenverstärker 13, 13' und ein Potentiometer 14, das dem Verstätiter 13' nachgeschaltet ist, einem Nullverstärker 15 zugeführt. Dieser steuert einen Stellmotor 16, der den Potentiometerabgriff verstellt.
An der Stellung des PotentiometerabgriSs, welche, wie man oine weiteres sieht, dem Verhältnis JX./J entspricht, ist die Farbtemperatur TF ablesbar, die ja mit dem Verhältnis der Intensitäten eindeutig verknüpft ist.
Da in die Messung nur das Verhältnis der Intensitäten eingeht, ist die Messung vollständig unabhän- gig von der Entfernung des Messobjektes. Das Pyrometer tastet periodisch die gesamte Oberfläche des Messobjektes ab und zeigt bei Temperaturunterschieden, wie man leicht einsieht, die maximale Temperatur an. Ein genaues Anvisieren des Messobjektes ist nicht erforderlich.
Es hat sich gezeigt, dass sich die spektrale Empfindlichkeitsverteilung von PbS-Zeilen praktisch nicht ändert. Selbst bei etwa auftretenden Empfindlichkeitsänderungen bleibt, da nur eine einzige Bleisulfidzelle verwendet wird, das Verhältnis der Empfindlichkeiten bei den Wellenlängen und \, im wesentlichen konstant, so dass das Messergebnis, wie sich gezeigt hat, davon praktisch nicht berührt wird.