Strahlnngspyrometer. Es ist in der letzten Zeit bei der Messung hoher Temperaturen üblich geworden, nicht mehr Temperaturmessgeräte zu vei-venden,. die den hohen Temperaturen selbst ausgesetzt werden und dadurch einem .raschen Ver schleiss unterliegen, sondern man benutzt die Eigenschaft, dass die ausgesandte Wärme strahlung eines Körpers von seiner Tempera tur abhängig ist, und misst diese Strahlung und kann daraus auf seine Temperatur schliessen.
Die Messung kann in der Weise ausge führt werden, -dass man durch irgend ein op tisches System die Strahlen sammelt und auf einen geschwärzten Körper vereinigt. Es setzt sich dann die Energie .der ausgesandten Strahlen in Wärme um, und der durch diese bewirkte Temperaturanstieg des geschwärz ten Körpers wird auf geeignete Weise ge messen. Die Angaben des Instrumentes sind unabhängig von der Entfernung, solange das Bild des glühenden Körpers grösser ist als der geschwärzte Körper und diesen vollkom men bedeckt.
Es gibt verschiedene Ausfüh- rungen, die unter dem Namen Strahlungs- pyrometer bekannt sind.
Ein Ausführungsbeispiel ist in :der Zeich nung dargestellt. Die Linse Ll entwirft ein Bild des glühenden Körpers auf die mit einem geschwärzten Plättchen. versehene Lötstelle des Thermoelementes Th. Mittelst eines an das Thermoelement angeschlossenen Galvano meters wird :die Temperaturerhöhung des Plättchens und dadurch indiTekt die Tem peratur .des glühenden Körpers gemessen.
Zum Einstellen des P'yrometers dient die Linse L, und die Mattscheibe M. Die Linse L2 entwirft ein Bild des Thermoelementes und Plättchens auf die Mattscheibe 12, ebenso wird durch die Linsen L, und L2 der glü hende Körper aufrecht und seitenrecht auf der Mattscheibe M abgebildet.
Bedingung für richtige Temperaturangabe ist, dass auf .der Mattscheibe das Bild des Plättchens durch .das des glühenden Körpers vollkommen be deckt wird.
Ein Nachteil dieser Strahlungspyrometer ist, dass ihre Angaben nicht nur von der Tem peratur des strahlenden Körpers, sondern auch von der Umgebungstemperatur abhängig ist. Dies ergibt folgende theoretische Über legung: Es sei TZ die absolute Temperatur des glühenden Körpers T, die des Thermo- elementes, To die Umgebungstemperatur.
Nachdem rStefan-Boltzmannschen Gesetz ist dann die dem Thermoelement zugestrahlte Energie proportional T' <I>-T</I> I. Diese Ener gie wird, abgesehen von dem geringen. Teil der in elektrische Energie umgesetzt wird, von dem Thermoelement teils durch Wärme leitung, teils durch Wärmestrahlung abge geben.
Die Wärmeableitung ist proportional der Temperaturdifferenz T,-To, die Ab strahlung wieder proportional Ti-T'. Be deuten c,, ef. c; Konstanten, so ist also
EMI0002.0014
Da :die Temperatur des Thermoelementes T, klein gegenüber,der Temperatur des glühen- den. Körpers T2 ist, kann man T'# gegenüber T J vernachlässigen.
Die Gleichung verein facht sich dann auf folgende Form:
EMI0002.0024
Sollte das Strahlungspyrometer von der Um- gebungstemperatur unabhängig sein, dann müsste für jedes beliebige To die Übertempe- ratur über die Umgebungstemperatur, also T1 To, nur von T, abhängig sein. Dies wäre der Fall, wenn es gleich Null wäre, das heisst es müsste die gesamte Wärme des Thermo- elementes durch Leitung abgeführt werden.
Praktisch ist dies niemals zu erreichen; es ist nur möglich, den Fehler zu verkleinern, in dem man künstlich die Wärmeabgabe Jurch Leitung möglichst gross macht, so dass das erste Glied e2 (T,-To) gegenüber c3 (T,-- TJ überwiegt.
Dies hat jedoch den Nachteil, dass dadurch die Empfindlichkeit des Pyrometers herabgesetzt wird. Dann hat man den Fehler dadurch zu vermeiden gesucht, dass man zu dem Thermoelement einen Nebenwiderstand mit möglichst hohem Temperaturkoeffizien ten legt, der bei hoher Temperatur .die Klem menspannung weniger herabsetzt als bei nie driger. Der Nachteil dieses Verfahrens ist jedoch, dass dadurch die Klemmspannung um etw4 75 % herabgesetzt wird und hierdurch empfindliche Anzeigeinstrumente erforderlich werden.
Ausserdem ist seine Anwendung auf Thermoelementebeschränkt.
Bei der vorliegenden Erfindung wird diese Abhängigkeit der Anzeige von der Um gebungstemperatur dadurch vermieden, dass man je nach der Umgebungstemperatur die von dem glühenden Körper dem geschwärz ten Körper zugestrahlte Energie verändert, zum Beispiel,dadurch"dass man in den Strab- lenga.ng eine Blende einschaltet und diese bei Änderung der Raumtemperatur so verstellt, dass in gleichem Masse wie die Thermokraft mit der Raumtemperatur abnimmt, die auf .das Thermoelement fallende Strahlungsmenge vermehrt wird, und zwar so,
@dass im End resultat die Anzeige des Strahlungs.pyro- meters unabhängig von,der Raumtemperatur wird. Zweckmässig ist es, die Verstellung der Blende automatisch bewirken zu lassen durch ein temperaturempfindliches Organ, zum Beispiel durch einen Bimetallstreifen.
Beim gezeichneten Ausführungsbeispiel ist der Bimetallstreifen Bi einerseits an einer Säule befestigt, anderseits trägt er eine Blende B. Bei Temperaturanstieg biegt sieh der Bimetallstreifen nach oben durch, wo durch die wirksame Objektivöffnung vergrö ssert wird.
Radiation pyrometer. It has recently become common practice to stop using temperature measuring devices when measuring high temperatures. which are exposed to the high temperatures themselves and are therefore subject to rapid wear, but one uses the property that the heat radiation emitted by a body is dependent on its temperature, and measures this radiation and can infer its temperature from this.
The measurement can be carried out in such a way that one collects the rays through some optical system and unites them on a blackened body. The energy of the emitted rays is then converted into heat, and the rise in temperature of the blackened body caused by this is measured in a suitable manner. The information provided by the instrument is independent of the distance as long as the image of the glowing body is larger than the blackened body and it is completely covered.
There are different designs known as radiation pyrometers.
An embodiment is shown in: the drawing voltage. The lens Ll projects an image of the glowing body onto the blackened plate. Provided soldering point of the thermocouple Th. In the middle of a galvanometer connected to the thermocouple, the following is measured: the temperature increase of the plate and thereby indirectly the temperature of the glowing body.
The lens L and the focusing screen M are used to adjust the pyrometer. The lens L2 creates an image of the thermocouple and plate on the focusing screen 12, and the lenses L and L2 also make the glowing body upright and laterally on the screen M pictured.
The condition for the correct temperature specification is that the image of the plate on the ground glass is completely covered by that of the glowing body.
A disadvantage of these radiation pyrometers is that their information depends not only on the temperature of the radiating body, but also on the ambient temperature. This results in the following theoretical consideration: Let TZ be the absolute temperature of the glowing body T, that of the thermocouple, To be the ambient temperature.
According to Stefan-Boltzmann's law, the energy radiated to the thermocouple is proportional to T '<I> -T </I> I. This energy is, apart from the low. Part of the electrical energy is converted from the thermocouple partly through heat conduction, partly abge through thermal radiation.
The heat dissipation is proportional to the temperature difference T, -To, the radiation from again proportional Ti-T '. Meaning c ,, ef. c; Constants, so it is
EMI0002.0014
There: the temperature of the thermocouple T, small compared to the temperature of the glowing one. Body T2, T '# can be neglected compared to T J.
The equation is then simplified to the following form:
EMI0002.0024
If the radiation pyrometer should be independent of the ambient temperature, then the overtemperature above the ambient temperature, ie T1 To, would only have to depend on T for any To. This would be the case if it were equal to zero, which means that the entire heat of the thermocouple would have to be dissipated by conduction.
In practice this can never be achieved; it is only possible to reduce the error by artificially making the heat dissipation through conduction as large as possible, so that the first term e2 (T, -To) predominates over c3 (T, - TJ.
However, this has the disadvantage that it reduces the sensitivity of the pyrometer. Then the attempt was made to avoid the error by adding a shunt resistor with the highest possible temperature coefficient to the thermocouple, which reduces the terminal voltage less at high temperature than at lower temperature. The disadvantage of this method, however, is that it reduces the clamping voltage by around 75%, which means that sensitive display instruments are required.
In addition, its application is limited to thermocouples.
In the present invention, this dependency of the display on the ambient temperature is avoided by changing the energy radiated from the glowing body to the blackened body depending on the ambient temperature, for example by "putting in the Strab- lenga.ng a The shutter switches on and if the room temperature changes, it is adjusted so that the amount of radiation falling on the thermocouple increases with the room temperature in the same way as the thermoelectric force, in the following way
@that in the end the display of the radiation pyrometer is independent of the room temperature. It is expedient to have the diaphragm adjusted automatically by a temperature-sensitive organ, for example by a bimetal strip.
In the illustrated embodiment, the bimetallic strip Bi is attached on the one hand to a column, on the other hand it carries a diaphragm B. When the temperature rises, the bimetallic strip bends upward, where it is enlarged by the effective lens opening.