Strahlungstemperaturmeligerät.
Die Erfindung betrifft ein Strahlungstemperaturme¯gerÏt zum Messen von Temperaturen an Werkstüeken, vor allem bei Gliih-und Vergütungsprozessen.
Bei den bisher bekannten Verfahren der Temperaturbestimmung an Werkstücken im (Tlüh uncl Härteprozess wurde die vom Werkstück ausgehende Temperaturstrahlung über eine Optik einer Bolometeranordnung oder einem Thermoelement zugeführt. Die mit diesen Strahlungsempfängern verbundenen Anzeigeinstrumente gestatten es, die Grosse der zu messenden Temperatur abzulesen. Mit einem andern bekanntgewordenen GerÏt, dem Glühfadenpyrometer, wird die Temperatur des Werkstüekes durch den Farbvergleich mit der Temperatur eines entsprechend eingeregelten Glühfadens ermittelt.
Der Nachteil dieser Verfahren und Geräte besteht darin, dass ihnen eine grosse Trägheit anhaftet, so dass ihre Anwendung bei HÏrteprozessen mit relativ schnellen Temperatur änderungen nicht möglich ist. Anderseits versagen diese VTethoden, da die subjektive Be obachtung durch Ermüdung des Auges nid durch Einflüsse der Raumhelligkeit beeinträehtigt werden. Ebenfalls ist es nicht m¯glich, nach diesen Methoden die niedrig liegenden Anlasstemperaturen zu messen, da der sichtbare Antei] der Strahlung in diesen Fällen zu gering ist, um eine Temperatur- ermittlung, z. B. durch Farbvergleich, zu ermöglichen.
Es sind auch Temperaturmessgeräte bekannt, die mit Photozellen arbeiten und damit eine praktisch trägheitslose Anzeige liefern.
In Fig. 1 der beiliegenden Zeichnung ist ein solches Gerät in seinem prinzipiellen Auf- bau dargestellt. Auf die lichtempfindliche Zelle 1 gelangt die vom Prüfkörper 2 ausge- hende Strahlung über eine Optik 3. Die durch die Strahlungsbeaufschlagung von der Photozelle abgegebene Spannung wird über einen geeigneten Verstärker, in diesem Fall einen Gleichstromverstärker 4, einem Anzeigeinstru- ment 5 zugeführt, das in Temperaturgraden geeicht ist.
Eine andere Ausführungsform gestattete nicht den Temperaturwert zu bestimmen, son dern war so eingerichtet, dass die Abweichung von einer einstellbaren Solltemperatur durch Leucht-oder Klingelzeichen erkennbar wurde.
Dies wurde dadurch erreicht, dass dem Verstärker eine der Solltemperatur entspreehende Vorspannung zugeführt wurde. Die Abwei chung der von der Photozelle abgegebenen Spannung von der eingestellten Sollspannung bewirkte über Relais die Auslösung der Signaleinrichtungen als Zeichen für die Tem peraturabweichung. Um die optische Achse dieses Gerätes auf die Stelle des Prüflings einzustellen, dessen Temperatur gemessen werden soll, liess sich die Photozelle dureh eine Mattscheibe 6 (Fig. la) ersetzen und auf ihr durch visuelle Beobachtung das Gerät so justieren, dass die Photozelle von der Strah lung des zu messenden Prüfkörpers beaufschlagt wurde, wenn an die Stelle der Mattscheibe wieder die Photozelle geklappt wurde.
Diese Einstellmethode eignet sich jedoch nur in den FÏllen. in denen auf der Alattseheibe ein sichtbares Bild entsteht. In FÏllen tieferer Temperaturen ist die Justierung des Gerätes naeh dieser Methode nicht möglich. Da die Photozellen erfahrungsgemäss bei lÏngerem Betrieb ihre Eigenschaften verändern und ausserdem die Benutznng eines Gleich- stromverstärkers die Konstanz der Gesamt- anordnung ungünstig beeinflusst, ist die Ge nauigkeit dieser Geräte nieht so gross, wie es aus metallurgisehen Gründen f r die Inne- haltung der Temperaturtoleranzen erforder- lie, ist.
Dieser Nachteil wird beim Temperaturmessgerät nach vorliegender Erfindung behoben, das gekennzeichnet ist durch eine Photozelle als Empfangsorgan und einen Eichstrah- ler zur Durchführung einer ständigen auto- matischen Vergleichsmessung, zum Zweeke, die Inkonstanz der Photozelle in bezug auf Emp- findlichkeit auszuschalten.
Ausführungsbeispiele des Erfindungsge genstandes sind schematisch in den Fig. 2 bis 9a der Zeichnung dargestellt.
Gemϯ Fig. 2 wird vor der Photozelle 1 eine Einrichtung in Form einer rotierenden Loch-oder Schlitzscheibe 7 angeordnet, die den auf die Photozelle treffenden Lichtstrom durch Zerhacken in eínen Weehselliehtstrom verwandelt. Diese Umwandlung könnte z. B. auch durch eine schwingende Blattfeder mit einer entsprechend aufgesetzten Blende erfolgen. Von der Photozelle wird dann eine Wechselspannung abgegeben, die über geeignete Wechselstromverstärker auf die ge wünsehte grouse gebracht werden kann.
Zweckmässigerweise werden Photozellen verwendet, deren Empfindlichkeit zur Erfassung auch der niedrigen Temperaturen bis ins Ultrarot reicht. Bei Belichtung verändern diese Photozellen ihren Widerstand und lie- fern damit an den Eingangsklemmen des VerstÏrkers eine Wechselspannung, wenn gemϯ Fig. 3 der Photozelle 1 über den Widerstand 8 eine Hilfsspannung 9 zugeführt wird. Diese Hilfsspannung wird durch einen Kondensator 10 von den Verstärkereingangsklemmen ferngehalten.
Cm die veränderlichen Eigenschaften der Zellen zu kompensieren, die Ungenauigkeit in der Temperaturangabe verursachen, wird bei dem Messgerät ein laufender Vergleich mit einer einstellbaren und eichbaren Strahlungsquelle vorgenommen. Eine Ausführungsform ist in Fig. 4 dargestellt. Die vom Werkstiick 2 ausgeliende Strahlung fällt iiber die Optik 3 und die Lochscheibe 7 auf die Photozelle 1.
Ausserdem wird die Zelle von der Strahlung eines Eielistrahles 11, z. B. einer Gl hlampe, über eine Hilfsoptik 12 beaufschlagt. Beim Drehen der Lochseheibe fÏllt abwechselnd die zu messende und die Eichstrahlung auf die Photozelle.
In Fig. 5 sind die Verhältnisse genauer dargestellt, wobei die Lochscheibe in der Abwicklung im Schnitt gezeichnet ist. Bei ausgeschalteter Eichlampe wird die Messstrahlung bei rotierender Lochscheibe abwechselnd durch die Locher freigegeben bzw. durch die Stege zwischen den Lochern abgedeckt. Der zeitliche Verlauf des Lichtstromes auf der Photozelle ist in Fig. 5a dargestellt. Im umgekehrten Fall, das heisst, wenn keine Messstrahlung vorliegt, wird durch die Eichlampe ein Licht weehselstrom erzeugt, wie in Fig. 5b dargestellt, nur da¯ dieser Lichtwechselstrom um 180 in seiner Phasenlage gegenüber dem vorhergehenden Fall versehoben ist.
Sind nun die beiden Strahlungen von der Eichlampe und dem Messobjekt gleich gross, dann heben sich die beiden Liehtströme in ihrer Wirkung auf die Zelle auf. In diesem Falle trifft die Photozelle ein zeitlich konstanter Lichtstrom, so dal-,) sie eine Gleichspannung abgibt (siehe Fig. 5c). Je naehdem die Temperatur des Messobjektes von der eingestellten Temperatur der Eiehlampe im positiven oder negativen Sinne abweicht, wird die Phasenlage des entste- henden Wechsellichtes bei Temperaturab- weichungen beeinflusst.
Diese Tatsache wird benutzt, um die Tendenz des Temperaturgan- ges am Anxeigeinstrument sichtbar zu maehen oder Relais, die den Härtevorgang beein flussen sollen, zu betätigen.
Die am Verstärkerausgang entstehende Weehselspannung bei der Abweichung von der an der Eichlampe eingestellten Solltem peratur lasst nicht erkennen, ob diese Temperaturabweiehung im positiven oder nega- tiven Sinne vorliegt. Um dies zu unterschei- den, ist ein kleiner Generator 13 vorgesehen (s. Fig. 6), der mit der Achse der Lochscheibe fest verl) unden ist und dieselbe Frequenz liefert wie die Lochscheibe.
In bekannter Weise wird durch eine Phasenbr cke 14 die Verstär kerausgangsspannung hinsichtlieh ihrer Pha senlage mit der Hilfsspannung des Generators verglichen, und die Abweichung auf einem Instrument mit Nullpunkt in der Mitte nach Betrag und Richtung zur Anzeige gebracht.
In Fig. 7 ist eine andere grundsätzliche Anordnung zum Vergleich der zu messenden und der Eichstrahlung dargestellt. Es werden hier die beidell Strahllmgen dureh zwei voneinander versehiedene konzentrische Lochreihen der Loehseheibe 7'mit verschiedenen Frequenzen moduliert. Naeh gemeinsamer Verstärkung werden diese Frequenzen durch Filter 15 wieder ausgesiebt und in Gegeneinandersehaltung auf das Anzeigeinstrument 5 gegeben. Theoretisch ist es auch moglich, den Vergleich der beiden Strahlungen über getrennte Photozellen oder eine Doppelzelle vorzunehmen. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, dass voneinander abweichende Photozelleneigenschaften die Genauigkeit der Anordnung beeinflussen.
Der (. rundgedanke der Erfindung, die Zellen- und VerstÏrkerschwankungen durch einen laufenclen Vergleich zwischen der zu messenden Strahlung und einer Vergleichs- strahlung auszuschalten, ist nicht an diese aufgeführten Beispiele gebunden, sondern lässt sich naeh versehiedenen Richtungen in seiner Ausführungsform abwandeln.
So kann in dem Gerät eine Einrichtung vorgesehen sein, die es gestattet, die optische Aehse auf die zu messende Stelle des Werkstückes einstellen zu können. Die Wirkungs- weise dieser Einrichtung ist in Fig. 8 dargestellt. Mittels einer Schwenkvorrichtung 16 kann an die Stelle der Photozelle eine Gliihlampe 17 geklappt werden. Es wird nun der Leuchtkörper der Glühlampe auf diejenige Stelle des Werkst ckes abgebildet, deren Temperatur zur Messung herangezogen wird.
Diese Einstellmethode ist im Gegensatz zu der vorherbesehriebenen Methode nicht an das glühende Werkstüek gebunden, sondern gestattet die Einstellung auch an kalten Werkstiieken, die keine sichtbaren Strahlungen aussenden. Unter Berücksichtigung der wirksamen Photozellenfläche und der optischen Daten der Aufnahmeoptik wird man zweckmässigerweise dem Lichtfleck eine solche Grosse geben, die der Grosse der auf dem Werkstüek zur Temperaturbestimmung herangezogenen Stelle entspricht. Wie in der in Fig. 9 dargestellten Messstellung gezeigt, wird die vorhandene Eichlichtquelle 11 praktischer- weise f r diesen Zweck mitbenutzt.
Beim Messvorgang wird die Eichlampe auf die Solltemperatur durch einen Reglerwiderstand 18 eingestellt, sie beaufsehlagt dann über eine kleine Hilfsoptik 12 direkt die Photozelle 1.
In der Justierstellung (Fig. 9a) wird z. B. über den Klappspiegel 19 die Eichstrahlung in den Strahlengang der Aufnahmeoptik 3 gelenkt. Dabei wird eine Kontakteinrichtung betätigt, die den Reglerwiderstand 18 aus sehaltet und so der Lampe eine solche Energie zuführt, die zur Erzeugung der notwendigen Helligkeit erforderlieh ist.