Strahlungspyrometer I) ie Erfindung bezieht sieh auf ein Strah-. lungspyrometer, wie solche im allgemeinen zum Messen von Temperaturen von mehr als 800 bis 900 C verwendet werden. Strahlungs- pyrometer bestehen häufig aus einer Platte, auf die mittels eines optischen Systems das Bild einer Wärmequelle projiziert wird, deren Temperatur gemessen werden soll. Diese.
Platte ist derart mit einem Thermoelement verbunden, dass dessen eine Lotstelle an nällerllel die Temperatur der Platte annimmt.
Die andere Lötstelle hat die Umgebungs- temperatur, die beim Messen der Temperatur berücksichtigt werden muss. Es wurden bereits verschiedene Methoden zur Kompensation der Umgebungstemperatur bekannt. Eine derselben besteht in der Verwendung temperalurabhÏngiger WiderstÏnde, die parallel ocler in Reihe mit dem Thermoelement geschaltet sind. Die Erfindung bedient sich einer andern Methode, bei der eine nahezu vollständige Kompensation möglieh ist.
WNenn mit Hilfe eines optisehen Systems das Bild der Wä. rmequelle auf die Auffant- platte geworfen wird, dann kann die Be- ziehung zwischen der Temperatur der Platte, der Temperatur der Quelle und der Umge- hungstemperatur durch den Ausdruck
TP4=0,85?B.sin2?/1+e . TB4+TO4 wiedergegeben werden.
Dabei bezeichnet Tp die absoute Temperatur der Platte, TB die absolute Temperatur der Quelle, To die Umgebungstemperatur,?B den Bruchteil der Strahlung, der nicht vom optisehen System und der Glashülle der Vorriehtung absorbiert wird und zur Abbildung der Platte beitrÏgt, ? den halben Öffnungswinkel des optisehen Systems und e den Absorptionskoeffizienten der R ckseite der Auffangplatte.
Es wird dabei angenommen, daR die Strahlungsquelle ein schwarzer Körper und die Vorderseite der Platte praktisch ein schwarzer Körper ist, dass die Glashülle besonders gut evakuiert und die Wärmeableitung durch die Zuführungsdrähte des Thermoelementes gegenüber dem Strah- lungsverlust der Auffangplatte vernaehlässig- bar r ist.
Fig. 1 der beiliegenden Zeichnung zeigt eine beispielsweise Ausführungsform eines Thermoelementes mit Auffangplatte in einem Glaskolben. Der Glaskolben ist mit 1 bezeich- net ; die Platte 3, auf die mittels eines optischen Systems ein Bild der Wärmequelle ge- worfen wird, ist an den Drähten 4 des Thermoelementes befestigt.
Diese Drähte sind durch Bohrnngen in einem Glimmerring hindurchgeführt, der a. uf zwei Durehführungsleite. rn 5 und 5'ruht. Indem die Drähte des Thermoelementes nicht an den obern Enden der Leiter 5 und 5',. sondern an waiter unten liegenden Punkten befestigt sind, könnell die Verluste infolge der Wärmeableitung verrixi- gert werden. Die Bezugsziffer 6 bezeichnet einen Pumpstutzen.
Die Grosse ! PB ist nicht konstant, sondern nimmt mit der Temperatur der Quelle zu. Bei richtiger Wahl dieser Grouse und des Off- nungswinkels des optischen Systems wird bei einer bestimmten Umgebungstemperatur die Beziehung zwischen TP und TB linear, was ein wesentlicher Vorteil der besehriebenen Vorrichtung gegenüber vielen andern Strahlungspyrometern ist. In Fig. 2 ist diese lineare Beziehung zwischen der Temperatur TB der Quelle und der Temperatur Tp der Platte dargestellt.
Der Einfluss der Umgebungstemperatur ist aus Fig. 3 ersichtlich. Zwischen 20 und 100 C ist die Beziehung zwischen To und ? p praktisch linear, wenn die Temperatur der Quelle konstant ist. Diese Figur zeigt die Beziehung zwischen der Temperatur der Platte und der Umgebungstemperatur für drei verschiedene Werte der Temperatur der Quelle.
Es ergibt sich daraus, dass zum Ausgleich des Einflusses der Umgebungstemperatur die Grosse der dazu dienenden Wirkung auch von der zu messenden Temperatur abhängen muss, und zwar in dem Sinne, dass diese Wirkung bei hoheren Quellentemperaturen geringer sein muss als bei niedrigeren, da. die Steilheit der die Beziehung zwischen den Grossen 7'p und To angebenden Kurve bei höheren Quellentemperaturen wesentlich geringer ist als bei niedrigeren.
Vorzugsweise wird in clen Kreis des ersten Thermoelementes mittels eines zweiten Thermoelementes eine Ausgleichspannung eingeführt, die sowohl von der Umgebungs- tempera. tur wie von der zu messenden Temperatur abhängig ist.
Es sei bemerkt, dass es bekannt ist, bei Thermo, elementen zur direkten Alessung einer Temperatur, wobei also die warme Lotstelle in direktem Gleichgewicht mit der zu messenden Temperatur ist, ein zweites Thermoelement zum Ausgleichen des Fehlers der kalten Lotstelle zu verwenden. Durch die Merkmale der vorliegenden Erfindung wird kein Ausgleieh der kalten Lotstelle herbei- geführt ; letzerer wird im allgemeinen noch zusätzlieh durchgeführt werden müssen.
Für die zuerst genannte Kompensation kann das zweite Thermoelement in der Um gebung des ersteren angeordnet werden, so da. eine von der Umgebungstemperatur ab- hängige Spannung erhalten wird. Diese Spannung wird ganz oder teilweise in den Kreis des Messgerätes mittels eines Spannungsteilers eingeführt, wobei Mittel vorhanden sind, durch welche die Einstellung des Spannungs- teilers von der zu messenden Temperatur ab- hÏngig- gemacht wird.
Vorzugsweise wird ein zweiter Spannungsteiler benutzt, an dem eine konstante Spannung wirksam ist und dessen Gleitkontakt mittels eines Servomotors gemeinsam mit einem Gleitkontakt des ersten Spannungsteilers bewegt wird, wobei die Speisespannung des Servomotors von dem Po tentialuntersehied zwischen den zwei Gleitkontakten abhängig ist und die Spann. mgs- teiler in einen Kreis aufgenommen sind, in dem eine dem ersten Thermoelement entnom- mene Spannung wirksam ist.
Es kann auf diese Weise erreicht werden, dass die Lage jedes Gleitkontaktes ein Ma¯ f r die Quellentemperatur ist.
Fig. 4 dient zur Erläuterung der Wir kungsweise eines Ausführungsbeispiels der Erfindung. In dieser Figu. r bezeiehnet 1 den Kolben des Thermoelementes. Mit Hilfe dieses Elementes wird die Temperatur der Platte 3 gemessen, auf die ein Bild der Wärmeqelelle projiziert wird. Es wird angenommen, da3 die Platte 3 auf die in Fig. 1 dargestellte Weise befestigt ist ; sie ist vorzugsweise auf der Bildseite gesehwärzt und auf der andern Seite poliert, und verspiegelt. Der eine Leiter des Thermoelementes 4 kann unmittelbar mit dem Messgerät 9 und der andere mit einem Spannungsteiler 8 verbunden sein, an dessen Enden ein zweites Thermoelement 7 angeschlossen ist.
Dieses Thermoelement liegt am Kolben 1 des ersten Thermoelementes an und liefert also eine Spannung, die bei Anwendung der an sich bekannten Kompensation der kalten Lotstelle auf die gewünschte Weise von der Temperatur des Kolbens 1 ab- ist. An einen bewegliehen Kontakt des Spannungsteilers 8 ist die andere Klemme des Messgerätes 9 angeschlossen. Wenn dafür gesorgt wird, dass mittels einer nicht dargestellten Vorrichtung die Lage des Kontaktes am Spannnngsteiler 8 auf die richtige Weise von der Quellentempera. tur abhängig ist, ergibt das Messgerät 9 eine nahezu völlig genaue Anzeige der zu messenden Temperatur.
Aus Fig. 3 ist ersichtlich, dass die in den Kreis des Gerätes 9 einzuführende Ausgleichspannung um so kleiner sein muss, je hoher die Quellentemperatur ist. Es muss also daf r gesorgt werden, dass bei höheren Temperaturen eine iileinere Spannung am m Spannungsteiler 8 abgegriffen wird als bei niedrigeren Temperaturen.
Fig. 5 zeigt, die Schaltung einer beispielsweisen Ausführungsform eines Pyrometers nach der Erfindung. Dabei sind zwei Span nungsteiler 13 und 14 vorhanden, von denen der erstere an eine Gleichspannungsquelle 17 mit. konstanter Spannung angesehlossen ist und der zweite ber veränderliche Wider- stände 15 und 16 von einem Thermoelement 7 gespeist wird, das eine Spannung liefert, die von der Temperatur der unmittelbaren Um des rebung des Thermoelementes 4 abhängig ist.
T. etzteres ist zwischen dem nach dem Widerstand 16 führenden Stromleiter des Thermoelementes 7 und dem Kreis des Spannungs teilers 13 eingeschaltet. Die Gleitkontakte der zwei Spannungsteiler sind durch eine mecha- nische Vorrichtung 12 miteinander gekuppelt, die mittels eines Servomotors 11 ver sehiebbar ist, und im übrigen an einen elek trisehen Verstärker 10 angeschlossen, in dem der Potentialuntersehied zwischen diesen Kontakten verstärkt wird. Der Servomotor 11 wird durch die Ausgangsspannung des Ver stärkers 10 gespeist und versehiebt die Gleitkontakte in dem Sinne und so lange, bis die Spannung zwischen den Kontakten a. uf Null gesunken ist.
Auf diese Weise wird eine sehr weitgehende Kompensation erzielt ; die Lage der Gleitkontakte bildet ein Mass für die Quellen tempera. tur. Es ist ersichtlich, class das die Kompensation nicht nur von der vom Thermoelement 7 gelieferten Spannung, sondern a. uch von der Spannung des Thermoelementes 4 ab hängig ist.
Mit Hilfe der Widerstände 15 und 16 kann die riehtige Einstellung der Anfangs- und Endwerte der Ausgleichspannung erzielt werden.