CH321164A - Strahlungspyrometer - Google Patents

Strahlungspyrometer

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CH321164A
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CH
Switzerland
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temperature
voltage
thermocouple
measured
radiation
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Application number
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English (en)
Inventor
Marinus Cupido Piet
Marie Van Gerwen Wilhe Jacobus
Original Assignee
Philips Nv
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/10Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors
    • G01J5/12Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors using thermoelectric elements, e.g. thermocouples

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
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  • Radiation Pyrometers (AREA)

Description


  



  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.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH Strahlungspyrometer mit Thermoelement, von dem eine Lotstelle der Strahlung der Wärmequelle ausgesetzt ist, deren Temperatur unter Kompensation des Einflusses der Umgebungstemperatur gemessen werden soll, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, um in den Kreis des Thermoelementes eine Kompensationsspannung einzuführen, die ausser von der Umgebungstemperatur a. uch von der zu messenden Temperatur abhängig ist.
    UNTERANSPRÜCHE 1. Strahlungspyrometer naeh Patentan spruch, dadurch gekennzeiehnet, dass die Kompensationsspannung von einem zweiten Thermoelement geliefert wird, das der Umgebungstemperatur ausgesetzt ist.
    2. Strahlungspyrometer nach Unteran- sprue, 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Thermoelement, das eine von der Temperatur der unmittelbaren Umgebung des zum Messen der Temperatur der Strahlungs- quelle dienenden Thermoelementes abhängige Spannung liefert, an einen Spannungsteiler angeschlossen ist, mit dessen Hilfe in den Messkreis eine von der Temperatur der Umgebung des ersten Thermoelementes abhängige Spannung eingef hrt wird, wobei Mittel vorhanden sind, durch welche die dem Span nungsteiler entnommene Spannung von der zu messenden Temperatur abhÏngig gemacht wird.
    3. Strahlungspyrometer nach Unteran- spruch 2, gekennzeichnet durch einen zweiten Spannungsteiler, an dem eine konstante Spannung wirksa. m ist und dessen Gleitkontakt mittels eines Servomotors gemeinsam mit einem Gleitkontakt des ersten Spannungsteilers bewegt wird, wobei die Speisespan- nung des Servomotors von dem Potentialunterschied zwischen den zwei Gleitkontak- ten abhÏngig ist und die Spannungsteiler in einen Kreis aufgenommen sind, in dem eine dem ersten Thermoelement entnommene Spannung wirksam ist, in der Weise, dass die Stellung der Gleitkontakte im abgeglichenen Zustand ein Mass für die zu messende Temperatur bildet.
CH321164D 1952-12-23 1953-12-21 Strahlungspyrometer CH321164A (de)

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CH321164D CH321164A (de) 1952-12-23 1953-12-21 Strahlungspyrometer

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