Strahlungspyrometer
Die Erfindung betrifft ein Strahlungspyrometer, bei welchem als Mass für die Farbtemperatur eines Strahlers das Verhältnis der Strahlungsintensitäten bei zwei verschiedenen Wellenlängen bestimmt wird, indem die Strahlung periodisch abwechselnd über Filter mit unterschiedlichen Durchlässigkeitsbereichen auf einen Strahlungsempfänger geleitet und der Ausgangsmesswert des Strahlungsempfängers einem elektrischen Quotientenbildner zugeführt wird. Solche Pyrometer sind bekannt.
Es ist ferner ein Pyrometer bekannt, bei welchem zur Ermittlung der räumlichen Temperaturverteilung eines Messobjektes der Strahlengang über bewegliche optische Glieder geleitet wird. Auf diese Weise wird das Messobjekt Punkt für Punkt abgetastet und seine Temperatur als Funktion einer Raumkoordinate aufgezeichnet.
Bei einem weiteren bekannten Pyrometer wird die Strahlung durch einen Schwingspiegel abwechselnd durch das eine oder das andere Filter auf eine Photozelle geleitet. Der Ausgangsmesswert der Photozelle wird über einen Verstärker der Treibspule des Schwingspiegels zugeführt. Vor dem einen Filter ist ein Graukeil vorgesehen, der bewirkt, dass das durch dieses Filter tretende Strahlenbündel um so weniger zur Geltung kommt, je grösser die Amplitude des Schwingspiegels ist. Das Ausgangssignal des Verstärkers ist dann ein Mass für das Verhältnis der Intensitäten der Strahlung bei den beiden durch die Filter bestimmten Wellenlängen und damit für die Farbtemperatur.
Bei bekannten Pyrometern ist es erforderlich, das Messobjekt genau anzupeilen, weil ja auch der Hintergrund stets in irgendeiner nicht definierten Weise strahlt und man daher mit einem relativ engen Gesichtsfeld arbeiten muss, welches nur die Strahlung von dem Messobjekt auf den Strahlungsempfänger gelangen lässt. Diese Notwendigkeit des Anpeilens ist störend und kann zu Fehlmessungen Anlass geben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Anordnung zu schaffen, durch welche die Temperatur eines Messobjektes auch bei räumlicher Minderung der relativen Lage zwischen Messobjekt und Messvorrich tung innerhalb eines bestimmten Bereiches so ge messen werden kann, dass die Einflüsse des Hinter grundes ausgeschaltet sind.
Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe gelöst durch die Kombination folgender Merkmale: a) dass bewegliche optische Glieder periodisch ein relativ zum Messobjekt grosses Gesichtsfeld konti nuierlich überstreichen, b) dass der Quotientenbildner als Spitzenquotien tenbildner ausgebildet ist.
Die Erfindung geht davon aus, dass das Messobjekt, z. B. glühendes Walzgut, in der Regel heisser ist und daher stärker strahlt als der Hintergrund. Über die be weglichen optischen Glieder wird mit einem kleinen
Blickwinkel ein relativ grosses Gesichtsfeld periodisch abgetastet, in welchem sich das Messobjekt sicher befindet. Beim Erfassen des Messobjektes ergeben sich dann bei beiden Wellenlängen Spitzen. Der Spitzen quotientenbildner, der an sich bekannt ist und in einer beliebigen, dem Fachmann geläufigen Weise ausgebildet sein kann, bildet daraus einen Messwert für die Temperatur des Messobjektes. Dieser Spitzen quotient ist unbeeinflusst von der Hintergrundstrah lung und von der Lage des Messobjektes in dem abge tasteten Gesichtsfeld.
Eine triviale Lösung eines Spitzenquotienten messers würde darin bestehen, über gesteuerte Ver stärker die Impulse in zwei Kanäle zu leiten. Um einen Messwert für die Impulshöhe zu erhalten, kann über einen Gleichrichter ein Kondensator aufgeladen werden. Es kann eine Kondensatorspannung einer einstellbaren Teilspannung der anderen Kondensatorspannung entgegengeschaltet werden, und durch selbsttätige Abgleichmittel können diese beiden Spannungen gleichgemacht werden. Dann ist die Stellung der Abgleichmittel ein Mass für den Quotienten der Kondensatorspannung und damit ein Mass für die Maxima der Empfängersignale.
Die Erfindung ist anhand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel 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 empfindungsgemässen Strahlungspyrometers.
Das von dem Messobjekt ausgehende Strahlenbündel, das mit 1 (Fig. 3) bezeichnet ist, wird durch eine Linse 2 gebündelt und fällt über einen pyramidenstumpfförmigen 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, 5 und der Bleisulfidzelle 6 ist je ein Filter 9, 10 angeordnet, die Filter 9 und 10 haben verschiedene Durchlässigkeitsbereiche.
Die Durch lässigkeitsbereiche werden zweckmässigerweise so gewählt, dass sie den maximalen Empfindlichkeiten der Bleisulfidzelle 6 entsprechen, die, wie Fig. 2 erkennen lässt, etwa bei iX = 0,98 u. und 22 = 2,5 y liegen. Der Polygonspiegel 3 wird von einem Synchronmotor 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 1) 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-Zelle gelangen also abwechselnd die Strahlung der Wellenlänge iI oder die der Wellenlänge 29.
Die von der PbS-Zelle gelieferte Spannung wird einem Spitzenquotientenmesser 12 zugeführt, welcher in der beschriebenen Weise den Quotienten der beim Erfassen des Messobjektes auftretenden Spitzen bildet.
Radiation pyrometer
The invention relates to a radiation pyrometer in which the ratio of the radiation intensities at two different wavelengths is determined as a measure of the color temperature of a radiator by periodically alternating the radiation through filters with different permeability ranges to a radiation receiver and the output measured value of the radiation receiver being fed to an electrical quotient generator . Such pyrometers are known.
Furthermore, a pyrometer is known in which the beam path is guided over movable optical members to determine the spatial temperature distribution of a measurement object. In this way, the measurement object is scanned point by point and its temperature is recorded as a function of a spatial coordinate.
In another known pyrometer, the radiation is passed through an oscillating mirror alternately through one or the other filter onto a photocell. The output measured value of the photocell is fed to the drive coil of the oscillating mirror via an amplifier. A gray wedge is provided in front of one filter, which has the effect that the bundle of rays passing through this filter is less noticeable the greater the amplitude of the oscillating mirror. The output signal of the amplifier is then a measure for the ratio of the intensities of the radiation at the two wavelengths determined by the filter and thus for the color temperature.
With known pyrometers, it is necessary to aim precisely at the measurement object, because the background always shines in some undefined way and one therefore has to work with a relatively narrow field of view, which only allows the radiation from the measurement object to reach the radiation receiver. This need to locate is disruptive and can give rise to incorrect measurements.
The invention is based on the object of a
To create an arrangement by means of which the temperature of a measurement object can be measured within a certain area, even if the relative position between measurement object and measurement device is reduced in space, so that the influences of the background are eliminated.
According to the invention, this object is achieved by the combination of the following features: a) that movable optical members periodically sweep over a field of view that is large relative to the measurement object, b) that the quotient generator is designed as a peak quotient generator.
The invention assumes that the test object, e.g. B. glowing rolling stock is usually hotter and therefore radiates more strongly than the background. Over the movable optical links is a small
Viewing angle periodically scanned a relatively large field of view in which the measurement object is safely located. When the measurement object is detected, peaks result at both wavelengths. The peak quotient generator, which is known per se and can be designed in any manner familiar to the person skilled in the art, uses it to form a measured value for the temperature of the measurement object. This peak quotient is unaffected by the background radiation and the position of the measurement object in the scanned field of view.
A trivial solution for a peak quotient meter would consist in directing the pulses into two channels via controlled amplifiers. In order to obtain a measured value for the pulse height, a capacitor can be charged via a rectifier. A capacitor voltage of an adjustable partial voltage can be switched against the other capacitor voltage, and these two voltages can be made equal by automatic balancing means. Then the position of the adjustment means is a measure for the quotient of the capacitor voltage and thus a measure for the maxima of the receiver signals.
The invention is explained in more detail with reference to the drawing using an exemplary embodiment.
Fig. 1 shows the spectral intensity distribution of the thermal radiation of a black body for some temperatures.
Fig. 2 shows the spectral sensitivity distribution of a PbS cell.
Fig. 3 shows in elevation and
4 shows the structure of a perception-based radiation pyrometer in plan.
The beam emanating from the measurement object, which is designated with 1 (Fig. 3), is focused by a lens 2 and falls over a truncated pyramid-shaped polygon mirror 3, plane mirror 4 or 5 on a heat cell 6, which z. B. can be formed by a PbS cell. The polygon mirror has a regular decagonal cross-section and has alternating mirrored, 7, and non-mirrored side surfaces 8. The mirrors 4 and 5 each capture the radiation from one of two adjacent side surfaces 8, 7 and guide it onto the PbS cell 6. the mirrors 4, 5 and the lead sulfide cell 6 are each a filter 9, 10 arranged, the filters 9 and 10 have different permeability ranges.
The permeability ranges are expediently chosen so that they correspond to the maximum sensitivities of the lead sulfide cell 6, which, as FIG. 2 shows, approximately at iX = 0.98 u. and 22 = 2.5 y. The polygon mirror 3 is driven by a synchronous motor 11.
The mode of operation of the arrangement described is as follows:
As a result of the alternating mirroring and non-mirroring of the side surfaces 7, 8, the radiation is alternately directed to the cell 6 via the mirror 4 and the mirror 5. The scanned field of view (bundle 1) moves back and forth by a certain amount in accordance with the rotation of the polygon mirror 3. Depending on whether the radiation reaches the lead sulfide cell 6 via the mirror 4 or the mirror 5, it passes through the filter 9 or the filter 10.
The radiation of wavelength iI or that of wavelength 29 alternately reach the PbS cell.
The voltage supplied by the PbS cell is fed to a peak quotient meter 12 which, in the manner described, forms the quotient of the peaks occurring when the measurement object is detected.