DD155353A1

DD155353A1 - Beruehrungslose temperatur-und dickenmessung strangfoermiger gueter

Info

Publication number: DD155353A1
Application number: DD22614580A
Authority: DD
Inventors: Georg Kuka; Ralf Luedemann; Peter Lein; Karl-Heinz Manthe; Klaus Mueller
Original assignee: Georg Kuka; Ralf Luedemann; Peter Lein; Manthe Karl Heinz; Klaus Mueller
Priority date: 1980-12-16
Filing date: 1980-12-16
Publication date: 1982-06-02

Abstract

Beruehrungslose Temperatur- und Dickenmessung strangfoermiger Gueter, insbesondere von in Laengsrichtung bewegten Guetern. Die erfindungsgemaesse Loesung soll es ermoeglichen, den geraetetechnischen Aufwand bei der Messung von strangfoermigen Guetern wesentlich zu senken. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Messung zu entwickeln, die nur mit einem Messprinzip unter Ausschluss von zusaetzlichen Strahlungsquellen die Temperatur und/oder Dicke zu erfassen vermag. Erreicht wird das dadurch, dass mindestens zwei Strahlungsempfaenger Messignale aus der vom Volumen abhaengigen Temperaturstrahlung des strangfoermigen Gutes in einem Spektralbereich, in dem das Gut teilweise strahlungsdurchlaessig ist, aufnehmen, wobei der Quotient der Messignale zur Bestimmung der Dicke und das schwaecher dickenabhaengige Signal zur Temperaturmessung herangezogen werden. Anwendungsgebiet sind die technologischen Prozesse bei der Herstellung von Rohren aus Polymerwerkstoffen und in der Kabelindustrie.

Description

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"^f Berührungslose Temperatur- und Dickenmessung strangförmiger

Güter ; '

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die'Erfindung betrifft eine berührungslose Temperatur- und Dickenmessung strangförmiger Güter, insbesondere von in Längsrichtung bewegten Gütern aus Polymerwerkstoffen, zum Beispiel Zabelisolationen und Rohre.

Charakteristik der bekannten technischen lösungen

Die Dickenmessung von in Längsrichtung bewegten strangförmi- gen Gütern muß oft berührungslos vorgenommen werden. Dazu sind die unterschiedlichsten Verfahren mit Strahlungsquellen und Empfänger in den verschiedensten Bereichen des elektromagnetischen Spektrums bekannt. Einige bekannte lösungen beruhen auf der elektronischen Auswertung einer optischen Abbildung des Meßobjektes (DE-OS 24 48 651J DE-GM 73 21 797). Dabei werden als Strahlungsquellen Halogenlampen oder Lasergeräte verwendet. Pur Wanddickenmessungen, beispielsweise von Kabelisolierungen, werden die Signale zweier Meßköpfe vor und nach dem Isolationsauftrag ausgewertet (DE-Firmenschrift SIZOEA Industrieelektronik "Isolationswandstärkenmeßgerät). Ist das V/andmaterial strahlungsdurchlässig, kann die Wanddicke aus der Abtastung mit einem Laserstrahl ermittelt werden (DE-Zeitschrift "Draht" 31 (80)3$ S. 177 Verlag Meisenbach ZG).

Eine weitere bekannte Methode ist die V/anddickenmessung mit radioaktiven Strahlen (DD-PS 139 021). Um bei der Zabelherstellung die Leiterexzentrizität zu ermitteln, müssen nach

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den bekannten Verfahren Kombinationen mehrerer Strahler und Empfänger (DE-Buchreihe "Messen an Extrusionsanlagen" VDI-Verlag 1968) oder sogar Kombinationen verschiedener Meßprinzipien verwendet werden·

Da alle bekannten lösungen Strahlungsquellen und Strahlungsempfänger erfordern, ist der gerätetechnische Aufwand sehr hoch. Außerdem bietet keine der bekannten Lösungen die Möglichkeit, die Temperatur als in vielen Fällen wichtige Prozeßparameter mit Hilfe des gleichen Meßprinzips zu ermitteln wie die Dicke.

Ziel der Erfindung

Die erfindungsgemäße Lösung soll es ermöglichen, den gerätetechnischen Aufwand bei der Messung von strangförmigen Gütern wesentlich zu senken.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine berührungslose Temperatur- und Dickenmessung strangförmiger Güter zu entwickeln, die nur mit einem Meßprinzip unter Ausschluß von zusätzlichen Strahlungsquellen die Temperatur und/oder Dicke zu erfassen vermag.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß mindestens zwei Strahlungsempfänger Meßsignale aus der vom Volumen abhängigen elektromagnetischen Eigenstrahlung des strangförmigen Gutes (Temperaturstrahlung) in einem Spektralbereich aufnehmen, in dem das Gut teilweise strahlungsdurchlässig ist. Der Quotient der Meßsignale wird zur Bestimmung der Dicke und das schwächer dickenabhängige Signal zur Temperaturmessung herangezogen. Die Temperaturstrahlung hängt nach bekannten Gesetzmäßigkeiten von der Temperatur ab. . . . . :

Bezeichnen wir die Strahlungsdichte eines Stoffes mit L (T) und die des idealen Schwarzen Strahlers gleicher Temperatur mit £_s(T)> so gilt: .

L(T) =£ . L₃(T)

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Hierbei bezeichnet man £ als Emissionsgrad, der die materialspezifischen Strahlungseigenschaften beschreibt. Die Strahlungsdichte L (T) des Schwarzen Strahlers ist eine bekannte Funktion.

Mißt man die Strahlungsdichte 1'(T) in dem Spektralbereich, in dem das Material teilweise strahlungsdurchlässig ist, so hängt der Emissionsgrad <£ von charakteristischen Abmessungen a & di des Körpers ab. Wenn der strahlende Körper von verschiedenen P_unkten aus so anvisiert wird, daß die für die Strahlung wirksamen Abmessungen a, und a₂ unterschiedlich sind, so werden zwei verschiedene Meßsignale registriert, die die unterschiedlichen Strahlungsdichten L (a,) und 1 (a~) repräsentieren. Der dominierende Temperatureinfluß 1 (T) nach Definitionsgleichung wird beseitigt, indem man zur Auswertung den Quotienten beider Meßsignale heranzieht. Das ausgewertete Signal <£" (a.)/<£ (a₂) läßt sich zum Beispiel als Funktion von a. eineichen. Das am schwächsten geometrieabhängige Einzelsignal !(Τ) kann zur pyrometrischen Temperaturbestimmung herangezogen werden.

V/ählt man der Symmetrie des Gutes angepaßte Meßpunkte, so lassen sich Abweichungen von der vorgegebenen symmetrischen Form durch Relativmessungen erfassen. Dies kann entweder durch mehrere symmetrisch angeordnete Strahlungsempfänger oder durch nur einen Strahlungsempfänger mit einer geeigneten periodisch bewegten Optik erreicht werden. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, Leiterverlagerungen an Kabeln festzustellen.

Eine weitere Möglichkeit zur kombinierten Messung von Temperatur und Dicke bietet sich, wenn die registrierte Strahlungsdichte in verschiedenen Spektralbereichen erfaßt und ausgewertet wird. Wenn in einem dieser Spektralbereiche das Material strahlungsdurchlässig ist, wie zum Beispiel bei Polymerwerkstoffen im Bereich einer Kohlenwasserstoff-Absorptionsbande, wird nur die Temperaturstrahlung der Oberfläche des Gutes registriert. Der zweite Spektralbereich 'wird so gewählt, daß der Emissionsgrad£* möglichst stark von charakteristischen Abmessungen a des Körpers abhängt.

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Nach einer entsprechenden Eichung· führt die Auswertung der beiden so gewonnenen Signale auf die charakteristische Abmessung a, zum Beispiel die Isolationswandstärke eines Kabels, sowie auf die Temperatur. Die Registrierung der Strahlung in verschiedenen Spektralbereichen kann mit zwei Strahlungsempfängern unterschiedlicher Spektralcharakteristik oder mit einem Empfänger erfolgen, wobei eine geeignete Anordnung von Spektralfiltern wechselweise den Spektralbereich der aufgenommenen Strahlung festlegt.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen: Pig. 1: Eine prinzipielle Messanordnung

Pig. 2 J Einen prinzipiellen Strahlungsdichteverlauf an poly- -. merisolierten Zabeln.

Der elektrische Leiter 1 mit dem bekannten Durchmesser D-r wird durch Extrusion mit der Isolierung 2 versehen, deren Dicke di und Temperatur bestimmt werden sollen. Der Strahlungsempfänger 3 visiert die Leiterachse an, ein weiterer Strahlungsempfänger 4 ist auf einen anderen Ort der Kabelisolation gerichtet. Aus den in den Strahlungsempfängern 3 und

4 registrierten Signalen erfolgt in der Verarbeitungseinheit

5 die Quotientenbildung..Das schwächer von der Isolationswandstärke abhängige Signal des Empfängers 4 dient zur Erfassung der Temperaturänderung.

In Pig. 2 sind entlang der Geraden A mehrere Strahlungsempfänger E..o.E angeordnet; sie registrieren den dargestellten Strahlungsdichteverlauf. Ein solcher Verlauf wurde experimentell an einem p'olyäthylenisolierten Kabel oberhalb der Schmelztemperatur der Isolation im infraroten Spektralbereich aufgenommen. Aus Abweichungen der aufgenommenen Strahlungsdichteverteilung von der symmetrischen Porm lassen sich meßtechnisch Schlüsse auf die LeiterVerlagerung ziehen. Verlagert sich die Gesamtanordnung relativ zum Meßaufnehmer, so wird dadurch die Messung der Leiterverlagerung nicht beeinflußt, da die Lage der Symmetrieachse für das Meßprinzip nicht entscheidend ist

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Claims

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Erfindungsanspruch: ·

1. Berührungslose Temperatur- und Dickenmessung strangförmiger Güter, insbesondere von in Längsrichtung bewegten Gü-

' tern, gekennzeichnet dadurch, daß mindestens zwei Strah- lungsempfanger Meßsignale aus der vom Volumen abhängigen Temperaturstrahlung des strangförmigen Gutes in einem Spektralbereich, in dem das Gut teilweise strahlungsdurchlässig ist, aufnehmen, wobei der Quotient der Meßsignale zur Bestimmung der Dicke und das schwächer dickenabhängige Signal zur Temperaturmessung herangezogen werden·
2. Messung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Strahlung in unterschiedlichen Spektralbereichen aufgenommen wird, wobei das eine Signal die Temperaturstrahlung der Oberfläche darstellt und das andere Signal aus der vom Volumen abhängigen Strahlung resultiert.
3. Messung nach Punkt 1, wobei als strangförmige Güter Kabel verwendet werden, gekennzeichnet dadurch, daß zur Messung von Leiterverlagerungen mehr als zwei Meßpunkte zur Registrierung des Strahlungsfeldes verwendet werden, wobei die Meßpunkte symmetrisch zu einer die Leiterachse einschließenden Ebene angeordnet sind und die Unsymmetrien des Strahlungsfeldes als Meßgrößen dienen.

- Hierzu 2 Blatt Zeichnungen -