DD219068A3 - DEVICE FOR TOUCHLESS TEMPERATURE MEASUREMENT - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur beruehrungslosen Temperaturmessung auf der Basis der Strahlungspyrometrie, wobei die Erfindung insbesondere als tragbares Pyrometer fuer ortsunabhaengige Kontrollmessungen unter wechselnden Umgebungsbedingungen in der Industrie, in der Landwirtschaft und in der Veterinaermedizin angewendet werden kann. Das Ziel der Erfindung besteht darin, die erwaehnten Nachteile der bekannten technischen Loesungen zu beseitigen, die hauptsaechlich darin bestehen, dass vor jeder Messung beispielsweise eine Neujustierung vorgenommen werden muss oder thermische Ausgleichsvorgaenge abgewartet werden muessen. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Einrichtung zur beruehrungslosen Temperaturmessung zu schaffen, die sofort einsatzbereit ist und den Zusatzfehler durch den Einfluss der Umgebungstemperatur auf das geringstmoegliche Mass herabsetzt. Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass innerhalb eines Pyrometergehaeuses der Einrichtung ein gekapselter, geschwaerzter Hohlraum, dessen Begrenzung vorzugsweise metallisch und so angeordnet ist, dass zwischen Pyrometergehaeuse und Hohlraum ein Luftpolster vorhanden ist und weiterhin die Verbindungstelle zwischen Pyrometergehaeuse und Hohlraum durch geeignete Massnahmen so gestaltet ist, dass der Einfluss der wechselnden Umgebungstemperatur auf das Messergebnis wesentlich abgeschwaecht ist. Die Erfindung kann in der Industrie, in der Landwirtschaft und in der Veterinaermedizin angewendet werden. Fig. 1The invention relates to a device for non-contact temperature measurement based on the radiation pyrometry, the invention can be used in particular as a portable pyrometer for location-independent control measurements under changing environmental conditions in industry, agriculture and veterinary medicine. The aim of the invention is to eliminate the mentioned disadvantages of the known technical solutions, which consist mainly in that before each measurement, for example, a readjustment must be made or thermal Ausgleichsvorgaenge must be awaited. The object of the present invention is therefore to provide a device for contactless temperature measurement, which is ready for use immediately and reduces the additional error due to the influence of the ambient temperature to the lowest possible level. The essence of the invention is that within a Pyrometergehaeuses the device an encapsulated, vibrated cavity whose boundary is preferably metallic and arranged so that between Pyrometergehaeuse and cavity an air cushion is present and further designed the junction between Pyrometergehaeuse and cavity by appropriate measures is that the influence of the changing ambient temperature on the measurement result has weakened significantly. The invention can be used in industry, agriculture and veterinary medicine. Fig. 1
Description
Einrichtung zur berührungslosen Temperaturmessung'Device for non-contact temperature measurement
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur berührungslosen Temperaturmessung auf der Basis der Strahlungspyrometrie, . wobei die Erfindung insbesondere für tragbare Pyrometer für ortsunabhängige Kontrollmessungen unter wechselnden Umgebungsbedingurigen in der Industrie, in der Landwirtschaft und in der Veterinärmedizin angewendet werden kann. . *The invention relates to a device for contactless temperature measurement on the basis of radiation pyrometry,. the invention being particularly applicable to portable pyrometers for location-independent control measurements under varying environmental conditions in industry, agriculture and veterinary medicine. , *
Es sind Pyrometer sowohl tragbare als auch stationäre.bekannt, bei denen eine brauchbare Temperaturmessung erst nach dem Ausgleich der Gehäusetemperatur mit der Umgebungstemperatur, d.h. bei stabilen Temperaturverhältnissen in der Meßeinrichtung möglich ist. (Lit.: Firmensehriften der Firmen Ahlborn, AGA, Wahl und Mawitherm)Both portable and stationary pyrometers are known in which a useful temperature measurement is made only after the enclosure temperature has been equalized with the ambient temperature, i. at stable temperature conditions in the measuring device is possible. (Lit .: Company certificates of the companies Ahlborn, AGA, Wahl and Mawitherm)
Ferner sind tragbare und stationäre Wechselstrahlungspyrometer bekannt, die Bolometer, fotoelektrische Heflektoren und Thermosäulen als Strahlungsempfänger verwenden. Bei ihnen ist eine Kompensation der Umgebungstemperaturabhängigkeit der Empfindlichkeit des Strahlungsempfängers erforderlich, wodurch ebenfalls relativ lange Ausgleichvorgänge in Kauf genommen werden müssen. (Lit.: Firmenschriften der Firmen Heimann, Wiliamson Oorp.) ·Furthermore, portable and stationary alternating radiation pyrometers are known which use bolometers, photoelectric yeast reflectors and thermopiles as radiation receivers. With them, a compensation of the ambient temperature dependence of the sensitivity of the radiation receiver is required, which also relatively long compensation operations must be taken into account. (Lit .: Firmenschriften of the companies Heimann, Wiliamson Oorp.) ·
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Ferner sind Lösungen bekannt, die einen thermostatisierten Vergleichsstrahler oder / vjnä. einen thermo statisierten Strahlungsempfänger benutzen. Hierbei tritt ebenfalls eine relativ lange Einlauf zeit des Thermostaten nach dem Einschalten des Gerätes.bis zum stabilen Erreichen der Solltemperatur des Thermostaten auf. (lit.: Firmenschriften der Firmen Heimann GmbH., Barnes Eng./Corp. und NPO Thermopribofr Lwow) , , 'Furthermore, solutions are known which use a thermostated comparison radiator or / . use a thermostatically controlled radiation receiver. This also occurs a relatively long run-in time of the thermostat after switching on the Gerät.bis stable reaching the set temperature of the thermostat. (lit .: Company documents of the companies Heimann GmbH., Barnes Eng./Corp. and NPO Thermopribofr Lwow),, '
Die bisher bekannten Pyrometer mit pyroelektrischem -Strahlungs empfänger benötigen ebenfalls eine Kompensation der Empfindlichkeitsänderung des Strahlungsempfängers in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur und besitzen eine noch unvertretbar lange Einlaufzeit. (Lit.: Firmenschrift der Firma Land Pyrometers Ltd.) \/The previously known pyrometer with pyroelectric radiation receiver also require compensation for the sensitivity change of the radiation receiver as a function of the ambient temperature and have an unacceptably long run-in time. (Lit .: Company brochure of the company Land Pyrometers Ltd.) /
der Erfindung . the invention .
Das Ziel der Erfindung besteht darin, die erwähnten Nachteile der bekannten technischen· Lösungen zu beseitigen. Der nützliche Effekt bei der Anwendung der vorliegenden Erfindung ist in der Hauptsache darin zu sehen, daß der Einfluß wechselnder Umgebungstemperaturen, auf die Temperaturmessung gering bleibt. Dies ist insbesondere wichtig bei tragbaren ^Pyrometern, die ortsveränderlich eingesetzt werden. Die Erfindung ermöglicht die geforderte sofortige Einsatzbereitschaft des Gerätes nach dem Einschalten, ohne erst thermische Ausgleichsvorgänge abwarten zu müssten. Ferner ist der verbleibende Zusatzfehler während der Messung wesentlich geringer als bei den vergleichbaren, bekannten Lösungen.The object of the invention is to eliminate the mentioned disadvantages of the known technical solutions. The useful effect in the practice of the present invention is mainly to be seen in the fact that the influence of changing ambient temperatures on the temperature measurement remains low. This is especially important with portable pyrometers that are used in a mobile location. The invention enables the required immediate operational readiness of the device after switching on, without having to wait until thermal compensation processes. Furthermore, the remaining additional error during the measurement is much lower than in the comparable, known solutions.
Darlegung des Wesens der Erfindung . Explanation of the essence of the invention .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur berührungslosen lemperaturmessung an Meßobjekten mit Temperaturen, insbesondere in der Mhe der Umgebungstemperatur, bei wsoase-Xnden Umgebungstemperaturen zu schaffen, bei der.die sofortige Einsatzbereitschaft des Gerätes und ein fast vernachlässigbar kleiner Zusatzfehler Einfluß der Umgebungstemperatur erreicht wird.The invention has for its object to provide a device for non-contact temperature measurement of objects to be measured with temperatures, especially in the vicinity of the ambient temperature at wsoase-Xnden ambient temperatures, der.die immediate readiness of the device and an almost negligible additional error influence of the ambient temperature becomes.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß innerhalb des Pyrometergehäuses der Einrichtung ein. gekapselter, geschwärzter Hohlraum, dessen Begrenzung vorzugsweise metallisch ist und beispielsweise durch ein Rohr gebildet und so angeordnet ist, daß zwischen Pyrometergehause und Hohlraum ein Luftpolster vorhanden ist und die Verbindungsstelle zwischen Pyrometergehäuse und Hohlraum einen geringeren Querschnitt, beispielsweise eine Rille, in τιητηΐttelbarer Nähe der Verbindungsstelle aufweist oder sich anstelle des geringeren Querschnittes ein wärmedämmendes Material zwischen Pyrometergehäuse und Hohlraum befindet und ein im Hohlraum angeordneter Schlitz zur Aufnahme eines verspiegelten Choppers vorgesehen ist und der Abschluß zur Objektseite des Hohlraumes durch die Optikfassung, welche eine Infrarotoptik aufweist, erfolgt, wobei der Objektseite gegenüber ein Detektor, vorzugsweise ein pyroelektrischer Lithiumniobat-Detektor, den mit Blenden ausgestatteten Hohlraum begrenzt und in Sehrichtung des Detektors sowie in gutem Wärmekontakt zum Hohlraum ein Temperaturfühler vorgesehen ist.According to the invention the object is achieved in that within the Pyrometergehäuses the device. encapsulated, blackened cavity whose boundary is preferably metallic and formed for example by a tube and arranged so that between the Pyrometergehause and cavity an air cushion is present and the junction between Pyrometergehäuse and cavity a smaller cross section, such as a groove in τιητηΐttelbarer near the junction or instead of the smaller cross section is a heat-insulating material between the pyrometer housing and cavity and a cavity arranged in the slot for receiving a mirrored chopper is provided and the conclusion to the object side of the cavity through the optical socket, which has an infrared optics, wherein the object side opposite a detector, preferably a pyroelectric lithium niobate detector, limits the cavity equipped with diaphragms and in the direction of the detector and in good thermal contact with the cavity a temperature sensation r is provided.
Anhand eines Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher erläutert werden.-Reference to an embodiment of the invention will be explained in more detail.-
Dabei zeigt Fig. 1 die erfinduogsgemäße EinrichtungIn this case, Fig. 1 shows the erfinduogsgemäße device
Fig. 2 eine weitere Möglichkeit zur ErreichungFig. 2 shows another way to achieve
des hohen färmeübergangswiderStandes.high level of thermal transmission resistance.
Die erfindungsgemäße Einrichtung ist gemäß Fig. 1 aufgebaut. Innerhalb, des Pyrometergehäuses 1 ist ein vorzugsweise durch ein Rohr gebildeter, gekapselter und geschwärzter Hohlraum vorgesehen. Die Objektseite des Hohlraumes 2 ist durch eine Infrarotoptik, beispielsweise Linse 3, abgeschlossen. Gegenüber· der Linse 3 befindet sich ein Detektor 4. Unmittelbar hinter der Verbindung sstelle zwischen Pyrometergehäuse und Rohr 2 ist eine Rille 5 zur Verringerung des Materialquerschnittes im Rohr 2 vorgesehen. Das Rohr 2 weist einen schräg angeordneten Schlitz 6 zur Aufnahme eines verspiegelten Choppers 7 auf. In Sehrichtung des Detektors 4 und in gutem Wärmekontakt zum Rohr ist ein TemperaturfühlerThe inventive device is constructed as shown in FIG. Within, the pyrometer housing 1, a preferably formed by a tube, encapsulated and blackened cavity is provided. The object side of the cavity 2 is closed by an infrared optic, for example, lens 3. Opposite the lens 3 is a detector 4. Immediately behind the connection between the pyrometer housing and the tube 2, a groove 5 for reducing the material cross-section in the tube 2 is provided. The tube 2 has an obliquely arranged slot 6 for receiving a mirrored chopper 7. In direction of the detector 4 and in good thermal contact with the tube is a temperature sensor
angeordnet. Im Hohlraum 2 befinden sich Blenden 9» ä±e verhindern, daß die Strahlung 'der mit dem Pyrometergehäuse 1 und dem &ohr 2 fest verbundenen Optikfassung 10 außerhalb des Rohres 2 auf den Detektor.4 fällt. Fig. 2 zeigt eine Ausführung der erfindungsgemäßen Einrichtung unter Verwendung von wärmedämmendem Material 11, wodurch ebenfalls ein hoher Wärmeübergangswiderstand er-, reicht wird.arranged. In the cavity 2 there are apertures 9 »ä ± e prevent that the radiation 'falls to the Pyrometergehäuse 1 and the ear 2 & fixedly connected optical mount 10 outside of the tube 2 on the Detektor.4. Fig. 2 shows an embodiment of the device according to the invention using heat-insulating material 11, whereby also a high heat transfer resistance er- is reached.
Durch die Anordnung des Hohlraumes 2 mit seinem geringen Wärmeübergangswiderstand zum Pyrometergehäuse 1 wird der Einfluß der wechselnden Umgebungstemperatur auf das Meßergebnis abgeschwächt. In dem Schlitz 6 des Hohlraumes 2 bewegt sich der Chopper 7 und spiegelt im Zustand der Abdeckung der Objekt strahlung die von dem (Temperaturfühler erfaßte Hohlraumstrahlung auf den Detektor 4. Die Hohlraumstrahlung dient als Vergleichsstrahlung. Änderungen werden mittels des Temperaturfühlers 8 erfaßt und kompensiert, beispielsweise durch eine elektronische Schaltung. Vorteilhafterweise wird ein pyroelektrisch^ Lithiumniobat-Detektor verwendet, dessen Abhängigkeit der Strahlungsempfindlic&keit von der Umgebungstemperatur so gering ist, daß sie nicht berücksichtigt zu werden braucht. /The arrangement of the cavity 2 with its low heat transfer resistance to the pyrometer housing 1, the influence of the changing ambient temperature is attenuated to the measurement result. In the slot 6 of the cavity 2, the chopper 7 moves and reflects in the state of the coverage of the object radiation from the (cavity temperature detected cavity radiation on the detector 4. The cavity radiation serves as a comparison radiation changes are detected by means of the temperature sensor 8 and compensated, for example Advantageously, a pyroelectric lithium niobate detector is used whose dependence of the radiation sensitivity on the ambient temperature is so low that it need not be considered.
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