DE1002962B - Verfahren und Vorrichtung zur Temperaturmessung eines strahlenden Koerpers - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Temperaturmessung eines strahlenden Koerpers

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DE1002962B
DE1002962B DEV8614A DEV0008614A DE1002962B DE 1002962 B DE1002962 B DE 1002962B DE V8614 A DEV8614 A DE V8614A DE V0008614 A DEV0008614 A DE V0008614A DE 1002962 B DE1002962 B DE 1002962B
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DE
Germany
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photocell
measuring
temperature
current
modulation device
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Application number
DEV8614A
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English (en)
Inventor
Winfried Lueck
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KOEPENICK FUNKWERK VEB
Original Assignee
KOEPENICK FUNKWERK VEB
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Publication date
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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
    • G01J5/02Constructional details
    • G01J5/08Optical arrangements
    • G01J5/0803Arrangements for time-dependent attenuation of radiation signals
    • G01J5/0805Means for chopping radiation

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

Description

  • Verfahren und Vorrichtung zur Temperaturmessung eines strahlenden Körpers Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Temperaturmessung strahlender Körper nach der Vergleichsmethode an einer Fotozelle.
  • Derartige Verfahren und Geräte werden angewendet, wenn es sich darum handelt, schnell wechselnde Temperaturen zu messen und eine Regelung zu betreiben.
  • Bekannte Anordnungen arbeiten derart, daß ein Teil der temperaturstrahlenden Fläche mittels einer Optik auf dem Fenster der Fotozelle abgebildet wird, desgleichen fällt das Licht einer Vergleichslampe auf die Fotozelle. Eine Modulationseinrichtung in Form einer rotierenden Blende oder einer rotierenden Spiegelanordnung blendet abwechselnd den Lichtstrahl vom Temperaturstrahler und den der Vergleichslampe ab. Der Fotozellenstrom bildet dann einen mit der Frequenz der Blendenwechseln pulsierenden Gleichstrom mit je nach Blendenform und -bewegung geformtem Verlauf. Es kommen in der Praxis Sägezahn- und Rechteckspannungen vor. Wenn die Strahlung der Vergleichslampe den gleichen Fotozellenstrom hervorruft wie die Strahlung der temperaturmäßig zu messenden Fläche, erreicht der Wechselanteil des Fotozellenstromes sein Minimum, das bei geeigneter Blendenform auch Null werden kann. Bei konstantem Abstand des Glüh- oder Schmelzgutes ist also der Heizstrom der Vergleichslampe ein Maß für die Temperatur des Strahlers. Der Vergleichslampenstrom ist regelbar.
  • In einer Wechselstrombrückenschaltung wird der verstärkte Wechselanteil des Fotozellenstromes mit einer Normalwechselspannung verglichen. Die Brücke ist derart bemessen, daß im Falle der Strahlungsgleichheit der Brückenstrom Null wird und bei Abweichung der Strahlentemperatur von dem durch den Vergleichslampenstrom eingestellten Wert durch seine Polarität und Größe die Richtung und Höhe der Abweichungen angibt.
  • Der Vergleichswechselstrom muß nach Form und Frequenz dem Wechselanteil des Fotozellenstromes entsprechen. Darum werden in den bekannten Anordnungen Synchronmotoren zum Antrieb der rotierenden Blende benutzt. Bei Verwendung von Asynchronmotoren muß mit der Welle des Antriebsmotors ein Generator gekuppelt sein, der eine entsprechende Vergleichswechselspannung erzeugt.
  • Die Verstärkung des z. B. rechteckig geformten Fotozellenstromes erfordert komplizierte Verstärker, die sehr kostspielig sind und zum anderen eine zusätzliche Fehlerquelle darstellen.
  • Mit der Erfindung werden die angeführten Mängel weitgehendst vermieden. Außerdem wird eine erhebliche Vereinfachung derartiger Anordnungen erreicht.
  • Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung handelt es sich um eine Weiterbildung und besondere Anwendung einer bereits bekannten Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zum Konstanthalten der Temperatur von Turbinenschaufeln, bei dem die Anteile zweier durch Filter ausgesiebter Strahlungen unterschiedlicher Wellenlänge gemessen werden. Zur Vermeidung von Meßfehlern infolge einer unterschiedlichen Alterung der Fotozellen soll hierbei nur eine Fotozelle Verwendung finden, was durch die Anwendung einer Modulationsvorrichtung erreicht wird, die aus einer einseitig eingespannten, am Ende mit einem Blendenblech versehenen Blattfeder besteht, die in Schwingungen versetzt wird und dabei die beiden unterschiedlichen Strahlungen abwechselnd auf die Fotozelle fallen läßt. Da sich aber bei den verwendeten Bleisulfidfotozellen die Empfindlichkeit infolge von Alterungserscheinungen in den verschiedenen SpektratbF reichen unterschiedlich ändert, läßt sich auch durch die Modulationsvorrichtung und die- Verwendung nur einer Fotozelle eine wesentliche Verbesserung der Anzeigegenauigkeit nicht erreichen. Außerdem ist es bei der Vorrichtung erforderlich, verschiedene, den Meßbereich und die Meßgenauigkeit bestimmende Teile fest einzujustieren, so daß die Vorrichtung nur zur Erfassung einer einzigen Temperatur Verwendung finden kann. Für den vorgesehenen Verwendungszweck, der Konstanthaltung der Temperatur von Turbinenschaufeln, ist dies auch völlig ausreichend, eine unmittelbare Übertragung des Verfahrens auf allgemeine Temperaturmessungen wird hierdurch jedoch unmöglich gemacht.
  • Erfindungsgemäß werden die angeführten Mängel bei der Temperaturmessung strahlender Körper nach der Vergleichsstrahlenmethode dadurch beseitigt, daß die Modulationseinrichtung so ausgebildet ist, daß von der Fotozelle ein sinusförmiger Wechselstromanteil, vorzugsweise von der Netzfrequenz, an die Meß- oder Regelvorrichtung abgegeben wird.
  • Die Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens ist nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Modulationseinrichtung aus - einer an sich bekannten, am Ende mit einem Blendenblech und gegebenenfalls mit einem Eisenjoch versehenen, einseitig fest eingespannten Blattfeder besteht, die durch zwei wechselstrombetriebene, in Reihe mit je einem Gleichrichter liegende Elektromagnete angetrieben ist und die derartig angeordnet ist, daß das Blendenblech abwechselnd den Strahlengang Meßobj ektFotozelle oder Vergleichslampe-Fotozelle freigibt oder sperrt, und daß die Fotozelle mit einem parallel zur Bewegungsrichtung der Blattfeder verlaufenden Schlitzfenster versehen ist.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die gleiche Wirkung erzielt wie bei dem Arbeiten mit den eingangs beschriebenen, bekannten Einrichtungen, jedoch sind an Stelle der verhältnismäßig kostspieligen Synchionmotore nur ein oder zwei einfache Elektromagnete erforderlich, ganz abgesehen von dem einfacheren Aufbau der eigentlichen Modulationseinrichtung gegenüber den rotierenden Spiegel- oder Blendenanordnungen. Vor allem aber ergibt sich infolge der rein sinusförmigen Fotozellenspannung der Vorteil eines wesentlich einfacheren Aufbaus und einer geringeren Störanfälligkeit der nachgeschalteten Verstärker.
  • Bei der erfindungsgemäßen Ausführung führt die Blende eine sinusförmige Schwingung aus. Die Frequenz so entspricht zweckmäßig der Netzfrequenz. Im Ruhezustand der Blende verdeckt diese je eine Hälfte der beiden Lichtwege.
  • Wird die vom Meßobjekt ausgehende Helligkeit mit - Hs und die Zeit mit t bezeichnet, so berechnet sich die vom Meßobjekt hervorgerufene, am Fotozellenschlitz auftretende Helligkeit zu Hs Hs .
  • H1= 2 + Sin(Ot.
  • 2 2 Das gleiche gilt für die von der Helligkeit Hv der Vergleichslampe am Fotozellenschlitz verursachte Helligkeit H2, nur daß diese gegenüber der Helligkeit H1 um 1800 phasenverschoben ist: Hv Hv H2 = 2 + 2 (sein dzt $- rr).
  • Der Fotozellenstrom ist der Helligkeit proportional.
  • Wird die Empfindlichkeit der Fotozelle mit c bezeichnet, so wird der Fotozellenstrom 1 = c 11. Der durch die Helligkeit des Meßgutes hervorgerufene Strom is ist also der durch die Vergleichslampe ausgelöste Strom Der Gesamtfotozellenstrom i wird durch Addition der Ströme i, und i, gebildet Er setzt sich also aus einem Gleichstromanteil 2 (Hs+liv) und einem Wechselstromanteil 2 ' (H, - H,) sin o t zusammen.
  • Bei Strahlungsgleichheit ist H8 = Oliv. Der eliminierte Wechselstromanteil wird in diesem Fall gleich Null. Es ist dadurch möglich, eine genaue Anzeige zu erzielen. Ist Hs <liv, so ist der Wechselanteil gegenüber dem Wechselanteil, der fließt, wenn Hs > Hv ist, um 1800 phasenverschoben. Dadurch wird in einfacher Weise eine Anzeige der Richtung der Abweichung gegeben, d. h., aus der Richtung des Phasensprunges ist zu ersehen, ob die Helligkeit der Vergleichslampe oder des Schmelz- bzw.
  • Glühgutes größer ist.
  • In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung nach der Erfindung schematisch dargestellt.
  • Auf ein Schlitzfenster 1 einer Fotozelle fällt abwechselnd über einen Kanal 3 das Licht des Meßgutes oder über einen Kanal 4 das Licht der Vergleichslampe, je nach Stellung der Blende 5. Diese ist an einer in der Halterung6 einseitig fest eingespannten Blattfeder 7 befestigt, die von zwei Elektromagneten 8 und 9 abwechselnd aus der Ruhelage gezogen wird und so abwechselnd den Kegel 3 oder 4 freigibt bzw. sperrt. Die Magnete 8 und 9 liegen in Reihe mit je einem Gleichrichter 10 und 11 und werden von einer sinusförmigen Wechselspannung, zweckmäßig der Netzwechselspannung, gespeist. Die Bewegungsrichtung der Blattfeder verläuft parallel zur Längsrichtung des noch zur Modulationseinrichtung gehörigen Schlitzfensters 1. Wird das eigentliche Umblendsystem, bestehend aus Blattfeder, Blende und gegebenenfalls Joch, so bemessen, daß dessen Eigenfrequenz in der Nähe der Netzfrequenz liegt, so beschränkt sich die von den Elektromagneten aufzubringende Leistung auf das synchrone Anstoßen der mechanischen Schwingungen.
  • Die Elektromagnete können daher klein gehalten werden.
  • Unter Umständen reicht auch ein einzelner Magnet aus.
  • Vorteilhaft wird die erfindungsgemäße Anordnung in einer Regelschaltung verwendet. Mit dem Regler für den Strom der Vergleichslampe wird der Temperatursollwert eingestellt. Ist der Wechselspannungsanteil gleich Null, so hat das Meßgut die gewünschte Temperatur, und die Regelanordnung ist in Ruhe. Hat das Meßgut eine andere Temperatur, so ist der Wechselanteil größer oder kleiner als Null. Seine Größe hängt von der Größe der Abweichung und seine Richtung davon ab, ob die Temperatur des Meßgutes unter oder über dem Sollwert liegt. Mit dem Wechselspannungsanteil werden dann bekannte Regelvorrichtungen in üblicher Weise beaufschlagt.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜcHE: 1. Verfahren zur Temperaturmessung eines strahlenden Körpers mittels einer Vergleichsstrahlung, einer Modulationseinrichtung, die bewirkt, daß abwechselnd die Meß- und Vergleichsstrahlung auf eine Fotozelle fällt, und mittels einer der Fotozelle nachgeschalteten Meß- oder Regeleinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulationseinrichtung so ausgebildet ist, daß von der Fotozelle ein sinusförmiger Wechselstrom anteil, vorzugsweise von der Netzfrequenz, an die Meß- oder Regelvorrichtung abgegeben wird.
  2. 2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulationseinrichtung aus einer an sich bekannten, am Ende mit einem Blendenblech und gegebenenfalls mit einem Eisenjoch versehenen, einseitig fest eingespannten Blattfeder besteht, die durch zwei wechselstrombetriebene, in Reihe mit je einem Gleichrichter liegende Elektromagnete angetrieben ist und die derartig angeordnet ist, daß das Blendenblech abwechselnd den Strahlengang Meß objekt -Fotozelle oder Vergleichslampe-Fotozelle freigibt oder sperrt, und daß die Fotozelle mit einem parallel zur Bewegungsrichtung der Blattfeder verlaufenden Schlitzfenster versehen ist.
  3. 3. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Eigenfrequenz des Umblendsystems auf die Netzfrequenz abgestimmt ist.
    In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 2 687 611.
DEV8614A 1955-03-12 1955-03-12 Verfahren und Vorrichtung zur Temperaturmessung eines strahlenden Koerpers Pending DE1002962B (de)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1147407B (de) * 1959-10-21 1963-04-18 Siemens Ag Elektromagnetisch gesteuerter Verschluss fuer den Strahlengang ortsfester Geraete zum UEberwachen der Waermestrahlung bewegter Koerper, insbesondere von Achslagern fahrender Eisenbahnfahrzeuge
DE1423940B1 (de) * 1960-01-29 1972-02-03 North American Aviation Inc Pyrometer

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2687611A (en) * 1950-03-23 1954-08-31 Honeywell Regulator Co Turbine blade temperature control apparatus

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