DE102011011450A1

DE102011011450A1 - Vorrichtung zur berührungslosen Messung der Temperatur

Info

Publication number: DE102011011450A1
Application number: DE102011011450A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-02-17
Filing date: 2011-02-17
Publication date: 2012-08-23

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur berührungslosen Messung der Temperatur an mindestens zwei örtlich verschiedenen Messpunkten. Mittels mindestens einem für die Transmission von Wärmestrahlung geeigneten Wellenleiter 3 pro Messpunkt, wird die, von der jeweiligen Oberfläche des Messpunktes emittierten Wärmestrahlung 4, zu einem für die Auswertung von Wärmestrahlungen geeigneten Sensor 2 transmittiert, der für die elektronische Messung und Verarbeitung von Wärmestrahlung geeignet ist und von diesem sodann in elektronische Signale umgewandelt. Dabei werden mindestens 2 Wellenleiter 3 von mindestens zwei verschiedenen Messpunkten zu einem Ort zusammen geführt und die Enden der Wellenleiter 3 werden in separaten Öffnungen eines gemeinsamen Sensorgehäuses 1 der Sensoroberfläche eines Sensors 2 gegenüber angeordnet. Die Sensoroberfläche des Sensors 2, auf dem die Wärmestrahlungen 4 der unterschiedlichen Wellenleitern 3 auftreffen, ist in virtuelle Bereiche unterteilt, so dass je ein Wellenleiter 3 einen Bereich der Sensoroberfläche mit der Wärmestrahlung 4 des jeweiligen Messpunktes bestrahlt und der Sensor 2 somit die aufreffenden Wärmestrahlung 4 dem entsprechenden Messpunkt zuordnen kann Mit dieser Vorrichtung kann wirtschaftlich sinnvoll, an mehreren Messpunkte eines oder mehrer Messobjekte, die unter Umständen mit anderen Messverfahren zudem noch schwer bzw. unzureichend zugänglich wären, nach einer entsprechenden Kalibrierung in einer präziseren und schnelleren Art und Weise, die Temperatur gemessen werden. Aufgrund der geringen Bauabmaße kann somit nahezu in Echtzeit die Temperaturerhöhung am Ort der Entstehung der Temperaturerhöhung gemessen werden und es kann technisch sinnvoll eine Regelung aufgebaut werden, die es erlaubt, das technische System bis an die Grenzen auszulasten und dabei trotzdem auf Änderungen des Systems notfalls rechtzeitig reagieren zu können.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur berührungslosen Messung der Temperatur an mindestens 2 verschiedenen Messpunkten, bestehend aus einem Sensor 2, einem Gehäuse 1 und mindestens zwei Wellenleitern 3.
Bekannt sind Messvorrichtungen bei denen die Temperatur mit Hilfe des elektrischen Widerstandes eines Temperaturfühlers an Messpunkten, die mechanisch angetastet werden müssen, gemessen wird oder über Wärmekameras (Thermografie), die im infraroten Wellenbereich die Wärmestrahlung von Oberflächen mehrerer Objekte in einem Sichtbereich, die mittels einer Optik auf einen Sensor transmittiert werden, messen und dieser Wärmestrahlung eine Temperatur zuweisen können.
Nachteilig daran ist, dass bei der Messung mittels des elektrischen Widerstandes in einem Temperaturfühler, die Messgeschwindigkeit aufgrund der Wärmeleitung vom Ort der Ursache des Temperaturanstieges bis zum Temperaturfühler vergleichsweise niedrig ist und diese Messpunkte mechanisch angetastet werden müssen, welches ebenfalls eine gewisse Zeit in Anspruch nimmt und aufgrund der Kontaktwiderstände vom Messpunkt auf den Temperaturfühler, die Wärmeleitung zudem erschwert wird. Diese Trägheit der Messung lässt keine sinnvolle Regelung zu, bei der es darauf ankommt, auf Temperaturänderung kurzfristig zu reagieren.
Bei der Temperaturmessung mittels einer Wärmekamera werden die Temperaturen meist von mehreren dicht beieinander befindlicher Messobjekte aus einer örtlichen Distanz gemessen und aufgrund der Größe der Kameras kann die Temperaturmessung nur an Orten erfolgen kann, an denen die Wärmeentwicklung meist nicht verursacht wird, sondern wohin die Wärme nur über Wärmeleitung weitergeleitet wurde, welches wiederum eine gewisse Zeit erfordert und das Messverfahren somit ebenfalls träge macht. Diese Wärmekameras erlauben eine Messung nur eines Bildbereiches, sind aufgrund der Optik sehr teuer und lassen somit eine wirtschaftliche Nutzung im größeren Rahmen nicht zu.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lösung zu schaffen, bei der die Temperatur mehrerer, auch örtlich unabhängig voneinander sich befindlicher Messpunkte von nur einem Sensor 2 ermittelt werden kann, welches somit die Wirtschaftlichkeit wesentlich erhöht. Dabei ist es ebenfalls Aufgabe der Erfindung mittels minimaler Bauräume die örtliche Distanz zwischen dem Ort der Entstehung der Temperaturerhöhung und dem Messpunkt zu minimieren, damit die für eine Regelung so negative, zeitintensive Wärmeleitung nahezu ausgeschaltet wird. Somit wird ein Messverfahren geschaffen, das reaktionsfähiger ist und es ist somit möglich, eine technisch sinnvolle Regelung aufzubauen. Denn erst wenn eine Temperaturerhöhung tatsächlich zeitgleich dann gemessen und notfalls darauf reagiert werden kann, wenn diese auch entsteht, können Systeme verlässlich bis an Ihren technischen Grenzen ausgenutzt werden, ohne dass man die Funktionalität und Sicherheit dieser Systeme aufgrund langer Regelzeiten gefährdet.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe wie mit den Ansprüchen angegeben gelöst. Die Vorrichtung ist so aufgebaute, das pro Messpunkt mindestens einer für die Transmission von Wärmestrahlung geeigneter Wellenleiter 3 so am Messobjekt befindlich angeordnet ist, dass dieser mit der Stirnfläche eines Wellenleiterendes auf die Oberfläche des Messpunktes gerichtet ist und von diesem Messpunkt zu einem Sensorgehäuse 1 geführt wird, in dem mindestens zwei der Wellenleiter 3.1 und/oder 3.2 und/oder 3.3 und/oder 3.4 und/oder 3.5 von mindestens zwei unterschiedlichen Messpunkten zusammengeführt werden. Dort ist je einer der Wellenleiter 3.1 und/oder 3.2 und/oder 3.3 und/oder 3.4 und/oder 3.5 in je einer Öffnungen so angeordnet, dass sie ebenfalls mit ihren Stirnflächen des anderen Wellenleiterendes einer Sensoroberfläche gegenüber gerichtet so befindlich sind, dass die, von den jeweiligen Messpunkten dorthin transmittierte Wärmestrahlung auf örtlich unterschiedliche Bereiche der Sensoroberfläche eines Sensors 2 treffen, der ein solcher ist, der für die Auswertung von Wärmestrahlung geeignet ist. Der Sensor 2 kann mittels virtueller Unterteilung seiner Sensoroberfläche die auf der Sensoroberfläche örtlich verschieden auftreffenden Wärmestrahlung 4.1 und/oder 4.2 und/oder 4.3 und/oder 4.4 und/oder 4.5 den jeweiligen Messpunkten zuordnen und sodann elektronisch auswerten und zur weiteren Steuerung und Regelung weiter verarbeiten.
Dabei sind die in dem Sensorgehäuse 1 zusammen gefassten Wellenleiterenden der Wellenleiter 3.1 und/oder 3.2 und/oder 3.3 und/oder 3.4 und/oder 3.5 zueinander thermisch isoliert und thermisch isoliert zum Sensor 2 so angeordnet, das eine Reflexion von Wärmestrahlung eines Wellenleiters auf den Bereich der Sensoroberfläche eines anderen Wellenleiters vermieden wird.
Da die Wärmestrahlung, unabhängig von der Temperatur eines Messobjektes, auch von seiner spezifischen Oberfläche abhängt, ist es erforderlich die Messvorrichtung vor Inbetriebnahme zu kalibrieren. Dazu muss mittels eines geeigneten Messverfahrens die tatsächliche Temperatur der Messpunkte gemessen werden und mit der dazu von der Messvorrichtung ermittelten Wärmestrahlung 4 in Zusammenhang gebracht werden. Wenn nun mehrere Temperaturen denen, von den Oberflächen der Messpunkte emittierten Wärmestrahlung zugeordnet werden, kann nun durch Interpolation jeder gemessenen Wärmestrahlung 4 eine Temperatur des Messpunktes ermittelt werden.
(1) und (2)
Anhand eines Beispieles wird die Erfindung nachstehend erläutert.
In den zugehörigen Zeichnungen mit
1 ist die dreidimensionale Ansicht der Messvorrichtung
2 ist eine Schnittdarstellung der Messvorrichtung
3 ist die Schnittdarstellung einer Temperaturmessvorrichtung einer Wälzlagerung
schematisch dargestellt.
Beispiel
Es sollen die unterschiedlichen Temperaturen der einzelnen Kugellager einer Spindellagerung einer Drehmaschine gemessen werden, um somit die technischen Grenzen der Lagerung auszunutzen ohne dabei die Funktionsfähigkeit der Lagerung zu gefährden, bzw. die sich anbahnende Havarie frühzeitig zu erkennen. Zu diesem Zweck werden minimale Bohrungen im Gehäuse der Spindelkastengehäuses an Orten vorgesehen, so dass durch jede Bohrung die Oberfläche eines jeden Kugellagers sichtbar wird. Durch jede Bohrungen wird ein Wellenleiter 3.1 und 3.2 und 3.3 bis nahe der Oberfläche des jeweiligen Kugellagers geführt und fixiert. Die anderen Enden der Welleleiter werden in das Sensorgehäuse 1 zusammen geführt und so darin befestigt, dass die Enden der Wellenleiter 3.1 und 3.2 und 3.3 auf die Sensoroberfläche des Sensors gerichtet sind. Dabei trifft die Wärmestrahlung 4.1 und 4.2 und 4.3, die von den jeweiligen Messpunkten zum Sensor 2 durch die Wellenleiter 3.1 und 3.2 und 3.3 transmittiert werden, an unterschiedlichen Orten der Sensoroberfläche auf. Mittels virtueller Unterteilung der Sensoroberfläche kann der Sensor 2 die einzelne Wärmestrahlung den einzelnen Messpunkten bzw. Kugellagern zuordnen. Aufgrund der Temperaturmessung sämtlicher Kugellager direkt von der Oberfläche des Kugellagers werden Temperaturerhöhungen frühzeitig erkannt und es kann eine wirtschaftlich und technisch sinnvolle Regelung realisiert werden. (3)
Bezugszeichenliste

1: Sensorgehäuse
2: Sensor
3: Wellenleiter eines Messpunktes
3.1: Wellenleiter des Messpunktes 1
3.2: Wellenleiter des Messpunktes 2
3.3: Wellenleiter des Messpunktes 3
3.4: Wellenleiter des Messpunktes 4
3.5: Wellenleiter des Messpunktes 5
4: Wärmestrahlung eines Messpunktes
4.1: Wärmestrahlung des Messpunktes 1
4.2: Wärmestrahlung des Messpunktes 2
4.3: Wärmestrahlung des Messpunktes 3
4.4: Wärmestrahlung des Messpunktes 4
4.5: Wärmestrahlung des Messpunktes 5

Claims

Vorrichtung zur berührungslosen Messung der Temperatur bestehend aus mindestens zwei für die Transmission von Wärmestrahlung geeigneten Wellenleitern (3.1) und/oder (3.2) und/oder (3.3) und/oder (3.4) und/oder (3.5) die von verschiedenen, örtlich unabhängigen Messpunkten, die von diesen Messpunkten emittierten Wärmestrahlung an einen zur Messung und Auswertung von Wärmestrahlung geeigneten Sensor (2) transmittieren und an den Messpunkten so angeordnet sind, dass sie mit der Stirnfläche eines Wellenleiterendes auf die Oberfläche des Messpunktes gerichtet sind und die Stirnfläche des anderen Wellenleiterendes, zusammen mit anderen Wellenleitern (3.1) und/oder (3.2) und/oder (3.3) und/oder (3.4) und/oder (3.5), in je einer Öffnung eines gemeinsamen Sensorgehäuses (1) zusammengefasst angeordnet werden und die in ihnen transmittierte Wärmestrahlung auf örtlich unterschiedliche Bereiche der Sensoroberfläche treffen lassen und das der Sensor (2) die Sensoroberfläche in virtuelle Bereich unterteilt und somit die auf der Sensoroberfläche örtlich unterschiedlich auftreffenden Wärmestrahlungen (4.1) und/oder (4.2) und/oder (4.3) und/oder (4.4) und/oder (4.5) den jeweiligen Messpunkten zuordnen kann.
Vorrichtung zur berührungslosen Messung der Temperatur nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die im Sensorgehäuse (1) zusammen gefassten einzelnen Wellenleiterenden der Wellenleiter (3.1) und/oder (3.2) und/oder (3.3) und/oder (3.4) und/oder (3.5) thermisch isoliert zueinander und thermisch isoliert zur Sensoroberfläche des Sensors (2) angeordnet sind.
Vorrichtung zur berührungslosen Messung der Temperatur nach Anspruch 1–2 dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung so kalibriert wird, dass vor Inbetriebnahme der Vorrichtung, jedem einzelnen Messpunkt, der aufgrund seiner spezifischen Oberfläche die Temperatur als Wärmestrahlung unterschiedlich emittiert, mindestens zwei, mit einem anderen Messverfahren gemessenen tatsächlichen Temperaturen, denen an dem Messpunkt jeweilig gemessenen Wärmestrahlung (4) zugeordnet werden und somit mittels Interpolation jeder durch die Vorrichtung gemessenen Wärmestrahlungen (4), eine Temperatur zugeordnet werden kann.