DE102021133765B3

DE102021133765B3 - Method and device for measuring the temperature of an object

Info

Publication number: DE102021133765B3
Application number: DE102021133765.8A
Authority: DE
Inventors: Peter Hintenlang; Matthias Hartnagel; Andreas Buschbeck
Original assignee: Schenck RoTec GmbH
Current assignee: Schenck RoTec GmbH
Priority date: 2021-12-17
Filing date: 2021-12-17
Publication date: 2023-05-17
Anticipated expiration: 2041-12-18

Abstract

Bei einem Verfahren zur Messung einer Temperatur eines Objekts (1) mit einer in Messrichtung auf das Objekt (1) gerichteten berührungslosen Temperaturmessvorrichtung (3), in deren Messrichtung vor oder hinter dem Objekt (1) eine Temperaturreferenz (2) angeordnet ist, wird durch eine Bewegung der Temperaturmessvorrichtung (3), des Objekts (1) oder der Referenz (2) die von der Temperaturmessvorrichtung (3) ausgehende Messspur auf das Objekt (1) oder die Referenz (2) zumindest zeitweise unterbrochen. Eine bekannte Temperatur TRder Referenz (2) wird an eine Auswerteeinrichtung übermittelt oder ist dieser bekannt. Die Temperaturmessvorrichtung (3) misst über eine Gesamtzeit die Temperatur und übermittelt diese an die Auswerteeinrichtung, die hieraus eine gemittelte Temperatur TMerrechnet, wobei die gemittelte Temperatur TManteilig die Temperatur des Objekts (1) und der Referenz (2) umfasst. Ferner wird der zeitliche Anteil tR, zu dem die Referenz (2) für die Temperaturmessvorrichtung (3) sichtbar ist und das Verhältnis hiervon zur Gesamtmesszeit t der Auswerteeinrichtung übermittelt. Die Auswerteeinrichtung kann aus den übermittelten oder bekannten Daten die Temperatur T des Objekts (1) bestimmen.In a method for measuring the temperature of an object (1) with a non-contact temperature measuring device (3) directed towards the object (1) in the measuring direction, in the measuring direction of which a temperature reference (2) is arranged in front of or behind the object (1), a movement of the temperature measuring device (3), the object (1) or the reference (2) interrupts the measuring track emanating from the temperature measuring device (3) onto the object (1) or the reference (2), at least temporarily. A known temperature TR of the reference (2) is transmitted to an evaluation device or is known to it. The temperature measuring device (3) measures the temperature over a total period of time and transmits this to the evaluation device, which calculates an average temperature TM from this, the average temperature TM including the temperature of the object (1) and the reference (2). Furthermore, the time portion tR at which the reference (2) is visible for the temperature measuring device (3) and the ratio of this to the total measuring time t of the evaluation device is transmitted. The evaluation device can determine the temperature T of the object (1) from the transmitted or known data.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung einer Temperatur eines Objekts, mit einer Temperaturmessvorrichtung, deren Sicht auf das Objekt zeitweise unterbrochen ist.The invention relates to a method and a device for measuring the temperature of an object, with a temperature measuring device whose view of the object is temporarily interrupted.

Für viele Anwendungen ist eine berührungslose Temperaturmessung notwendig. Hier haben sich die pyrometrischen Temperaturmesssysteme als besonders vorteilhaft herausgestellt, da sie den Vorteil einer berührungslosen Messung der Temperatur eines Substrats über beispielsweise dessen thermischer Emission ermöglichen. Sie können mit einem schmalbandigen Filter ausgestattet sein, so dass nur die Strahlung eines eng begrenzten Wellenlängenbereichs detektiert wird. Um aus der von einem Pyrometer detektierten Strahlung jedoch auf die Temperatur des Substrats zu schließen, ist es erforderlich, das Pyrometer mit einer Referenz thermisch zu kalibrieren.Non-contact temperature measurement is necessary for many applications. Here, the pyrometric temperature measurement systems have proven to be particularly advantageous, since they allow the advantage of non-contact measurement of the temperature of a substrate, for example, its thermal emission. They can be equipped with a narrow-band filter so that only the radiation of a narrowly limited wavelength range is detected. However, in order to infer the temperature of the substrate from the radiation detected by a pyrometer, it is necessary to thermally calibrate the pyrometer with a reference.

DE 10 2012 201 061 B4 offenbart ein Verfahren zur Kalibrierung eines Pyrometers, bei dem mit einem in Messrichtung auf eine Objektaufnahme eines zu messenden Objektes in einem Prozessbereich gerichteten Pyrometer die von dem zu messenden Objekt in Messrichtung ausgehende Wärmestrahlung erfasst und daraus die Temperatur des Objektes ermittelt wird. In Zeitabständen wird eine von einem Referenzstrahler mit einer bekannten Referenztemperatur ausgesandte Wärmestrahlung in die Messrichtung eingebracht und daraus mit dem Pyrometer eine Temperatur ermittelt, die mit der Referenztemperatur verglichen und daraus ein Kalibrierwert für das Pyrometer ermittelt wird. Die Messung der Referenztemperatur wird zu einem Zeitpunkt einer objektfreien Sichtverbindung zwischen dem außerhalb des Prozessbereiches befindlichen Pyrometer und der Referenz mit feststehendem Messstrahl durch die Objektaufnahme während des Durchlaufes von Substratlücken vorgenommen. DE 10 2012 201 061 B4 discloses a method for calibrating a pyrometer, in which the thermal radiation emanating from the object to be measured in the measuring direction is recorded with a pyrometer directed in the measuring direction onto an object receptacle of an object to be measured in a process area and the temperature of the object is determined therefrom. At time intervals, thermal radiation emitted by a reference radiator with a known reference temperature is introduced into the measuring direction and a temperature is determined from this with the pyrometer, which is compared with the reference temperature and from this a calibration value for the pyrometer is determined. The reference temperature is measured at a point in time when there is an object-free line of sight between the pyrometer located outside the process area and the reference with a fixed measuring beam through the object holder while passing through gaps in the substrate.

Aus JP H10-2 802 A ist eine Vorrichtung bekannt, bei der ein Lebensmittel mit einem Magnetron erhitzt wird und hinter einer sich drehenden Chopperscheibe angeordnet ist, so dass der optische Pfad von dem Lebensmittel zu einer Infraroterfassungseinrichtung zeitweise unterbrochen ist. Aus dem Ausgangssignal der Infraroterfassungseinrichtung und einem Temperatursensor wird die Temperatur des Lebensmittels errechnet und die Steuerung das Magnetron gesteuert.Out of JP H10-2 802 A a device is known in which a foodstuff is heated with a magnetron and is arranged behind a rotating chopper disk so that the optical path from the foodstuff to an infrared detection device is temporarily interrupted. The temperature of the food is calculated from the output signal of the infrared detection device and a temperature sensor, and the controller controls the magnetron.

Eine exakte Messung der Temperatur ist für viele technische Anwendungen erforderlich. Gerade in der Überprüfung von Rotoren während der Rotation spielt die berührungsloste Temperaturmessung eine große Rolle. So werden beispielsweise Schleuderprüfstände herangezogen, um Belastungen zu messen, die auf einen rotierenden Körper wirken, in denen der Körper, wie beispielsweise ein Rotor in seinem Betriebsdrehzahlbereich und auch darüber betrieben wird. Zusätzlich kann der Rotor beispielsweise zyklischen Drehzahländerungen oder verschiedenen Temperaturniveaus ausgesetzt werden, bei denen die Temperatur des rotierenden Körpers möglichst exakt eingestellt werden sollte.An exact measurement of the temperature is required for many technical applications. Non-contact temperature measurement plays a major role, especially when checking rotors while they are rotating. For example, centrifugal test stands are used to measure loads that act on a rotating body, in which the body, such as a rotor, is operated in its operating speed range and also above it. In addition, the rotor can, for example, be exposed to cyclic speed changes or different temperature levels at which the temperature of the rotating body should be set as precisely as possible.

Problematisch bei den bekannten Messverfahren ist, dass eine aufwendige Programmierung der Messvorrichtung erfolgen muss, damit z. B. nur bei freier Sicht auf das Messobjekt eine Messung erfolgt. Das gleiche gilt für die Temperaturmessung der Referenz.The problem with the known measuring methods is that the measuring device has to be programmed in a complex manner so that z. B. a measurement is only carried out when there is a clear view of the measurement object. The same applies to the temperature measurement of the reference.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfach durchzuführendes Verfahren zur Messung einer Temperatur eines Objektes bereitzustellen, das eine Messung unabhängig davon durchführen kann, ob die Messspur der Messvorrichtung unterbrochen ist. Ferner ist es die Aufgabe der Erfindung, eine entsprechende Vorrichtung bereitzustellen.The object of the invention is to provide a method for measuring the temperature of an object that is easy to carry out and that can carry out a measurement regardless of whether the measurement track of the measuring device is interrupted. Furthermore, it is the object of the invention to provide a corresponding device.

Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 7. Bevorzugte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.The object is solved by the features of claims 1 and 7. Preferred configurations are described in the dependent claims.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein Verfahren zur Messung einer Temperatur T eines Objekts bereitgestellt wird, mit einer in Messrichtung auf das Objekt gerichteten berührungslosen Temperaturmessvorrichtung, in deren Messrichtung vor oder hinter dem Objekt eine Temperaturreferenz angeordnet ist,

a. bei dem durch eine Bewegung der Temperaturmessvorrichtung, des Objekts oder der Temperaturreferenz eine von der Temperaturmessvorrichtung ausgehende Messspur auf das Objekt oder die Temperaturreferenz zumindest zeitweise unterbrochen wird,
b. bei dem eine bekannte Temperatur T_R der Temperaturreferenz an eine Auswerteeinrichtung übermittelt wird oder dieser bekannt ist,
c. bei dem eine von der Temperaturmessvorrichtung über eine Gesamtzeit t gemessene Temperatur an die Auswerteeinrichtung übermittelt wird und diese hieraus eine gemittelte Temperatur T_M errechnet, wobei die gemittelte Temperatur T_M anteilig die Temperatur des Objekts und der Temperaturreferenz umfasst,
d. bei dem ein zeitlicher Anteil t_R, zu dem die Temperaturreferenz für die Temperaturmessvorrichtung sichtbar ist und einem Verhältnis hiervon zur Gesamtmesszeit t der Auswerteeinrichtung bekannt sind oder an diese übermittelt werden,
e. bei dem die Auswerteeinrichtung die Temperatur T des Objekts durch Lösung der Gleichung $T = (T_{M} - T_{R} * t_{R} / t) / (1 - t_{R} / t)$

bestimmt. The object is achieved according to the invention in that a method for measuring a temperature T of an object is provided, with a non-contact temperature measuring device directed towards the object in the measuring direction, a temperature reference being arranged in front of or behind the object in the measuring direction,

a. in which a movement of the temperature measuring device, the object or the temperature reference interrupts a measurement track originating from the temperature measuring device on the object or the temperature reference, at least temporarily,
b. at which a known temperature T _R of the temperature reference is transmitted to an evaluation device or is known to it,
c. in which a temperature measured by the temperature measuring device over a total time t is transmitted to the evaluation device and this calculates an average temperature T _M from this, the average temperature T _M comprising the temperature of the object and the temperature reference proportionately,
i.e. in which a time portion t _R , at which the temperature reference is visible to the temperature measuring device, and a ratio of this to the total measuring time t of the evaluations direction are known or are transmitted to them,
e. in which the evaluation device calculates the temperature T of the object by solving the equation $T = (T_{M} - T_{R} * t_{R} / t) / (1 - t_{R} / t)$

certainly.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist ein Verfahren zur Messung einer Temperatur eines beschaufelten Rotors vorgesehen, mit einer in Messrichtung auf den Rotor gerichteten berührungslosen Temperaturmessvorrichtung, in deren Messrichtung hinter dem Rotor eine Temperaturreferenz angeordnet ist,

a. bei dem durch eine Bewegung des Rotors die von der Temperaturmessvorrichtung ausgehende Messspur auf den Rotor zumindest zeitweise unterbrochen wird,
b. bei dem eine bekannte Temperatur T_R der Referenz an eine Auswerteeinrichtung übermittelt wird oder dieser bekannt ist,
c. bei dem eine von der Temperaturmessvorrichtung über eine Gesamtzeit gemessene Temperatur an die Auswerteeinrichtung übermittelt wird und diese hieraus eine gemittelte Temperatur T_M errechnet, wobei die gemittelte Temperatur T_M anteilig die Temperatur des Rotors und der Referenz umfasst,
d. bei dem ein zeitlicher Anteil t_R, zu dem die Referenz für die Temperaturmessvorrichtung sichtbar ist und das Verhältnis hiervon zur Gesamtmesszeit t der Auswerteeinrichtung bekannt sind oder an diese übermittelt werden,
e. bei dem die Auswerteeinrichtung die Temperatur T des Rotors durch Lösung der Gleichung

T = (T_{M} - T_{R} * t_{R} / t) / (1 - t_{R} / t)

bestimmt.In a preferred embodiment, a method for measuring a temperature of a bladed rotor is provided, with a non-contact temperature measuring device directed towards the rotor in the measuring direction, a temperature reference being arranged behind the rotor in the measuring direction,

a. in which a movement of the rotor interrupts the measuring track on the rotor emanating from the temperature measuring device at least temporarily,
b. at which a known temperature T _R of the reference is transmitted to an evaluation device or is known to it,
c. in which a temperature measured by the temperature measuring device over a total period of time is transmitted to the evaluation device and this calculates an average temperature T _M from this, the average temperature T _M including the temperature of the rotor and the reference proportionately,
i.e. in which a portion of the time t _R during which the reference is visible to the temperature measuring device and the ratio of this to the total measuring time t are known to the evaluation device or are transmitted to it,
e. in which the evaluation device calculates the temperature T of the rotor by solving the equation

T = (T_{M} - T_{R} * t_{R} / t) / (1 - t_{R} / t)

certainly.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Sicht der Temperaturmessvorrichtung auf zum Beispiel das zu messende Objekt durch eine Bewegung der Temperaturmessvorrichtung, des Objekts oder der Referenz unterbrochen. Das heißt, eine konventionelle oder gesteuerte Temperaturmessung ist - wenn überhaupt - nur mit hohem materiellen oder prozesstechnischen Aufwand möglich. Das erfindungsgemäße Verfahren löst dieses Problem, denn eine Messung der Temperatur des Objekts kann auch bei unterbrochener Messspur durchgeführt werden, indem neben der mittleren Temperatur und der Temperatur der Referenz auch das Taktverhältnis zur Berechnung der Temperatur des Objekts herangezogen werden.In the method according to the invention, the temperature measuring device's view of, for example, the object to be measured is interrupted by a movement of the temperature measuring device, the object or the reference. This means that a conventional or controlled temperature measurement is - if at all - only possible with a high level of material or process engineering effort. The method according to the invention solves this problem, since the temperature of the object can also be measured when the measurement track is interrupted by using the clock cycle ratio to calculate the temperature of the object in addition to the average temperature and the temperature of the reference.

Die Temperatur der Temperaturreferenz ist entweder der Auswerteeinrichtung bekannt oder wird an diese übermittelt. Die Referenz kann als Heiz- oder Kühlvorrichtung ausgestaltet sein und somit eine gesteuerte Temperierung ermöglichen. Die Referenz kann beispielsweise dazu dienen, das Objekt zu erwärmen oder zu kühlen oder beispielsweise als heizbare Fläche in einer Vorrichtung ausgestaltet sein, von der die Temperatur bekannt ist oder ermittelt und an die Auswerteeinrichtung gesendet wird. Dem Fachmann sind derartige Vorrichtungen bekannt. Als Beispiel sei hier eine Strahlerheizung genannt. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Temperatur der Referenz über die Messzeit konstant, oder im Wesentlichen konstant. In einer Ausgestaltung kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Temperatur T_R der Temperaturreferenz über eine zweite Temperaturmessvorrichtung erfasst und an die Auswerteeinrichtung übermittelt wird. Hierdurch können gewünschte oder unerwünschte Temperaturschwankungen der Temperaturreferenz schnell erfasst und an die Auswerteeinrichtung übermittelt werden, die dann ggf. eine Korrektur der Temperatur T_R vornimmt. Eine Prüfung der Temperatur der Referenz und ggf. Korrektur kann in definierten zeitlichen Abständen vorteilhaft sein.The temperature of the temperature reference is either known to the evaluation device or is transmitted to it. The reference can be designed as a heating or cooling device and thus enable controlled temperature control. The reference can be used, for example, to heat or cool the object or, for example, be designed as a heatable surface in a device for which the temperature is known or determined and sent to the evaluation device. Such devices are known to those skilled in the art. Radiant heating is an example. In a preferred embodiment, the temperature of the reference is constant or essentially constant over the measurement time. In one embodiment, however, it can also be provided that the temperature T _R of the temperature reference is recorded via a second temperature measuring device and transmitted to the evaluation device. As a result, desired or undesired temperature fluctuations in the temperature reference can be quickly detected and transmitted to the evaluation device, which then corrects the temperature T _R if necessary. Checking the temperature of the reference and, if necessary, correcting it at defined time intervals can be advantageous.

In einer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Messrichtung der Temperaturmessvorrichtung durch eine Spiegeloptik umgelenkt wird. Dies kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn die Temperaturmessvorrichtung keine direkte Sicht auf das Messobjekt hat. Für eine möglichst genaue Messung ist es vorteilhaft, dass die Temperaturmessvorrichtung im Wesentlichen senkrecht zum Messobjekt ausgerichtet ist. Durch die bevorzugte Ausgestaltung kann jedoch die Messspur der Temperaturmessvorrichtung mithilfe einer Spiegeloptik derart umgelenkt werden, dass die Messung eines außer Sicht angeordneten Objekts möglich ist. Die Spiegeloptik kann beispielsweise Spiegel, Mikrospiegel, Linsen, Glasfaser usw. umfassen.In one configuration it can be provided that the measuring direction of the temperature measuring device is deflected by mirror optics. This can be particularly advantageous when the temperature measuring device does not have a direct view of the measurement object. For a measurement that is as accurate as possible, it is advantageous for the temperature measuring device to be aligned essentially perpendicularly to the measurement object. However, due to the preferred embodiment, the measuring track of the temperature measuring device can be deflected with the aid of mirror optics in such a way that the measurement of an object arranged out of sight is possible. The mirror optics can include mirrors, micromirrors, lenses, glass fibers, etc., for example.

Das Verfahren ist insbesondere dann anwendbar, wenn die Messspur der Temperaturmessvorrichtung zumindest zeitweise unterbrochen ist. Die Messspur kann abhängig von der Art der Bewegung bzw. der geometrischen Form des Messobjekts bzw. der Temperaturreferenz periodisch oder unregelmäßig unterbrochen sein. Insbesondere ist es bevorzugt, wenn die Messspur der Temperaturmessvorrichtung auf die Temperaturreferenz oder das Objekt periodisch unterbrochen wird, wobei insbesondere der zeitliche Anteil t_R, zu dem die Temperaturreferenz für die Temperaturmessvorrichtung sichtbar ist, über die Messzeit im Wesentlichen konstant bleibt.The method can be used in particular when the measuring track of the temperature measuring device is interrupted at least temporarily. Depending on the type of movement or the geometric shape of the measurement object or the temperature reference, the measurement track can be interrupted periodically or irregularly. In particular, it is preferred if the measuring track of the temperature measuring device on the temperature reference or the object is periodically interrupted, with the time portion t _R at which the temperature reference is visible for the temperature measuring device remaining essentially constant over the measuring time.

Bei einer unregelmäßigen Unterbrechung kann es vorteilhaft sein, dass die Unterbrechung der Messspur durch eine Sensorik erfasst und zur Berechnung von dem zeitlichen Anteil t_R, zu dem die Temperaturreferenz für die Temperaturmessvorrichtung sichtbar ist, an die Auswerteeinrichtung übermittelt wird. Hierdurch können auch Änderungen des zeitlichen Anteils t_R schnell erfasst und für die Berechnung der Temperatur des Objekts berücksichtigt werden. Eine derartige Sensorik kann beispielweise durch Lichtschranken oder sonstige Sensoren gebildet werden.In the case of an irregular interruption, it can be advantageous for the interruption of the measurement track is detected by a sensor system and transmitted to the evaluation device for the calculation of the time portion t _R at which the temperature reference is visible to the temperature measuring device. As a result, changes in the time component t _R can also be quickly detected and taken into account for calculating the temperature of the object. Such a sensor system can be formed, for example, by light barriers or other sensors.

Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Messung einer Temperatur T eines Objekts, mit einer in Messrichtung auf das Objekt gerichteten berührungslosen Temperaturmessvorrichtung, in deren Messrichtung vor oder hinter dem Objekt eine Temperaturreferenz angeordnet ist, einer Aufnahme zur Aufnahme des Objekts, einem mit dem Objekt drehfest verbindbaren Drehantrieb und einer Auswerteeinrichtung, wobei durch eine Bewegung der Temperaturmessvorrichtung, des Objekts oder der Temperaturreferenz eine von der Temperaturmessvorrichtung ausgehende Messspur auf das Objekt oder die Temperaturreferenz zumindest zeitweise unterbrochen wird, wobei die Auswerteeinrichtung aus einer bekannten Temperatur T_R der Temperaturreferenz, einer von der Temperaturmessvorrichtung über eine Gesamtzeit t gemessenen und gemittelten Temperatur T_M, einem zeitlichen Anteil t_R, zu dem die Temperaturreferenz für die Temperaturmessvorrichtung sichtbar ist und einem Verhältnis hiervon zur Gesamtmesszeit t die Temperatur T des Objekts durch Lösung der Gleichung $T = (T_{M} - T_{R} * t_{R} / t) / (1 - t_{R} / t)$

bestimmt.The invention also relates to a device for measuring a temperature T of an object, with a non-contact temperature measuring device directed towards the object in the measuring direction, with a temperature reference arranged in front of or behind the object in the measuring direction, a recording for recording the object, a recording with the object rotatably connectable rotary drive and an evaluation device, with a movement of the temperature measuring device, the object or the temperature reference, a measurement track originating from the temperature measuring device on the object or the temperature reference being interrupted at least temporarily, the evaluation device based on a known temperature T _R of the temperature reference, one of temperature T _M measured and averaged by the temperature measuring device over a total time t, a time portion t _R at which the temperature reference is visible to the temperature measuring device and a ratio of this to the total measuring time t the temperature T of the object by solving the equation

T = (T_{M} - T_{R} * t_{R} / t) / (1 - t_{R} / t)

certainly.

Mithilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine Temperaturmessung des Objekts trotz zeitweiser Unterbrechung der Messspur möglich. Die Vorrichtung kann insbesondere Bestandteil einer Maschine oder Anlage sein oder eine selbstständige Einheit bilden.With the aid of the device according to the invention, it is possible to measure the temperature of the object despite a temporary interruption in the measuring track. The device can in particular be part of a machine or plant or form an independent unit.

Es ist insbesondere vorgesehen, dass die Vorrichtung eine Spiegeloptik zur Umlenkung der Messrichtung der Temperaturmessvorrichtung umfasst. Ferner ist es vorteilhaft, dass in der Vorrichtung eine zweite Temperaturmessvorrichtung vorliegt, die die Temperatur T_R der Temperaturreferenz erfasst und an die Auswerteeinrichtung übermittelt. Im Übrigen können die für das Verfahren geschilderten Vorteile sowie die dargestellten bevorzugten Ausgestaltungen des Verfahrens auch auf die Vorrichtung und deren Ausgestaltungen übertragen werden.In particular, it is provided that the device comprises mirror optics for deflecting the measuring direction of the temperature measuring device. Furthermore, it is advantageous that the device has a second temperature measuring device, which records the temperature T _R of the temperature reference and transmits it to the evaluation device. Furthermore, the advantages described for the method and the preferred configurations of the method that are illustrated can also be transferred to the device and its configurations.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen der Erfindung näher erläutert, die in der Zeichnung dargestellt sind. Es zeigen

1 eine schematische Darstellung mit einem Objekt und einer dahinter angeordneten Referenz und
2 eine schematische Darstellung mit einem Objekt und einer davor angeordneten Referenz.

The invention is explained in more detail below with reference to exemplary embodiments of the invention, which are illustrated in the drawing. Show it

1 a schematic representation with an object and a reference arranged behind it and
2 a schematic representation with an object and a reference arranged in front of it.

1 zeigt eine schematische Darstellung mit einem Objekt 1 und einer dahinter angeordneten Referenz 2 und 2 eine schematische Darstellung mit einem Objekt 1 und einer davor angeordneten Referenz 2. Eine berührungslose Temperaturmessvorrichtung 3, wie zum Beispiel ein Pyrometer wird zur Messung der Temperatur eines Objekts 1 verwendet, das sich in Messrichtung befindet und als Messobjekt bezeichnet wird. Die Messrichtung, die im Sinne der Erfindung auch als Messspur bezeichnet wird, ist als gestrichelte Linie angedeutet. Die Temperaturmessvorrichtung 3, z. B. das Pyrometer kann derart ausgerichtet sein, dass möglichst wenig Störstrahlung in Gestalt von Emissionen anderer in Nähe befindlicher Strahler erfasst wird. Die Messrichtung kann auch durch eine nicht gezeigte Spiegeloptik umgeleitet werden, so dass die Positionierung der Temperaturmessvorrichtung 3 im Wesentlichen frei wählbar ist. 1 shows a schematic representation with an object 1 and a reference 2 arranged behind it and 2 a schematic representation with an object 1 and a reference 2 arranged in front of it. A non-contact temperature measuring device 3, such as a pyrometer, is used to measure the temperature of an object 1, which is located in the measuring direction and is referred to as the measuring object. The measurement direction, which is also referred to as the measurement track in the context of the invention, is indicated as a dashed line. The temperature measuring device 3, z. B. the pyrometer can be aligned in such a way that as little interference as possible in the form of emissions from other nearby radiators is detected. The measuring direction can also be redirected by a mirror optics, not shown, so that the positioning of the temperature measuring device 3 can essentially be freely selected.

Die Temperaturmessvorrichtung 3 kann mit einer nicht gezeigten Auswerteeinrichtung kabellos oder über Kabel verbunden sein. Die Auswerteeinrichtung kann in Gestalt eines Computers oder eines Tablets vorliegen. Ferner können weitere Vorrichtungen, wie beispielsweise Steuervorrichtungen oder sonstige Sensoren für die Steuerung der Temperaturmessvorrichtung 3, des Objekts 1 und der Temperaturreferenz 2 vorliegen, die ebenfalls nicht in den Figuren dargestellt sind.The temperature measuring device 3 can be connected wirelessly or via a cable to an evaluation device (not shown). The evaluation device can be in the form of a computer or a tablet. Furthermore, further devices such as control devices or other sensors for controlling the temperature measuring device 3, the object 1 and the temperature reference 2 can be present, which are also not shown in the figures.

Das Objekt 1 ist schematisch angedeutet und kann beispielsweise als Rotor oder beschaufelter Rotor vorliegen, der zum Beispiel um seine Drehachse rotiert. Die Schaufeln können gleichmäßig beabstandet vorliegen. Das Objekt 1 kann aber auch eine unregelmäßig strukturierte Oberfläche aufweisen oder als flächiges Objekt 1 vorliegen. Die Rotation kann über einen entsprechenden und nicht gezeigten Drehantrieb erfolgen. Das Objekt kann aber auch als flächiges starres Objekt 1 gestaltet sein.The object 1 is indicated schematically and can be in the form of a rotor or bladed rotor, for example, which rotates about its axis of rotation, for example. The vanes may be evenly spaced. However, the object 1 can also have an irregularly structured surface or be present as a flat object 1 . The rotation can take place via a corresponding rotary drive, which is not shown. However, the object can also be designed as a flat, rigid object 1 .

In 1 ist in Messrichtung hinter dem Objekt 1 eine Temperaturreferenz 2 angeordnet, wogegen in 2 die Referenz 2 vor dem Messobjekt 1 liegt. Die Temperaturreferenz 2 kann beispielsweise als regelbare Kühl- oder Heizeinrichtung ausgestaltet sein. Die Temperatur der Referenz 2 kann bekannt sein. Vorteilhafterweise ist die Temperatur der Referenz 2 über den Messvorgang, das heißt während der Temperaturmessung des Objekts 1 konstant. Je nach Anwendung kann jedoch auch vorgesehen sein, dass sich die Temperatur der Referenz 2 ändert. In einer derartigen Ausgestaltung kann beispielsweise eine zweite, nicht in den Figuren gezeigte Temperaturmessvorrichtung die Temperatur der Referenz 2 erfassen und an die Auswerteeinrichtung übermitteln.In 1 a temperature reference 2 is arranged behind the object 1 in the measuring direction, whereas in 2 the reference 2 is in front of the measurement object 1. The temperature reference 2 can be designed, for example, as a controllable cooling or heating device. The temperature of the reference 2 can be known. Advantageously, the temperature of the reference 2 over the measuring process, that is to say constant during the temperature measurement of the object 1. However, depending on the application, it can also be provided that the temperature of the reference 2 changes. In such a configuration, for example, a second temperature measuring device (not shown in the figures) can detect the temperature of reference 2 and transmit it to the evaluation device.

Je nach Ausgestaltung ist die Temperaturmessvorrichtung 3, das Objekt 1 und/oder die Temperaturreferenz 2 in Bewegung. In 1 könnte sich das als beschaufelter Rotor gestaltete Objekt 1 um seine Drehachse drehen. Auch eine Bewegung der Temperaturmessvorrichtung 3 wäre in 1 möglich, indem die Temperaturmessvorrichtung 3 um eine Drehachse rotiert, so dass die Messspur zeitweise unterbrochen wird, das heißt anteilig das Objekt 1 und die Referenz 2 erfasst werden. Dagegen könnte in 2 zum Beispiel das Objekt 1 um seine Drehachse rotieren und sich die Referenz 2 oder die Temperaturmessvorrichtung 3 derart bewegen, dass die Messspur zeitweise unterbrochen wird. Durch die Bewegung ist keine konventionelle Temperaturmessung des Objekts 1 möglich, da die Temperaturmessvorrichtung 3 zeitlich beabstandet die Temperatur der Referenz 2 und des Objekts 1 erfasst.Depending on the configuration, the temperature measuring device 3, the object 1 and/or the temperature reference 2 is in motion. In 1 the object 1 designed as a bladed rotor could rotate about its axis of rotation. A movement of the temperature measuring device 3 would also be in 1 possible in that the temperature measuring device 3 rotates about an axis of rotation, so that the measurement track is temporarily interrupted, ie the object 1 and the reference 2 are recorded proportionately. On the other hand, could 2 For example, the object 1 rotates about its axis of rotation and the reference 2 or the temperature measuring device 3 move in such a way that the measurement track is temporarily interrupted. Due to the movement, no conventional temperature measurement of the object 1 is possible, since the temperature measuring device 3 detects the temperature of the reference 2 and the object 1 at different times.

Die Erfindung nutzt diese Unterbrechung und berücksichtigt für die Berechnung der Temperatur des Objekts 1 den zeitlichen Anteil t_R, zu dem die Referenz 2 erfasst wird im Verhältnis zu der Gesamtzeit t. Während der Messung misst die Temperaturmessvorrichtung 3 konstant die Temperatur, wobei diese erfassten Messwerte anteilig die Temperatur des Objekts 1 und die der Referenz 2 umfassen. Aus den Messwerten wird eine gemittelte Temperatur T_M errechnet. Da die Temperatur der Referenz 2 T_R und der zeitliche Anteil t_R, zu dem die Referenz 2 erfasst wird, im Verhältnis zu der Gesamtzeit t bekannt sind, kann hieraus die Temperatur des Messobjekts 1 errechnet werden, indem die Gleichung T = (T_M - T_R ∗ t_R/t)/(1 - t_R/t) gelöst wird.The invention uses this interruption and, for the calculation of the temperature of the object 1, takes into account the time portion t _R at which the reference 2 is detected in relation to the total time t. During the measurement, the temperature measuring device 3 constantly measures the temperature, these recorded measured values including the temperature of the object 1 and that of the reference 2 proportionately. An average temperature T _M is calculated from the measured values. Since the temperature of reference 2 T _R and the time t _R at which reference 2 is detected are known in relation to the total time t, the temperature of measurement object 1 can be calculated from this by using the equation T = (T _M - T _R ∗ t _R /t)/(1 - t _R /t) is solved.

Ein Vorteil der Erfindung ist mitunter, dass die Unterbrechung nicht gleichmäßig, das heißt nicht periodisch sein muss. Falls sie nicht periodisch ist, kann eine Sensorik benutzt werden, um die Unterbrechung der Messspur zu erfassen und zur Berechnung von dem zeitlichen Anteil t_R, zu dem die Referenz 2 für die Temperaturmessvorrichtung 3 sichtbar ist, an die Auswerteeinheit zu übermitteln. Die Sensorik kann beispielsweise als Lichtschranke oder sonstige Sensoren ausgestaltet sein, die die zeitliche Unterbrechung erfassen und die Berechnung von t_R ermöglichen.An advantage of the invention is sometimes that the interruption does not have to be uniform, ie it does not have to be periodic. If it is not periodic, a sensor system can be used to detect the interruption of the measuring track and to transmit it to the evaluation unit for calculating the time portion t _R at which the reference 2 is visible to the temperature measuring device 3 . The sensor system can be designed, for example, as a light barrier or other sensors that detect the time-related interruption and enable the calculation of t _R .

Das beschriebene Verfahren findet im Wesentlichen überall dort Anwendung, wo eine Temperatur eines Objekts bestimmt werden soll, aber die Messspur, das heißt die Sicht auf das Messobjekt periodisch oder unregelmäßig unterbrochen wird. Das Verfahren ist beispielsweise, aber nicht abschließend, in einem Schleuderprüfstand, einer Unwuchtmessvorrichtung, einer Auswuchtmaschine, als Bestandteil einer Station in einer Maschinenanlage oder sogar als selbstständige Messvorrichtung verwendbar. Hierbei handelt es sich um Beispiele, die die praktische Anwendung lediglich verbildlichen sollen.The method described is used essentially wherever the temperature of an object is to be determined, but the measurement track, ie the view of the measurement object, is interrupted periodically or irregularly. The method can be used, for example, but not exclusively, in a centrifugal test stand, an unbalance measuring device, a balancing machine, as part of a station in a machine system or even as an independent measuring device. These are examples that are only intended to illustrate the practical application.

Als Beispiel sei hier folgende Ausgestaltung anhand von 1 erläutert: Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann beispielsweise als Schleuderprüfstand ausgebildet sein. Das Objekt 1 kann zum Beispiel ein Rotor oder ein beschaufelter Rotor sein, der als zu prüfendes Objekt 1 im Schleuderprüfstand aufgenommen vorliegt. Die Temperaturmessvorrichtung 3, zum Beispiel ein Pyrometer kann beispielsweise an einem Flansch im Prüfstand oder dem Deckel des Prüfstands festlegbar sein. Die Temperaturreferenz 2 kann als Strahlerheizung im Prüfstand vorliegen. Im Prüfstand kann die Temperatur des Rotors eingestellt werden, das heißt, die Temperatur des Rotors muss hierfür bestimmt werden. Durch eine Rotation des beschaufelten Rotors wird die Messspur periodisch unterbrochen, so dass zeitweise die Temperatur des Rotors, bzw. der Flügel und die der Referenz 2, das heißt der Strahlerheizung erfasst werden. Die erlangten Messdaten werden von dem Pyrometer an eine mit diesem verbundene Auswerteeinrichtung übermittelt, die hieraus eine gemittelte Temperatur T_M errechnet. Der zeitliche Anteil t_R, zu dem die Referenz 2 für das Pyrometer sichtbar ist und das Verhältnis hiervon zur Gesamtmesszeit t sind der Auswerteeinrichtung bekannt. Alternativ kann der zeitliche Anteil über zum Beispiel eine Sensorik bestimmt und an die Auswerteeinrichtung übermittelt werden, indem im Prüfstand eine Lichtschranke vorliegt. Die Temperatur der als Strahlerheizung gestalteten Referenz 2 T_R ist bekannt oder kann beispielsweise über eine zweite im Prüfstand vorliegende Temperaturmessvorrichtung, wie zum Beispiel einem zweitem Pyrometer oder einem Thermoelement bestimmt und an die Auswerteeinrichtung übermittelt werden. Die Auswerteeinrichtung bestimmt dass mittels der Gleichung T = (T_M - T_R ∗ t_R/t)/(1 - t_R/t) die Temperatur T des Objekts 1.As an example, here is the following design based on 1 explained: The device according to the invention can be designed, for example, as a centrifugal test stand. The object 1 can be a rotor or a bladed rotor, for example, which is present as the object 1 to be tested in the centrifugal test bench. The temperature measuring device 3, for example a pyrometer, can be fixed, for example, to a flange in the test stand or the cover of the test stand. The temperature reference 2 can be present as a radiator heater in the test bench. The temperature of the rotor can be set in the test bench, which means that the temperature of the rotor must be determined for this. The measurement track is periodically interrupted by a rotation of the bladed rotor, so that the temperature of the rotor or the blades and that of the reference 2, ie the radiator heating, are recorded at times. The measurement data obtained are transmitted from the pyrometer to an evaluation device connected to it, which uses this to calculate an average temperature T _M . The time portion t _R at which the reference 2 is visible to the pyrometer and the ratio of this to the total measurement time t are known to the evaluation device. Alternatively, the time component can be determined, for example, via a sensor system and transmitted to the evaluation device, in that there is a light barrier in the test bench. The temperature of the reference 2 T _R designed as a radiator heater is known or can be determined, for example, via a second temperature measuring device present in the test bench, such as a second pyrometer or a thermocouple, and transmitted to the evaluation device. The evaluation device uses the equation T = (T _M - T _R * t _R /t)/(1 - t _R /t) to determine the temperature T of object 1.

Als Beispiel seien folgende Werte vorgegeben: $T_{R} = 24 ° C t_{R} / t = 50 % T_{M} = 62 ° C$

The following values are given as an example:

T_{R} = 24 ° C t_{R} / t = 50 % T_{M} = 62 ° C

Hieraus ergibt sich T = (62°C - 24°C ∗ 50%)/(1 - 50%) = 100°C. Das heißt, die Temperatur des als Rotor gestalteten Objekts 1 würde in dem Beispiel 100°C betragen.This results in T = (62°C - 24°C ∗ 50%)/(1 - 50%) = 100°C. That is, the temperature of the object 1 designed as a rotor would be 100° C. in the example.

Claims

Method for measuring a temperature T of an object (1) with a non-contact temperature measuring device (3) directed towards the object (1) in the measuring direction, a temperature reference (2) being arranged in front of or behind the object (1) in the measuring direction, a. in which a movement of the temperature measuring device (3), the object (1) or the temperature reference (2) interrupts a measurement track originating from the temperature measuring device (3) on the object (1) or the temperature reference (2), b. in which a known temperature T _R of the temperature reference (2) is transmitted to an evaluation device or is known to it, c. in which a temperature measured by the temperature measuring device (3) over a total time t is transmitted to the evaluation device and the evaluation device calculates an average temperature T _M from this, the average temperature T _M being proportional to the temperature of the object (1) and the temperature reference (2) includes, d. in which a time portion t _R at which the temperature reference (2) is visible to the temperature measuring device (3) and a ratio of this to the total measuring time t of the evaluation device are known or transmitted to it, e. in which the evaluation device calculates the temperature T of the object (1) by solving the equation

T = (T_{M} - T_{R} * t_{R} / t) / (1 - t_{R} / t)

certainly.

procedure after claim 1 , characterized in that the temperature T _R of the temperature reference (2) is detected by a second temperature measuring device and transmitted to the evaluation device.

procedure after claim 1 or 2 , characterized in that the measuring direction of the temperature measuring device (3) is deflected by a mirror optics.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that either the temperature measuring device (3) or the object (1) rotates about an axis of rotation.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring track of the temperature measuring device (3) on the temperature reference (2) or the object (1) is periodically interrupted.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the interruption of the measuring track is detected by a sensor system and is transmitted to the evaluation device for the calculation of the time component t _R at which the temperature reference (2) is visible for the temperature measuring device (3). .

Device for measuring a temperature T of an object (1), with a non-contact temperature measuring device (3) directed towards the object (1) in the measuring direction, with a temperature reference (2) arranged in front of or behind the object (1) in the measuring direction, a recording for receiving the object (1), a rotary drive which can be connected in a rotationally fixed manner to the object (1) and an evaluation device, with a movement of the temperature measuring device (3), the object (1) or the temperature reference (2) causing one of the temperature measuring device (3) outgoing measurement track on the object (1) or the temperature reference (2) is interrupted at least temporarily, the evaluation device based on a known temperature T _R of the temperature reference (2), a temperature T measured and averaged by the temperature measuring device (3) over a total time t _M , a time portion t _R at which the temperature reference for the temperature measuring device (3) is visible and a ratio thereof to the total measuring time t the temperature T of the object (1) by solving the equation

T = (T_{M} - T_{R} * t_{R} / t) / (1 - t_{R} / t)

certainly.

device after claim 7 , characterized in that the device comprises a mirror optics for deflecting the measuring direction of the temperature measuring device (3).

device after claim 7 or 8th , characterized in that there is a second temperature measuring device in the device, which detects the temperature T _R of the temperature reference (2) and transmits it to the evaluation device.