DE1423940C - Pyrometer - Google Patents

Description

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öffnung 28, über welcher die Abdeckvorrichtung 26 elektromagnetischen Antriebs 36 ist. Bei autoangenähert zentrisch angeordnet ist. Somit werden rnatischem Betrieb wird dieses Gleichstromsignal dem zwei kleinere sekundäre Öffnungen 30 und 32 an- Stromregler40 zugeführt, der den Strom (und damit nähernd gleicher Größe (Fig. 3) gebildet. Der Strah- die Strahlungsintensität) des Heizdrahtes 14 von der lungsmodiilator 22 ist so angeordnet, daß das ver- 5 Quelle 41 so lange verstellt, bis der Zustand Null ergrößerte Bild des Wolframheizdrahtes 14 vollständig reicht ist (d. h. der Ausgang des phasenempfindlichen die obere Öffnung 30 bedeckt, während das Bild des Gleichrichters ist effektiv Null). Die Temperatur wird Meßobjektes 10 in gleicher Weise die untere öffnung dann mittels des auf Temperatur geeichten Ampere-32 bedeckt, wie dies in F i g. 3 gezeigt ist. Infolge- meters 42 bestimmt. Bei Handbetrieb wird der Stromdessen ist die an dem Detektor 34 ankommende io regler 40 von einem Schalter 44 überbrückt. Der Strahlung die Summe der Strahlung der Normal- Rheostat 45 wird dann von Hand verstellt, bis Temlampe 16, welche durch die obere öffnung 30 ver- peraturausgleich unter Beobachtung des Nullanzei-Iäuft, und der Strahlung des Meßobjektes 10, die gers 46 erreicht ist, dessen Nullstellung sich in der durch die untere öffnung 32 verläuft. Wenn das Mitte befindet. Eine andere selbst abgleichende Gerät arbeitet, wird die Abdeckvorrichtung 26 ver- 15 Anordnung ist in Fig. 4 gezeigt. Dort ist ein Servoanlaßt, längs mit einer bestimmten Frequenz mittels verstärker 50, ein Zweiphasenservomotor 52 und ein eines elektromagnetischen Drehspulenantriebs 36 zu veränderbarer Widerstand 53 vorgesehen. Diese Anschwingen, der von einem sinusförmigen Wechsel- Ordnung ist stabiler, da das an dem Detektorausgang strom über die Leitungen 42« erregt wird. Durch das auftretende Abweichsignal direkt in eine Korrektur-Schwingen wird eine abwechselnde Zu- und Ab- 20 funktion (Einstellung des Stroms der Vergleichsnahme des Flächenbereichs jeder öffnung verursacht, quelle 16) umgesetzt wird.

wobei die Abnahme des Flächenbereichs für eine Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, haben die Erreöffnung gleich der Zunahme des Flächenbereichs der gungsspannung 55 des elektromagnetischen Antriebsanderen öffnung ist. Dabei erfolgt diese Änderung organs 36 und die Spannung, die an die Bezugsder Flächenbereiche gleichzeitig. Da der elektro- 25 wicklung 56 des Zweiphasenservomotors 52 angelegt magnetische Antrieb 36 ein linearer Energiewandler ist, eine gemeinsame Quelle 57 und somit keine ist, ist die der Abdeckvorrichtung erteilte Schwingung Phasendifferenz. Daher wird die Richtung der Umim wesentlichen sinusförmig. Die entstehende Ände- laufbewegung des Servomotors von der Phase der an rung des Flächenbereichs ändert proportional die dem Detektorausgang auftretenden Spannung be-Mcnge der durch jede Öffnung 30 und'32 verlaufen- 30 stimmt. Die-Richtung der Umlaufbewegung ist immer den Strahlung. Die Amplitude der Schwingung der derart, daß'die Strahlungsintensität der Vergleichs-Abdeckvorrichtung soll nicht so groß sem, daß die quelle 16 und des Meßobjektes 10 ausgeglichen wird. Gesamtfläche einer Öffnung vollständig abgedeckt Die Temperatur wird durch Beobachtung des auf wird, da sonst die sinusförmige Änderung der über- Temperatur geeichten Meßinstrumentes 58 bestimmt, tragenen Strahlung verzerrt werden würde. 35 In F i g. 5 ist eine bevorzugte Ausführungsform Da die Flächenzunahme einer Öffnung genau des Strahlungsmodulators 22 gemäß Erfindung gegleich der Flächenabnahme der anderen öffnung ist, zeigt, die aus einer Platte 24, die eine Ebene mit einer folgt, daß der Detektor 34 keine Änderung der Blende 28 definiert, und einer Abdeckvorrichtung 26 Gesamtfläche und infolgedessen der auftreffenden besteht. Die Abdeckvorrichtung 26 wird von einem Energie erfährt, wenn die öffnungen Strahlung 40 Drahtbügel 27 getragen, der mit einem Stab 29 vergleicher Intensität unterworfen sind. Unter diesen bunden ist. Der Stab 29 wird in seiner Lage von einer Bedingungen ist der Wechselstromausgang des Detek- Führungsplatte 31 gehalten, die an beiden Enden tors 34 Null. Wenn die abgegebene Strahlung des Führungen 33 aufweist. Diese Führungen 33 halten Meßobjektes 10 und der Vergleichsquelle 14 ungleich die Abdeckvorrichtung 26 gegen die Oberfläche der ist, tritt eine sinusförmige Wechselspannung an dem 45 Platte 24. Mittels Schrauben 35 ist an der Platte 24 Ausgang des Detektors 34 auf. Die Amplitude dieser eine Spulentragplatte 37 befestigt, deren unteres Teil Spannung ist proportional der Differenz der Strah- 37« den elektromagnetischen Antrieb 36 trägt. Dieser lungsenergie der beiden Strahllingsquellen und hat Antrieb 36 ist ein Lautsprecherkern und wird bevorentweder die Phasenbeziehung 0° oder 180°' zu.der zugt, weil er ein linearer Energiewandler ist. Die Erregungsspannung des elektromagnetischen An- 50 Verschiebung des mit einer Membrane 29a verbuntriebs 36, und zwar in Abhängigkeit davon, welche denen Stabes 29 ist der über die Leitungen 42a an-Quelle höhere Temperatur hat. gelegten Spannung direkt proportional.

Die in F i g. I gezeigte Schaltungsanordnung ist Die öffnung 28 ist von der Abdeckvorrichtung 26 eine Schaltung mit bekannten Bauelementen, mit in zwei Flächenbereiche geteilt. Die Gesamtflächenweicher ein automatischer Betrieb erreicht werden 55 bereiche brauchen notwendigerweise nicht gleich zu kann. Diese Anlage umfaßt einen Wechselstromver- sein, da die oben beschriebenen Detektorschaltungen stärker 38, einen phasenempfindlichen Gleichrichter von der Änderung der aufgenommenen Strahlung und einen Elektronenröhren- oder Transistor- und nicht von der absoluten Größe der Quellen abserienstromregler 40. Der Verstärker 38 dient dazu, hängig sind. Jedoch müssen die Flächenbereiche, die schwache Ausgangsspannung des Detektors 34 60 durch welche die Abdeckvorrichtimii die Strahlung vor Eingang in den phaseiiempfindlichen Gleich- unterbricht, gleich sein. Um eine störende oder iinrichter 39 zu verstärken. Der Ausgang dieses Gleich- beabsichtigte Änderung in dem Ausgang des Detekrichters ist eine Gleichspannung, deren Größe und tors zu vermeiden, sollen die Seiten des Teils der Polarität in Beziehung zu der Größe bzw. Phase öffnung, über den sich die Abdeckvorrichtung beseiner Eingangswechselspannung steht. Diese Funk- 65 wegt, parallel sein.

tion wird dadurch ermöglicht, daß das Phasen- In Fig. 6 ist ein anderer Sirahlungsmodulator ge-

bezugssignal des Gleichrichters 39 eine konstante zeigt, der beispielsweise in der Anlage nach Fig. 1

Phasenbeziehung zu der Erregungsspannung des verwendet werden kann. Hier besteht der Strahlungs-

modulator 22 aus einer Platte 24, die eine Ebene mit einer Blende 28 definiert, welche in zwei, vorzugsweise gleiche Flächenbereiche durch einen Einsatz

58 geteilt ist. Die beiden so gebildeten Blendenöffnungen 59 sind in Abstand voneinander angeordnet. Die Platte 24 weist Führungen 60 auf, die einen Rahmen 61 gegen die Ebene 20 der Platte 25 halten. Der Rahmen 61 ist mit dem Stab 29 verbunden, der in Längsrichtung von dem elektromagnetischen Antrieb 36 bewegt wird. In dem Rahmen 6 ist ein Film 62 vorgesehen, welcher die in Fig. 7 gezeigte Lichtdurchlaßkennlinie in relativen Einheiten hat. Dieser Film 62 ist von einem Querrahmen 63 in zwei Teile geteilt. Der Querrahmen 63 wird zwischen den beiden Öffnungen 59 von dem Stab 29 bewegt und verläuft nie über einen Teil einer öffnung 59. Das Licht von zwei unabhängigen Quellen wird jeweils an einer der öffnungen 59 plaziert, wie oben erläutert wurde. Aus Fig. 7 ist ersichtlich, daß die Lichtdurchlaßkennlinien jedes Films 62 gleichartig und linear sind, so daß der Teil, durch den der größte Prozentsatz des Lichtes übertragen wird, an den Querrahmen 63 angrenzt. Somit ist die Linie 65 die Kennlinie des Stückes des Films 62 an der oberen Blendenöffnung

59 und die Linie 66 die Kennlinie des Filmstückes an der unteren Blendenöffnung 59. Der Raum zwischen den Blendenöffnungen 59 kann in gewünschter Weise gewählt werden, vorausgesetzt, daß die Bewegungen des Querrahmens 63 auf der Fläche des Einsatzes 58 zwischen den Blendenöffnungen 59 beschränkt ist. Der Abstand zwischen den Blendenöffnungen 59 bleibt konstant und ist ein fester Abstand längs den Linien 65 und 66. Somit bewegt sich bei Bewegung des Rahmens 61 das durch die obere Blendenöffnung 59 übertragene Licht längs der Linie 65 nach unten. Das durch die untere Blendenöffnung 59 übertragene Licht bewegt sich längs der Linie 66 nach oben. Wenn die Lichtquellen, welche die öffnungen 59 beleuchten, gleiche Stärke haben, bleibt die auf den Detektor auftreffende Gesamtstrahlung konstant. Es ist auch ersichtlich, daß die Kennlinien 65 und 66 nach F i g. 7 gemäß den gestrichelt gezeichneten Linien 67 orientiert werden könnten, d. h. daß die Teile des Films 62 für geringe Strahlungsübertragung angrenzend an die Teilungslinie 63 plaziert werden. Der verschiebbare Film hat eine von der Teilungslinie 63 der Blendenöffnung 59 nach außen zunehmende Lichtdurchlässigkeit.

Die oben beschriebene Ausführungsform weist einige der Vorteile der bevorzugten Ausführungsform nicht auf, da sie komplizierter ist und Material bzw. einen Film verwendet, der für Umgebungsänderungen empfindlicher ist.

Der Strahlungsmodulator kann auch benutzt werden, um andere als elektromagnetische Strahlungsquellen zu vergleichen. Beispielsweise könnten mit der Anordnung nach der Erfindung Quellen moduliert werden, die säulenförmige, auf einen Kristalldetektor gerichtete Teilchenstrahlen haben. Eine der Quellen könnte eine Normalquelle mit einer veränderbaren, von dem Detektor geregelten Öffnung sein, wie oben beschrieben wurde.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1 2 gäbe, ein Pyrometer der eingangs umrissenen Art so Patentansprüche: auszubilden, daß einfach eine einheitliche Licht intensität mit einer den Lichtintensitätsschwankungen

1. Pyrometer mit Vergleichsstrahler und elek- von Meßstrahl und Normstrahl entsprechenden tromechanischem Strahlungsmodulator vor einer 5 Änderung auf die photoelektrische Einrichtung auf-Blende und mit einem photoelektrischen Strah- gegeben wird. Dabei erfolgt die Modulation auslungsvvandler, bei dem die Stromaufnahme des schließlich in der Blende mit durch eine Abdeck-Vergleichsstrahlers die Temperatur angibt, da- vorrichtung sich umgekehrt proportional ändernden durch gekennzeichnet, daß der Strahlungs- Lichtdurchgangswerten für jede Blendenöffnung, modulator eine längsschwingende Abdeckvorrich- io Gemäß der Erfindung wird dies bei einem Pyrotung (26, 62) ist, die die Blende (28, 59) in zwei meter der eingangs umrissenen Art dadurch erreicht, öffnungen aufteilt, und daß die durch die Blende daß der Strahlungsmodulator eine längsschwingende gemeinsam gehende Strahlung vom Meßobjekt Abdeckvorrichtung ist, die die Blende in zwei (10) und Vergleichsquelle (14) allein den Anteil öffnungen aufteilt, und daß die durch die Blende der Vergleichsstrahlung periodisch ändert. 15 gemeinsam gehende Strahlung vom Meßobjekt und

2. Pyrometer nach Anspruch 1, dadurch ge- Vergleichsquelle allein den Anteil der Vergleichskennzeichnet, daß die Abdeckvorrichtung ein vor strahlung periodisch ändert.

der Blendenöffnung (59) verschiebbarer Film (62) Durch diesen Strahlungsmodulator wird also in der

mit von einer Teilungslinie (63) der Blenden- Blendenöffnung eine Lichtquelle mit entsprechend öffnung (59) nach außen zunehmender Licht- 20 der Intensitatsdifferenz zwischen Meßstrahl und durchlässigkeit ist. Normstrahl schwankender Gesamtlichtintensität ge

schaffen. Es wird dabei in einer der gewünschten

Wechselstromfrequenz entsprechenden Folge jeweils

die dem Normstrahl zur Verfugung stehende Blen-

Die Erfindung betrifft ein Pyrometer mit Ver- 25 denöffnung vergrößert und die dem Meßstrahl entgleichsstrahler und elektromagnetischem Strahlungs- sprechende Blendenöffnung verkleinert oder umgemodulator vor einer Blende und mit einem photo- kehrt. Der wesentliche Fortschritt liegt in einer elektrischen Strahlungswandler, bei dem die Strom- wesentlichen Vereinfachung des photoelektrischen aufnahme des Vergleichsstrahlers die Temperatur und elektrischen Teils der Auswerteinrichtung, insangibt. - 30 besondere bei einem Strahlungspyrometer mit sehr

Pyrometer derartiger Ausbildung sind bekannt. starker Differenz der Intensitäten von Meß- und

Um das Meßergebnis derartiger Pyrometer in ein Normstrahlen. Dabei ist die gesamte Anordnung Steuersignal umzuwandeln, ist es bekannt, dem Licht- sehr robust und gibt ein für die Verwendung als strahl der Meßstelle einerseits und der Normlicht- Steuerimpuls sehr günstiges Wechselstronisignal ab. quelle andererseits eine photoelektrische Einrichtung 35 Zweckmäßig ist das Pyrometer so ausgebildet, daß aufzugeben und die dabei gemessene Frequenz der die Abdeckvorrichtung ein vor der Blendenöffnung Ströme der photoelektrischen Einrichtung als Meß- verschiebbarer Film mit von einer Teilungslinie der wert für die Intensitätsdifferenz heranzuziehen Blendenöffnung nach außen zunehmender Licht-(deutsche Patentschrift 198 290). Da der dabei ent- durchlässigkeit ist.

stehende Gleichstrom nur schwer als Steuerimpuls 40 Die Erfindung wird nachfolgend an Ausfiihrungsherangezogen werden kann, ist es bekannt, über beispielen an Hand der Zeichnung näher erläutert, optisch mechanische Einrichtungen, z. B. Schwing- Es zeigt

spiel- oder Wechselblenden, abwechselnd die beiden F i g. I schematisch ein Pyrometer,

Lichtstrahlen, Meßstrahlung und Normstrahlung, auf Fig. 2 eine Schnittansicht gemäß der Linie 2-2 in

die photoelektrische Einrichtung aufzugeben, wobei 45 Fig. 1,

ein Wechselstrom entsteht, dessen Frequenz im Fig. 3 eine Schnittansicht gemäß der Linie 3-3 in

Wechsel den Lichtstrahlen und dessen Amplituden Fig. 1,

der Differenz zwischen der Intensität des Meßstrahls Fig. 4 ein anderes Schaltschema für das Pyro-

und des Normstrahls entspricht. Dabei ist es bekannt, meter nach Fig. 1, in dem einen Lichtweg ein fest eingestelltes Licht- 50 Fig. 5 eine Ansicht eines Strahlungsmodulators, Schwächungsmittel, z.B. Graukeil, Blende od. dgl., Fig. 6 eine Ansicht eines anderen Strahlungs-

mit in der Schwingungsebene des schwingenden modulators.

Signals abnehmender Lichtdurchlässigkeit anzuord- In Fig. 1 ist ein Strahlungspyrometer gezeigt,

nen, wobei die Intensitätsunterschiede der zu ver- wobei ein Teil der von einem Meßobjekt 10 unbegleichenden Lichtimpulse entsprechenden Steuerspan- 55 kannter Temperatur ausgehenden Strahlung von der nungen bzw. Ströme die Amplitude des schwin- Objektivlinse 12 aufgefangen und zur Fokussierung genden Systems bestimmende Stromkreise oder in eine Ebene gebracht wird, die einen Heizdraht 14 verstärkte Anordnungen im Sinne einer Verringerung einer Vergleichsquelle 16 enthält. Die Anordnung des des Intensitätsunterschicds beeinflussen. Wolframheizdrahtes 14 und des Bildes des Meß-

Bei all diesen bekannten Anordnungen müssen 60 objcktes 10 ist in Fig. 2 gezeigt. Diese Anordnung jedoch in der photoelektrischen Anordnung zwei bildet das Objekt für eine sekundäre Linse 18, die völlig getrennte unterschiedliche Lichtintensitäten ein stark vergrößertes Bild des Heizdrahtes 14 und aufgenommen werden. Dadurch wird insbesondere des Meßobjektes 10 auf der Vorderfläche 20 eines oei Teniperaturmessiingen mit sehr starken Schwan- elektromagnetischen Strahlungsmodulators 22 erkungen der gemessenen Lichtintensitäten ein sehr 65 zeugt. Dieser Modulator 22 besteht aus einer Blenkompliziertes, zeitlich synchronisiertes Differenzvcr- denplatte 24 und einer längsschwingenden Abdeckstärkersystem erforderlich. vorrichtung 26. Die Platte 24 besteht aus opakem

Es ist die der Erfindung zugrunde liegende Auf- Material und enthält eine kleine rechteckige primäre