DE1473246C - Strahlungspyrometer mit Thermoelemen ten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Strahlungspyrometer mit Thermoelementen, die in einer wärmebeständigen, elektrisch isolierenden, undurchlässigen Materialschicht gelagert sind und deren Kaltlötstellen auf konstanter Temperatur gehalten sind.

Das Gerät ist auf dem Prinzip der Messung von Wärmeunterschieden auf den Oberflächen von zwei definierten Schichten begründet.

Bisher bekannte Einrichtungen dieser Art sind mit verschiedenen Nachteilen behaftet. Sie vertragen keine hohen Temperaturen, besitzen hohe Zeitkonstanien (kapazitive und Transportverzögerung), sie arbeiten auf dem Prinzip der nichtstationären Wärmeleitung mit Funktionsunterbrechung,: oder deren elektrische Leistung am Ausgang des Abtastgerätes ist derart klein, daß sie eine ganze Reihe von Hilfseinrichtungen benötigen (spezielle Verstärker, magnetische Verstärker, Generatoren 'einer stabilen Frequenz, Spannungsstabilisatoren u. dgl.). Andere bekannte Einrichtungen sind fest an den "Wasserumlauf rohren eines Kessels oder in der Wand eines Wasserumlaufrohres befestigt und können deshalb während des Betriebes nicht ausgewechselt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein sehr einfach aufgebautes Strahlungspyrometer zu schaffen, das keine nennenswerte Wärmeträgheit aufweist, mechanisch und chemisch widerstandsfähig und einfach auswechselbar ist. ; '.:

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Strahlungspyrometer ein mit einer zweiphasig siedenden Kühlflüssigkeit gefülltes Rohr aufweist, welches an seinem der Wärmebeauf schlagung zugekehrten Ende mit einem aus der Materialschicht gebildeten Boden verschlossen ist, und die Heißlötstellen der Thermoelemente mit der Eintrittsfläche des Bodens, in welche der Wärmestrom eintritt, in Berührung stehen und deren Kaltlötstellen aus der der Kühlflüssigkeit zugekehrten Austrittsfläche des Bodens heraus in die Kühlflüssigkeit hineinragen und das andere Ende des Rohres durch einen Deckel verschlossen ist, in welchem Durchführungen für die elektrischen Anschlüsse der":Thermoelemente, vor-:; gesehen sind, und der aus dem Rohr, dem Boden und dem Deckel gebildete* Behälter eine Zuleitung für Kühlflüssigkeit sowie einen; Ablaßt für- .Dampf,. aufweist. ■■■■-::· ' ■ . . '■■■'■'..-;. .ν; ■'■■■'■■}■ ·.

Ein Ausführüngsbeispiel der Erfindung ist an Hand der Zeichnung näher erläutert.Es zeigt :U : '

Fig. 1 einen Schnitt durch das Strahlungspyrometer und ; /...1 ■; '■■:, ■'. .'^i:' .-·.': '■'"-

F i g. 2 den Einbau des Strahlungspyrometers in die Wand einer Kesselfeuerstelle. ^; .

:._...._. In-E i g.-1 ist eine. wärmebeständige,-, isolierende, undurchlässige Materialschicht 1 dargestellt, in deren Eintrittsfläche 2 der Wärinestrom 4Veintritt. Aüs^! der Austrittsfläche3 der Schicht;tritt-der Wärmestrom aus. Die siedende, zweiphasige Kühlflüssigkeit 5. befindet sich in dem keramischen oder metallischen Rohr 9 des¹ Strahlung'spyrometersi· in welches- der Boden 1 mit .· Thermoelementen eingesetzt ist; Die Heißlötstellen 6 und die Kaltlötstellen 7 der Thermoelemente sind an dem Boden 1 angeordnet. Der das Rohr 9 am entgegengesetzten Ende abschließende Deckel 10 weist Durchführungen für die elektrischen Anschlüsse der Thermoelemente auf.

Eine Zuleitung 11 dient zur Zufuhr von Kühlflüssigkeit, ein Ablaß 12 ermöglicht die Abfuhr des Dampfes 15.

In Fig. 2 ist ein Schauloch 13 in der Wand 14 einer Feuerstelle dargestellt, wobei das in dem Schauloch befindliche Strahlungspyrometer mit einem Meßinstrument 8 verbunden ist.

Gleiche Teile sind in beiden Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Die Heißlötstellen 6 der Thermoelemente liegen an den Stellen der Höchsttemperaturen des Bodens 1. Die Kaltlötstellen 7 werden von der siedenden Kühlflüssigkeit 5 umspült und auf diese Weise auf einer konstanten Temperatur wie in einem Thermostat gehalten. Eine Änderung der Intensität des auffallenden Wärmestroms 4 äußert sich schnell als eine Änderung der Temperatur der Eintrittsfläche 2 des Bodens 1. Dadurch ändert sich auch die Spannung der Batterie der Thermoelemente, und das Meßinstrument 8 zeigt auf einer geeignet geeichten Skala unmittelbar den Wert des Wärmeflusses 4 an. '
Die Kaltlötstellen 7 der Thermoelemente sind in einer Entfernung von einigen Millimetern von der Austrittsfläche 3 des Bodens 1 angebracht, damit sie ganz gleichmäßig von der siedenden Kühlflüssigkeit 5 umspült werden -und damit ■'■■ihre Temperatur nicht . durch die veränderliche, turbulente Grenzschicht in knapper Nähe der Austrittsfläche 3 des Bodens 1 beeinflußt wird.

Eine der möglichen'Ausführungen des Gerätes ist

ν hv vereinfachter Weise in Fig. 1 angedeutet. Der . eigentliche Körper des Strahlungspyrometers kann

z. B. aus einer technologisch geeignet zubereiteten ' Masse (Elektroporzellan) hergestellt sein. Eine ge-

■ eignete Form bietet eine kreisförmige Scheibe, deren Dicke etwa 3- bis 4 ram beträgt. In dieser Scheibe sind die bereits vorher in beschriebener Weise in Reihe geschalteten Thermoelemente eingebaut. Die Scheibe wird mittels eines Stahlansatzes, oder auch ohne einen solchen, unmittelbar in ein Ende des zylindrischen, aus Metall; oder Keramik hergestellten Rohres 9 derart eingepreßt, daß die Heißlötstellen 6 in der Eintrittsfläche 2 der Scheibe sich an der äußeren Seite des derart entstandenen Bodens 1 des zy-

:r·.; lindrischen Körpers befinden.: Das zweite Eride des Rohres 9 ist durch einen Deckel 10 abgeschlossen, durch den die elektrischen Ausführungen aus der Batterie der Thermoelemente herausgeführt werden. Das derart entstandene zylindrische Gefäß, welches mit siedender Kühlflüssigkeit5, z.B. Wasser, gefüllt und mit einer Zuleitung 11 für die Zufuhr zusätj-

... liehen Wassers und mit einem Ablaß 12 zur Abfuhr

5o^; des Dampfes 15 verserlen^; ist,¹ kann als Kühivorrich- - tung und gleichzeitig auch als Thermostat für die Kaltlötstellen 7 dienen. Wie aus Fig. 2 ersichtlich,

........ kann „das .Strahlungspyrometer .unmittelbar in die Schaulöcher 13, die in den Wänden 14 der Feuerstelle

55; angeordnet sind; hineingeführt werden. -;

Versuche haben; bewiesen; daß sich auch diese einfachste Ausführung , des erfindungsgemäßen Strahlungspyrometers bewährt. Eine kleine Neigung des Körpers aus der waagerechten Lage genügt, damit der sich bildende Dampf 15 leicht aus der siedenden Kühlflüssigkeit 5 abgeführt wird, und zwar entweder in die freie Atmosphäre oder in einen Oberflächenkühler zur wiederholten Verwendung. Die auffallende Wärmestrahlung 4 verursacht an beiden Oberflächen

des keramischen Bodens 1 einen Wärmeunterschied von einigen Hundert Grad Celsius. Bei Anwendung an der Feuerstelle eines 50-MW-Kessels war der elektrische Ausgang aus einem Strahlungspyrometer

mit acht Thermoelementen im Bereich des Normalbetriebes der Feuerstelle etwa 60 bis 180 mV, also bei Verwendung von fünf gleichzeitig arbeitenden Strahlungspyrometern könnte man ein Signal in der Größenordnung von 0,3 bis 0,9 V erhalten.

Die Zeitkonstante des Strahlungspyrometers ist bloß einige Sekunden. Etwa 10 bis 20 °/o der Signaländerung wird durch das Strahlungspyrometer ohne merkliche Verzögerung übertragen.

Das erfindungsgemäße Strahlungspyrometer ist im Prinzip für die Abtastung der Wärmestrahlung bestimmt, welche alle industriellen Wärmeprozesse begleiten, die vor allem bei einer Temperatur über 1200° K verlaufen, insbesondere zum Zweck der automatischen Steuerung dieser Prozesse in Regelkreisen.

Dank seiner hohen Empfindlichkeit ist das erfindungsgemäße Strahlungspyrometer insbesondere für Feuerstellen von Granulierkesseln mit hoher Leistung zwecks kontinuierlicher Beobachtung des Ternperaturverlaüfs und Erleichterung der Bedienung be-. stimmt.

Das erfindungsgemäße Strahlungspyrometer ersetzt dje unbefriedigenden, engwinkligen Strahlungspyrometer mit optischem System, welche kein richtiges Bild des Prozesses liefern. Es übernimmt auch die Funktion der Wächter von Brennern und gibt mit minimaler Verzögerung Informationen über das Ausfallen irgendeines der Brenner und Information über die Änderung der Menge oder Heizkraft von Brennstoffen. Es reproduziert den Einfluß der Änderung der Zufuhr der Verbrennungsluft auf die Heizleistung der Feuerstelle.

Bei Verwendung einiger Strahlungspyrometer kann die Natur der Bewegung der Wärmefelder — der Flammenkerne — leicht erkannt werden. Das Gerät kann also gewissermaßen auch die Anwendung der industriellen Fernsehtechnik ersetzen.

Weitere Möglichkeiten der Anwendung des erfindungsgemäßen Gerätes bieten sich in der Hüttenindustrie, bei verschiedenen Arten von Schmelzofen und nach spezieller Anpassung auch zur kontinuierlichen Beobachtung der Wärme von Schmelzen. In der keramischen Industrie eignet sich das Gerät zur automatischen Steuerung von Rotationsöfen zur Herstellung von Kalk, Zement usw. und in der chemischen Industrie zur Beobachtung der Temperatur in einem aggressiven Milieu. Das erfindungsgemäße Gerät kann auch leicht für diese Zwecke adaptiert werden.

Im Bedarfsfall kann das erfindungsgemäße Gerät auch derart gestaltet werden, daß die Heißlötstellen 6 des Thermoelementes durch den Werkstoff des Bodens 1 gänzlich verdeckt und gegen unmittelbare schädliche Einwirkung des heißen Milieus geschützt sind. Die Heißlötstellen 6 müssen allerdings knapp unter der Eintrittsfläche 2 der Scheibe 1 liegen. Falls die Gefahr dieser schädlichen Einwirkungen nicht besteht, können die Heißlötstellen 6 in der Eintritts-ίο fläche 2 teilweise frei liegen, oder sie können auch an der Eintrittsfläche 2 des Bodens 1 liegen. Sie müssen sich aber mit ihr im engen Kontakt befinden, um deren Temperatur zu besitzen. Eine Kombination freiliegender und verdeckter Lötstellen 6 ist auch möglich.

Aufbau und Herstellung des erfindungsgemäßen Strahlungspyrometers sind sehr einfach. Das Gerät ist im Betrieb sehr verläßlich und leicht austauschbar. Seine Form kann den verschiedensten Bedingungen angepaßt werden.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Strahlungspyrometer mit Thermoelementen, die in einer wärmebeständigen, elektrisch isolierenden, undurchlässigen Materialschicht angeordnet sind und deren Kaltlötstellen auf konstanter Temperatur gehalten sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlungspyrometer ein mit einer zweiphasig siedenden Kühlflüssigkeit (5) gefülltes Rohr (9) aufweist, welches an seinem der Wärmebeaufschlagung zugekehrten Ende mit einem aus der Materialschicht gebildeten Boden (1) verschlossen ist, und die Heißlötstellen (6) der Thermoelemente mit der Eintrittsfläche (2) des Bodens (1), in welche der Wärmestrom (4) eintritt, in Berührung stehen und deren Kaltlötstellen (7) aus - der der Kühlflüssigkeit (5) zugekehrten Austrittsfläche (3) des Bodens (1) heraus in die Kühlflüssigkeit (5) hineinragen und das andere Ende des Rohres (9) durch einen Deckel (10) verschlossen ist, in welchem Durchführungen für die elektrischen Anschlüsse der Thermoelemente vorgesehen sind, und der aus dem Rohr (9), dem Boden (1) und dem Deckel (10) gebildete Behälter eine Zuleitung (11) für Kühlflüssigkeit sowie einen Ablaß (12) für Dampf (15)

   so aufweist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen