DE1573250A1 - Von AEnderungen der Umgebungstemperatur im wesentlichen unabhaengiges Strahlungspyrometer-System - Google Patents
Von AEnderungen der Umgebungstemperatur im wesentlichen unabhaengiges Strahlungspyrometer-SystemInfo
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Description
IO /
MÜHOHK» »
BEHEITEH ANGKR Ιίϊ
TEHEFOK B9 73 09
TKIiKOBAMM"AI>HKSHK: XW V » t
Le^o:; & ITorWfcruo Company 27ο April 1Q66
rhil'ideiphia, Pennsylvania, u.rJ.A»
—eir Zeichen DA-KI43 (Gase 1-505)
Von änderungen der Umgebungstemperatur . irr* e.; ent liehen un;.-Vn"ngiges 3tranlunt-:sp;/rouie fcer-
Lie ^r :%"ir:dung bfiftieht siori auf ütrahlunpjsp.yiOme t;er aer
ripezZ^ral-bef/renzten ϊ.-pe und ihr Ziel ist die Schaffung
sin-'i:; verbesserten s psKt "r.ril-bohren ζ ten otrolilungapy rome Cersy:^';;.'xr.,
u-s3 im ν
<;i-:erit.i.ioiien un^bhün^ig von .'.nd'i
"jer ijiftirebunretempern tür i;;to
->if; ,. .· Lf; *,;-ri C '>rah L"xn:*.'>r....'romf-- ter i'ür indun trie.l lon 1^e ο rauch
„-',ehoren. zürn "ie^^rat^tv^.-.i ungstyp und verwenüori ,nennosiiulen
o.ln -Jh t, eic ""or der ot;raLlun<~Be;ri'.:riiieo Ein Beispiel solcher
Vherr.os-'J-ul1; zei^t dun UiJA iieinaue-Patent Re0 ^S bVj, b'ür
itnv/endun^ßn , bei aonon e» erwünscht irrt, Ternperfiturmenfiung-en
von Le'Pillen in Kühleren Umgebungen durchzurühren, die
r.l'ih', unter .'Jchwfirnk-'lrpfir ("blnckbody") Bedingungen ·. ind,
Können fIlemper;xturme.'jr;ungent die dichter be:i der wahren Temperatur
Liefen, mit rspektrul -b(.-,;renzten Strahlungnpyromu tern
erhalten v/erden, nLa di.o oie mit einem G-ennmti; trahlungsme
ter erhalte η v/erden. Dies kann /^emäß vorJ.iegendcr Er-
BAD
009842/0233
findung erreicht werden durch Auswahl eines schmalen spektralen Ansprechbandes bei ungefähr 0,65 Mikron, das
ungefähr dasselbe Ansprechband wie ein optisches Pyrometer
ist· Die größere Genauigkeit ergibt sich durch die höhere spektrale Emission der meisten metallischen Oberflächen
bei kurzen Wellenlängen und eine größere Geschwindigkeit ("rate") des Wechsels der augestrahlten Energie
mit Wechsel der Temperatur bei den kurzen Wellenlängen» Die höhere spektrale Emission iiicicht das iJohmalbandpyro—
meter weniger empfänglich für Änderungen der limgebung des
Ziels ("target") als Breitbandpyrometer, während die größere Geschwindigkeit der Änderungen der Strahlungsenergie mit
Änderung der Temperatur eine Leistung ergibt, die ungefähr proportional T anstelle von T ist, wie sie mit einem Gesamtstrahlungspyrometer
erreicht würde. Während somit die Millivolt Leistung eines spektral begrenzten ryiOmeters
sich direkt mit Änderungen in der Zielemission ändert, so ist dies für die anscheinende Temperatur nicht der tfall, und
Irrtümer aufgrund von Änderung der Zielemission werden durch einen Faktor von 3 (Verhältnis der Exponenten) gegenüber
dem Ge;; am t strahlung pyrometer verringert.
Die vorliegende Erfindung ist besonders auf Strahlungspyrometer
gerichtet, die als Detektor oder L'Hihlelemenb einen
üiiizium-Sperrschichtphotolichtfiililer ("silicon photovoltaic
light sensor") in Kombination mit Infrarot-Absorptionömitteln
verwenden. Siliziumzellen werden manchmal
009842/0233 bad original
γ-Is Silizium-I'hotodiodien bezeichnet und sind Festkörper
("solid btate ") Detektoren, die bei Beleuchtung mit
./ichtbarem Licht oder infraroter Strahlung einen elektrischen
ο;rom ohne die Hilfe einer äußeren Spannungsquelle
erzeugen0 Sperrschichtphotozellen-Einrichtungen ("photovoltaic devices") haben verschiedene Vorteile
einschl. Widerctandsfänigkeit, großer Empfindlichkeit, groSer Ansprechgeschwindigkeit und der Tatsache, daß sie
nur auf Strahlung gewisser Wellenlängen ansprecheno SiIiziurn-Spe
rj-rbchichtphotoaellen sprechen auf Strahlungen der
Wellenlängen von ungefähr 0,50 Llikron bis ungefähr 1,2
L.ikron an, v/ohingegon eine Thermosaule auf Strahlung aller
Wellenlängen anspricht·
i3ie Verwendung von Silizium-Sperrechichtphotozellen an sich
in Strahlungspyrometrie wurde von Ji0 Barber und T. Land
diskutiert in einem Kapitel mit; dem Ti !,el "The Place of
Photovoltaic Detectors in Industrial Pyrometry", erschienen in "Temperature", Its Measurement and Control in Science and
Industry", Band III, Seiten 391 - 403, veröffentlicht durch
"Reinhold Jublishing Korporation in 196?. Diese Veröflentlichtunr;
weist darauf hin, daß Siliziumzellen kompensiert werden mür-seri CUr die /nderun: rren der Leistung mit Umgeburigiitfiiriperatur,
da fsie porn tive Tomperaturkoeffizienten der
'.') t/r'jm! ο i rs tun/ au.i'v/f.-i ::en. jjj.f: Ve rof ί en Ll lchunf·; weist darnuf
hin, daii '. ';mfK:raturl.ompr;nis?i .ti on CUr
> i ne Si] iziumzolle mit
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einem Kompensationsnetzwerk, das einen Thermistoren und Manganin Widerstände vereinigenden Mebenschlußkreislauf
aufweist, erreicht wird. Die Veröffentlichung
weist jedoch auch darauf hin, c.aß es nicht möglich ist, vollkommene Kompensation für alle Temperaturen des
gemessenen heißen Körpers vorzusehen, da die Ursache der Änderungen der Leistung in einer Verlagerung der Grenzwellenlänge
("cutoff wavelenght") und nicht in einem Wechsel der Empfindlichkeit der Zellen liegt»
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Strahlungspyrometer-System
geschaffen, das nicht nur spektral auf ein "besonderes Band von Wellenlängen beschränkt ist, sondern
bei dem die Leistung des Fühlelementes hierbei im wesentlichen unabhängig von Änderungen der Umgebungstemperatur
ein gemacht wird. Unter einem Gesichtswinkel der Erfindung wirdv·
Strahlungsp.vrometer-System geschaffen zum Messen der Temperatur
von heißen Körpern mittels eines Strahlungsenergiefühlers, dessen Leistung größenmäßig sich sowohl mit der
Änderung der Temperatur des gemessenen heißen Körpers als auch mit Änderung der Umgebungstemperatur ändert, wobei
das Verfahren, das System unempfindlich gegen Umgebungstemperatur-Änderungen zu machen, den Schritt umfaßt, die
spektrale Verteilung der von dem Fühler empfangenden Strahlungsenergie auf Wellenlängen bis zu etwa der Wellenlänge
des maximalen Ansprechens des Fühlers zu begrenzen»
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Gemäß einem anderen Gesichtspunkt der Erfindung werden
in Kombination vorgesehen: ein strahlungsenergiefühlenies
Element mit einer Leistung, die sich größenmäßig mit Änderungen der Umgebungstemperatur als Ergebnis der
Änderung der Grenzwellenlänge des Fühlelementes mit Änderung
der umgebungstemperatur ändert, und Filtermittel, die im
v.esentlichen einen Ilull-Umgebungstemperatur-Koeffizienten
besitzen. Die Filtermittel haben die Eigenschaft, Strahlungsenergie zu dem Fühlelement in dem spektralen Bereich abzuschneiden,
in dem Änderung der Grenzwellenlänge des Fühlelementes
stattfindet, wodurch die Leistung des Fühlelementes in der Kombination im wesentlichen unabhängig von
Änderungen der Umgebungstemperatur gemacht wird«,
Gernä,; einen v/eiteren Gesichtspunkt der Erfindung wird ein
Vj\,ru.iA unrspyrometer-System geschaffen zum Messen der Temper-
·■ *-ur von heizen Körpern bei Temperaturen aber einem praktischen
.Minimum von etwa 1O93°C ("2000°P")° Solch System
umfaßt einen Sllizium-SperrnchichtphotoiichtfUhler, der auf
'Jtraxlün;-;^eneririe von Wellenlängen biß herauf zu etwa 1,2
ί.;ίκΓοη anspricht und zum Empfang dor Litrahlungsenergie von
'lern heißen Körper angeordnet ißt. Lor Fühler hat die i'ligennehaft,
daß π eine Lr-lntung sich mit .änderungen in der Umgebungstemperatur
ändert, üoloh Llyetem unthält ;iuch einen
Filter, der in dem op tischen Pf; .d zwischen dom heiuen Körper
und dem oiJ izium-iJhotolich tfühler angeordnet lot, Der
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Filter hat die Charakteristik hoher Übertragung von Strahlungsenergie bis herauf zu etwa 0,55 Liikron mit
im wesentlichen Null-Übertragung bei etwa 0,95 Liikron.
Der Filter hat einen im wesentlichen Null-Umgebungstemperatur-Koeffizienten
und besitzt die uharakteris-tik, die Leistung von dem Silizium-Sperrschichtphotolichtfühler
im wesentlichen unabhängig von Änderungen der Umgebungstemperatur bis herauf zu etwa 93°C ("2000F") zu
machen.
V/eitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung sowie
ein mehr ins einzelne gehendes Verständnis derselben ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung
mit der belügenden Zeichnung.
In der Zeichnung ist:
Figo 1 ein senkrechter Schnitt eines όtruhlun^spyrometers,
der die Erfindung enthält}
Sperrachicht-Fig. 2 eine Draufsicht' des iuembrantrUgers für dieTPhoto-
aelle der Fig. 1;
Figo2A eine schemafcische Darstellung des äquivalenten Kreislaufes
der Photoselle und des Lastwider«Landes der
Fig. 1 und 2; und
Fig. 3 Diagramme, die nur ürklärung gewisser Gesichtspunkte
und 4
der Erfindung nützlich sinde
BAD ORIGINAL
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In Fig. 1 ist ein. Strahlungspyrometer 10 veranschaulicht,
mit einem Gehäuse 11, das geeignet ist, in seinem Innern ein Fühlelement des Festkörper-Types zu tragen« In einer
bevorzugten Ausführung der Erfindung umfaßt das Fühlelement 12 einen Silizium-Sperrschichtphotolichtfühler oder
-Zelle der P-N-Verbindungstype, der empfindlich für sichtbare
und nahe-infrarote Strahlungsenergie ist. Fühler oder Zellen dieser Type sind wohl "bekannt, wie z. B0 der von der
Fa. Philco hergestellte Ρ-ϊϊ-Verbindung-Photofühler L-4412O
iline repräsentative relative Ansprechkurve bei Raumtemperatur für solchen Silizium-Sperrschichtphotolichtfühler ist
durch die Kurve S in Fig. 3 veranschaulichte Man sieht aus der Kurve S in Figo 3, daß der Siliziumfühler auf Strahlungsenergie
mit V/ellenlängen bis herauf zu etwa 1,2 Mikron
von etwa 0,50 Mikron ab anspricht und ein maximales Ansprechen
bei ungefähr 0,95 Mikron hat.
Wie aus Fig. 1 und 2 ersichtlich, kann der Fühler 12 in Gehäuse 11 mittels einer Membrane 13 getragen werden, wobei
die Membrane eine kleine Öffnung 13a in ihrer kitte aufweist, durch die hindurch der Fühler 12 Strahlungsenergie
empfangen kann, die von der heißen Kürperquelle durch einen Kleinwinkel-Spiegel 14 (Fig. 1) reflektiert wird. Die Membrane
13 ist in der Nähe ihren äußeren Umfanges mit einem
Paar Lochern 13b (Fig. 2) versehen, durch die Schrauben 15 (Fig.1) zur Anbringung der Membrane 13 innerhalb des
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Gehäuses 11 treten können. Der Fühler 12 wird ausgerichtet mit der öffnung 13a in'der Membrane 13 durch
einen Halter 16 und einen G-ummiisolierpuffer 17 gehalten,
wobei der Halter 16 an den drei Traggliedern 13c der Membrane 13 durch Schrauben 19 befestigbar ist.
Der Fühler 12 weist ein Paar Zuleitungen 20 und 21 auf,
die mit am Umfang der Membrane 13 angebrachten Endanschlüssen 22 und 23 verbunden sindo Ein Belastungswiderstand
25 ist gleichfalls quer mit den Endanschlüssen 22 und 23 verbunden. Der äquivalente Kreislauf eines SiIizium-Sperrschichtphotolichtfühlers
ist in Fig. 2A wiedergegeben. Solch Kreislauf umfaßt einen Stromerzeuger c6,
unter Darstellung der Freigabe von Elektronen durch Photone. Der lichterseugte Strom ist der Intensität der
Beleuchtung des Silisiumfühlers proportional. Der Stromerzeuger 26 ist durch eine Diode 27 nebengeschlossen und
ein In-Reihe-./iderstand 28 stellt den inneren widerstand
einer Siliziumzelle dar. Elemente 26 bis 28 in Fig. 2a stellen somit den äquivalenten Kreislauf des in den Fig.
i und 2 veranschaulichten Silisium-Sperrschichtphotoliehtfühlers
12 dar. Der in Fig. 2 veranschaulichte Belfistun.cswiderstand
25 ist auch in der schemntischen Ausbildung nach Fig. 2a dargestellt und h;t einen typischen Wert von
ungefähr 10 000 0hm.
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'■Vie aus Pig. 1 und 2 ersichtlich, haben die Zuführungsdrähte 20 und 21 Zuführungsdrahtverlängerungen 20a und
21a, die sich aurch den Isolator 30 in der Seitenwand des Gehäuses 11 hindurch erstrecken und an elektrische
Terbindungspfosten 31 und 32 auf der Außenseite des Pyrometer
gehäuses 11 angeordnet sind zwecks Verbindung mit einem Temperaturmesskreislauf 3iner geeigneten bekannten
Type.
V/ie aus Pig. 1 ersichtlich, ist der Spiegel 14 in seinem
zentralen Bereich nicht metallisiert und sieht somit eine äurenvichtige Öffnung Ha vor, durch die mittels eines
Gkulr-rrj 33 das r'dld des hei.'ien Körpers betrachtet '«erden
»can*;, sensen Me s sum- riuf der Rückseite der kern träne 13
■•iurcfii ri.r'ihrt v/ird. Durch Betrachtun/? des bilden "(es heißen
ilcrpers durch das Okular 33 kann das optische ^i1, stem des
ötr·-'lhlun;"i;pyrometers 10 leicht ;:;ο ausgerichtet werden, dal,'·
'jas -aid rien heißen Kc r pe rs zentral in Bezug uu£ die i.iembraneciffnung
13a gelegt v/ird. Die Anbringung der. Spiegels H ist ähnlich der, die in dem IjS Patent 2 813 203 offenbart
tut. Der Spiegel 14 v/ird von einem Halter 34 getragen,
oer ein mit oohraubong^v/lnde versehenes rinde 34a hut, welch
letzteres im Eingriff steht mit dem mit Innengewinde versehenen Teil 11a des Gehäuses 11. uer Halter 34 ist einsteli
oar zur T-ev/fegung des Spiegele 14 längs der optischen
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Achse des Pyrometers 10, um die Einstellung des Fokus des Pyrometers zu gestatten,, Eine Gegenmutter 34b aient
dazu, den Halter in fester Stellung nach einstellung des Fokus festzustellen. Das vordere Lnde des Gehäuses 11 ist
mit einem Lichtbegrenzer ("light-trimmer") in Gestalt eines angelenkten Verschlusses 36 versehen, der von einem Gelenkzapfen
37 getragen wird«. Der Zapfen 37 ist mit einem Einstellschlitz 37a versehen, sodaß der Verschluß einstellbar
ist, um den Betrag des auf das Fenster 38 auffallenden Lichtes zu kontrollieren. Siliziumzellen von untereinander
identischer Konstrtiktion können von einer Zelle £ur nächsten
sich in Bezug auf die Leistung unter den gleichen Lichtbedingungen unterscheiden. Der einstellbare Lichtbef;renzer
36 gestattet es, die Leistungen der Siliziumzellen mit
gröiSerer Leistung zu reduzieren, um denen mit ?:erin;-!;erer
Leistung zu entsprechen, wodurch Gleichmäßigkeit der Leistung
zwischen verschiedenen Einheiten erreicht wird.
Das Fenster 38 der Fig» 1 v/irkt als ein Medrig-Durchlaß
("low-pass") optischer Filter und seine spektralen ubertragunseigeri.
chaften sind durch die Kurve F in Figo 3 veranschaulicht.
Aus Kurve F ist ersichtlich, daß der Filter 38 eine hoho übertragung von einfallender sichtbarer Strahlungsenergie
bis herauf zu 0,^5 Mikron hat, von wo eu anfangt
«ich schnell auf Null zu verringern, bis zu dem i?0%-Übertragunspunkt
bei etwa 0,69 Iuikron und Erreichung des Null»
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Ubertragunspunktes bei etwa 0,95 Mikron. Die Kombi«
nation aer Frontfenster-Spektralübertragung und des Ansprechens der Siliziumzelle ist veranschaulicht durch
die Kurve SF in Figo 3, die ein Produkt der Siliziumzellen
Ansprechkurve J? und der Filterübertragunskurve F ist. Solche Kombination erzeugt ein Durchgangsband
("passband"), dessen Kitte um eins wirksame Y/ellenlänge
von ungefähr 0,65 Mikron herum liegt. Aus Fig. 3 ist auch ersichtlich, daß die Übertragungskurve Q für Quarz,Pyrex
und andere ähnliche Materialien eine im wesentlichen gerade Linie bei etwa 92$ Übertragung ist, da diese Materialien
frei alle in Fig. 3 gezeigten Wellenlängen übertrager;. Wenn somit das Frontfenster 38 aus Quarz gemacht
würde, so ist zu beachten, daß das Paßband oder der Durchlaßbereich des Pyrometer-bystems das der Siliziumzelle
allein sein würde, anstelle des en^en durch die Kurve SF
veranschaulichten Durchlassbereiches.
Wie im vorhergehenden dargelegt, weicht die Leistung von Siliziumzellen, die in Verbindung mit Quarzfenstern in
Strahlungspyrometern benutzt werden wesentlich ab, infolge
Änderung der umgebenden Kaumtemperatur· Im praktischen Gebrauch
wird angenommen, daß die Leistung eines Strahlungspyrometers sich nicht mehr alß etwa 3$ ,ändern sollte, wenn
es auf ein 0,4 Emiasionsziel von 1b49°O ("30000F") gerichtet
ist und wenn die Umgebungstemperatur (seine Ge-
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hausetemperatur) 55,60G ("1OO°F") über die Raumtemperatur
erhöht wird« Diese yfo Leistung bedeutet eine Änderung
in der Temperaturanzeige von etwa 5 C ("9 F"). In der Praxis sind die 'i'emperaturskalen der Anzeiger für
Strahlungspyrometer angenähert exponential, wobei in
Anbetracht des Produktes von ilancks Gesetz und ubertragunsband und wegen dieser exponentialen Qualität,
die Skala viel offener in den höheren Bereichen ist0 Ji e
niedrigeren Temperaturziel-Leiftungen sind ein sehr kleiner
Prozentsetz der Gesarctskala-Leistung. Beispielsveise, bei
einer Anwendung waren die Leistungen bei 12040C ("220C^F")
und 1O93°O ("20000F") ungefähr 10c/S bzw. 2,5°* der Leietung
bei 14-820C ("2700°F")o Es sollte beachtet werden, daii
Schwarzkörper-Temper; türen von 10930O, 1204°C und 14820C
("20000F, 22000F and 27000F") äquivalent 0,4 Emissioncieltemperaturen
von etwa 11930O, 13160C und 1613°C ("21SO0F,
2400 F and .°932 F") für einen Strahlungspyrometer, wie das
Pyrometer 10, das in der vorliegenden Anmeldung veranschaulicht ist, sind.
In Fig. 4 stellen die drei in vollen Linien gezeichneten Kurven die Abweichungen der Leistung bei einer Erhöhung
der Umgebungstemperatur bis zu 55,6 C ("100 F") für drei repräsentative Zieltemperaturen von 1093 C, 1238 C und
14820C ("20000F, 220O0F and 270O0F") dar, für dos mit
einem Quarzfrontfenster versehene Pyrometer 10. Es ist zu
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"beachten, daß das Quarzfrontfenster das Pyrometer sehr
grob unterkompensiert läßt, wobei der Koeffizient der Abweichung
positiv mit Temperaturerhöhung ist und die Hinzuführung eines temperaturkompensierenden Netzwerkes erfordern
7/ürde, das gemäß Standardpraxis aus einer parallelen
Kombination eines Thermistors und eines ,'/iderStandes
in lieihe besteht, ils ist auch zu beachten, daß die prozentweir-.-e
Abv.eichung für verschiedene Ziel-Temperaturen sich vndert. Der Widerstand 25(Pig» 2A) führt keine Kom-)
pensationsv/irkung aus sondern liefert nur eine Impedanz
Anpassung ("impedance match")»
Ί'/urde as .Pyrometer mit einem Vorderfensterf ilt.er, der
bbertragur.gseigenschaf ten, wie sie durch die furve P in
Fig. 5 veranschaulicht sind, aufweist, versehen, so ergab sich, daß die Abweichungen in der Leistung des Pyrometers
mit nrnöhung der Umgebungstemperatur sich beachtlich verminderten.
Lies ist veranschaulicht durch die drei strichlinierten
Kurven in Fig. 4, aus denen ersichtlich ist, eiufa uie ,'i;;tung deo otr?;.hlungspyrometers im wesentlichen
) unabhängig gemacnt -.vurde von Änderungen der umgebungstemperatur
bis zu ungefähr 5b,60C ("1000P") der Umgebung
und über einen ochwarzkörpertemperaturbereich von ungefähr
1O93°O ("2OQO0P") bis etwa 15100G ("27500P"). E:. ist somit
ersichtlich, daß der Filter 38 die doppelte Punktion erfüllt
der Vorsehung eines »fJtrahlungspyrometera 10 mit einem
BAD
009842/0233
speziellen Durchgangsbereich, sodaß seine "effektive
* Wellenlänge" etwa 0,65 Mikron beträgt, und daß es außerdem die Leistung des Pyrometers im wesentlichen unabhängig
von Änderungen der Umgebungstemperatur macht.
Mehrere Infrarot-Absorptionsfilter sind im Handel erhältlich, die Transmissionseigenschaften, wie sie durch
die Kurve F in Pig. 3 veranschaulicht sind, besitzen. Z. B., bei einer Anwendung wurde das Frontfenster 38
aus einem hitzeabsorbierenden Glas Nr. 204-3 der Pittsburgh
Plate Glass Company gemacht. Der Filter war ungefähr 4 mm ("5/32 inch") dicke Ein anderer geeigneter Infrarot-Absorptionsfilter
ist der Glasfarbfilter, der von
den Corning Glass Works hergestellt und als CS. 1—69f
filter 4600 bezeichnet wird./Obgleich das Frontfenster
38 hier als aus Filtermaterial hergestellt beschrieben ist, so muß doch vei'standen werden, dai3 solch Filter für
das System an anderen Stellen in dem Pyrometer 10 angeordnet werden kann und immer noch im Bereich der Erfindung
verbleibt. Z. B. kann das Vorderfenster des Pyrometers
aus Quarz oder anderem luaterial mit breiter Spektral-U
her tragung hergestellt werden und der Filter wird in die kleine Öffnung 13a vor der Siliziumzelle 12 oder irgendwo
in den optischen Pfad, der zur Siliziumzelle führt, angeordnet»
Eine Linse aus Filtermaterial kann gewünuchtenfalls
in dem optiöchen System verwendet worden. Zusätzlich kann
BAD ORIGINAL
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der Spiegel 14- von der auf der Hückflache belegten
Type sein und aus dem Filterglas bestehen, oder das System kann einen sekundären Spiegel von ähnlicher Konstruktion
umfassen, um das gewünschte schmale übertragungsband der Strahlungsenergie zu dem Fühler oder der Zelle 12
zu richten.
Bezüglich der Theorie, weshalb der Infrarot—Absorptionsfilter
zusätzlich zur Vorsehung des Strahlungspyrometers mit einem spektralen Übertragunsbereich auch Umgebungstemperatur-Kompensation
für Pyrometer ergibt, wird angenommen, daß - wenn eine Siliziumzelle erhitzt wird, wie
z. B. durch Erhöhung der Umgebungstemperatur - der Wellenlängenabschnitt der spektralen Empfindlichkeitskurve sich
nach den längeren Wellenlängen zu verlagert, sodaß der von
! r dem Licht erzeugte Strom vermehrt wird· Jedoch,durchsBegenzung
der spektralen Verteilung der von der Siliziumzelle empfangenen Strahlungsenergie auf Wellenlängen bis zu etwa
der Wellenlänge des maximalen Ansprechens der Siliziumzelle bei Raumtemperatur, wird solche Verlagerung oder Verschiebung
im wesentlichen keinen Einfluß auf die Leistung der Zelle mit Änderung der Umgebungstemperatur haben,
wodurch die Notwendigkeit für die konventionellen Temperaturkompensierungskreisläufe,
die bisher zur Vorsehung von Temperaturkompensation für oiiiziuazellen als notwendig
angesehen 'varon, beisoitigt vdrd.
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Andere Typen von Filtern können verwendet werden, um spek- , tral das Strahlungspyrometer gemäß der Erfindung zu begrenzen.
Z. B., durch Anwendung eines Langwellenausschalt-Interferenzfilters
("long wave cutoff interference filter")» der Strahlungsenergie bis zu 0,7 Siikron für Niedrig- Temperaturdienst
überträgt, wo wenig oder keine Energie kurzer als das rote Band existiert, und eine Kombination dieses
Filters und eines Pyrometerrotfilters, der Strahlungsenergie von ungefähr 0,6 Mikron und höher für hohe Temperetüren
überträgt, kann das Pyrometer so gestaltet werden, av3
es anspricht auf ein Band , das dem optischen Fyrometer mit einer effektiven Wellenlänge, die um etwa 0,o und 0,7
Mikron zentriert ist, angenähert ist„
Es muß verstanden werden, daß die Erfindung sich nicht auf die speziellen beschriebenen und veranschaulichten Anordnungen
beschränkt,sondern, daß weitere Abänderungen derselben innerhalb des in den anliegenden Ansprüchen umrissenen
Schutzbereiches durchgeführt we "den können.
Ansprüche
SAD
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Claims (1)
- Ansprüche■1 ο Strahlungspyrometer gekennzeichnet durch die Kombination eines Strahlungsenergiefühlele« !Rentes (12), dessen Leistung sich größenmäßig mit Änderungen der Umgebungstemperatur ändert infolge einer Änderung der 'J-renzv/ellenlänge des Fühlelementes mit Änderung in Umgebungstemperatur; und 8trahlun.":sener/-"iefilter-Kii~t^l (3&), die die Eigenschaft haben, den Durchgang von ctrahlunrsenergie zu dem Fühlelement in einem Spektralbereich zu verhindern, in dem die Änderung in der ürenz-'.vellenlänge ley Fühl element es (12) stattfindet, vvodurch die Leistung de:: F-hlelementes (12) in dieser Kombination im wesentlichen unabhängig von Umgebung«temper- fcuränderungen ern&.cht wird.2. tyrometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daü die Filtermittel (38) im wesentlichen einen Null-Umgebungstemperaturkoeffizienten aufweiten.,3ο Pyrometer nach Anspruch 2, zum Messen <jer Temperatur von heißen Körpern, aadurch gekennze lehne t, daß das Fühlelement (12) aus einem Silizium-operrachichtphotolichtfühler besteht, uer auf Strahlungsenergie mit Wellenlängen biB herauf zu 1,2 Mikron anspricht und im009842/0233optischen Pfadzwischen einem zu messenden heißen Körper und den Filtriermitteln (38) angeordnet ist, und daß die Filtermittel geeignet sind, Strahlungsenergie bis zu etwa 0,55 Iwikron zu übertragen mit im wesentlichen Null-Übertragung bei etwa 0,95 Mikron, wobei die Leistung des Silizium-Sperrschichtphotoliehtfühlers (38) im wesentlichen unabhängig von Änderungen der Umgebungstemperatur bis zu etwa 380C ("1000I1") Erhöhung -ist»4β Pyrometer nach Anspruch 2, zum Kessen der Temperatur von heißen Körpern im Schwarzkörpertemperatur-Bereich von etwa 1O93°O ("20000F") bis etwa 14820C ("270O0F"), gekennzeichnet durch die Kombination: eine Silizium-Sperrschichtphotozelle, deren Leistung sich mit Änderungen in der Umgebungstemperatur ändert; ein Strahlungsenergiefilter, der einen im wesentlichen Null-Umgebungstemperaturkoeffizienten aufweist; und kittel zum Tragen der Silizium-Sperrschichtphotozelle und des Filters, um Strahlungsenergie von dem heißen Körper zu empfangen, wobei der Filter in dem optischen Pfad zwischen dem heißen Körper und der Silizium-Sperrschichtphotozelle angeordnet ist, wobei der Filter die Eigenschaft hoher übertragung von Strahlungsenergie bis zu ungefähr 0,55 Mikron mit im wesentlichen Wull-übertragung bei etwa 0,95 Mikron hat, und die Eigenschaft besitzt, Leistung von der Silizium-009842/0233 ßADSperrschichtphotozelle im wesentlichen unabhängig von .änderungen in der Umgebungstemperatur bis zu etwa 55,60G ("1000F") über Umgebungstemperatur zu machen.5· Pyrometer nach Anspruch 2, gekennze ichn e t durch die Kombination einer Sperrschichtphotozelle, deren Leistung sich größenmäiSig sowohl mit Änderungen der Temperatur des zu messenden heißen Körpers als auch mit Änderungen der Umgebungstemperatur ändert, als Ergebnis einer Änderung der Grenzwellenlänge der Zelle mit Änderung der Umgebungstemperatur; und von Kitteln mit der doppelten Funktion, das Ansprechen der Zelle auf einen schmalen spektralen Durchgangsbereich zu beschränken und die Leistung der Zelle in dieser Kombination im wesentlichen unabhängig von Umgebungstemperaturänderungen zu machen, wobei diese Mittel Filtermittel umfassen, die die Eigenschaft haben, die Strahlungsenergie zu der Zelle in dem Spektralbereich oberhalb einer Wellenlänge von ungefähr O»95 Mikron abzuschneiden und dadurch die Kombination mit einem Durchgangfibereich zu versehen, der eine effektive Wellenlänge von ungefähr 0,65 Mikron hat,6. Verfahren zum Messen der Temperatur von heißen Körpern mit einem Strahlungcjpyrometersystem, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Fühlers dessen0098A2/0233leistung größenmäßig sich sowohl mit Änderung der Temperatur des heißen gemessenen Körpers als auch mit Änderung in der Umgebungstemperatur ändert 9 und dadurch, daß das System unabhängig von den änderungen der Umgebungstemperatur gemacht wird durch Begrenzung der spektralen Verteilung der von dem Fühler empfangenen Strahlungsenergie auf Wellenlängen bis herauf zu der Wellenlänge des maximalen Ansprechens des Fühlersβ7 ο Verfahren nach Anspruch 6, gekennzeich net, daß durch Regulierung der Bandweite der vom Fühler empfangenen Strahlungsenergie, derart dal? dem Fühler Strahlungsenergie in einem Betrag zugeführt wird, der die Leistung des Fühlers unabhängig von der Umgebungstemperatur machte8. Verfahren nach Anspruch 6,gekennzeich net durch Beschränkung des Ansprechens des Systems auf ein Durchgangsband strahlender Energie zwischen den Wellenlängen von etwa 0,5 Mikron bis herauf zu Wellenlängen von etwa 0f8 Mikron.KLS/Gu009842/0233
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