DE1573311A1

DE1573311A1 - Procedure for determining the true temperature of the material to be measured in open-air furnaces using radiation pyrometers

Info

Publication number: DE1573311A1
Application number: DE19651573311
Authority: DE
Inventors: Dr Fritz Lieneweg
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1965-12-06
Filing date: 1965-12-06
Publication date: 1970-03-05

Description

Verfahren zur Bestimmung der wahren Temperatur des Meßgutes in öfen mit Hilfe von Strahlungspyrometern Bei der Bestimmung der Temperatur des Meßgutes in Ofen, z. B. Anwärmöfen, Stoßöfen oder Durchlauföfen, mit Hilfe von Strahlungspyremetern treten immer große Meßfehler auf, wenn die Temperatur der Ofenwand von der Temperatur des Meßgutes stark atweicht, Wenn, wie in den meisten Fällen, die Temperatur des Meßgutes niedriger ist, als die Temperatur der Ofenwand, so sind die Meßfehler um so größer, Je größer der Temperaturunterschied und je kleiner das Strahlungsvermögen des Meßgutes ist. Mit der vorliegenden- Erfindung soll ein Verfahren angegeben werden, mit dem die Temperatur des Meßgutes ohne eine Messung der Ofenwandtemperatur und des Strahlungsvermögens des Meßgutes bestimmt werden kann, ohne daß der Meßfehler die bei Pyrometern üblichen Fehlergrenzen überschreitet. Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß das Meßgut gleichzeitig oder unmittelbar nacheinander mit zwei Pyrometern, einem Gesamtstrahlungspyrometer und einen Teilstrahlungspyrometer oder mit zwei in unterschiedlichen Spektralbereichen empfindlichen Teilstrahlungspyrometern angemessen und aus der Differenz der Anzeigen die Meßguttemperatur t(; in einer elektrischen Rechenschaltung gemäß der achsolgenden Beziehung bestimmt wird kt1 - t2 tG = k - 1 k Konstante, t1 Anzeige des Cesamtstrahlungspyrometers oder des einen Teilstrahlungspyrometern, t2 Anzeige des Teilstrahlungspyrometers oder bei zwei-Teilstrahlungspyrometern des arderen Teilstrahlungepyrometers.Procedure for determining the true temperature of the material to be measured in ovens with the help of radiation pyrometers when determining the temperature of the material to be measured in oven, e.g. B. heating furnaces, pusher furnaces or continuous furnaces, with the help of radiation pyrometers large measurement errors always occur when the temperature of the furnace wall depends on the temperature of the material to be measured differs significantly, If, as in most cases, the temperature of the The material to be measured is lower than the temperature of the furnace wall, the measurement errors are around the greater, the greater the temperature difference and the smaller it Radiant power of the material to be measured. The present invention is intended to provide a method with which the temperature of the material to be measured without a measurement of the furnace wall temperature and the radiant power of the material to be measured can be determined without the measurement error exceeds the error limits customary for pyrometers. According to the invention this is achieved in that the material to be measured is carried out simultaneously or in immediate succession with two pyrometers, a total radiation pyrometer and a partial radiation pyrometer or with two partial radiation pyrometers that are sensitive in different spectral ranges appropriate and from the difference between the displays, the material temperature t (; in a electrical computing circuit is determined according to the following relationship kt1 - t2 tG = k - 1 k constant, t1 display of the total radiation pyrometer or the a partial radiation pyrometer, t2 display of the partial radiation pyrometer or at two partial radiation pyrometers of the other partial radiation pyrometer.

Die Erfindung beruht auf der aus den Temperatur-Intensitäte- bzw. Temperatur-Spannungscharakteriatiken gewonnenen Erkenntnis, daß bei gleichen Temperaturunterschieden zwischen Ofenwand und Gut (tW - tG) mit einem Strahlungspyrometer unabhängig von der Höhe der Wandtemperatur t etwa die gleiche Mehranzeige t - tG für ein gegebenes Strahlungvermögen # den Meßguten erhalten wird. Die von der Ofenwand ausgesandte Temperaturstrahlung wird zum Teil von Meßgut reflektiert und. bei der Messung trifft der reflektierte Anteil zusammen init der Eigenstrahlung des Meßgutes auf das Pyrometer.The invention is based on the temperature intensity or Temperature-voltage characteristics obtained knowledge that with the same temperature differences between furnace wall and material (tW - tG) with a radiation pyrometer independent of the height of the wall temperature t has about the same multiple display t - tG for a given Radiance # the good to be measured is obtained. The one sent out by the furnace wall Thermal radiation is partly reflected by the material to be measured and. when measuring the reflected portion together with the natural radiation of the material to be measured on the pyrometer.

Boi darstellung des Temperaturunterschiedes zwischen Ofenwand und Ileßgut (tW - tG) für die Mehrenzeige des Pyrometers t - tG (t Pyrometeranzeige, tG Meßguttemperatur) ergibt sich abhängig vorn Strahlungsvermögen # des Meßgutes der in Fig. 1 angegetcne C nähernd lineare Zusancnhang. Die ausgezogenen rven gelten für ein-Gesamtstrahlungspyrometer mit einer Thermoelementkette als Empfänger, während die gestrichelt gezeichneten Kurven sich auf ein Teilstrahlungspyrometer mit einen Silizium-Fotoelement als Empfänger beziehen. Die vom Gesamtsirchlungspyrometer angezeigte Temperatur sei mit t1 und die von Teilstrehlungspyrometer angezeigte Temperatur mit t2 bezeichnet. Aus der figur läßt sich ableiten tw - tG = f1 (#) = f2 (#) (1) t1 - tG t2 - tG Unter der Annahme, daß das Verhältnis f1 (Q ) = k (2) f2 (#) konstant ist, ergibt sich aus diesen Gleichungen t2 - tG = k (3) t1 - tG und daraus schließlich für die Temperatur des Meßgutes kt1 - t2 k t 2 tG = = # t1 - (4) k - 1 k - 1 k - 1 Dieser Ausdruck ist unabhängig von der Wandtemperatur tW des Ofens und vom Strahlungsvermögen # des Meßgutes und läßt sich in einer elektrischen Meßschaltung aus den gemessenen Temperaturwerten t1 - t2 ermitteln. Da die Kurven etwas gekrümmt sind, wird die Anzeige unso genau. er, je weniger si-ch £ ändert.Boi representation of the temperature difference between the furnace wall and Ileßgut (tW - tG) for the multiple display of the pyrometer t - tG (t pyrometer display, tG sample temperature) results depending on the radiant power # of the sample the C indicated in Fig. 1 approximately linear relationship. The extended rven apply for a total radiation pyrometer with a thermocouple chain as a receiver, while the dashed curves refer to a partial radiation pyrometer with a Obtain silicon photo element as receiver. The one indicated by the total population pyrometer Let the temperature be t1 and the temperature indicated by the partial scattering pyrometer with t2. From the figure we can deduce tw - tG = f1 (#) = f2 (#) (1) t1 - tG t2 - tG Assuming that the ratio f1 (Q) = k (2) f2 (#) is constant is, results from these equations t2 - tG = k (3) t1 - tG and finally from this for the temperature of the material to be measured kt1 - t2 k t 2 tG = = # t1 - (4) k - 1 k - 1 k - 1 This expression is independent of the wall temperature tW of the furnace and of the radiant power # of the material to be measured and can be derived from the measured values in an electrical measuring circuit Determine temperature values t1 - t2. Since the curves are a bit curved, the Display unso accurate. he, the less it changes.

Für praktische Messungen reicht es aus einen konstanten Wert von k zu verwenden, auch Wenn sich das Strahlungsvermögen bis 20 % ändert. Diese Bedingung ist im allgemeinen praktisch erfüllt. For practical measurements, one is enough constant Value of k to be used, even if the radiant power changes by up to 20%. This condition is generally met in practice.

Anstelle eines Gesamtstrahlungs- und eines Teilstrahlungspyrometers können auch andere Kombinationen, z. B. zwei in unterschiedlichen Spektralbereichen empfindliche Teilstrahlungspyrometer verwendet werden, 3. B. ein Pyrometer mit einen Selenfotoelement und ein solches mit einem Siliziumfotoelement.Instead of a total radiation pyrometer and a partial radiation pyrometer other combinations, e.g. B. two in different spectral ranges sensitive partial radiation pyrometers are used, 3. B. a pyrometer with a Selenium photo element and one with a silicon photo element.

Die beiden Pyrometer können auch in einem Gerät verr einigt sein, z. B. derart, daß hinter der Thermoelenentkette zur Messung der Gesantstrahlung in gleichen Strahlengang das Silizium-Fotoelement angeordnet ist. Es ist auch möglich, hinter dem Objektiv des Gerätes die einfallende Strahlung zu teilen, so daß der eine Teil-auf-. den einen Empfänger und der andere Teil auf den anderen.The two pyrometers can also be combined in one device, z. B. such that behind the Thermoelenentkette to measure the total radiation the silicon photo element is arranged in the same beam path. It is also possible, to divide the incident radiation behind the lens of the device, so that the a part-on-. one receiver and the other part on the other.

Empfänger trifft, Zur Bestimmung der Temperatur des Meßgutes können an sich bekannte elektrische Differenzschaltungen verwendst werden. Die von den Pyrometern abgegebenen Spannungen müssen für die Differenzbildung, z. B. mit Hilfe von Funktionswandlen linearisiert werden, so daß sich eine lineare Abhängigkeit der Ausgangsspannung von der Temperatur ergibt. Ein AusSührungsbeispiel ist in schematischer Darstellung in Fig. 2 gezeigt.Receiver meets, to determine the temperature of the material to be measured known electrical differential circuits can be used. The ones from the Voltages emitted by pyrometers must be used for the formation of the difference, e.g. B. with help are linearized by function changes, so that a linear one The output voltage depends on the temperature. An exemplary embodiment is shown in a schematic representation in FIG.

Die von den Pyrometern 2 und 3 entsprechcnd der Temperatur des Meßgutes 1 in einem nicht dargestellten Ofen abgegebene Spannung wird in den Verstärkern 4 und 5 verstärkt, in den Funktionswandlern 6 und 7 linearisiert und den Ausgangspotentiometern 8 und 9 zugeführt. Das Potentiometer 8 ist mit einem Vorwiderstand 11 versehen, un den Faktor k in der angegebenen Gleichung für die Neßguttemperatur zu berücksichtigen. Die niteinander gekuppelten Schleifer der Potentiometer werden entsprechend dem Wert 1/k1- eingestellt. Die Differenzspannung, die vom Meßinstrument 10 engezeigt wird, ist dann ein Naß für die wahre Temperatur des MeGgutes. The pyrometers 2 and 3 correspond to the temperature of the material to be measured 1 voltage output in a furnace, not shown, is used in the amplifiers 4 and 5 amplified, linearized in the function converters 6 and 7 and the output potentiometers 8 and 9 supplied. The potentiometer 8 is provided with a series resistor 11, In order to take into account the factor k in the given equation for the fresh food temperature. The wipers of the potentiometers that are coupled to one another are adjusted according to the Value 1 / k1- set. The differential voltage shown by the measuring instrument 10 is then a wet for the true temperature of the MeG good.

Der Faktor k kann auch dadurch berücksichtigt werden, daß die Bewegung des Schleifers des Potentiometers 8 über eine Kurvenscheibe von der Bewegung des Schleifers an Potentiometer 9 abgeleitet wird. Der Widerstand 11 fällt dann fort.The factor k can also be taken into account that the movement of the wiper of the potentiometer 8 via a cam on the movement of the Grinder is derived from potentiometer 9. The resistor 11 then disappears.

Statt die Temperatur mit den beiden Pyrometern gleich-1 zeitig zu messen, kann die Messung wie beim Wechsellichtyerfahren auch unmittelbar nacheinander durchgeführt werden. In der elektrischen Schaltung werden dann die nacheinander auftre@ enden Impulse des einen und des anderen Pyrometers verarbeitet und die Differenz gebildet. Instead of increasing the temperature with the two pyrometers at the same time can measure, the measurement can also be carried out immediately one after the other, as with alternating light be performed. Be in the electrical circuit then consecutively occurring impulses from one and the other pyrometer are processed and formed the difference.

3 Patentansprüche Bl. Zeichnungen3 claims Bl. Drawings

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e: 1. Procedure for determining the true Temperature of the material to be measured in ovens, e.g. B. preheating furnaces, pusher furnaces, Dutch running furnaces, their Wall temperature deviates from the temperature of the fresh food with the help of radiation pyrometers, characterized in that the food to be eaten simultaneously or immediately one after the other with two pyrometers, a total radiation pyrometer and a partial radiation pyrometer or with two partial radiation pyrometers that are sensitive in different spectral ranges appropriate and from the difference between the displays the temperature of the material to be measured tG in an electrical Calculation connection is determined according to the following relationship kt1 - t2 tG = k-I k constant, t1 display of the total radiation pyrometer or of the partial radiation pyrometer, t2 Display of the partial radiation pyrometer or, in the case of two partial radiation pyrometers, the other partial radiation pyrometer.

2. The method according to claim 1, characterized in that for measurement a total radiation pyrometer with thermocouples and a partial radiation pyrometer is used with a silicon photo element as a receiver.

3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that both Pyrometers are combined in one device, e.g. B. such that in the same beam path the silicon photo element is arranged behind the thermocouple chain.

L e r s e i t e