DE1648233B2 - Method and device for measuring the true temperature of any radiator - Google Patents
Method and device for measuring the true temperature of any radiatorInfo
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- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/60—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using determination of colour temperature
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung der in vorstehenden Ansprüchen 1 und 3 genannten Gattung.The invention relates to a method and a device of the type mentioned in claims 1 and 3 above.
Bei nicht schwarzen Körpern (Emissionsvermögen E < 1) wird mit Teilstrahlungspyrometern (am »Schwarzen Körper« geeicht) eine Temperatur gemessen, die niedriger liegt, als die wahre Temperatur. Die Korrektur bei frei strahlender Oberfläche ist stark abhängig von der Art und Oberfläche des Körpers und vom Zw'schenmedium. Eine kleinere Korrektur erfordert Farbpyrometer, die das Leuchtdichteverhältnis zweier (einfarbiger) Teilstrahlungen bilden (Leuchtdichte photometrische Größe der Strahldichte ß): denn sie geben unabhängig vom Emissionsvermögen £ des Strahlers etwa dessen wahre Temperatur an, falls dieser als grauer Stahler (Emissionsvermögen beim grauen Strahler ist in einem weiten Wellenlängenbereich wellenlängenunabhängig) angesehen werden kann (Literatur zu vorstehenden Erläuterungen: K. Mütze, »ABC der Optik« (1961). Verlag Werner Dausien, S. 268 und S. 866 bis 873).In the case of non-black bodies (emissivity E <1), partial radiation pyrometers (am "Black body" calibrated) measured a temperature, which is lower than the true temperature. The correction for a free radiating surface is strongly dependent on the type and surface of the body and on the intermediate medium. A minor correction requires color pyrometers that form the luminance ratio of two (single-color) partial radiation (Luminance photometric quantity of the radiance ß): because they give approximately its true temperature regardless of the emissivity £ of the emitter on, if this is a gray emitter (emissivity with the gray emitter is in a wide range Wavelength range independent of wavelength) (literature on the above explanations: K. Mütze, "ABC of Optics" (1961). Verlag Werner Dausien, p. 268 and p. 866 to 873).
»Wiensche Näherung« soll bedeuten, daß die Wiensche Strahlungsformel im Bereich λ · T < 3 mm · Grad Kelvin ("K), T < 4000 Grad Kelvin ( K). Gültigkeit hat.»Wien's approximation« is intended to mean that Wien's radiation formula is valid in the range λ · T <3 mm · degrees Kelvin ("K), T < 4000 degrees Kelvin (K).
Seit Jahrzehnten, genauer mindestens seit 1936. existieren Farbpyrometer, in denen das Verhältnis zweier Teilstrahlungen gebildet wird (Mitt. des Kaiser-Wilhelm-Instituts f. Eisenforschung. 1936. Düsseldorf, »Stahleisen«, S. 21; »Stahl und Eisen«. 1936. Düsseldorf, »Stahleisen«. S. 497 [u. 1950. S. 22]). Die Strahlungsgesetze sind seit 1923 bekannt (Planck, »Die Ableitung der Strahlungsge--etze«.For decades, more precisely since 1936 at least, there have been color pyrometers in which the ratio two partial radiations is formed (communication from the Kaiser Wilhelm Institute f. iron research. 1936. Düsseldorf, "Stahleisen", p. 21; "Steel and Iron". 1936. Düsseldorf, »Stahleisen«. P. 497 [u. 1950, p. 22]). The radiation laws have been known since 1923 (Planck, »The Derivation of Radiation Laws«.
Leipzig 1923 [Ostwalds Klass. der ex. Wisscnsch.. Bd. 206], Akad. Verl.-Ges.; Pohl, R. W.. »optik«. Berlin 1940, Springer). Dennoch fehlte ein Verfahren zur Bildung einer Korrektur bei der Ermittlung der wahren Temperatur eines Strahlers: demnach war man bisher, falls zur Temperaturmessung die spektrale Strahldichte oder falls die Gesamtstrahlung (integrale Strahldichte) einer Strahlungsquelle benutzt wurde, jeweils darauf angewiesen, aus besonderen Diagrammen Berichtigungswerte zu entnehmen oder vorerst das Emissionsvermögen gesondert zu ermitteln und daraus auf die wahre Temperatur des untersuchten Strahlers zu schließen (vorgenanntes Buch »ABC der Optik«, S. 872).Leipzig 1923 [Ostwald's class. the ex. Science .. Vol. 206], Akad. Verl.-Ges .; Pohl, R. W .. "optics". Berlin 1940, Springer). However, there was no procedure for the formation of a correction in the determination of the true temperature of a radiator: accordingly one was so far, if the spectral radiance is used for temperature measurement or if the total radiation (integral Radiance) of a radiation source was used, each dependent on special Correction values can be taken from diagrams or first of all to determine the emissivity separately and from this to conclude the true temperature of the examined radiator (aforementioned book "ABC of Optics", p. 872).
Bei einem bekannten Gerät wird zur Messung einer spektralen Teilstrahlung eine spektral verschiedene Teilstrahlung des gleichen Meßobjekts vergleichsweise herangezogen und ein Verhältnis der beiden Teilstrahlungen gebildet (deutsche PatentschriftIn a known device, a spectrally different radiation is used to measure a partial spectral radiation Partial radiation of the same measurement object is used for comparison and a ratio of the two Partial radiation formed (German patent specification
i 648i 648
957 604). Zur Auswertung -elangen elektrische Signale, deren Amplituden proportional den »emessenen Strahldichten sind, die ihrerseits durch die Eneruieverteilung nach der Planck-Funktion, dureh 'die Produkte der Koeffizienten des Strahlung- und ·. Durchlässigkeitsvermögens (bzw. Emissionsgrad und Transmissionsgrad ι bestimmt werden. Der" Einfluß einer Änderung dieser Größen wird bei der Messung nicht berücksichtigt. Daher wird für die zu messende Teilstrahlung jeweils nur ein relatives Mal* ermittelt. ,,,957 604). For evaluating electrical signals received, whose amplitudes are proportional to the measured radiance, which in turn depends on the distribution of energy according to the Planck function, through the Products of the coefficients of radiation and ·. Permeability (or emissivity and Degree of transmission ι be determined. The "influence of a change in these quantities" is measured in the measurement not taken into account. Therefore, only one relative time * is determined for the partial radiation to be measured. ,,,
Der Erfindung liegt ausgehend \om eingangs und letztgenannten Verfahren die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zu schaffen, die die Ermittlung bzw. Messung der wahren Tempernnir eines Strahlers nach den St- >men der eigenen Wärme- , < strahlung bewerkstelligen, darunter auch diejenige von unzugänglichen Objekten, deren Emissions- und oder Transmissionsgrad sich im Laufe des Meßvoiiiaiüs ändert. Sie sollen dabei die Kontrolle de; Durchlässigkeit und die Messung der wahren Temperatur auch :o gewährleisten, wenn die gemessene Strahlung durch ein Zwischenmedium mit sich änderndem Transmissionsgrad läuft. Weiterhin soll die zur Messung der wahren Temperatur bestimmte Einrichtung mit hoher Genauigkeit. Stabilität und Zuverlässigkeit trotz sehr s einfachen Ausbaus arbeiten.On the basis of the method mentioned at the beginning and last mentioned, the invention is based on the object of creating a method and a device which accomplish the determination or measurement of the true temperature of a radiator according to the sources of its own thermal radiation, including that of inaccessible objects, the emissivity and / or transmittance of which changes in the course of the measuring volume. You should take control of the de; Permeability and the measurement of the true temperature also : o guarantee when the measured radiation passes through an intermediate medium with a changing degree of transmittance. Furthermore, the device intended for measuring the true temperature should have a high accuracy. Stability and reliability in spite of very simple s expansion work.
Die Lösung besteht erfindungsgemäß m dem im vorstehenden Anspruch 1 gekennzeichneten Verfahren. Die den Strahldichten von Strahlungen mit verschiedener spektraler Zusammensetzung entsprechen- _10 den Signale können durch Messung der von der Emissionsfläche ausgehenden Strahlungen sowie der von einer Vergleic'usquelle gelieferten Strahlung gewonnen werden.According to the invention, the solution consists in the method characterized in claim 1 above. The beam densities of radiation with different spectral composition corresponding _ 10 the signals can be obtained by measuring the outgoing radiation from the emitting face and the radiation supplied by a Vergleic'usquelle.
Der Unterschied der mit einem beliebigen Strahlungspyrometer gemessenen Temperatur zur wahren Temperatur wird, wie aus den Strahlungsgesetzen bekannt, durch die Größe des Produktes von Emissionsuna Transmissionsgrad bestimmt. Jeder Temperatur eines Schwarzen Strahlers ist eine bestimmte Strahldichte bei einer bestimmten Wellenlänge zugeordnet. Die Strahldichte vor dem Strahlungsempfänger ist eine Funktion des vorgenannten Produktes. Wenn folglich den Strahldichten der Teilstrahlen proportionale Signale gebildet werden und nachfolgend jedes 45 g dieser Signale nach einem Exponenten potenziert wird, der dem Wellenlängenwert seines Strahlungsstromes proportional ;st (vgl. Wiensche Strahlungsformel), das Verhältnis der potenzierten Signale zwecks Gev-innung eines iCsultierenden Signals ermittelt wird, so das nur durch die Werte des Emissionsgrades des kontrollierten Strahlers und des Durchlässiglceiisgrades eines Zwischenmediums bestimmt und von der Körpertemperatur unabhängig ist. kann das resultierende Signal nach Voreichung als Korrektur für eines oder mehrere der Strahldichtensignale zur Bestimmung der wahren Temperatur dienen.The difference between the temperature measured with any radiation pyrometer and the true temperature is determined, as known from the radiation laws, by the size of the product of emission and transmittance. Every temperature of a blackbody is assigned a certain radiance at a certain wavelength. The radiance in front of the radiation receiver is a function of the aforementioned product. If consequently signals proportional to the radiance of the partial beams are formed and subsequently each 45 g of these signals is raised to the power of an exponent which is proportional to the wavelength value of its radiation current ; st (cf.Wien's radiation formula), the ratio of the potentiated signals for the purpose of generating a resulting signal is determined so that it is only determined by the values of the emissivity of the controlled radiator and the permeability of an intermediate medium and is independent of body temperature. After pre-calibration, the resulting signal can serve as a correction for one or more of the radiance signals for determining the true temperature.
Die Einrichtung zur Messung der wahren Temperatur nach dem vorliegenden Verfahren ist in den Ansprüchen 3 bis 6 gekennzeichnet. f>oThe apparatus for measuring the true temperature according to the present method is in the Claims 3 to 6 characterized. f> o
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigtThe invention is described below with reference to the exemplary embodiments shown in the drawing explained in more detail. It shows
F i g. 1 eir Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Einrichtung, (>5F i g. 1 eir block diagram of the device according to the invention, (> 5
F i g. 2 eine Variante zu F i g. 1, F i g. 3 eir. Einrichtung wie in F i g. 1 oder 2, jedoch mit logarithniierendem Gerät,F i g. 2 a variant of FIG. 1, Fig. 3 eir. Setup as in FIG. 1 or 2, but with a logarithmic device,
F i g. 4 eine Einrichtung wie in Fig. 1. jedoch mit Kommutator,F i g. 4 a device as in FIG. 1, but with Commutator,
F i g. 5 eine gemeinsame Variante zu F i g. 3 und 4.F i g. 5 shows a common variant of FIG. 3 and 4.
In der Einrichtung nach Fig. 1 sind in Signalflußrichtung angeordnet: eine optische Einheit 1. die den Strahlungsstrom des Strahlers (nicht dargestellt) aufnimmt, eine monoehromatisierende Einrichtung 2 (Lichtfilter. Prisma. Beugungsgitter), die die Strahlungsströme mit erforderlicher spektraler Zusammensetzung eliminiert. Strahlungsempfänger 3. die aus einer oder mehreren Zellen (Fotozelle. Thermoelement. Bolometer Li. a.'i bestehen und die die Strahlungsslröme mit entsprechender spektraler Zusammensetzung in elektrische Signale umwandeln, ein Funktionsumformer 4, der zum Potenzieren von Signalen am Sirahiungsempfängerausgang nach Exponenten eingerichtet ist. die den Werten der effektiven Wellenlängen proportional sind, eine QuotientenschaltungS. an derer, Ausgang cm resultierendes Signal erhalten wird, das durch den Verliältnisweri der am Ausgang des Funktionsumformei,- 4 erzeugten Strahldichtensignale bestimm! wird, ein Korrektor 6. der die Werte des am Ausgang der Quotientenschaltung 5 erzeugten resultierenden Signals des Verhäkniswertcs in Sianale umwandelt, deren Werte die entsprechenden korrekturwerte zur Ermittlung der wahren Temperatur bestimmen, ein Anzeigegerat 7. das die Korrekturwerte zur Ermittlung der wahren Tempeiatur oder die wahre Temperatur selbst iegistriert. Ein Umformer 8 wandelt die den Strahlungen verschiedener spektraler Zusammensetzung entsprechenden Strahldichtensignale in ein Signal der bedingten Temperatur (Färb-. Schwarz-. Teil- oder Gesamtstrahlung) um.In the device according to FIG. 1, the following are arranged in the direction of signal flow: an optical unit 1. which picks up the radiation current from the radiator (not shown), a mono-chromating device 2 (light filter, prism, diffraction grating) which eliminates the radiation currents with the required spectral composition. Radiation receiver 3. which consist of one or more cells (photocell, thermocouple, bolometer Li. A.'i and which convert the radiation currents with a corresponding spectral composition into electrical signals, a function converter 4, which is set up to exponentiate signals at the signal receiver output . which are proportional to the values of the effective wavelengths, a quotient circuit S. at which the output cm resulting signal is obtained, which is determined by the variation of the radiance signals generated at the output of the functional converter - 4, a corrector 6 converts the resulting signal of the ratio value generated at the output of the quotient circuit 5 into sianals, the values of which determine the corresponding correction values for determining the true temperature, a display device 7. which registers the correction values for determining the true temperature or the true temperature itself. A converter 8 converts the radiance signals corresponding to the radiations of different spectral composition into a signal of the conditioned temperature (color. Black-. Partial or total radiation).
Wenn die beschriebene Einrichtung nur zur Kontrolle des Emissionsgrades eines Strahlers und des Transmissionsgrades eines Zwischenmediums eingesetzt wird, die Messung der wahren Temperatur aber nicht erforderlich ist. so können der Korrektor 6 und der Umformer 8 aus dem in F i g. 1 dargestellten Blockschaltbild entfernt werden. In diesem Falle kann das Signal des Strahldichtenverhältnisses vom Quotientenschaltungsausgang direkt dem Anzeigegerät 7 zugeführt werden, das hierbei unmittelbar als Anzeigegerät des Emissionsgradtj bzw. des Transmissionsgrades funktioniert.If the device described is only used to control the emissivity of a radiator and the The transmittance of an intermediate medium is used, but the measurement of the true temperature is not required. so the corrector 6 and the converter 8 from the in F i g. 1 shown Block diagram can be removed. In this case, the radiance ratio signal from the quotient circuit output are fed directly to the display device 7, which in this case is used directly as a display device of the emissivity or the degree of transmission functions.
Die Wirkungsweise der Einrichtung nach F i g. 1 wird nachfolgend erklärt.The mode of operation of the device according to FIG. 1 is explained below.
Die Werte der Strahldichten (Helligkeit) für zwei SpektrM.lbereiehe. die durch die monoehromatisierende Einrichtung 2 aus dem Strahlungsstrom mit den effektiven Wellenlännenurößen A1 und A-, eliminiert wurden, bezeichnet man milB[A1. T) und B(A2. T)(DlN 1349. DIN 5031). wobei 7' — den Wert der wahren Temperatur des kontrollierten Strahlers bedeutet; die Emissionsgrade des Strahlers bezeichnet man mit <(/.,) und MA2) »nd die Transmissionsgrade des Zvvischenmedi"ms mit T(A1) und τ|Α2).The values of the radiance (brightness) for two spectral ranges. which have been eliminated by the mono-chromating device 2 from the radiation current with the effective wavelengths A 1 and A- are referred to as milB [A 1 . T) and B (A 2. T) (DlN 1349. DIN 5031). where 7 '- means the value of the true temperature of the controlled radiator; the emissivities of the radiator are denoted by <(/.,) and MA 2 ) »and the transmittance of the intermediate medi" ms with T (A 1 ) and τ | Α 2 ).
Dann können die Ausdrücke für die Strahldichte wie folgt aufgeschrieben werden:Then the expressions for the radiance can be written down as follows:
B(A1T) = B0(A15T)Kz1)T(A1),
B(A2T) = B0(A2, T) ,(A2) τ (A2),B (A 1 T) = B 0 (A 15 T) Kz 1 ) T (A 1 ),
B (A 2 T) = B 0 (A 2 , T), (A 2 ) τ (A 2 ),
hierbei sind B0(A1, T) und B0(A2, T) die entsprechenden Werte der Strahldichten für dieselben Wellenlängen der Strahldichte eines Schwarzkörpers, der die Temperatur des Strahlers aufweist.here, B 0 (A 1 , T) and B 0 (A 2 , T) are the corresponding values of the radiance for the same wavelengths of the radiance of a blackbody having the temperature of the radiator.
Mit 5, und ΐ2 sind die Koeffizienten der spektralen Empfindlichkeit der Strahlungsempfänger 3 bezeichnet. The coefficients of the spectral sensitivity of the radiation receiver 3 are denoted by 5 and ΐ 2.
Für die Wellenlängen A1 und A2 sind folgende Signale X,· am Eingang des Funktionsumformers 4 im Bereich der Wien-Näherung ableitbar:For the wavelengths A 1 and A 2 , the following signals X, can be derived at the input of the function converter 4 in the area of the Wien approximation:
X1 = i, C1/,X 1 = i, C 1 /,
A1 A 1
X2 = I2 C2 A2"5«-(A2) τ(Α2) exp - -^ .X 2 = I 2 C 2 A 2 " 5 " - (A 2 ) τ (Α 2 ) exp - - ^.
Hier ist C1 = 3,732 ■ 1ϋ~5 Erg. cm2 · s'\ C2 = 1,4388 cm-Grad (Hütte I, S. 395).Here is C 1 = 3.732 ■ 1ϋ ~ 5 erg. Cm 2 · s' \ C 2 = 1.4388 cm-degrees (Hut I, p. 395).
Die y,-Signale am Ausgang des Funktionsumformers 4 sind mit den X ,-Signalen am Umformereingang durch die FunktionThe y, signals at the output of the function converter 4 are with the X, signals at the converter input through the function
Y1 = κχ'γ Y 1 = κχ'γ
verbunden.tied together.
Folglich werden die Signale am Eingang der Quotientenschaltung 5durch nachstehende Ausdrücke dargestellt:Consequently, the signals at the input of the quotient circuit 5 are given by the expressions below shown:
Y1 = K ξ? CZ1Z-(A1) /1U1). ;.f5;' exp- ^,Y 1 = K ξ? CZ 1 Z- (A 1 ) / 1 U 1 ). ; .f 5; 'exp- ^,
Y2 = Xi^ C^ AA2)/MA2)/Γ5''exp-^.Y 2 = Xi ^ C ^ AA 2 ) / MA 2 ) / Γ 5 " exp- ^.
Das resultierende Signal am Ausgang der Quotientenschaltung 5 wird als Größe des VerhältnissesThe resulting signal at the output of the quotient circuit 5 is used as the size of the ratio
Z1-2 =Z 1-2 =
erhalten.obtain.
* Z=(A2) τ"(Α2)* Z = (A 2 ) τ "(Α 2 )
Werte beträgt Tx + I T = T, wobei T den Wert der wahren Temperatur angibt.Values is T x + IT = T, where T indicates the value of the true temperature.
Folglich wird das Anzeigegerät 7, dem gleichzeitig die Signale Q und N zugeführt werden, die Werte der wahren Temperatur des kontrollierten Strahlers anzeigen (oder registrieren).As a result, the display device 7, to which the signals Q and N are applied simultaneously, will display (or register) the values of the true temperature of the controlled radiator.
Falls man die wirkliche Temperatur nicht zu messen braucht, so können Werte des oder die Beständigkeit des Emissionsgrades des Strahlers sowie auch desIf you do not need to measure the real temperature, values of the or the resistance the emissivity of the radiator as well as the
ίο Transmissionsgrades des Zwischenmediums direkt durch die Werte der Z12-Signale kontrolliert werden. In F i g. 2 ist eine Ausfuhrungsvariante der Einrichtung nach F i g. 1 dargestellt. Dabei sind die Einheiten 1, 2, 3, 5, 6, 7 und 8 die gleichen wie bei der Ein-ίο The degree of transmission of the intermediate medium can be checked directly by the values of the Z 12 signals. In Fig. 2 is an embodiment variant of the device according to FIG. 1 shown. The units 1, 2, 3, 5, 6, 7 and 8 are the same as for the one
iS richtung in Fig. 1.i S direction in Fig. 1.
Vom Strahlungsempfänger3 werden die den drei oder mehreren Strömen entsprechenden Signale ebenfalls entsprechender spektraler Zusammensetzung dem Multiplikator 9 zugeführt, von dessen Ausgang die multiplizierten Signale zur Quotientenschaltung 5 gelangen, die das resultierende Verhältnissignal erzeugt, in dem die Summe der Frequenzen-Faktoren im Zähler der Summe der Frequenzen-Faktoren im Nenner gleich ist.From the radiation receiver3 they become the three or signals corresponding to several currents, likewise of corresponding spectral composition Multiplier 9 is supplied, from the output of which the multiplied signals reach the quotient circuit 5, which generates the resulting ratio signal in which the sum of the frequency factors in the numerator is equal to the sum of the frequency factors in the denominator.
Das resultierende Signal wird vom Ausgang der Quotientenschaltung 5 dem Korrektorgerät 6 zugeführt,
danach unterscheidet sich der Aufbau des Blockschaltbildes nicht von dem in F i g. I dargestellten.
Braucht die wahre Temperatur nicht gemessen zu werden, so können, wie auch bei der Einrichtung ir
Fig. 1, die zur Kontrolle des Emissions- und Durchlässigkeitsgrades
nicht erforderlichen Einheiten 6 und r aus dem Schaltbild in F i g. 2 entfernt werden.The resulting signal is fed from the output of the quotient circuit 5 to the corrector device 6, after which the structure of the block diagram does not differ from that in FIG. I illustrated.
If the true temperature does not need to be measured, the units 6 and r from the circuit diagram in FIG. 2 can be removed.
Im Blockschaltbild nach F i g. 2 werden von der Werten der Strahldichte B{?.h T), die drei oder mehre ren, z. B. vier Strahlungsströmen mit effektiven Wellen längen A1, A2, A3 und A4 entsprechen,In the block diagram according to FIG. 2 are determined by the values of the radiance B {?. h T), the three or more ren, z. B. four radiation streams with effective wave lengths A 1 , A 2 , A 3 and A 4 correspond,
B(A1, T) = r (A1, T) t(A„ T) B0(A1, T),B (A 1 , T) = r (A 1 , T) t (A "T) B 0 (A 1 , T),
B (A2, T) = f (A2, T) τ (A2, T) B0 (A2, T),B (A 2 , T) = f (A 2 , T) τ (A 2 , T) B 0 (A 2 , T),
B(I3, T) = r (A3. T) t(A3, T) B0(A3, T), B (I 3 , T) = r (A 3. T) t (A 3 , T) B 0 (A 3 , T),
B(X^ T) = f (A4, T) T(A4, T) B0(A4, T), B (X ^ T) = f (A 4 , T) T (A 4 , T) B 0 (A 4 , T) ,
folgende Signale am Ausgang des Strahlungsempfän gers 3 erzeugt:The following signals are generated at the output of the radiation receiver 3:
= const .= const.
Daraus folgt, daß das resultierende Signal Z1-2 bei Konstanz der Einrichtungskennwerte f, und ξ2 nur durch die Werte des Emissionsgrades des kontrollierten Strahlers und des Transmissionsgrades des Zwischenmediums bestimmt wird und im Gültigkeitsbereich der Wien-Näherung von der Temperatur des Strahlers unabhängig ist.From this it follows that the resulting signal Z 1-2, if the facility parameters f, and ξ 2 are constant, is only determined by the values of the emissivity of the controlled radiator and the transmittance of the intermediate medium and is independent of the temperature of the radiator within the scope of the Wien approximation .
Wenn man durch Voreichung der Temperaturkorrektionswerte — .IT, die bestimmten Größen des Signals Z1-2 entsprechen, erhalten hat, dann wird am Ausgang des Korrektors 6 das Signal Q ^ J T erzeugt Wenn weiter beide oder eins der Strahldichtensignale X1 gleichzeitig dem Umformer 8 zugeführt werden, erhält man am Umformerausgang das Signal N, das die Werte der Temperatur (der Schwarzkörper-, Teil-, Gesamt- oder der Farbstrahlung) kennzeichnet, d. h. N = Tx. Die algebraische Summe der Ci = ^1C1A1 Going through precalibration of Temperaturkorrektionswerte - has correspond .it, the specific sizes of the signal Z 1-2 is obtained, then the output of the corrector is 6, the signal Q ^ JT generated if both or one of the further sealing beam signals X 1 at the same time the converters 8 are supplied, the signal N is obtained at the converter output, which characterizes the values of the temperature (the black body, partial, total or color radiation), ie N = T x . The algebraic sum of Ci = ^ 1 C 1 A 1
"5 " 5
A1T'A 1 T '
f2 = I2 C1 A2-5 ε(z2, T) t(A2, T)exp - ^r ,f 2 = I 2 C 1 A 2 - 5 ε (z 2 , T) t (A 2 , T) exp - ^ r,
X3 = f3C1A3-5ε(Α3,T)r(A3,T)exp - -^-,X 3 = f 3 C 1 A 3 - 5 ε (Α 3 , T) r (A 3 , T) exp - - ^ - ,
X4 = I*C1 Af5 f(A4,T)T(A4,T)exp - -X 4 = I * C 1 Af 5 f (A 4 , T) T (A 4 , T) exp - -
A4TA 4 T
Das Verhältnis zwischen den Wellenlängen dies spektralen Strahldichten ist so gestaltet, daßThe ratio between the wavelengths of this spectral radiance is designed so that
/f1 + A2-1 = A3-1 + A4-1 = Ji0-1
ist; werden jetzt die Signale X1- paarweise dem Mull/ f 1 + A 2 - 1 = A 3 - 1 + A 4 - 1 = Ji 0 - 1
is; now the signals X 1 - in pairs to the mull
7 w 87 w 8
plikator 9 zugeführt, so erhält man am Ausgang des letzteren zwei Signale P, 2 und P1-4 Applicator 9 is supplied, so two signals P, 2 and P 1-4 are obtained at the output of the latter
/»,-2 = ß'V, .V2 =/ », -2 = ß'V, .V 2 =
= BX3 X4 == BX 3 X 4 =
A.,.T)'(A4,T)T(A3,T)r(/n.T)exp- ,A.,. T) '(A 4 , T) T (A 3 , T) r (/ n .T) exp-,
wobei B = const ist.where B = const.
Werden die Signale P1-2 und P3-4 vom Ausgang des Multiplikators 9 der Quotientenschaltung 5 zugeführt, so erhält man am Ausgang der letzteren das resultierende Signal Z1 _4, dessen Wert von der Temperatur des kontrollierten Strahlers nicht abhängt.If the signals P 1-2 and P 3-4 is the quotient circuit 5 supplied from the output of the multiplier 9, is obtained at the output of the latter, the resulting signal Z 1 _ 4 whose value does not depend on the temperature of the controlled radiator.
In der Tat istIndeed it is
SiUA% '(A3Ti,(Z4T) t(A3,T) t(^T)' SiUA% '(A 3 Ti, (Z 4 T) t (A 3 , T) t (^ T)'
Bei Beständigkeit der Kennwerte £,, £2, £3, f4 ist das Signal Z1 _4 genau wie in der Einrichtung nach F i g. 1 nicht von der Temperatur des Strahlers abhängig, dieses Signal wird durch den Emissionsgrad des kontrollierten Strahlers und die Durchlässigkeit des Zwischen mediums bestimmt. Eine Voreichung gestattet es, wie in F i g. 1 ein Signal am Ausgang des Korrektors 6 zu erhalten, das die Größe IT bestimmt, am Ausgang des Umformers 8 aber ein Signal, da.s die Werte der Bezugstemperatur bestimmt.If the characteristic values £ 1 , £ 2 , £ 3 , f 4 are constant, the signal Z 1 _ 4 is exactly as in the device according to FIG. 1 does not depend on the temperature of the radiator, this signal is determined by the emissivity of the controlled radiator and the permeability of the intermediate medium. A pre-calibration allows, as shown in FIG. 1 to receive a signal at the output of the corrector 6, which determines the quantity IT, at the output of the converter 8, however, a signal that determines the values of the reference temperature.
Ähnliche Werte können auch für drei Wellenlängenwerte, z. B. unter der Bedingung Af! +A2"' = A3 ' usf. erhalten werden.Similar values can also be used for three wavelength values, e.g. B. under the condition Af ! + A 2 "'= A 3 ' and so on.
Die vom Strahlungsempfänger 3 entnommenen Strahldichtensignale werden entsprechend einer Variante der Einrichtung (F i g. 3) dem logarithmierenden Gerät 10 zugeführt. Vom Ausgang des Gerätes 1« gelangen die logarithmierten Signale zum Umformer 4, der die Strahldichtensignale nach dem entsprechenden Exponenten potenziert. Da am Ausgang des Gerätes 10 die Logarithmen der Signale vorhanden sind, so erfolgt hier das Potentieren einfach durch Multiplikation mit dem Faktor, der dem erforderlichen Exponenten entspricht. Der Multiplikator 9 arbeitet im Blockschaltbild nach F i g. 3 als Multiplikator und Quotientenmesser. Werden ihm die logarithmierten Signale phasengleich zugeführt, so erfolgt auch das Multiplizieren der Signale miteinander. Wenn die Signale dem Eingang des Multiplikators 9 in Gegenphase zugeführt werden, so erhält man an seinem Ausgang den Verhältniswert dieser Signale.The radiance signals taken from the radiation receiver 3 are generated according to a variant the device (FIG. 3) is fed to the logarithmic device 10. From the output of the device 1 « the logarithmized signals reach the converter 4, which sends the radiance signals to the corresponding Exponents raised to the power. Since the logarithms of the signals are available at the output of the device 10 are, the potentiation is done here simply by multiplying by the factor that is required Corresponds to exponent. The multiplier 9 works in the block diagram according to FIG. 3 as a multiplier and Quotient meter. If the logarithmized signals are fed to it in phase, this is also done Multiply the signals together. When the signals to the input of the multiplier 9 are in antiphase are supplied, the ratio of these signals is obtained at its output.
Der Korrektor 6 und das Anzeigegerät 7 sind ebenso wie ihre Funktionen denjenigen in Fig. 1 und 2 ähnlich.The corrector 6 and the display device 7, as well as their functions, are those in FIGS. 1 and 2 similar.
Im Blockschaltbild nach F i g. 3 werden vom Umformer 8 nicht die Intensitätssignale selbst, sondern ihre Logarithmen in Signale zur Bestimmung der Bezugstemperatur umgewandelt Dieser Weg erweist sich als sehr effektiv.In the block diagram according to FIG. 3 are from the converter 8 not the intensity signals themselves, but their logarithms in signals for determining the reference temperature converted This way turns out to be very effective.
Die Einheiten 6 und 8 im Blockschaltbild nach F i g. 3 können wie in den Schaltungen der F i g. 1 und 2 entfernt werden, wenn nur die Kontrolle des Emissions- und Durchlässigkeitsgrades erforderlich ist.The units 6 and 8 in the block diagram of FIG. 3 can, as in the circuits of FIG. 1 and 2 are removed if only the control of the emissivity and permeability is required is.
In der Einrichtung nach Fi g. 3 werden die Signale der Strahldichten am Ausgang des Empfängers 3 durch das Gerät 10 vorlogarkhmiert; an seinem Ausgang werden Signale in folgender Gestalt erhalten /,· = In X; am Ausgang des Kreises 4 sind die Signale durch die Ausdrücke rt = Aj/,- = A1- In X gegeben, wenn höchstens zwei spektrale Strahldichten vorhanden sind.In the facility according to Fig. 3 the signals of the radiance at the output of the receiver 3 are vorlogarkhmiert by the device 10; signals in the following form are obtained at its output /, · = In X; At the output of circuit 4, the signals are given by the expressions r t = Aj /, - = A 1 - In X, if at most two spectral radiance levels are present.
Bei drei oder mehreren spektralen Strahldichlen mit dem obenerwähnten Frequenzverhältnis kann als Umformer 4 ein üblicher linearer Vier- oder Zweipol eingesetzt werden, an dessen Ausgang folgende Signale verfügbar sind rf = ic/, = k In X, wobeiIn the case of three or more spectral beam dichroes with the above-mentioned frequency ratio, a conventional linear four- or two-pole can be used as converter 4, at the output of which the following signals are available r f = ic /, = k In X, where
Wenn nicht mehr als zwei Strahlungsströme mit Wellenlängen At und A2 benutzt werden, so werden die Signale T1 = A1 In X1 und r2 = A2 In X2 vom Ausgang des Umformers 4 dem Multiplikator 9 in Gegenphase zugeführt. Dann erhält man am Ausgang des Multiplikators 9 das resultierende Signal ZJ-2 = r, - r2 If no more than two radiation currents with wavelengths A t and A 2 are used, the signals T 1 = A 1 In X 1 and r 2 = A 2 In X 2 are fed from the output of the converter 4 to the multiplier 9 in antiphase. The resulting signal ZJ -2 = r, - r 2 is then obtained at the output of the multiplier 9
als Logarithmus des Verhältnisses Zi-2 = In -^-. as the logarithm of the ratio Zi -2 = In - ^ -.
Gemäß dem Wert des Signals Zj-2 wird ähnlich denvorhergehenden Ausführungen (durch Voreichung) die Erzeugung des Signals Q=IT am Ausgang des Korrektors 6 bewerkstelligt.According to the value of the signal Zj -2 , the generation of the signal Q = IT at the output of the corrector 6 is carried out similarly to the previous explanations (by pre-calibration).
Es ist offensichtlich, daß im Blockschaltbild nach F i g. 3 die Signale am Ausgang des Umformers 8 infolge Vorlogarithmierung durch das Gerät 10 proportional den reziproken Werten der schwarzen oder Farbtemperatur angegeben werden, was in der Praxis sehr vorteilhaft istIt is obvious that in the block diagram of FIG. 3 the signals at the output of the converter 8 as a result of pre-logarithmization by the device 10 proportional to the reciprocal values of the black or Color temperature can be specified, which is very advantageous in practice
Beim Einsatz der Einrichtung nach F i g. 3 für drei und mehrere spektrale Strahldichten ist das Potenzieren von Α,- wie auch für die Einrichtung nach F i g. 2 nicht verpflichtend. Bei λϊι + /J1 = Af1 kann das resultierende Signal am Ausgang des Multiplikators 9 als folgender Ausdruck erhalten werdenWhen using the device according to FIG. 3 for three or more spectral radiance is the exponentiation of Α, - as well as for the device according to FIG. 2 not mandatory. With λϊ ι + / J 1 = Af 1 , the resulting signal at the output of the multiplier 9 can be obtained as the following expression
7 - 7 -
4-4-
+ A2"1 = A3"1 ++ A 2 " 1 = A 3 " 1 +
istis
ε U3T)ε U 3 T)
AUAU
In F i g. 4 ist eine weitere Ausführungsart der Erfindung dargestellt. Mittels des Strahlungsunterbrcchcrs 12 gelangen abwechselnd Strahlungsströme vom kontrollierten Strahler über die optische Einheit 1 und von der eingebauten Vergleichsquelle 11 auf die monochromatisierende Einrichtung2 und danach ,0 auf die Strahlungsempfänger 3. Die Strahlungsströmc beider Quellen werden den Strahlungsempfängern zugeführt und gelangen dann von deren Ausgang zum Funktionsumformer 4. Vom Ausgangdes Umformers4 werden die nach dem erforderlichen Exponenten ,5 potenzierten Strahldichtensignale dem Kommutator 13 zugeführt, dessen Wirkung mittels des Synchronisators 14 mit der Funktion des Strahlungsunterbrechers 12 verbunden ist. Vom Ausgang des Kommutators 13 werden die nach den erforderlichen Exponenten potenzierten Signale von beiden Empfängern der Quotientenschaltung 5 in entsprechenden Phasen zugeführt. Die Anwendungsart der Einheiten 6. 7 und 8 unterscheidet sich nicht von der in den oben beschriebenen Ausführungsarten, die in Fig. 1, 2 und 3 dargestellt sind. Braucht die wahre Temperatur nicht gemessen zu werden, so können der Korrektor 6 und der Umformer 8 entfernt werden.In Fig. 4 shows a further embodiment of the invention. By means of the radiation interruption 12, radiation flows alternately from the controlled radiator via the optical unit 1 and from the built-in reference source 11 to the monochromatizing device 2 and then, 0 to the radiation receiver 3. The radiation currents from both sources are fed to the radiation receivers and then pass from their output to the function converter 4. From the output of the converter 4, the radiance signals raised to the power of the required exponent, 5, are fed to the commutator 13, the effect of which is connected to the function of the radiation interrupter 12 by means of the synchronizer 14. From the output of the commutator 13, the signals raised to the power of the required exponents are fed from both receivers to the quotient circuit 5 in appropriate phases. The type of application of the units 6, 7 and 8 does not differ from that in the embodiments described above, which are shown in FIGS. 1, 2 and 3. If the true temperature does not need to be measured, the corrector 6 and the converter 8 can be removed.
Der Vorzug der in F i g. 4 dargestellten Ausführung besteht in der hohen Stabilität infolge Beseitigung des Einflusses von Ubertragungsfaktoren einzelner Einheiten, darunter auch des Einflusses der Werte der spektralen Empfindlichkeit der Strahlungsempfängers. The advantage of the in F i g. 4 embodiment shown consists in the high stability due to the elimination of the Influence of transfer factors of individual units, including the influence of the values of the spectral sensitivity of the radiation receiver.
Hier gelangen mittels des Strahlungsunterbrechers 12 abwechselnd Strahlungsströme vom kontrollierten Strahler (über die optische Einheit 1) und von der eingebauten Vergleichsquelle 11 auf die monochromatisierende Einrichtung 2 und danach auf den Strahlungsempfänger 3.Here, by means of the radiation interrupter 12, alternating radiation currents arrive from the controlled one Emitter (via the optical unit 1) and from the built-in comparison source 11 to the monochromatizing device 2 and then to the radiation receiver 3.
Im ersten Falle erhält man am Ausgang des Empfängers 3 für Spektralbereiche mit effektiven Wellenlängen A1, A2 ... χ,- folgende SignaleIn the first case, the following signals are obtained at the output of the receiver 3 for spectral ranges with effective wavelengths A 1 , A 2 ... χ, -
(A41TJt(AjJ-(A 41 TJt (AjJ-
X; = -£2 X; = - £ 2
i. T) ,i. T),
-~ u. s. f.- ~ u. s. f.
-γ=-γ =
x; =- i, C1 x\"5 /(/,) exp -—■ ■ x; = - i, C 1 x \ " 5 / (/,) exp -— ■ ■
/, ι /, ι
Am Ausgang des Umformers 4 betragen die Signale vom kontrollierten Strahler entsprechend V, = X-V1". d.h.At the output of the converter 4, the signals from the controlled radiator are correspondingly V, = XV 1 ". Ie
Y1 = K i,1· C1 1' Af5 ;· /1Ui) 1* U1) exp --γ · Y 1 = K i, 1 x C 1 1 'Af 5; / 1 Ui) 1 * U 1 ) exp --γ
Y2 = Ki2 1 Y 2 = Ki 2 1
) Th (A2) exp - j1 usf.) T h (A 2 ) exp - j 1 etc.
Am Ausgang des Umformers 4 können die Signale der eingebauten Quelle entsprechend ausgedrückt werden durchAt the output of the converter 4, the signals from the built-in source can be expressed accordingly will be through
Y2 = K S2 1C1 11 Y 2 = KS 2 1 C 1 11
/'1U1) exp -/ ' 1 U 1 ) exp -
Ε^(Λ)εχρ -Ε ^ (Λ) εχρ -
-ψ--ψ-
u. s. f.u. s. f.
Mit Hufe des durch den Synchronisator 14 gesicuerten Kommutators 13 werden die Signale Y1. Y2 -^ und X1', Y2... Υ; der Quotientenschaltung 5 so zugeführt, daß an deren Ausgang das resultierende Signal Z1 , folgende Gestalt annimmtWhen the commutator 13 is activated by the synchronizer 14, the signals Y 1 . Y 2 - ^ and X 1 ', Y 2 ... Υ; the quotient circuit 5 is supplied so that at its output the resulting signal Z 1 assumes the following form
_ Y1TT2... Υ,.,Υ', _ Y 1 TT 2 . .. Υ,., Υ ',
Y2- Y1-. .. Y 2 - Y 1 -. ..
Zum Beispiel wird Z12 für zwei spektrale Strahldichten mit effektiven Wellenlängen A1 und A2 durch folgendes Verhältnis ausgedrückt:For example, Z 12 for two spectral radiances with effective wavelengths A 1 and A 2 is expressed by the following ratio:
C2 C 2
4545
X2 = ξ2 C, A2 5 f (A2) r(A2)exp - -γ für die eingebaute Quelle ist aber X 2 = ξ 2 C, A 2 5 f (A 2 ) r (A 2 ) exp - -γ for the built-in source is however
-'Hx2)-'Hx 2 )
= const,= const,
X1 = ί, C1 Af5 ε(Α,) T(A1-) exp - -^-. X 1 = ί, C 1 Af 5 ε (Α,) T (A 1 -) exp - - ^ -.
Im zweiten Fall gelangen zum Empfänger drei Strahlungsströme von der eingebauten Quelle 11, die irgendeinen Temperaturwert T' aufweist und deren Emissionsgrade die WerteIn the second case, three streams of radiation from the built-in source 11 reach the receiver, which are any Temperature value T 'and their emissivity the values
55 daraus folgt, daß das Signal Z1^, (unabhängig von der Stabilität der Schaltungseinheiten) die Bestimmungsgrößen des kontrollierten Strahlungsstromcs (Emissionsgrad und Transmissionsgrad des Zwischenmediums) kennzeichnetIt follows from this that the signal Z 1 ^ (independent of the stability of the circuit units) characterizes the determinants of the controlled radiation current (emissivity and transmittance of the intermediate medium)
Werden Strahlungsströme für mehr als zwei Spek-Are radiation currents for more than two spec-
aufweist und deren Emis- tralbereiche, z. B. für drei Uf1 + A2' = A3"1) benutzt,and their emis- tral areas, z. B. for three Uf 1 + A 2 '= A 3 " 1 ) used,
so kann das erwähnte resultierende Signal am Ausgang der QuotientenschaltüngS (F i g. 4) in folgenderthe above-mentioned resulting signal at the output of the quotient circuit (FIG. 4) can be as follows
,) ... e'(A() Gestalt ausgedrückt werden:,) ... e '(A () form can be expressed:
annehmen.accept.
In diesem Fall werden die Signale dei Strahldichten durch folgende Ausdrücke dargestellt:In this case, the radiance signals are represented by the following expressions:
_ EUiHA2)T(A)TU2K(A3) _ EUiHA 2 ) T (A) TU 2 K (A 3 )
i= J1C1 Ar5AX1) exp Im weiteren unterscheidet sich der Betrieb dsr Einrichtung nach F i g. 4 nicht von dem Betrieb der oben beschriebenen Ausruhrongsarten. i = J 1 C 1 Ar 5 AX 1 ) exp In addition, the operation of the device differs according to FIG. 4 does not depend on the operation of the types of exhaustion described above.
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19671648233 DE1648233C3 (en) | 1967-04-18 | 1967-04-18 | Method and device for measuring the true temperature of any radiator |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19671648233 DE1648233C3 (en) | 1967-04-18 | 1967-04-18 | Method and device for measuring the true temperature of any radiator |
DEJ0033468 | 1967-04-18 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1648233A1 DE1648233A1 (en) | 1972-01-13 |
DE1648233B2 true DE1648233B2 (en) | 1973-11-22 |
DE1648233C3 DE1648233C3 (en) | 1976-08-26 |
Family
ID=
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0685720A1 (en) * | 1994-06-03 | 1995-12-06 | Land Instruments International Limited | Temperature monitoring |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0685720A1 (en) * | 1994-06-03 | 1995-12-06 | Land Instruments International Limited | Temperature monitoring |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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DE1648233A1 (en) | 1972-01-13 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 |