DE1698084C3 - Einrichtung zur Messung der Temperatur einer durchlaufenden Bahn - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Messung der Temperatur einer durchlaufenden Bahn aus dünnem, dielektrischem, teilweise strahlungsdurchlässigem Material mit einem Strahlungspyrometer und einem die Hintergrundstrahlung liefernden Spiegel.

Es sind bereits Meßgeräte zur Bestimmung der Temperatur von bewegtem Gut bekannt (USA.-Patentschrift 2 909 924), bei dem die Emission sich mit der Dicke ändert und damit seine Temperatur durch herkömmliche Strahlungspyrometer nicht erfaßt werden kann; derartige Ge^räte sind so ausgelegt, daß sie nur auf einen sehr engen Bereich von Wellenlängen ansprechen. Bei bestimmten Materialien, z. B. Seidenpapier, sind jedoch Dicke und Wärmekapazität so gering, daß bei einer Beschränkung der Wellenlänge der Messung auf einen derart geringen Teil des Spektrums die in diesem Teil zur Verfügung stehende Energieausbeute nicht ausreicht, um ein genügend rasches und genaues Ansprechen zu erzielen.

Des weiteren ist es bekannt (USA.-Patentschrift 2 863 557), Temperatur und Geschwindigkeit eines stabförmigen Materiales, das z. 3. aus einem Extruder austritt, mit einem kugelförmigen Reflektor «.a umgeben, um die von allen Seiten des Werkstückes emittierte Strahlung zu sammeln. Eine solche Einrichtung kann jedoch zur Messung von durchlaufendem Gut in Bahnform nicht angewendet werden, weil es nicht möglich ist, die gesamte Bahn mit einer reflektierenden Kugel zu umschließen und weil die Meßvorrichtung nicht über die Breite der Bahn verfahren werden kann, um kleine Teile des Materiales mit einer Breite, die wesentlich geringer als die Bahnbreite ist, zu messen.

Schließlich ist es auch bekannt (»Instruments and Control Systems«, Ma^; 1964, S. 87 bis 89), hinter das zu messende Gut einci Spiegel zu stellen, von dem. die nach hinten gelangende Strahlung reflektiert wird. und durch das Gut hindurch in das Pyrometer gelangt. Hiermit läßt sich der Emissionsfaktor vom durchlässigem Gut messen, die Messung wird jedoch von der Dicke des Gutes beeinflußt.

Ziel der Erfindung ist eine Einrichtung dnr eingangs angegebenen Art zu schaffen, mit deren Hilfe es möglich ist, die Temperatur einer durchlaufenden Bahn unabhängig bzw. weitgehend unabhängig von der Dicke der Bahn zu messen.

Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß das Strahlungspyrometer über die gesamte Breite der Bahn verschiebbar ist und der Sp.egel.n jeder Stellung des Pyrometers in dessen Blickfeld bleibt, und daß der Spiegel die Strahlung der demPyrometer abgewandten Seite der Bahn durch die Bahn hindurch dem Pyrometer zuführt, und daß das gewonnene von der Bahndicke unabhängige Signal in eine Signälkombinierschaltung als Kompensationsgröße ^D^erfindungsgemäße Einrichtung eignet sich besonders für die Messung von sich kontinuierlich bewegenden Papierbahnen mit einem Gewicht pro Flacheneinheit im Bereich von 1 bis 3, 5 mg/cm- Papierbahnen, die ein höheres Gewicht als 3,5 mg/cmhaben, machen normalerweise die Anwendung der Reflektortechnik nicht erforderlich. Bei Papierbahnen die leichter als etwa 1 mg/cm? sind, kann die Reflektortechnik die Einflüsse der Dickenanderun-Kcn nicht vollständig aufheben, obgleich die unerwünschten Einflüsse der thermischen Hintergrundstrahlungen weitgehend ausgeschaltet werden. Bei anderen bahnförmigen Materialien, wie z.B. bei Kunststoffen, die niedrigere Absorptionskoeffizienten für Infrarotstrahlung aufweisen und deshalb »durchlässiger« als Papier sind, würde die Verwendung der Reflektortechnik über einen wesentlich größeren Gewichtsbereich pro Flächeneinheit oder Dickenbereich erforderlich werden.

Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung an Hand eines Ausführungsbeispieles erläutert. Es zeigt

F i g. 1 in schematischer Darstellung eine Aufsicht auf einen Teil einer Seidenpapierherstellmaschine, auf der eine Einrichtung gemäß vorliegender Erfindung vorgesehen ist,

Fig.? eine schematische Darstellung eines Schnittes läng? der Linie 2-2 nach F i g. 1 und

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer dielektrischen Meßeinriciitung, deren Ausgang mit Hilfe eines Strahlungspyrometers auf Temperaturänderungen kompensiert ist.

In den F i g. 1 und 2 stellt das flezugszeichen 10 eine durchlaufende Bahn aus Seidenpapier dar, die sich in Richtung des Pfeiles 12 bewegt. Die Bahn 10 ist hier in der Weise gezeigt, daß sie einem Kalandriervorgang dadurch ausgesetzt wird, daß sie durch einen Zweiwalzenkalander mit Paaren von im Abstand angeordneten Walzen 14 und 16 geführt wird, die dampfbeheizt sind. Die Bahn 10 kann auch eine Bahn aus Kunststoff oder entsprechendem anderem Material sein, und die Walzen 14 und 16 können auch die Walzen eines Kunststoffkalanders oder einer anderen, eine Bahn erzeugenden Einrichtung sein.

Am Ausgang des Kalanders ist eine Meßanordnung vorgesehen, die normalerweise eine Betastrahlmeßeinrichtung zur Messung der Dicke bzw. des Gewichtes pro Flächeneinheit des Seidenpapiers enthält. Die Betastrahlenmeßeinrichtung weist ein Gehäuse 18 für die Betastrahlenquelle und ein Gehäuse 20 für die Betastrahlenanzeigevorrichtung auf. Die Gehäuse 18, 20, die auf entgegengesetzten Seiten der Bahn 10 angeordnet sind, können rückwärts und vorwärts über die Breite der Bahn auf vier quer verlaufenden

Trägern 22 verschoben werden; diese Träger werden chend ist. Es können natürlich andere e an ihren Enden von aufrechtstehenden Säuien 24 Materialien mit Oberflachen, »* ⁷"

und 26 aufgenommen, die außerhalb der seitlichen Eigenschaften aufweisen, an ^^lle °f^s °*^να>™

Enden des Verlaufes der Bahn angeordnet sind. Die Aluminiums verwendet werden. Der Spiegel ist_ gc cn

Vorschub- oder Abtastbewegung dieser Vorrichtun- 5 die Strahlungen vollständig undurchlassig, *f J£ⁿ

gen wird durch einen Vorschubmotor 25 erzeugt, der der Schicht ausgesandt werden ferner auch undurc.,_:

von einer Steuerschaltung 27 gesteuert wird lässig für die Hintergrundstrahlungen, und ist somit _)n

In der Meßanordnung ist eine dielektrische Meß- der Lage, das Pyrometer S^eß^e"*^e™'f£e dünne

sonde 28 angeordnet, die im Abstand cngeordnete grundstrahlung abzuschirmen, die sonst aieaunne.

Elektroden 28a (Fig. 3) in leichter Auflage auf der io Bahn durchdringen und den Pyrometerausgang b,-

Oberseite der Bahn trägt. Die Elektroden in der einflussen würden.

Sonde werden mit Hochfrequenzspannung gespeist, Bei einem Strahlungspyrometer m>i .lnem H damit ein elektrisches Wechselfeld erzeugt wird, das trachtungsfenster von einem Durchmesse:tvonei _a, gestrichelt bei 29 angedeutet ist, und das mit dem weniger als 7,5 cm wird in zweckmäßiger Weise eia, dielektrischen Material in einem bestimmten Teil der 15 Aluminiumplatte von etwa 15 X -U cm vcrw_CI uu, Bahn zusammenwirkt. Ein von der Sonde ausgehen- die auf einem entsprechenden Arm 34 aogcstuttt s,, des Signal, das den komplexen elektrischen Leitwert welcher mit dem Gehäuse 18 der Betastranlungsrnuider Sonde anzeigt, wird elektronisch so verarbeitet, quelle verbunden ist. Das Gehäuse 18 und aas Ut.-daß ein Ausgangssignal erhalten wird, das den oro- häuse 20 sind miteinander über eine übliche AnorJ-zentualen Feuchtigkeitsgehalt des Seidenpapiers" an- ao nung gekoppelt, die so ausgelegt ist, dau sie lnre reiazeigt. Der Leitwert der Sonde 28 ist eine Funktion tive Ausrichtung beibehält wahrend sie uöer du. der komplexen Dielektrizitätskonstante der feuchten Bahn längs Trägern 22 rückwärts und vorwärts ve r Seidenpapierbahn 10. Die komplexe Dielektrizitäts- schoben wird. Wenn das Pyrometer 3U von eim. konstante, die durch den Widerstandswert und den Seite zur anderen über die Bahn versenken wir., Kapazitätswert der Sonde bei dem gegebenen Papier 25 bewegt sich der Spiegel 32 mit ihm, so dall die nai.e dargestellt wird, ist ihrerseits eine Funktion der Tem- stet, direkt unterhalb des Pyrometers und in der glciperatur des Papieres wie auch des Feuchtigkeitsge- chen Relativstellung angeordnet ist. ,. nahes, der gemessen werden soll. Somit muß die di- Zusätzlich zu seiner Funktion als Abschirmung elektrische Meßanordnung auf Temperaturänderun- des Pyrometers gegen Hintergrundstrahlungen die gen in der Bahn 10 kompensiert werden, die bei 30 üblicherweise die Bahn durchdringen wurden und die einer Nenntemperatur auftreten. Genauigkeit des Pyrometerausganges beeinflussen Hierzu ist ein Infrarotstrahlungspyrometer 30 mit wurden, vergrößert der Spiegel auch die Emptim,-einem entsprechenden Arm an einer Seite des Anzei- lichkeit des Pyrometers gegenüber Änderungen in gekopfes 20 der Betastrahlungsmeßvorrichtung befe- der Bahntemperatur an sich, da thermiscne Mraniunstigt. Die Sonde 30 ist so ausgelegt, daß sie Infrarot- 35 gen, die vom Boden der Bahn ausgesandt werden, strahlung aufnimmt, die von der Bahn 10 ausgesandt durch die Bahn hindurch zum Pyrometer zurück rewird, und daß sie ein Signal erzeugt, daß ihrer Tem- flektiert werden, so daß die Intensität der Intrarotperatur entspricht. strahlung aus der Bahn, die von dem Pyrometer auf

Ein dünnes Material, wie z. B. Seidenpapier, ist je- genommen wird, vergrößert wird, doch gegenüber Infrarotstrahlungen oder »Wärme- 40 Die Temperaturmeßeinrichtung mit dem spiegel strahlen«, auf die das Pyrometer 30 anspricht, halb- gemäß vorliegender Erfindung ist ein wesentlicher durchlässig. Ferner betrachtet dei Fühler normaler- Bestandteil einer dielektrischen Meßanordnung tür weise wenigstens teilweise den Boden oder andere dünne Materialien, die in F1 g. 3 gezeigt. Hier ist Gegenstände, wie z. B. Maschinenteile oder Bauele- ganz allgemein eine dielektrische Meßvorrichtung 36 mente in der Näh«·, da der Fühler'teilweise auf die 45 zur Messung einer Eigenschaft eines dielektnscnen Bahn gerichtet ist und teilweise durch die Bahn hin- Materiales dargestellt. Da die dielektrischen ^igendurch betrachtet. schäften des Materiales einer Änderung bei sich an-Gemäß vorliegender Erfindung ist deshalb ein ent- dernder Temperatur des Materiales wie auch Andesprechender Spiegel 32 unterhalb dei Bahn 10 in rungen in der Materialeigenschaft, z. B. im zu meseiner Linie mit der Achse des Pyrometers 30 ober- 50 senden Feuchtigkeitsgehalt unterworfen sind, wird halb der Bahn befestigt. Die Oberfläche des Spiegeis, die dielektrische Meßeinrichtung 36 fur die lempedie der Bahn 10 zugeordnet ist, soll eine möglichst raturänderungen dadurch kompensiert, daU ein bigeringe Emissionsfähigkeit und eine möglichst gnal aus dem Strahlungspyrometer 30 verwendet hohe Reflexionsfähigkeit für die verwendeten Infra- wird. Demgemäß sind das Strahlungspyrometer und rotstrahlungs-Wellenlängen aufweisen, bezogen auf 55 die dielektrischen Meßvorrichtungsausgange mit die wirtschaftliche Ausnutzbarkeit und Stabilität der einer entsprechenden Signalkombinierscnaltung 38 Oberflächeneigenschaften unter den atmosphärischen verbunden. Diese Signalkombinierschaltung 38 kom-Umgebungsbedingungen in der Anlage, in der die biniert die Signale aus der dielektrischen Meßvor-Einrichtung verwendet wird. Der Spiegel 32 ist vor- richtung und dem Strahlungspyrometer, damit ein zugsweise aus gewöhnlichem Aluminiumblech herge- 60 dielektrisches Meßvorrichtungsausgangssignal erzielt stellt, das die übliche oxydierte Oberfläche aufweist, wird, das Änderungen in der Temperatur des Matedie sich auf der Oberfläche ausbildet, wenn ein helles riales kompensiert, und somit ergibt der Ausgang des Stück Aluminium eine bestimmte Zeit lang der At- Systems ein Signal, das die gemessene Eigenschaft mosphäre ausgesetzt ist. Eine derartige oxydierte des Materiales nahezu unabhängig von Änderungen Aluminiumoberfläche hat die erforderliche Stabilität 65 in der komplexen Dielektritätskonstanten des Matesowie eine Emissionsfähigkeit und ein Reflexionsver- riales, welche durch Temperaturänderungen im Mamögen, das für den beschriebenden Zweck ausrei- terial bedingt sind, anzeigt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Einrichtung zur Messung der Temperatur einer durchlaufenden Bahn aus dünnem, dielektrischem, teilweise strahlungsdurchlässigem Material, mit einem Strahlungspyrometer und einem die Hintergrundstrahlung liefernden Spiegel, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlungspyrometer (30) über die gesamte Breite der xo Bahn (10) verschiebbar ist, und der Spiegel (32) in jeder Stellung des Pyrometers (30) in dessen Blickpunkt bleibt, und daß der Spiegel (32) die Strahlung der dem Pyrometer abgewandten Seite der Bahn durch die Bahn hindurch dem Pyrometer zuführt, und daß das gewonnene, von der BahndickR unabhängige Signal in eine Signaikovnbinierschaltung (38) als Kompensationsgröße gelangt.