DE1947791C

DE1947791C - Color pyrometer

Info

Publication number: DE1947791C
Application number: DE19691947791
Authority: DE
Inventors: Kurt 7500 Karlsruhe Menge
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Filing date: 1969-09-20
Publication date: 1972-01-27

Description

Die Erfindung betrifft ein Farbpyrometer zur Messung des farbtemperaturprüpürtionalen Verhältnisses der Strahlungsdichten des Meßobjekts bei zwei verschiedenen Wellenlängen. Das Meßprinzip eines derartigen, nach der Nullmethode arbeitenden Färbpyrometers ist aus der in Fig. 1 dargestellten Schaltung zu ersehen. Zwei in Reihe gegeneinandergeschaltete Fotoelemente Ph 1 und PhI sind von den vom Meßobjekt herrührenden Strahldichten Le). 1 und Le). 2 bestrahlt. Bei /1 und /.2 handelt es sich um möglichst weit auseinanderliegende Wellenlängen bzw. Wellenlängenbereiche, wobei / 1 die kürzere und /2 die längere Wellenlänge ist. In der Praxis wird diese Aufteilung durch Vorschalten von Farbfiltern (rot, grün) vor die Fotoelemente verwirklicht. Die Fotoströme der rotoelemente Ph 1 und Ph2 sind proportional der Strahldichten der beiden Wellenlängen bzw. Wellenlängenbereiche. Die Fotosiröme fließen über die Schließkreiswiderstände R1 bzw. R2 und erzeugen dort die Spannungsabfälle U)A und UXl. ao Bei Verwendung gleichartiger Fotoelemente Ph 1 und PhI wird der veränderliche Sch,ießkreiswiderstand R 2 am Anfang eines Meßbereichs so eingestellt, daß U)A--U/.2 ist, die Spannungsdifferenz ist also gleich Null. Bei steigender Temperatur wird nach »5 dem Plankschen F'nhlungsgesetz die Spannung U)A schneller zunehmen als die Spannung U).2. Diese Spannungsdifferenz kann durcl. Vergrößern des Widerstandes R 2 und mit Hilfe d^ps Anzeigeinstruments Λ jeweils zu Null gemacht werden, dabei wird der Widerstandswert des veränderlichen Widerstandes R 2 ein Maß für die am Meßobjekt herrschenden Farbtemperatur. Es ist bekannt, das Verhältnis der beiden Spanungen U)A und U). 2 in einer Kompensationsschaltung zu bilden und den Nullabgleich mit Hilfe eines motorisch angetriebenen Meßpotentiometers herbeizuführen. Die Stellung des PotentionieterabgrifTs ist dabei ein Maß für die Farbtemperatur. Soll das Meßsignal weiterverarbeitet werden, so ist ein Folgepotentiometer notwendig. Diese Art der Meßwerterfassung und Weiterverarbeitung ist jedoch relativ aufwendig, wenn die Meßgröße nicht registriert, sondern als Eingangssignal eines Regelkreises verwendet werden soll.The invention relates to a color pyrometer for measuring the color temperature test ratio of the radiation densities of the test object at two different wavelengths. The measuring principle of such a color pyrometer, which works according to the zero method, can be seen from the circuit shown in FIG. Two photo elements Ph 1 and PhI connected in series against one another are due to the radiance Le) originating from the test object. 1 and Le). 2 irradiated. / 1 and /.2 are wavelengths or wavelength ranges that are as far apart as possible, with / 1 being the shorter and / 2 the longer wavelength. In practice, this division is achieved by connecting color filters (red, green) in front of the photo elements. The photocurrents of the rotoelements Ph 1 and Ph2 are proportional to the radiance of the two wavelengths or wavelength ranges. The photo currents flow through the closing circuit resistors R 1 and R2 and generate the voltage drops U) A and UXl there. ao If similar photo elements Ph 1 and PhI are used, the variable circuit resistance R 2 is set at the beginning of a measuring range in such a way that U) A - U / .2 , the voltage difference is therefore equal to zero. When the temperature rises, according to Plank's law of heat, the voltage U) A will increase faster than the voltage U) .2. This voltage difference can be due to Increase the resistance R 2 and with the aid of the d ^p s display instrument Λ each made to zero, the resistance value of the variable resistance R 2 is a measure of the color temperature prevailing on the object to be measured. It is known the ratio of the two voltages U) A and U). 2 to form in a compensation circuit and to bring about the zero adjustment with the help of a motor-driven measuring potentiometer. The position of the potentiometer tap is a measure of the color temperature. If the measuring signal is to be processed further, a follow-up potentiometer is necessary. However, this type of measured value acquisition and further processing is relatively complex if the measured variable is not to be registered but is to be used as an input signal of a control loop.

Im übrigen gibt es Anwendungen für Farbpyrometer, bei denen die fiinstellzeit des nach dem Kompensationsprinzip aibehenden Registriergeräts mit motorischem Abgleich nicht ausreicht.In addition, there are applications for color pyrometers in which the adjustment time is based on the compensation principle A retaining recorder with motorized adjustment is not sufficient.

\^::< besteht demgemäß die Aufgabe, ein Farbpyrometer mit automatischem Nullabgleich zu schaffen, 5η das möglichst einfach und ohne Verwendung mechanisch bewegter Feile aufgebaut ist. In Erweiterung der Aufgabenstellung ist vorzusehen, daß der Meßwert als eingeprägter Strom geliefert wird, der linear von der gemessenen Farbtcmpenitur abhangig ist. ^\: <Is accordingly the task of creating a Farbpyrometer with automatic zero adjustment, the 5η as simply and without the use of mechanically moving file is built. As an extension of the task it is to be provided that the measured value is supplied as an impressed current, which is linearly dependent on the measured color pressure.

Als Lösung der Aufgabe wird ein Farbpyrometer der eingangs genannten Art vorgeschlagen, das zwei in Reihe gegencinandcrgeschaltete Fotoelemente und veränderbare Schließkreiswiderstände aufweist, mit deren Hilfe die Atisgangsspannung der Schaltung auf Null abgleichbar ist und das dadurch gekennzeichnet ist, daß dem Eingang eines Dillcrenzverstärkers die Differenz der über den Schlicßkreiswiderständen abfallenden Spannungen abgeschaltet ist und daß einer der Schließkrciswklerstände, vorzugsweise der des nvi Strahlung längerer Wellenlänge bestrahlten Fotoelciv'jnts. ein Netzwerk mit einem von der Gegenkonnluni'ssniinnimp des Differenzverstärker* zum Nullabgleich gesteuerten Halbleiterelement als veränderlicher Widerstand ist.As a solution to the problem, a color pyrometer of the type mentioned is proposed, which has two photo elements connected in series and variable closing circuit resistors, with the help of which the output voltage of the circuit can be adjusted to zero and which is characterized in that the input of a Dillcrenz amplifier the difference of the the voltages dropping in the closing circuit resistances is switched off and that one of the closing circuit resistances, preferably the photoelectric element irradiated by the longer wavelength radiation. is a network with a variable resistor controlled by the Gegenkonnluni'ssniinnimp of the differential amplifier * for zero balancing.

Zur Erläuterung der Erfindung dienen die in den Fig. 1 und 2 dargestellten Schaltungsbeispiele.The circuit examples shown in FIGS. 1 and 2 serve to explain the invention.

Fig. 1 zeigt das bereits beschriebene Schaltungsund Funktionsprinzip;1 shows the circuit and functional principle already described;

F i g. 2 stellt ein Ausführungsbeispiel dar.F i g. 2 shows an embodiment.

Fig. 2: In einer ausgeführten Schaltung sind wieder die Fotoelemente Ph 1 und Ph2 zu erkennen, die gegeneinander geschaltet sind. Ihnen vorgeschaltet s':nd die optischen Filteranordnungen F)A mit Durchlässigkeit im grünen Spektralbereich und F).2 mit Durchlässigkeit im roten Spektralbereich. Dem Fotoelement Ph 1 ist der Schließkreiswide-stand R 1 zugeordnet. An Stelle des Schließkreiswiderstandes für das Fotoelement Ph2 tritt das Netzwerk NW, welches als veränderlichen Widerstand einen Feldeffekttransistor FET enthält. Die Differenz der an den Schließkreiswiderständen abfallenden Spannungen U)A und UXl ist einem Differenzverstärker V zugeführt, welcher einen eingeprägten Ausgangsstrom liefert. Die an dem vom Ausgangsstrom durchflossent:n Gegenkopplungswiderstand /?6 abfallende Spannung Ust wird dem Netzwerk NW zugeführt und steuert dort den FET derart, daß UXl durch Vergrößerung des Schließkreiswiderstandes gleich U)A wird. Der Ausgangsstrom des Verstärkers V ist dabei ein Maß für das Verhältnis der Spannungen U)A zu U).?. und damit ein Maß für die Farbtemperatur. Die Widerstandsänderung des FET zwischen den Elektroden Drain und Source hat einen exponentiellen Virlauf. Durch die Spannungsteilerwiderstar.de R 4, R 5 und die Diode D wird der exponentiell Verlauf se verändert, daß die Widerstandsänderung linear von der Steuerspannung Ust abhängig ist. Der Widerstand /?3 dient zur Festsetzung des Skalenanfangs und des Meßbereiches. Mit der gezeigten Schaltung können bei entsprechender Wahl der spektralen Empfindlichkeitsverteilung der Fotoelemente und der optischen Filter sowie bei entsprechender Auslegung des Widerstandsnetzwerkes ein Ausgangsstrom des Verstärkers erzeugt werden, der linear von der zu messenden Farbtemperatur abhängt und dem Anzeigeinstriiment A eine lineare Skalencharakteristik erlaubt b2:w. wie gestrichelt angedeutet, an einem Widerstand eile farbtemperaturproportionale Spannung, die zu Regel- und Steuerzwecken verwendet werden kann, erzeugt.Fig. 2: In an executed circuit, the photo elements Ph 1 and Ph2 can be seen again, which are connected to one another. Upstream of them are the optical filter arrangements F) A with permeability in the green spectral range and F) .2 with permeability in the red spectral range. The closing circuit-wide stand R 1 is assigned to the photo element Ph 1. Instead of the closing circuit resistance for the photo element Ph2 , there is the network NW, which contains a field effect transistor FET as a variable resistance. The difference between the voltages U) A and UX1 dropping across the closing circuit resistors is fed to a differential amplifier V , which supplies an impressed output current. The voltage Ust dropping across the output current through which the output current flows: n negative feedback resistor / 6 is fed to the network NW and controls the FET there in such a way that UX1 becomes equal to U) A by increasing the closing circuit resistance. The output current of the amplifier V is a measure of the ratio of the voltages U) A to U).?. and thus a measure of the color temperature. The change in resistance of the FET between the drain and source electrodes has an exponential curve. The voltage divider resistor R 4, R 5 and the diode D change the exponential curve so that the change in resistance is linearly dependent on the control voltage Ust. The resistance /? 3 is used to determine the start of the scale and the measuring range. With the circuit shown, with the appropriate choice of the spectral sensitivity distribution of the photo elements and the optical filters and with the appropriate design of the resistor network, an output current of the amplifier can be generated that is linearly dependent on the color temperature to be measured and allows the display instrument A a linear scale characteristic b2: w. As indicated by dashed lines, a voltage that is proportional to the color temperature and can be used for regulation and control purposes is generated at a resistor.

Um eine Temperaturabhängigkeit der Meßanordnung zu vermeiden, ist der Verstärker V, der Feldeffekttransistor FET und die Diode D thermostatisiert. Die elektronischen Bauelemente können mit den Strahlungsempfängern zu einem kompakten Pyrometer zusammengebaut werden, das am Meßort eingesetzt wird und dessen Ausgangssignal über Zuleitungen zu dem entfernt aufgestellten Auswertegerät durch Störspaniningen nicht becinflußf wird.In order to avoid a temperature dependency of the measuring arrangement, the amplifier V, the field effect transistor FET and the diode D are thermostatted. The electronic components can be assembled with the radiation receivers to form a compact pyrometer which is used at the measuring location and whose output signal is not influenced by interference spinning via lines to the remote evaluation device.

Claims

Patent claims:

1. Color pyrometer for measuring the color temperature proportional ratio of the radiation densities of the test object at two different wavelengths, with two photo elements connected in series against one another and variable closing circuit resistors, with the help of which the output voltage of the circuit can be adjusted to zero, characterized in that the input of a differential amplifier (V )

the difference between the voltages (UX 1, UXl) dropping across the closing circuit resistances (Kl, / VIC) is applied and that one of the closing circuit resistances, preferably that of the photo element (Ph 2) irradiated with radiation of longer wavelengths, forms a network (NW) with one of the negative feedback voltage (Ust) of the differential amplifier (V) for zero balancing controlled semiconductor element is as a variable resistor.

2. Color pyrometer according to claim 1, characterized in that the network (NW) is in the negative feedback branch of the differential amplifier (V) and the semiconductor element is a field effect transistor (FET) .

3. Color pyrometer according to claim 2, characterized in that the field effect transistor (FET) is controlled via a diode resistor network for linearizing its exponential resistance characteristic.

1 sheet of drawings