DE19536236B4 - Method and device for the determination of internal wall temperatures in multi-walled vessels, especially of high-temperature equipment, such. As furnaces in metallurgy or chemical engineering - Google Patents

Method and device for the determination of internal wall temperatures in multi-walled vessels, especially of high-temperature equipment, such. As furnaces in metallurgy or chemical engineering Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Bestimmung von Innenwandtemperaturen bei mehrwändigen Gefäßen, die zumindest eine Innen- (9, 20) und eine Außenwand (10, 21) sowie ein gasförmiges Medium (33, 34) zwischen der Innen- (9, 20) und der Außenwand (10, 21) aufweisen, indem die Temperatur der Innenwand (9, 20) unter Berücksichtigung der Beeinflussung des gasförmigen Mediums (33, 34) durch Messung einer die Temperatur der Außenwand (10, 21) repräsentierenden Größe und Messung der Abstrahlung der Innenwand (9, 20) für zumindest drei Strahlungsfrequenzen bestimmt wird.method for the determination of internal wall temperatures in multi-walled vessels, the at least one inner (9, 20) and an outer wall (10, 21) and a gaseous Medium (33, 34) between the inner (9, 20) and the outer wall (10, 21) by the temperature of the inner wall (9, 20) under consideration of Influence of the gaseous Medium (33, 34) by measuring the temperature of the outer wall (10, 21) Size and measurement the radiation of the inner wall (9, 20) for at least three radiation frequencies is determined.

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Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Innenwandtemperaturen bei mehrwändigen Gefäßen, insbesondere von Hochtemperaturaggregaten, wie z.B. Öfen in der Metallurgie oder der chemischen Verfahrenstechnik.The The invention relates to a method and a device for determination the internal wall temperatures for multi-walled vessels, in particular high-temperature aggregates, such as. furnaces in metallurgy or chemical engineering.

Aus dem wissenschaftlichen Buch "Verbesserung der Wärmeaus- nutzung und Steuerung des Wärmeaustausches in metallurgischen Öfen", von Lisienko, V.G., Volkov, V.V., Malikov, U.K., Moskau: Metallurgia, 1988, ab S. 229, ist ein Verfahren der berührungslosen Temperaturmessung einer abgeschirmten Oberfläche eines Festkörpers mit einem Strahlungspyrometer, in dem ein Lichtfilter zur Beseitigung der abgeschirmten Wirkung des selektiv strahlenden Gasmediums eingesetzt wird, bekannt. Dabei wird die Strahlungsdurchströmung von der Körperoberfläche zum Strahlungsempfänger durch ein Gastransparenzfenster gesichert. Für die Beseitigung des von der Strahlungsoberfläche reflektierten Hintergrundstroms wird ein zweites Pyrometer, das auf die Innenseite der Oberfläche der zweiten Wandfläche des mehrwändigen Gefäßes gerichtet ist, mit einem gleichen Lichtfilter eingesetzt. Dieses Verfahren führt jedoch zu einer niedrigen Präzision der Messung, insbesondere bei Aggregaten mit staubhaltiger Gasatmosphäre, wo es zu einer zusätzlichen Strahlungsabschirmung durch Ruß- und Staubteilchen kommt.Out the scientific book "Improvement the heat output Use and control of heat exchange in metallurgical furnaces ", by Lisienko, V.G., Volkov, V.V., Malikov, U.K., Moscow: Metallurgia, 1988, from p. 229, is a method of non-contact Temperature measurement of a shielded surface of a solid with a radiation pyrometer in which a light filter for elimination the shielded effect of the selectively radiating gas medium used becomes known. The radiation flow from the body surface to radiation receiver secured by a gas transparency window. For the elimination of the of radiating surface reflected background current becomes a second pyrometer, the on the inside of the surface the second wall surface of the multi-volume Directed vessel is used with a same light filter. However, this procedure results to a low precision the measurement, especially in units with dusty gas atmosphere, where it to an additional Radiation shielding by soot and dust particles comes.

Aus der JP 6-258142 (A) in Patents Abstracts of Japan Vol. 18/No. 654, 12. Dez 1994, P-1841 ist ein Messverfahren bekannt, bei dem lediglich für zwei verschiedene Wellenlängen mit Hilfe eines Strahlungsthermometers direkt die spektrale Abstrahlungsenergie am Festkörper-Objekt selbst gemessen wird, das in einen Heizofen eingebracht ist. Out JP 6-258142 (A) in Patents Abstracts of Japan Vol. 18 / No. 654, Dec. 12, 1994, P-1841 a measuring method is known in which only for two different wavelengths using a radiation thermometer directly the spectral radiation energy on the solid object itself is measured, which is placed in a heating furnace.

Bei der Schmelzofenvorrichtung der JP 5-45067(A) in Patents Abstracts of Japan Vol.17/No. 350, 2. Juli 1993, 11-1438 wird die innere Wandtemperatur eines U-profilförmigen, lediglich einwandigen Schmelztiegelbehälters direkt gemessen. Der nach außen offene Behälter ist in die U-profilförmige Kammer eines thermoelektrischen Konverters eingesetzt. Dieser ist außen von einer einwandigen Kühlvorrichtung U-profilförmig eingefasst, dessen innere Wandtemperatur ebenfalls direkt gemessen wird.at the melting furnace device of JP 5-45067 (A) in Patent Abstracts of Japan Vol.17 / No. 350, 2 July 1993, 11-1438, the inner wall temperature a U-shaped, only single-walled crucible container measured directly. Of the outward open containers is in the U-shaped profile Chamber of a thermoelectric converter used. This is Outside from a single-walled cooling device U-shaped profile enclosed, the inner wall temperature also measured directly becomes.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung anzugeben, mit dem bzw. mit der die Präzision bei der Messung der Temperatur von Innenwänden bei mehrwändigen Gefäßen, insbesondere von Hochtemperaturaggregaten, wie z.B. Öfen in der Metallurgie oder der chemischen Verfahrentechnik, gegenüber dem Stand der Technik erhöht wereden kann. Dabei ist es wünschenswert, dass sich die Kosten für eine Vorrichtung zur Bestimmung dieser Temperatur gegenüber dem Stand der Technik möglichst verringern oder zumindest nicht wesentlich erhöhen.task The invention is to provide a method and a device, with or with the precision in the measurement of the temperature of inner walls in multi-walled vessels, in particular of high temperature aggregates, e.g. Ovens in metallurgy or the chemical processing technology, be increased compared to the prior art can. It is desirable that is the cost of a device for determining this temperature relative to the State of the art as possible reduce or at least not increase significantly.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch folgendes Verfahren gelöst: Verfahren zur Bestimmung von Innenwandtemperaturen bei mehrwändigen Gefäßen, die zumindest eine Innen- und eine Außenwand sowie ein gasförmiges Medium zwischen der Innenund der Außenwand aufweisen, indem die Temperatur der Innenwand unter Berücksichtigung der Beeinflussung des gasförmigen Mediums durch Messung einer die Temperatur der Außenwand repräsentierenden Größe und Messung der Abstrahlung der Innenwand für zumindest drei Strahlungsfrequenzen bestimmt wird.The The object is achieved by the following Procedure solved: Method for the determination of internal wall temperatures in multi-walled vessels, the at least one inner and one outer wall and a gaseous medium between the inner and the outer wall by taking the temperature of the inner wall, taking into account the Influence of the gaseous Medium by measuring the temperature of the outer wall representing Size and measurement the radiation of the inner wall for at least three radiation frequencies is determined.

Auf diese Weise ist es möglich, die Beeinflussung der Strahlung durch das gasförmige Medium, z.B. durch Ruß- und Staubpartikel, zu berücksichtigen, ohne dass diese Eigenschaften des gasförmigen Mediums vorab bekannt sein müssen. Durch die Messung einer die Temperatur der Außenwand repräsentierenden Größe und die Messung der Abstrahlung der Innenwand für zumindest drei Strahlungsfrequenzen, ist es möglich, drei Beziehungen aufzustellen, bei denen zumindest eine charakteristische Größe des gasförmigen Mediums, wie z.B. seine Absorptionseigenschaften, als rechentechnisch Unbekannte in einem Gleichungssystem zu behandeln, und diese auf diese Art und Weise herauszurechnen.On this way it is possible the influence of the radiation by the gaseous medium, e.g. by soot and dust particles, to take into account without these properties of the gaseous medium known in advance have to be. By the measurement of a temperature representing the outer wall Size and the Measuring the radiation of the inner wall for at least three radiation frequencies, Is it possible, to establish three relationships in which at least one characteristic Size of the gaseous medium, such as. its absorption properties, as computationally unknown to treat in a system of equations, and this in this way and to calculate out.

Die Erfindung betrifft auch ein Temperaturmesssystem zur Bestimmung von Innentemperaturen bei mehrwändigen Gefäßen mit zumindest einer Innen- und einer Außenwand sowie einem gas förmigen Medium zwischen der Innen- und Außenwand, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass es zur Bestimmung der Temperatur der Innenwand unter Berücksichtigung der Beeinflussung des gasförmigen Mediums zumindest ein Pyrometer zur Messung der Abstrahlung der Innenwand für mindestens drei Strahlungsfrequenzen und eine Temperaturmesseinrichtung zur Bestimmung der Temperatur der Außenwand aufweist.The The invention also relates to a temperature measuring system for determination of internal temperatures at multi-walled Vessels with at least one inner and one outer wall and a gaseous medium between the inner and outer wall, which characterized in that it is for determining the temperature the inner wall under consideration the influence of the gaseous medium at least one pyrometer for measuring the radiation of the inner wall for at least three radiation frequencies and a temperature measuring device for Determining the temperature of the outer wall has.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Temperatur der Innenwand durch Messung einer die Temperatur der Außenwand repräsentierenden Größe und Messung der Abstrahlung der Innenwand für vier Strahlungsfrequenzen bestimmt. Durch die Messung für vier Strahlungsfrequenzen, ist es möglich, vier Zusammenhänge aufzustellen, von denen zwei dazu genutzt werden können, die beiden als wesentlich erachteten Größen der Beeinflussung von Strahlung durch das gas förmige Medium, wie die Absorptionseigenschaften des gasförmigen Mediums und den Grad der Oberflächenschwärze des gasförmigen Mediums, zu berücksichtigen, ohne daß diese explizit bekannt sein müssen. Auf diese Weise ist es möglich, die Beeinflussung der reflektierten Strahlung durch das gasförmige Medium herauszurechnen, ohne daß diese Eigenschaften vorab bekannt sein müssen. Durch diese Berücksichtigung der Eigenschaften des gasförmigen Mediums in Hinsicht auf seine Beeinflussung der reflektierten Strahlung ist es möglich, die Präzision gegenüber dem bekannten Verfahren zur Bestimmung einer Innenwandtemperatur bei mehrwändigen Gefäßen deutlich zu erhöhen.In an advantageous embodiment of the invention, the temperature of the inner wall is determined by measuring a variable representing the temperature of the outer wall and measuring the radiation of the inner wall for four radiation frequencies. By measuring for four frequencies of radiation, it is possible to establish four connections, two of which can be used, the two quantities considered essential Influence of radiation through the gaseous medium, such as the absorption properties of the gaseous medium and the degree of surface blackening of the gaseous medium to take into account, without these must be explicitly known. In this way it is possible to calculate out the influence of the reflected radiation by the gaseous medium, without these properties having to be known in advance. By taking into account the properties of the gaseous medium in terms of its influence on the reflected radiation, it is possible to increase the precision compared to the known method for determining an inner wall temperature in multi-walled vessels significantly.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Bestimmung der Temperatur der Innenwand und gegebenenfalls der Temperatur des gasförmigen Mediums über eine Beziehung zwischen gemessener Strahlung der Innenwand für eine Strahlungsfrequenz, der Temperatur der Innenwand, der Temperatur des gasförmigen Mediums, der Temperatur der Außenwand und der Strahlungsabsorptionseigenschaften des gasförmigen Mediums. Dabei wird geeigneterweise die Beziehung E λ / f,in = ε λ / in·E λ / 0(Tin)·(1-α λ / M,in)+ε λ / M,in·E λ / 0(TM)+(1-ε λ / in)·(1-α λ / M,in)· E λ / in verwendet, wobei E λ / f,in die gemessene effektive Strahlung der Innenwand für eine Wellenlänge λ, ε λ / in der Grad der Oberflächenschwärze der Innenwand in bezug auf die Wellenlänge λ, E λ / 0(Tin) die Strahlungsdichte des absolut schwarzen Körpers in Abhängigkeit von der Temperatur der Innenwand Tin in bezug auf die Wellenlänge λ, α λ / M,in die Absorptionseigenschaft des gasförmigen Mediums in bezug auf die Wellenlänge λ, ε λ / in der Schwärzegrad des gasförmigen Mediums in bezug auf die Wellenlänge λ, E λ / 0 die Strahlungsdichte des absolut schwarzen Körpers bei der Temperatur des gasförmigen Mediums TM in bezug auf die Wellenlänge λ und E λ / in die auf die erste Begrenzungsfläche auftreffende Strahlung in bezug auf die Wellenlänge λ ist. Diese Beziehung ist besonders geeignet, die Temperatur des gasförmigen Mediums bei unbekannten Eigenschaften des gasförmigen Mediums in bezug auf die Beein flussung der reflektierten Strahlung sowie die Temperatur des zu bearbeitenden Materials zu ermitteln. Dafür wird die Beziehung
E λ / f,in = ε λ / in·E λ / 0 (Tin)·(1-α λ / M,in)+ε λ / M,in·E λ / 0(TM)+(1-ε λ / in)·(1-α λ / M,in)· E λ / in für vier verschiedene Strahlungsfrequenzen, also vier verschiedene Wellenlängen, aufgestellt, und das daraus resultierende Gleichungssystem mit vier Gleichungen und vier Unbekannten gelöst, wobei die Temperatur der Innenwand, die Temperatur des gasförmigen Mediums und die Absorptions- und Schwärzeeigenschaften des gasförmigen Mediums als Lösung anfallen.In a further advantageous embodiment of the invention, the determination of the temperature of the inner wall and optionally the temperature of the gaseous medium via a relationship between measured radiation of the inner wall for a radiation frequency, the temperature of the inner wall, the temperature of the gaseous medium, the temperature of the outer wall and the Radiation absorption properties of the gaseous medium. Here, suitably, the relationship E λ / f, in = ε λ / in · E λ / 0 (T in ) · (1-α λ / M, in) + ε λ / M, in · E λ / 0 (T M ) + (1-ε λ / in) · (1-α λ / M, in) · E λ / in, where E λ / f, in the measured effective radiation of the inner wall for a wavelength λ, ε λ / the inner wall of λ in the degree of surface blackness with respect to the wavelength, e λ / 0 (T in) the radiation density of the black body, depending on the temperature of the inner wall T in respect to the wavelength λ, α λ / M, in the absorption characteristic of the gaseous medium with respect to the wavelength λ, ε λ / in the degree of blackness of the gaseous medium with respect to the wavelength λ, E λ / 0 the radiation density of the absolute black body at the temperature of the gaseous medium T M with respect to the Wavelength λ and E λ / in the incident on the first boundary surface radiation with respect to the wavelength λ. This relationship is particularly suitable to determine the temperature of the gaseous medium with unknown properties of the gaseous medium with respect to the influence of the reflected radiation and the temperature of the material to be processed. That's the relationship
E λ / f, in = ε λ / in · E λ / 0 (T in ) · (1-α λ / M, in) + ε λ / M, in · E λ / 0 (T M ) + (1 -λ λ / in) · (1-α λ / M, in) · E λ / in for four different radiation frequencies, that is to say four different wavelengths, and the resulting equation system is solved with four equations and four unknowns, the temperature the inner wall, the temperature of the gaseous medium and the absorption and blackening properties of the gaseous medium are obtained as a solution.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Temperatur der Innenwand und gegebenenfalls die Temperatur des gasförmigen Mediums durch Messung der Abstrahlung der Innenwand und der Außenwand für zumindest je drei Strahlungsfrequenzen bestimmt. Besonders vorteilhaft ist es dabei, die Temperatur der Innenwand und gegebenenfalls die Temperatur des gasförmigen Mediums durch Messung der Abstrahlung der Innen- und der Außenwand für je vier Strahlungsfrequenzen unter Ausnutzung der Beziehung zwischen gemessener Strahlung der Innen- und der Außenwand für eine Strahlungsfrequenz, der Temperatur der Innenwand, der Temperatur der Außenwand, der Temperatur des gasförmigen Mediums, und den Strahlungsabsorptionseigenschaften des gasförmigen Mediums zu bestimmen. Dieses ist besonders dann vorteilhaft, wenn eine direkte Messung der Temperatur der Außenwand, z. B. durch Thermopaare oder durch temperaturanhängige Widerstände, nicht möglich oder nicht wünschenswert ist.In a further advantageous embodiment of the invention is the Temperature of the inner wall and optionally the temperature of the gaseous medium by measuring the radiation of the inner wall and the outer wall for at least each determines three radiation frequencies. Is particularly advantageous it, the temperature of the inner wall and optionally the temperature of the gaseous Medium by measuring the radiation of the inner and the outer wall for each four radiation frequencies taking advantage of the relationship between measured radiation of the inner and the outer wall for a radiation frequency, the temperature of the inner wall, the temperature of the outer wall, the temperature of the gaseous Medium, and the radiation absorption properties of the gaseous medium to determine. This is particularly advantageous when a direct Measuring the temperature of the outer wall, z. B. by thermocouples or by temperature-dependent resistors, not possible or not desirable is.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden aus der Beziehung
E λ / f,in = ε λ / in·E λ / 0 (Tin)·(1-α λ / M,in)+ε λ / in·E λ / 0(TM)+(1-ε λ / in)·(1-α λ / M,in)·E λ / in
sowie der Beziehung
E λ / f,aus = ε λ / aus·E λ / 0(Taus)·(1-α λ / M,aus)+ε λ / M,aus·E λ / 0(TM)+(1-ε λ / aus)(1-α λ / M,aus)E λ λ / aus, wobei E λ / f,aus die gemessene effektive Strahlung der Außenwand für eine Wellenlänge λ, ε λ / aus der Grad der Oberflächenschwärze der Innenwand in bezug auf die Wellenlänge λ, E λ / 0(Taus) die Strahlungsdichte des absolut schwarzen Körpers in Abhängigkeit von der Temperatur der Außenwand Taus in bezug auf die Wellenlänge λ, α λ / M,aus die Absorptionseigenschaft des gasförmigen Mediums in bezug auf die Wellenlänge λ, ε λ / M,aus der Schwärzegrad des gasförmigen Mediums in bezug auf die Wellenlänge λ und E λ / aus die auf die zweite Begrenzungsfläche auftreffende Strahlung in bezug auf die Wellenlänge λ ist, für je vier verschiedene Strahlungsfrequen- zen, also vier verschiedene Wellenlängen, Gleichungen aufgestellt und das daraus resultierende Gleichungssystem mit acht Gleichungen und acht Unbekannten gelöst, wobei die Temperatur der Innenwand und die Temperatur der Außenwand, die Temperatur des gasförmigen Mediums sowie die Absorptions- und Schwärzeeigenschaften des gasförmigen Mediums als Lösung anfallen.In a further advantageous embodiment of the invention are from the relationship
E λ / f, in = ε λ / in · E λ / 0 (T in ) · (1-α λ / M, in) + ε λ / in · E λ / 0 (T M ) + (1-ε λ / in) · (1-α λ / M, in) · E λ / in
as well as the relationship
E λ / f, out = ε λ / out · E λ / 0 (T out ) · (1-α λ / M, out) + ε λ / M, from · E λ / 0 (T M ) + (1 e λ / aus) (1-α λ / M, aus) E λ λ / aus, where E λ / f, from the measured effective radiation of the outer wall for a wavelength λ, ε λ / from the degree of surface blackening of the inner wall with respect to the wavelength λ, E λ / 0 (T out ), the radiation density of the absolute black body as a function of the temperature of the outer wall T aus with respect to the wavelength λ, α λ / M, from the absorption property of the gaseous medium with respect to to the wavelength λ, ε λ / M, from the degree of blackness of the gaseous medium with respect to the wavelength λ and E λ / from the incident on the second boundary surface radiation with respect to the wavelength λ, for each of four different radiation frequencies, So four different wavelengths, set up equations and solved the resulting equation system with eight equations and eight unknowns st, wherein the temperature of the inner wall and the temperature of the outer wall, the temperature of the gaseous medium and the absorption and blackening properties of the gaseous medium are obtained as a solution.

Ausführungsbeispiele der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen.embodiments The invention will become apparent from the following description in FIG Connection with the drawings.

Im einzelnen zeigen:in the single show:

1 einen metallurgischen Ofen 1 a metallurgical furnace

2 eine Meßeinrichtung gemäß der Erfindung mit einem Pyrometer 2 a measuring device according to the invention with a pyrometer

3 eine Meßeinrichtung gemäß der Erfindung mit zwei Pyro- metern 3 a measuring device according to the inven with two pyrogens

1 zeigt einen zweiwändigen Ofen 1 für metallurgische Zwecke. Dieser weist eine Innenwand 2 und eine Außenwand 3 auf. Dabei dient die Innenwand 2 zur Aufnahme von flüssigem Metall 4 und die Außenwand 3 der Hitzeabschirmung und der Stabilität des Ofens 1. Die Temperatur der Innenwand 2 wird durch eine Meßeinrichtung, die ein an der Außenwand 3 angebrachtes Thermopaar 6, ein Pyrometer 7 und eine Auswerteeinheit 8 aufweist, bestimmt. Mit dem Pyrometer 7 wird die Abstrahlung der Innenwand 2 durch ein Sichtfenster 5 gemessen. 1 shows a two-walled oven 1 for metallurgical purposes. This has an inner wall 2 and an outer wall 3 on. Here, the inner wall is used 2 for holding liquid metal 4 and the outer wall 3 the heat shield and the stability of the furnace 1 , The temperature of the inner wall 2 is by a measuring device, the one on the outer wall 3 attached thermocouple 6 , a pyrometer 7 and an evaluation unit 8th has determined. With the pyrometer 7 is the radiation of the inner wall 2 through a viewing window 5 measured.

Aus den vom Pyrometer 7 und dem Thermopaar 6 gelieferten Werten ermittelt die Auswerteeinheit 8 die Temperatur der Innenwand 2.From the pyrometer 7 and the thermocouple 6 The evaluation unit determines the delivered values 8th the temperature of the inner wall 2 ,

2 zeigt die Meßeinrichtung aus 1 in detaillierterer Form. Dabei bezeichnet Bezugszeichen 9 die Innenwand, Bezugszeichen 10 die Außenwand und Bezugszeichen 33 ein gasförmiges Medium zwischen der Innen- 9 und der Außenwand 10. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel eines metallurgischen Ofens weist die Außenwand 10 eine Ausmauerung 19 sowie eine Stabilisierungsschicht 18, z. B. einen Stahlmantel, auf. Mit einem Thermopaar 11 wird die Temperatur an der Innenseite der Außenwand gemessen und über eine Datenleitung 12 an eine Auswerteeinheit 14 übertragen. Die Meßeinrichtung weist ferner ein Pyrometer 15 auf, dessen Strahlachse 17 auf die Außen- oberfläche der Innenwand gerichtet ist. Die von der Außen- oberfläche der Innenwand 9 abgestrahlte Strahlung gelangt entlang der Strahlachse 17 durch ein Interferenzfilter 16 in das Pyrometer 15. Das Interferenzfilter 16 läßt nur vier ausgewählte Strahlungsfrequenzen passieren, während es die anderen Frequenzen unterdrückt. Mit dem Pyrometer 15 werden die Intensitäten der ausgewählten Strahlungen über eine Datenleitung 13 an die Auswerteeinheit 14 geliefert. Die Auswerteeinheit 14 ermittelt aus der Strahlungsintensität für die einzelnen der ausgewählten vier Wellenlängen und aus dem Temperatursignal, das von dem Thermopaar 11 geliefert wird, die Temperatur an der Außenoberfläche der Innenwand 9. 2 shows the measuring device 1 in more detail. Here, reference numeral designates 9 the inner wall, reference numerals 10 the outer wall and reference numerals 33 a gaseous medium between the interior 9 and the outer wall 10 , In the present embodiment of a metallurgical furnace, the outer wall 10 a lining 19 and a stabilizing layer 18 , z. As a steel jacket, on. With a thermocouple 11 The temperature is measured on the inside of the outer wall and over a data line 12 to an evaluation unit 14 transfer. The measuring device also has a pyrometer 15 on, whose beam axis 17 directed to the outer surface of the inner wall. The from the outer surface of the inner wall 9 Radiated radiation passes along the beam axis 17 through an interference filter 16 into the pyrometer 15 , The interference filter 16 allows only four selected radiation frequencies to pass while suppressing the other frequencies. With the pyrometer 15 The intensities of the selected radiations are transmitted via a data line 13 to the evaluation unit 14 delivered. The evaluation unit 14 determined from the radiation intensity for each of the selected four wavelengths and from the temperature signal from the thermocouple 11 is delivered, the temperature at the outer surface of the inner wall 9 ,

3 zeigt eine alternative Ausgestaltung der Meßeinrichtung, bei der auf eine direkte Bestimmung der Außenwandtemperatur, z. B. durch ein Thermopaar oder durch temperaturabhängige Widerstände, verzichtet wird. Bezugszeichen 20 bezieht sich dabei auf die Innenwand und Bezugszeichen 21 auf die Außenwand. Wie in 2 weist die Außenwand 21 eine Ausmauerung 23 und eine Stabilisierungsschicht 22, z. B. einen Stahlmantel, auf. Die zu bestimmende Größe ist die Temperatur an der Außenoberfläche der Innenwand 20. Auf diese ist die Strahlachse 26 eines Pyrometers 24 gerichtet. 3 shows an alternative embodiment of the measuring device, in which a direct determination of the outside wall temperature, for. B. by a thermocouple or by temperature-dependent resistors is dispensed with. reference numeral 20 refers to the inner wall and reference numerals 21 on the outside wall. As in 2 has the outer wall 21 a lining 23 and a stabilizing layer 22 , z. As a steel jacket, on. The size to be determined is the temperature at the outer surface of the inner wall 20 , On this is the beam axis 26 a pyrometer 24 directed.

Die Strahlachse 29 eines weiteren Pyrometers 27 ist auf die Innenoberfläche der Außenwand 21 gerichtet. Die von den Pyro- metern 24 und 27 aufgenommene Strahlung wird durch je ein Interferenzfilter 25 und 28, von denen jedes nur je vier ausgewählte Strahlungsfrequenzen passieren lassen, gefiltert.The beam axis 29 another pyrometer 27 is on the inner surface of the outer wall 21 directed. The ones from the pyrometers 24 and 27 absorbed radiation is through each an interference filter 25 and 28 , each of which allows only four selected radiation frequencies to pass, filtered.

Die Pyrometer 24 und 27 messen die Intensitäten dieser ausgewählten Strahlung, die über je eine Datenleitung 30 und 31 einer Auswerteeinheit 32 zugeführt werden. In der Auswerteeinheit 32 aus. der Beziehung zwischen gemessener Strahlung der Innenwand 20 für eine Strahlungsfrequenz, der Innenwandtemperatur, der Temperatur des gasförmigen Mediums 34, der Außenwandtemperatur und der Strahlungsabsorptionseigenschaften des gasförmigen Mediums 34 sowie der Beziehung zwischen gemessener Strahlung der Außenwand 21 für eine Strahlungsfrequenz, der Außenwandtemperatur, der Temperatur des gasförmigen Mediums 34, der Innenwandtemperatur und der Strahlungsabsorptionseigenschaften des gasförmigen Mediums 34 durch Aufstellen von je vier Gleichungssystemen, wobei je eine Gleichung einer ausgewählten Wellenlänge zugeordnet ist, gelöst.The pyrometers 24 and 27 measure the intensities of this selected radiation, each via a data line 30 and 31 an evaluation unit 32 be supplied. In the evaluation unit 32 out. the relationship between measured radiation of the inner wall 20 for a radiation frequency, the inside wall temperature, the temperature of the gaseous medium 34 , the outside wall temperature and the radiation absorption properties of the gaseous medium 34 and the relationship between measured radiation of the outer wall 21 for a radiation frequency, the outside wall temperature, the temperature of the gaseous medium 34 , the internal wall temperature and the radiation absorption properties of the gaseous medium 34 by setting up each of four systems of equations, each associated with an equation of a selected wavelength, solved.

Claims (20)

Verfahren zur Bestimmung von Innenwandtemperaturen bei mehrwändigen Gefäßen, die zumindest eine Innen- (9, 20) und eine Außenwand (10, 21) sowie ein gasförmiges Medium (33, 34) zwischen der Innen- (9, 20) und der Außenwand (10, 21) aufweisen, indem die Temperatur der Innenwand (9, 20) unter Berücksichtigung der Beeinflussung des gasförmigen Mediums (33, 34) durch Messung einer die Temperatur der Außenwand (10, 21) repräsentierenden Größe und Messung der Abstrahlung der Innenwand (9, 20) für zumindest drei Strahlungsfrequenzen bestimmt wird.Method for the determination of internal wall temperatures in multi-walled vessels, comprising at least one interior ( 9 . 20 ) and an outer wall ( 10 . 21 ) as well as a gaseous medium ( 33 . 34 ) between the interior ( 9 . 20 ) and the outer wall ( 10 . 21 ) by the temperature of the inner wall ( 9 . 20 ) taking into account the influence of the gaseous medium ( 33 . 34 ) by measuring the temperature of the outer wall ( 10 . 21 ) and measuring the radiation of the inner wall ( 9 . 20 ) is determined for at least three radiation frequencies. Verfahren zur Bestimmung von Innenwandtemperaturen bei mehrwändigen Gefäßen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als repräsentierende Größe für die Temperatur der Außenwand (10) die Temperatur der Außenwand (10) mit einem nicht berührungsfreien Temperaturmesselement (11) gemessen wird.Method for the determination of internal wall temperatures in multi-walled vessels according to claim 1, characterized in that as representative variable for the temperature of the outer wall ( 10 ) the temperature of the outer wall ( 10 ) with a non-contact temperature measuring element ( 11 ) is measured. Verfahren zur Bestimmung von Innenwandtemperaturen bei mehrwändigen Gefäßen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als repräsentierende Größe für die Temperatur der Außenwand (10) deren Abstrahlung gemessen wird.Method for the determination of internal wall temperatures in multi-walled vessels according to claim 1, characterized in that as representative variable for the temperature of the outer wall ( 10 ) whose radiation is measured. Verfahren zur Bestimmung von Innenwandtemperaturen bei mehrwändigen Gefäßen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der Innenwand (9) und gegebenenfalls die Temperatur des gasförmigen Mediums (33) durch Messung einer die Temperatur der Außenwand (10) repräsentierenden Größe und Messung der Abstrahlung der Innenwand (9) für vier Strahlungsfrequenzen bestimmt wird.Method for determining inside wall temperatures in the case of multi-walled vessels according to one of the preceding claims, characterized in that the temperature of the interior wall ( 9 ) and optionally the temperature of the gaseous medium ( 33 ) by measuring the temperature of the outer wall ( 10 ) and measuring the radiation of the inner wall ( 9 ) is determined for four radiation frequencies. Verfahren zur Bestimmung von Innenwandtemperaturen bei mehrwändigen Gefäßen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung der Temperatur der Innenwand (9) und gegebenenfalls der Temperatur des gasförmigen Mediums (33) über eine Beziehung zwischen gemessener Strahlung der Innenwand (9) für eine Strahlungsfrequenz, der Innenwandtemperatur, der Temperatur des gasförmigen Mediums (33), der Außenwandtemperatur und der Strahlungsabsorptionseigenschaften des gasförmigen Mediums (33) erfolgt.Method for determining inner wall temperatures in the case of multi-walled vessels according to one of the preceding claims, characterized in that the determination of the temperature of the inner wall ( 9 ) and optionally the temperature of the gaseous medium ( 33 ) about a relationship between measured radiation of the inner wall ( 9 ) for a radiation frequency, the inside wall temperature, the temperature of the gaseous medium ( 33 ), the outside wall temperature and the radiation absorption properties of the gaseous medium ( 33 ) he follows. Verfahren zur Bestimmung von Innenwandtemperaturen bei mehrwändigen Gefäßen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des gasförmigen Mediums (33) durch Verwendung der Beziehung Ef,in λ=εin λ·E0 λ (Tin) (1-αM,in λ)+ εM,in λ·E0 λ (TM)+(1-εin λ)·(1-αM,in λ)·Ein λ bestimmt wird, wobei Ef,in λ die gemessene effektive Strahlung der Innenwand (9) für eine Wellenlänge λ, εinλ der Grad der Oberflächenschwärze der Innenwand (9) in Bezug auf die Wellenlänge λ, E λ / 0(Tin) die Strahlungsdichte des absolut schwarzen Körpers in Abhängigkeit von der Temperatur Tin der Innenwand (9) αM,in λ die Absorptionseigenschaft des gasförmigen Mediums (33), εM,in λ die Schwärze des gasförmigen Mediums (33) in Bezug auf die Wellenlänge λ, E0 λ die Strahlungsdichte des absolut schwarzen Körpers bei der Temperatur TM des gasförmigen Mediums (33) und Ein λ die auf die Innenwand (9) auftreffende Strahlung ist.Method for determining inside wall temperatures in the case of multi-walled vessels according to one of the preceding claims, characterized in that the temperature of the gaseous medium ( 33 ) by using the relationship E f, in λ = ε in λ · E 0 λ (T in ) (1-α M, in λ ) + ε M, in λ · E 0 λ (T M ) + (1-ε in λ ) · (1-α M, in λ ) · E is determined in λ , where E f, in λ the measured effective radiation of the inner wall ( 9 ) for a wavelength λ, ε in λ the degree of surface blackening of the inner wall ( 9 ) with respect to the wavelength λ, E λ / 0 (T in ) the radiation density of the absolutely black body as a function of the temperature T in the inner wall ( 9 ) α M, in λ the absorption property of the gaseous medium ( 33 ), ε M, in λ the blackness of the gaseous medium ( 33 ) with respect to the wavelength λ, E 0 λ, the radiation density of the absolute black body at the temperature T M of the gaseous medium ( 33 ) and E in λ on the inner wall ( 9 ) is incident radiation. Verfahren zur Bestimmung der Innenwandtemperaturen bei mehrwändigen Gefäßen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Beziehung Ef,in λ=εin λ·E0 λ (Tin)(1-αM,in λ) + εM,in λ·E0λ (TM) + (1-εin λ)·(1-αM,in λ)·Einλ für vier verschiedene Strahlungsfrequenzen, also vier verschiedene Wellenlängen, aufgestellt, und das daraus resultierende Gleichungssystem mit vier Gleichungen und vier Unbekannten gelöst wird, wobei die Temperatur der Innenwand (9), die Temperatur des gasförmigen Mediums (33) und die Absorptions- und Schwärzeeigenschaften des gasförmigen Mediums (33) als Lösung anfallen.Method for determining the inner wall temperatures in multi-walled vessels according to claim 6, characterized in that the relationship E f, in λ = ε in λ · E 0 λ (T in ) (1-α M, in λ ) + ε M, in λ · E 0 λ (T M ) + (1-ε in λ ) · (1-α M, in λ ) · E in λ for four different radiation frequencies, ie four different wavelengths, and the resulting system of equations with four equations and four unknowns, whereby the temperature of the inner wall ( 9 ), the temperature of the gaseous medium ( 33 ) and the absorption and blackening properties of the gaseous medium ( 33 ) as a solution. Verfahren zur Bestimmung der Innenwandtemperaturen bei mehrwändigen Gefäßen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der Innenwand (20) und gegebenenfalls die Temperatur des gasförmigen Mediums (34) durch Messung der Abstrahlung der Innen- (20) und der Außenwand (21) für zumindest je drei Strahlungsfrequenzen bestimmt werden.Method for determining the inner wall temperatures in the case of multi-walled vessels according to one of the preceding claims, characterized in that the temperature of the inner wall ( 20 ) and optionally the temperature of the gaseous medium ( 34 ) by measuring the radiation of the inner ( 20 ) and the outer wall ( 21 ) are determined for at least three radiation frequencies. Verfahren zur Bestimmung von Innenwandtemperaturen bei mehrwändigen Gefäßen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der Innenwand (20) und gegebenenfalls die Temperatur des gasförmigen Mediums (34) durch Messung der Abstrahlung der Innen- (20) und der Außenwand (21) für vier Strahlungsfrequenzen unter Ausnutzung einer Beziehung zwischen der Innen- und Außenwandtemperatur, gemessener Strahlung der Innenwand (20), gemessener Strahlung der Außenwand (21), der Temperatur des gasförmigen Mediums (34), und den Strahlungsabsorptionseigenschaften des gasförmigen Mediums (34) bestimmt werden.Method for determining inside wall temperatures in the case of multi-walled vessels according to one of the preceding claims, characterized in that the temperature of the interior wall ( 20 ) and optionally the temperature of the gaseous medium ( 34 ) by measuring the radiation of the inner ( 20 ) and the outer wall ( 21 ) for four radiation frequencies taking advantage of a relationship between the inner and outer wall temperature, measured radiation of the inner wall ( 20 ), measured radiation of the outer wall ( 21 ), the temperature of the gaseous medium ( 34 ), and the radiation absorption properties of the gaseous medium ( 34 ). Verfahren zur Bestimmung der Innenwandtemperaturen bei mehrwändigen Gefäßen nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Beziehung Ef,in λ=εin λ·E0 λ (Tin)(1-αM,in λ) + εM,in λ·E0 λ (TM) + (1-εin λ)·(1-αM,in λ)·Einλ sowie die Beziehung Ef,aus λ = εaus λ·E0 λ(Taus)·(1-αM,in λ) + εM,aus λ·E0 λ(TM) + (1-εaus λ)(1-αM,aus λ)·Eaus λ, wobei Ef,aus λ die gemessene effektive Strahlung der. Außenwand (21) für eine Wellenlänge λ, εausλ der Grad der Oberflächenschwärze der Außenwand (21) in Bezug auf die Wellenlänge λ,E0 λ (Taus) die Strahlungsdichte des absolut schwarzen Körpers in Abhängigkeit von der Temperatur Taus der Außenwand (21) in Bezug auf die Wellenlänge λ, α λ / M,aus die Absorptionseigenschaft des gasförmigen Mediums (34) in Bezug auf die Wellenlänge λ,εM,aus λ der Schwärzegrad des gasförmigen Mediums in Bezug auf die Wellenlänge λ und Eaus λ die auf die Außenwand (21) auftreffende Strahlung ist, für je vier verschiedene Strahlungsfrequenzen, also vier verschiedene Wellenlängen, aufgestellt und das daraus resultierende Gleichungssystem mit acht Gleichungen und acht Unbekannten gelöst wird, wobei die Temperatur der Innen- (20) und der Außenwand (21), die Temperatur des gasförmigen Mediums (34) und die Absorptions- und Schwärzeeigenschaften des gasförmigen Mediums (34) als Lösung anfallen.Method for determining the internal wall temperatures in multi-walled vessels according to one of claims 6 to 9, characterized in that the relationship E f, in λ = ε in λ · E 0 λ (T in ) (1-α M, in λ ) + ε M, in λ · E 0 λ (T M ) + (1-ε in λ ) · (1-α M, in λ ) · E in λ and the relationship E f, from λ = ε from λ · E 0 λ (T out ) · (1-α M, in λ ) + ε M, from λ · E 0 λ (T M ) + (1-ε from λ ) (1-α M, from λ ) · E from λ , where E f, from λ the measured effective radiation of. Outer wall ( 21 ) for a wavelength λ, ε from λ the degree of surface blackness of the outer wall ( 21 ) with respect to the wavelength λ, E 0 λ (T out ), the radiation density of the absolutely black body as a function of the temperature T from the outer wall ( 21 ) with respect to the wavelength λ, α λ / M, from the absorption property of the gaseous medium ( 34 ) with respect to the wavelength λ, ε M, from λ the degree of blackness of the gaseous medium with respect to the wavelength λ and E from λ which on the outer wall ( 21 ) incident radiation is set up for each of four different radiation frequencies, that is, four different wavelengths, and the resulting equation system with eight equations and eight unknowns is solved, the temperature of the interior ( 20 ) and the outer wall ( 21 ), the temperature of the gaseous medium ( 34 ) and the absorption and blackening properties of the gaseous medium ( 34 ) as a solution. Verfahren zur Bestimmung von Innentemperaturen bei mehrwändigen Gefäßen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als mehrwandige Gefäße Hochtemperaturaggregate, insbesondere Öfen in der Metallurgie oder chemischen Verfahrenstechnik, verwendet werden.Method for the determination of internal temperatures multiwall Vessels after one of the preceding claims, characterized in that as multi-walled vessels high-temperature aggregates, especially ovens in metallurgy or chemical engineering become. Vorrichtung zur Bestimmung von Innentemperaturen bei mehrwändigen Gefäßen mit zumindest einer Innen- (9, 20) und einer Außenwand (10, 21) sowie einem gasförmigen Medium (33, 34) zwischen der Innen- (9, 20) und Außenwand (10, 21), dadurch gekennzeichnet, dass es zur Bestimmung der Temperatur der Innenwand (9, 20) unter Berücksichtigung der Beeinflussung des gasförmigen Mediums (33, 34) zumindest ein Pyrometer (15, 24) zur Messung der Abstrahlung der Innenwand (9, 20) für mindestens drei Strahlungsfrequenzen und eine Temperaturmesseinrichtung (11, 27) zur Bestimmung der Temperatur der Außenwand (10, 21) aufweist.Device for determining internal temperatures in multi-walled vessels with at least one internal ( 9 . 20 ) and an outer wall ( 10 . 21 ) and a gaseous medium ( 33 . 34 ) between the interior ( 9 . 20 ) and outer wall ( 10 . 21 ), characterized in that it is used to determine the temperature of the inner wall ( 9 . 20 ) taking into account the influence of the gaseous medium ( 33 . 34 ) at least one pyrometer ( 15 . 24 ) to Mes the radiation of the inner wall ( 9 . 20 ) for at least three radiation frequencies and a temperature measuring device ( 11 . 27 ) for determining the temperature of the outer wall ( 10 . 21 ) having. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Pyrometer (15) zumindest ein Interferenzfilter (16) zur Frequenzselektion der Strahlung aufweist.Device according to claim 12, characterized in that the pyrometer ( 15 ) at least one interference filter ( 16 ) for frequency selection of the radiation. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 oder l3, dadurch gekennzeichnet, dass als Temperaturmeßeinrichtung zumindest ein nicht berührungsfrei messendes Temperaturmesselement, insbesondere ein Thermopaar (11) oder ein temperaturabhängiger Widerstand vorgesehen ist.Device according to one of claims 12 or 13, characterized in that as a temperature measuring at least one non-contact measuring temperature measuring element, in particular a thermocouple ( 11 ) or a temperature-dependent resistor is provided. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Temperaturmesseinrichtung zumindest ein weiteres Pyrometer (27) zur Messung der Strahlung der Außenwand (21) aufweist.Device according to one of claims 12 or 13, characterized in that it is used as a temperature measuring device at least one further pyrometer ( 27 ) for measuring the radiation of the outer wall ( 21 ) having. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Auswerteeinheit (8) aufweist.Device according to one of claims 12 to 15, characterized in that it comprises an evaluation unit ( 8th ) having. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (8) als Einchiprechner, als Mikrokontroller oder als Mehrchiprechner, insbesondere als ein Einplatinenrechner oder als Automatisierungsgerät, ausgebildet ist.Apparatus according to claim 16, characterized in that the evaluation unit ( 8th ) is designed as a single-chip computer, as a microcontroller or as a multi-chip computer, in particular as a single-board computer or as an automation device. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (8) als steuerprogrammierbare Steuerung, als VME-Bussystem oder als Industrie-PC, ausgebildet ist.Apparatus according to claim 16 or 17, characterized in that the evaluation unit ( 8th ) is designed as a control-programmable controller, as a VME bus system or as an industrial PC. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das gasförmige Medium (33, 34) Luft ist.Device according to one of claims 12 to 18, characterized in that the gaseous medium ( 33 . 34 ) Air is. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass als mehrwandige Gefäße Hochtemperaturaggregate, insbesondere, Öfen in der Metallurgie oder der chemischen Verfahrenstechnik vorgesehen sind.Device according to one of claims 12 to 19, characterized as multi-walled vessels, high-temperature aggregates, in particular, stoves intended in metallurgy or chemical engineering are.
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