DE19549214A1

DE19549214A1 - Temperature sensor unit with extended element of high temp. resistant material e.g. for electric ovens

Info

Publication number: DE19549214A1
Application number: DE1995149214
Authority: DE
Inventors: Lutz Dr Ose
Original assignee: EGO Elektro Gerate Blanc und Fischer GmbH
Current assignee: EGO Elektro Geratebau GmbH
Priority date: 1995-12-30
Filing date: 1995-12-30
Publication date: 1997-07-03
Anticipated expiration: 2015-12-31
Also published as: DE19549214C2

Abstract

The temperature sensor unit (1) has at least one elongated element (2) made of a material transparent to IR radiation. At least one signal production section (13) can be arranged at a measuring point, to produce a signal depending on the temperature at this point. In addition at least one signal conducting section (14) is provided. The elongated conducting section is connected to the signal production section and in addition is arranged with at least one sensor (15), a Si planar photodiode, sensitive to IR radiation, remote from the signal production section, for reception of the signal conducted by the signal conducting section. The sensor converts the signal in to an electrical measuring signal, suitable for processing in an electrical evaluation unit. The extended element (2) is formed by at last one quartz glass fibre, pref. a bundle of fibres.

Description

Die Erfindung betrifft eine Temperatursensoreinheit.The invention relates to a temperature sensor unit.

Temperatursensoreinheiten werden in vielen Bereichen der Technik eingesetzt. Sie können beispielsweise als reines Meß glied oder als Bestandteil von Regel- und Überwachungsein richtungen in elektrischen Öfen (Glühöfen, Härteöfen usw.) oder auch in elektrischen Strahlungsheizkörpern eingesetzt werden, wo sie sowohl als Bestandteil der Temperaturregelung dienen können, als auch, alternativ oder zusätzlich, als Be standteil einer Temperaturbegrenzungseinrichtung (Übertem peratursicherung). Bei Anwendungen, bei denen typische Ar beitstemperaturen oberhalb ca. 600°C liegen und bei denen Wärmestrahlung einen zunehmend größeren Beitrag zur Wärme übertragung liefert, kann eine Temperatursensoreinheit auch als Hochtemperatur-Sensoreinheit bezeichnet werden.Temperature sensor units are used in many areas of the Technology used. You can, for example, as a pure measurement link or as part of control and monitoring units directions in electric furnaces (annealing furnaces, hardening furnaces etc.) or also used in electric radiant heaters where they are both part of the temperature control can serve, as well, alternatively or additionally, as Be part of a temperature limiting device (excess temperature protection). In applications where typical Ar at temperatures above approx. 600 ° C and at which Heat radiation makes an increasingly greater contribution to heat transmission, a temperature sensor unit can also be referred to as a high temperature sensor unit.

Allgemein bekannt sind Temperatursensoreinheiten mit Thermo elementen, bei denen die temperaturabhängige Kontaktspannung zwischen zwei verschiedenen, sich berührenden Metallen zur Bestimmung der Temperatur der Berührungsstelle genutzt wird. Temperature sensor units with thermo are generally known elements where the temperature-dependent contact voltage between two different, touching metals Determination of the temperature of the contact point is used.

Vorteilhaft ist bei diesen, daß direkt ein Meßsignal ent steht, das für die Verarbeitung in einer elektrischen Auswer teeinrichtung geeignet ist. Je nach Anwendung kann es aller dings nachteilig sein, daß eine Temperaturmessung nur punktu ell, d. h. am Ort des Kontaktes der sich berührenden Metalle, möglich ist. Hochtemperaturgeeignete Thermoelemente, z. B. platin/Platin-Rhodium-Elemente, sind wegen der Verwendung von Edelmetallen auch relativ teuer. Bekannt sind auch elek trische Widerstandsfühler.It is advantageous in these that a measurement signal ent directly stands for the processing in an electrical Auswer teeinrichtung is suitable. Depending on the application, it can do everything dings be disadvantageous that a temperature measurement only punctually ell, d. H. at the point of contact of the touching metals, is possible. High temperature suitable thermocouples, e.g. B. platinum / platinum-rhodium elements, are due to use of precious metals is also relatively expensive. Electrics are also known trical resistance sensors.

Für eine punktuelle Temperaturmessung ist es auch schon vor geschlagen worden, an einem Ende eines Lichtleiters eine Be schichtung anzubringen, die bei Erwärmung Infrarotstrahlung emittiert oder eine eingespeiste Lichtstrahlung in Abhängig keit von der Temperatur reflektiert. Der Lichtleiter dient zur Leitung dieses aus einem Spektrum von Infrarotstrahlung bestehenden Signales zu einem entfernt von dem emittierenden Material angeordneten Infrarotsensor. Das von einem heißen Körper abgestrahlte Spektrum von Infrarotstrahlung wird auch in der Pyrometrie zur Bestimmung der Temperatur des Körpers ausgenutzt.It is also available for a selective temperature measurement has been struck at one end of an optical fiber To apply layering, the infrared radiation when heated emitted or an input light radiation depending reflected by the temperature. The light guide serves to direct this from a spectrum of infrared radiation existing signals to a remote from the emitting Material arranged infrared sensor. That from a hot one Body emitted spectrum of infrared radiation will also in pyrometry to determine the temperature of the body exploited.

Bei Übertemperatursicherungen von z. B. Strahlheizkörpern werden häufig Stabfühler eingesetzt. Diese die unterschied lichen Wärmeausdehnungen von verschiedenartigen Materialien nutzenden Temperatursensoreinheiten sind jedoch nur mit Auf wand in Regeleinrichtungen einzusetzen, weil das eigentliche Meßsignal (Längenausdehnungsdifferenz zwischen einem Rohr und einem in diesem angeordneten Stab des anderen Materials) ein mechanisches ist, das erst in ein elektrisches Meßsignal umgewandelt werden müßte. Stabfühler werden daher vorwiegend in Temperaturbegrenzungseinrichtungen eingesetzt. Vorteilhaft kann es sein, daß jede entlang des Stabfühlers auftretende Temperaturänderung eine Längenänderung und damit ein Signal bewirkt. Stabfühler sind daher zur Temperaturüberwachung ent lang einer geraden Linie geeignet und liefern ein integrales Signal.With overtemperature fuses of e.g. B. radiant heaters rod sensors are often used. This the difference Liche thermal expansion of different materials using temperature sensor units are only open used in control equipment because the real thing Measurement signal (difference in linear expansion between a pipe and a rod of the other material arranged in this) is a mechanical one that only results in an electrical measurement signal should be converted. Rod sensors are therefore predominant used in temperature limiting devices. Advantageous it may be that any occurring along the rod sensor Temperature change is a change in length and therefore a signal causes. Rod sensors are therefore used for temperature monitoring along a straight line and provide an integral Signal.

Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine Temperatursensoreinheit zu schaffen, die für den Einsatz bei hohen Temperaturen geeignet ist und bei Bedarf auch ein in tegrales, zur Verarbeitung in einer elektrischen Auswerteein richtung geeignetes elektrisches Meßsignal liefern kann.The invention is based on the technical problem To create temperature sensor unit for use with is suitable for high temperatures and, if necessary, an in tegrales, for processing in an electrical evaluation direction suitable electrical measurement signal can deliver.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung eine Tempera tursensoreinheit mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 vor.To achieve this object, the invention proposes a tempera Door sensor unit with the features of claim 1.

Bei dieser Temperatursensoreinheit sind der Signalerzeugerab schnitt zur Erzeugung eines von der Temperatur des Meßortes abhängigen Signals und der dieses Signal vom Meßort weglei tende Signalleitungsabschnitt Teile des gleichen langge streckten Elementes, das aus hochtemperaturbeständigem, für Infrarotstrahlung transparentem Material besteht. Der Signal erzeugungsabschnitt kann auch als aktive Länge, der Signal leitungsabschnitt als Übertragungslänge für das Signal be zeichnet werden. Der Übergang zwischen beiden ist fließend und es kann auch im Signalerzeugungsabschnitt eine Signallei tung und im Signalleitungsabschnitt ein geringfügiger Teil der Signalerzeugung stattfinden. Die aktive Länge und die Übertragungslänge sind prinzipiell frei wählbar und können der entsprechenden Anwendung optimal angepaßt werden.With this temperature sensor unit, the signal generator is off cut to generate one from the temperature of the measurement site dependent signal and this signal away from the measurement site Tende signal line section parts of the same langge stretched element made of high temperature resistant, for Infrared radiation transparent material. The signal Generation section can also be called the active length, the signal line section as the transmission length for the signal be be drawn. The transition between the two is fluid and there can also be a signal line in the signal generating section device and in the signal line section a minor part the signal generation take place. The active length and the In principle, transmission lengths are freely selectable and can be optimally adapted to the corresponding application.

Das im Signalerzeugungsabschnitt erzeugte und durch den Si gnalleitungsabschnitt vom Meßort weggeleitete Signal besteht im wesentlichen aus einer für die Temperatur des Meßortes charakteristischen spektralen Energieverteilung von Infrarot strahlung. Dieses Signal wird von dem für Infrarotstrahlung empfindlichen Sensor, der entfernt vom Signalerzeugungsab schnitt derart angeordnet ist, daß er das durch den Signal leitungsabschnitt geleitete Signal aufnehmen kann, in ein elektrisches Meßsignal umgewandelt, das wiederum charakteri stisch für die am Meßort herrschende Temperatur ist. Dieses Meßsignal ist zur direkten Weiterverarbeitung in einer elek trischen Auswerteeinrichtung geeignet
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das langgestreckte Element durch mindestens eine Quarzglasfaser, vorzugsweise durch ein Bündel von Quarzglasfasern, gebildet. Quarzglas fasern können bis zu Temperaturen von ca. 2000°C temperatur beständig sein und unterliegen bei den typischen höchsten An wendungstemperaturen bei z. B. Strahlheizkörpern auch im Dauerbetrieb nur unwesentlichen Veränderungen ihrer Eigen schaften. Sie können sehr dünn sein, beispielsweise zwischen 1 µm und 250 µm. Die bei dünnen Fasern sehr geringe Wärmeka pazität fördert eine schnelle Anpassung an die tatsächliche Temperatur des Meßortes, so daß die Temperatursensoreinheit als Ganzes eine geringe Trägheit aufweisen kann. Der Einsatz eines Bündels von Quarzglasfasern kann insbesondere die Be triebssicherheit der Temperatursensoreinheit vergrößern, da der Betrieb der Temperatursensoreinheit durch einen möglichen Bruch einzelner Fasern praktisch nicht beeinträchtigt wird. Wegen der Biegsamkeit von Quarzglasfasern ist es auch mög lich, die Temperatursensoreinheit anders als geradlinig aus zubilden und insbesondere den Signalleitungsabschnitt durch eine gekrümmte Führung den geometrischen Bedingungen zwischen Meßort und Auswerteeinrichtung anzupassen.The signal generated in the signal generation section and through the signal line section away from the measurement site signal consists essentially of a spectral energy distribution of infrared radiation which is characteristic of the temperature of the measurement site. This signal is converted from the sensor sensitive to infrared radiation, which is arranged away from the signal generation section in such a way that it can receive the signal passed through the signal line section, into an electrical measurement signal, which in turn is characteristic of the temperature prevailing at the measurement location. This measurement signal is suitable for direct further processing in an electrical evaluation device
In a preferred embodiment, the elongate element is formed by at least one quartz glass fiber, preferably by a bundle of quartz glass fibers. Quartz glass fibers can withstand temperatures of up to approx. 2000 ° C and are subject to the typical highest application temperatures, e.g. B. radiant heaters even in continuous operation only insignificant changes in their properties. They can be very thin, for example between 1 µm and 250 µm. The very low Wäreka capacity with thin fibers promotes rapid adaptation to the actual temperature of the measuring location, so that the temperature sensor unit as a whole can have a low inertia. The use of a bundle of quartz glass fibers can in particular increase the operational reliability of the temperature sensor unit, since the operation of the temperature sensor unit is practically not impaired by a possible breakage of individual fibers. Because of the flexibility of quartz glass fibers, it is also possible to form the temperature sensor unit differently than in a straight line and in particular to adapt the signal line section by a curved guide to the geometric conditions between the measuring location and the evaluation device.

Das langgestreckte Element kann auch durch einen einzelnen Quarzglasstab gebildet sein, dessen Durchmesser vorzugsweise zwischen 1 und 7 mm, insbesondere zwischen 3 und 5 mm, liegen kann.The elongated element can also be made by a single Quartz glass rod may be formed, the diameter of which is preferred between 1 and 7 mm, in particular between 3 and 5 mm can.

Die Quarzglasfasern oder der Quarzglasstab können aus im we sentlichen reinen Siliziumoxid bestehen. Zur Veränderung der Temperatureigenschaften, also zur Veränderung der spektralen Energieverteilung des Signals bei gegebener Temperatur, kann das Material der Quarzglasfaser oder des Quarzglasstabes auch mit Fremdelementen dotiert sein. Bevorzugtes Dotierungsele ment ist Germanium.The quartz glass fibers or the quartz glass rod can be made in both substantial pure silicon oxide exist. To change the Temperature properties, i.e. to change the spectral Energy distribution of the signal at a given temperature, can the material of the quartz glass fiber or the quartz glass rod too be doped with foreign elements. Preferred doping element ment is germanium.

Das langgestreckte Element kann auch durch mindestens eine Lichtleitfaser, vorzugsweise durch ein Bündel von Lichtleit fasern, gebildet sein. Im Unterschied zu einer vom Material her homogenen Quarzglasfaser wird unter Lichtleitfaser hier eine Faser verstanden, die einen Kern eines Materials mit einem Brechungsindex von ca. 1,5 aufweist, der von einem Man tel mit einem Material mit einem um ca. 0,5 bis 1% geringe ren Brechungsindex umgeben ist. Während bei der Quarzglas faser und dem Quarzglasstab die für die Signalleitung erfor derliche Totalreflexion an der Grenzfläche Quarzglas-Umge bungsatmosphäre stattfindet, werden die Totalreflexionsbedin gungen in der Lichtleitfaser durch die Brechungsindexvertei lung im Querschnitt dieser Faser beeinflußt. Dadurch kann die Lichtleitfaser für die Leitung bestimmter Lichtspektren opti miert werden. Bezüglich der geringen Wärmekapazität, der Biegsamkeit und der dadurch flexiblen Signalführung sowie der Bruchsicherheit können bei den Lichtleitfasern bzw. Licht leitfaserbündeln die gleichen Vorteile erreicht werden wie mit Quarzglasfasern. Das langgestreckte Element kann auch eine Kombination von Quarzglasfasern und/oder Quarzglasstäben und/oder Lichtleiterfasern aufweisen.The elongated element can also be replaced by at least one Optical fiber, preferably through a bundle of optical fibers fibers, be formed. In contrast to one of the material Her homogeneous quartz glass fiber is under optical fiber here understood a fiber that has a core of a material with has a refractive index of approximately 1.5, which is from a Man tel with a material with a 0.5 to 1% low surrounded by its refractive index. While with the quartz glass fiber and the quartz glass rod required for the signal line total reflection at the quartz-glass interface exercise atmosphere, the total reflection conditions in the optical fiber due to the refractive index distribution development in the cross section of this fiber. This allows the Optical fiber for the conduction of certain light spectra opti be lubricated. Regarding the low heat capacity, the Flexibility and the resulting flexible signal routing as well as the Breakage resistance can occur with the optical fibers or light the same advantages can be achieved as with quartz glass fibers. The elongated element can also a combination of quartz glass fibers and / or quartz glass rods and / or have optical fibers.

Zur Erreichung eines optimalen Wirkungsgrades der Temperatur sensoreinheit ist es erforderlich, daß einerseits im Signal erzeugungsabschnitt bei der Arbeitstemperatur ein möglichst intensives Infrarotsignal entsteht. Gleichzeitig darf das Ma terial aber bei der Temperatur des Arbeitsbereiches und bei den im Signalleitungsabschnitt herrschenden niedrigeren Tem peraturen nicht undurchlässig für Infrarotstrahlung sein, da mit das Signal den Sensor erreichen kann. Zweckmäßig ist es daher, wenn das Material des langgestreckten Elementes im Temperaturbereich zwischen 600°C und 1000°C ein Verhältnis von spektralem Emissionsgrad zu Transmissionsgrad zwischen 0,25 und 4, insbesondere zwischen 0,5 und 2, vorzugsweise von etwa 1, aufweist.To achieve optimal temperature efficiency sensor unit, it is necessary on the one hand in the signal generation section at the working temperature as possible intense infrared signal is generated. At the same time, the Ma material but at the temperature of the working area and at the lower temperature prevailing in the signal line section temperatures should not be impermeable to infrared radiation because with which the signal can reach the sensor. It is useful therefore, if the material of the elongated element in the Temperature range between 600 ° C and 1000 ° C a ratio from spectral emissivity to transmittance between 0.25 and 4, in particular between 0.5 and 2, preferably from about 1.

Unter dem Emissionsgrad ist hier das Verhältnis aus der von einer Einheitsfläche pro Zeiteinheit abgestrahlten Strah lungsenergie zu der von der gleichen Fläche eines "schwarzen Körpers" bei gleicher Temperatur pro Zeiteinheit abgestrahl ten Strahlungsenergie zu verstehen. Der Transmissionsgrad ist das Verhältnis aus durch einen Körper durchgelassener, also weder absorbierter noch reflektierter, Energie zur auffallen den Strahlungsenergie. Die Summe aus Transmissionsgrad, Emis sionsgrad und dem Reflexionsgrad, also dem Verhältnis aus re flektierter und auffallender Strahlungsenergie, beträgt eins. Alle drei definierten Größen sind stoff-, oberflächen- und wellenlängenabhängig.Below the emissivity is the ratio of that of a unit area of radiated radiation per unit of time energy to that of the same area of a "black Body "emitted at the same temperature per unit of time to understand radiation energy. The transmittance is the ratio of let through a body, so neither absorbed nor reflected, energy to attract attention the radiant energy. The sum of the transmittance, Emis degree of reflection and the degree of reflection, ie the ratio of re inflected and conspicuous radiation energy is one. All three defined sizes are fabric, surface and depending on the wavelength.

Der Sensor muß geeignet sein, ein aus einer spektralen Ener gieverteilung von Infrarotlicht bestehendes Signal in ein elektrisches Signal umzuwandeln. Bei einer bevorzugten Aus führungsform ist der Sensor ein optoelektronischer Sensor und weist mindestens einen Photowiderstand und/oder minde stens eine Photodiode auf. Bevorzugt ist eine Photodiode, vorzugsweise eine Si-Photodiode. Diese kann planar diffun diert sein und einen Empfindlichkeitsbereich von ca. 0,35 bis 1,1 µm aufweisen. Je nach Anwendung sind auch Indium-Anti monid-Photodioden oder Blei-Selenid-Detektoren möglich. Mög lich ist auch der Einsatz sog. "Thermopile"-Sensoren, bei denen Serien von vielen, z. B. 40, Thermoelementen zur Messung verwendet werden. Durch ihren Aufbau können diese Sensoren eine besonders geringe Abhängigkeit der Empfindlichkeit von der Temperatur des Sensors aufweisen.The sensor must be suitable, one from a spectral ener Distribution of infrared light into an existing signal convert electrical signal. With a preferred off In the exemplary embodiment, the sensor is an optoelectronic sensor and has at least one photoresistor and / or minde at least one photodiode. A photodiode is preferred, preferably an Si photodiode. This can diffuse planar be dated and a sensitivity range of about 0.35 to 1.1 µm. Depending on the application, indium anti are also monid photodiodes or lead selenide detectors possible. Poss Lich is also the use of so-called "Thermopile" sensors which series of many, e.g. B. 40, thermocouples for measurement be used. Due to their structure, these sensors can a particularly low dependence of the sensitivity on the temperature of the sensor.

Ein Sensor kann auch eine eigene interne Temperaturreferenz aufweisen, z. B. einen eingebauten Thermistor, über den die Temperatur des Sensors gemessen und bei der Auswertung des Signals berücksichtigt werden kann. Dadurch sind besonders genaue Bestimmungen der Temperatur des Meßortes möglich und Temperaturdrift der Temperatursensoreinheit kann vermindert werden.A sensor can also have its own internal temperature reference have, e.g. B. a built-in thermistor through which the Temperature of the sensor measured and when evaluating the Signal can be taken into account. This makes it special exact determinations of the temperature of the measuring place possible and Temperature drift of the temperature sensor unit can be reduced will.

Der Sensor kann direkt an einem kalten Ende, also an einem entfernt von dem Signalerzeugungsabschnitt liegenden Ende des langgestreckten Elementes, angeordnet sein und dieses berüh ren. Vorzugsweise weist der Sensor einen Signaleinlaß auf und ist mit dem Signaleinlaß in einem Abstand gegenüber einer Stirnseite des langgestreckten Elementes angeordnet. Der Zwischenraum zwischen Signaleinlaß und dem Ende des langge streckten Elementes ist vorzugsweise materialfrei, könnte zur Vermeidung von Wärmeübertragung durch Wärmekonvexion auch evakuiert sein, ist aber in der Regel mit dem Gas der Umge bungsatmosphäre gefüllt. Der Abstand zwischen Signaleinlaß des Sensors und dem kalten Ende des langgestreckten Elementes bewirkt, daß eine direkte Wärmeleitung zwischen diesen beiden unterbleibt, so daß das von dem Sensor erzeugte Meßsignal weitgehend auf die von dem Signalleitungsabschnitt übertra gene Wärmestrahlung zurückzuführen ist. Dies läßt eine genau ere Zuordnung des Meßsignales zu der eigentlichen, am Meßort bestehenden Temperatur zu.The sensor can be directly on a cold end, i.e. on one away from the end of the signal generating section elongated element, be arranged and touch this Ren. Preferably, the sensor has a signal inlet and is at a distance from one another with the signal inlet End face of the elongated element arranged. Of the Gap between signal inlet and the end of the langge stretched element is preferably free of material, could be used Avoiding heat transfer through thermal convex as well be evacuated, but is usually with the gas the other way round exercise atmosphere filled. The distance between the signal inlet of the sensor and the cold end of the elongated element causes direct heat conduction between these two is omitted, so that the measurement signal generated by the sensor largely to those transmitted by the signal line section gene thermal radiation is due. This leaves one exactly Assignment of the measurement signal to the actual one at the measurement location existing temperature too.

Für die Genauigkeit dieser Zuordnung kann es auch von Vor teil sein, wenn das langgestreckte Element und der Sensor derart relativ zueinander gehaltert sind, daß der Abstand unabhängig von der Temperatur im wesentlichen konstant ist. Dadurch kann erreicht werden, daß der durch Wärmekonvexion und ggf. direkter Wärmeleitung verursachte Wärmeleitungsbe trag zwischen dem kalten Ende des langgestreckten Elementes und dem Sensor von der Temperatur unabhängig im wesentlichen konstant bleibt, so daß die Änderungen des Meßsignales direkt auf Änderungen der Wärmestrahlung zurückführbar sind. Der Ab stand kann zwischen 2 und 6 cm, insbesondere zwischen 3 und 5 cm, vorzugsweise ca. 4 cm betragen. Mit Vorteil ist der Sensor im übrigen abgedunkelt, so daß nur Licht auf den Sen sor einwirkt, das durch den Signalleitungsabschnitt zum Sen sor gelangt.For the accuracy of this assignment it can also be done from before be part if the elongated element and the sensor are held relative to each other such that the distance is essentially constant regardless of the temperature. This can be achieved by thermal convex and possibly direct heat conduction caused heat conduction wear between the cold end of the elongated element and the sensor essentially independent of the temperature remains constant, so that the changes in the measurement signal directly are traceable to changes in thermal radiation. The Ab Stand can be between 2 and 6 cm, especially between 3 and 5 cm, preferably about 4 cm. It is an advantage Sensor darkened, so that only light on the Sen sor acts through the signal line section to Sen sor arrives.

Dem gleichen Zweck kann es auch förderlich sein, wenn der Sensor von dem langgestreckten Element durch eine die Wärme leitung vermindernde Isolierung getrennt ist. Der Sensor kann mit Vorteil auch temperaturstabilisiert sein, insbesondere durch eine Kühlung. Auch diese Maßnahme kann dazu beitragen, eine direktere Zuordnung zwischen der Temperatur am Meßort und dem von dem Sensor erzeugten Meßsignal zu ermöglichen. In diesem Fall kann der obengenannte Abstand auch weniger als 2 cm betragen, z. B. 2 bis 5 mm.The same purpose can also be beneficial if the Sensor from the elongated element through the heat line reducing insulation is separated. The sensor can advantageously also be temperature-stabilized, in particular through cooling. This measure can also help a more direct correlation between the temperature at the measuring location and to enable the measurement signal generated by the sensor. In In this case, the above distance can also be less than 2 cm, e.g. B. 2 to 5 mm.

Es ist möglich, das langgestreckte Element, insbesondere den Signalerzeugungsabschnitt, in direkten "Sichtkontakt" mit dem zu überwachenden Element zu bringen. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, daß von dem überwachten Element ausgehende In frarotstrahlung in das langgestreckte Element einkoppelt und zum Signal beiträgt. Für den Fall, daß dies vermieden werden soll, so daß das Meßsignal im wesentlichen auf die Temperatur des Signalerzeugungsabschnittes zurückgeht - die von der Tem peratur des zu überwachenden Elementes abweichen kann - kann es vorteilhaft sein, wenn das langgestreckte Element von einer für Infrarotstrahlung undurchlässigen Ummantelung um geben ist. Diese kann, wenn beispielsweise an beiden Enden des langgestreckten Elementes ein oder mehrere Sensoren ange bracht werden sollen, beidseitig offen sein. Wenn nur an einem Ende ein Sensor vorgesehen ist, ist die Ummantelung vorzugsweise auf der dem Sensor abgewandten Seite geschlos sen. Die Ummantelung kann neben der bereits beschriebenen Funktion der optischen Sperre auch die Funktion des mechani schen Schutzes des langgestreckten Elementes ausfüllen.It is possible to use the elongated element, especially the Signal generation section, in direct "visual contact" with the bring element to be monitored. This results in the Possibility that In couples infrared radiation into the elongated element and contributes to the signal. In the event that this is avoided Should, so that the measurement signal essentially to the temperature of the signal generation section goes back - that of the Tem temperature of the element to be monitored may vary it may be advantageous if the elongated element of a jacket impermeable to infrared radiation give is. This can, for example, at both ends the elongated element is one or more sensors should be brought, be open on both sides. If only on At one end a sensor is provided, the casing preferably closed on the side facing away from the sensor sen. The casing can be in addition to that already described Function of the optical lock also the function of the mechani fill in the protection of the elongated element.

Vorzugsweise liegt das langgestreckte Element nicht direkt an der Innenseite der Ummantelung an, sondern es besteht ein Ab stand zwischen der Außenseite des langgestreckten Elementes und der Innenseite der Ummantelung. Zur Aufrechterhaltung dieses Abstandes können ggf. Abstandshalter vorgesehen sein. Insbesondere bei für den Hochtemperatureinsatz vorgesehenen Temperatursensoreinheiten kann die Ummantelung mit Vorteil im wesentlichen aus Edelstahl bestehen, vorzugsweise aus eine Fe-Cr-Al-Basislegierung oder einer Cr-Ni-Basislegierung. Die Ummantelung kann zur Erreichung eines besseren Wärmeleitungs kontaktes zwischen zu überwachendem Element und dem Signaler zeugungsabschnitt direkt an dem zu überwachenden Element vor zugsweise materialschlüssig befestigt sein, beispielsweise angeschweißt oder angelötet.The elongated element is preferably not in direct contact the inside of the jacket, but there is an ab stood between the outside of the elongated element and the inside of the jacket. To maintain this distance can be provided if necessary. Especially for those intended for high temperature use The temperature sensor units can be used advantageously in the casing essentially consist of stainless steel, preferably of a Fe-Cr-Al base alloy or a Cr-Ni base alloy. The Sheathing can help achieve better heat conduction contact between the element to be monitored and the signaler generating section directly on the element to be monitored preferably be attached with a material fit, for example welded or soldered on.

Die Temperatursensoreinheit schafft die Möglichkeit, eine Temperatur zu messen, die an einem Meßort auftritt, der ir gendwo entlang einer durch das langgestreckte Element gebil deten geraden oder gekrümmten Linie auftritt. Über eine flä chenhafte Auffächerung von mehreren langgestreckten Elemen ten, beispielsweise Quarzglasfasern oder Quarzglasfaserbün deln, deren Enden in einem gemeinsamen Endbereich einem oder mehreren Sensoren gegenüberliegen, kann eine Temperaturmes sung in einer Fläche erfolgen, wobei die Fläche durch die Verläufe der mehreren langgestreckten Elemente festgelegt wird und sowohl eine ebene als auch eine gekrümmte Fläche sein kann. Auch ein flächenhaftes Netz mehrerer quer, ins besondere senkrecht zueinander verlaufender, langgetreckter Elemente, an deren Enden jeweils Sensoren angeordnet sein können, kann realisiert werden. Eine Temperatur, die zum Bei spiel am Kreuzungspunkt zweier quer zueinander verlaufender, langgestreckter Elemente vorherrscht, würde ein entsprechen des Temperatursignal in den den jeweiligen langgestreckten Elementen zugeordneten Sensoren erzeugen. Damit könnten die Koordinaten des heißesten Punktes in einer durch das Netz langgestreckter Elemente aufgespannten Ebene bestimmt werden.The temperature sensor unit creates the possibility of a To measure temperature that occurs at a measuring location that ir gendwo along along the elongated element straight or curved line occurs. About a flat fanned out by several elongated elements ten, for example quartz glass fibers or quartz glass fiber collars deln, whose ends in a common end area one or temperature sensors can face several sensors solution in a surface, the surface being covered by the Gradients of the several elongated elements set and both a flat and a curved surface can be. Also an extensive network of several across, ins special, elongated, perpendicular to each other Elements, at the ends of which sensors are arranged can, can be realized. A temperature that is play at the point of intersection of two elongated elements would prevail, one would correspond of the temperature signal in the respective elongated Generate sensors assigned to elements. So that could Coordinates of the hottest point in one through the network elongated elements spanned plane can be determined.

Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausfüh rungsform in Verbindung mit der Zeichnung und den Unteran sprüchen. Hierbei können die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Kombination miteinander bei einer Ausführungsform verwirklicht sein. Ein Ausführungsbei spiel der Erfindung wird in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher erläutert. Es zeigt:Further features and details of the invention emerge from the following description of a preferred embodiment form in connection with the drawing and the subordinate sayings. The individual characteristics can be used for alone or in combination with each other an embodiment can be realized. An execution example Game of the invention is shown in the drawing and in following explained in more detail. It shows:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform einer Temperatursensoreinheit. Fig. 1 shows a cross section through a preferred embodiment of a temperature sensor unit.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Temperatursensoreinheit 1 ist das langgestreckte Element als Quarzglasfaserbündel 2 ausgebil det; bei einer anderen, nicht gezeigten Ausführungsform ist es als Quarzglasfaser bzw. Quarzglasstab, bei einer weiteren anderen als Faserbündel aus Lichtleiterfasern ausgebildet. Das Quarzglasfaserbündel 2 ist von einer rohrförmigen Umman telung 3 umgeben, die einseitig eine sich verjüngende und schließlich geschlossene Spitze 4 aufweist. Zwischen der Au ßenseite des Quarzglasfaserbündels 2 und der Innenseite der Ummantelung 3 ist ein rohrförmiger, gasgefüllter Zwischenraum 5 ausgebildet, so daß das Quarzglasfaserbündel 2 nur an den Stellen, an denen (nicht gezeigte) Abstandhalter angeordnet sind, mit der Ummantelung in Materialkontakt steht. Der Zwi schenraum 5 ist bei anderen Ausführungsformen mit einem Ein bettmaterial ausgefüllt. Es können thermische Einbettmateria lien verwendet werden. Vorzugsweise besteht das Einbettmate rial aus Siliziumoxid, insbesondere in gemahlener Form. Sili ziumoxid ist wegen der geringen Kosten und der chemischen Verträglichkeit mit dem Material des langgestreckten Elemen tes (und der Ummantelung) bevorzugt. . In the embodiment shown in Figure 1 Temperature sensor unit 1, the elongated member is ausgebil det as quartz glass fiber bundle 2; in another embodiment, not shown, it is designed as a quartz glass fiber or quartz glass rod, in another, as a fiber bundle made of optical fibers. The quartz glass fiber bundle 2 is surrounded by a tubular jacket 3 , which has a tapered and finally closed tip 4 on one side. Between the Au ßenseite of the quartz glass fiber bundle 2 and the inside of the sheath 3 is a tubular, gas-filled space 5 is formed so that the quartz glass fiber bundles 2, is only at the locations at which spacers (not shown) are arranged with the sheath in material contact. The inter mediate space 5 is filled with a bed material in other embodiments. Thermal embedding materials can be used. The embedding material preferably consists of silicon oxide, in particular in ground form. Silicon oxide is preferred because of the low cost and chemical compatibility with the elongated element material (and sheath).

Die Ummantelung 3 ist als Edelstahlmantel aus einer Fe-Cr- Al-Basislegierung ausgebildet, die hochtemperaturbeständig und relativ schlecht wärmeleitend ist. Der der Spitze 4 gegenüberliegende Endbereich 6 der Ummantelung ist innerhalb einer im Querschnitt flaschenförmigen Halterung 7 aus Edel stahl derart angeordnet, daß die der Spitze 4 abgewandten Stirnseite 8 der Ummantelung 3 und die der Spitze 4 abgewand te Stirnseite 9 des Quarzglasfaserbündels 2 in einer gemein samen Ebene 10 liegen, die senkrecht zur Längsrichtung des Quarzglasfaserbündels 2 etwa mittig zwischen dem Boden 11 der Halterung 7 und der im Flaschenhals der Halterung 7 gebilde ten runden Öffnung 12 liegt. Die Ummantelung 3 sitzt paßgenau in der Öffnung 12 und schließt diese lichtdicht ab. Im Be reich der Öffnung 12 sind die Halterung 7 und die Ummantelung 3 miteinander verschweißt.The casing 3 is designed as a stainless steel casing made of an Fe-Cr-Al base alloy which is resistant to high temperatures and is relatively poorly heat-conductive. The tip 4 opposite end portion 6 of the casing is arranged within a cross-sectionally bottle-shaped holder 7 made of stainless steel such that the tip 4 facing away from the end face 8 of the casing 3 and the tip 4 facing away from the end face 9 of the quartz glass fiber bundle 2 in a common seed Level 10 lie perpendicular to the longitudinal direction of the quartz glass fiber bundle 2 approximately centrally between the bottom 11 of the holder 7 and the round opening 12 formed in the bottle neck of the holder 7 . The sheath 3 fits snugly in the opening 12 and closes this light-tight. In the area of the opening 12 , the bracket 7 and the casing 3 are welded together.

Das Quarzglasbündel 2 weist in der Nähe der Spitze 4 einen Signalerzeugungsabschnitt 13 zur Erzeugung eines von der Tem peratur des Meßortes abhängigen Signals auf. An den Signaler zeugungsabschnitt 13 schließt sich zum Endbereich 6, also zum "kalten Ende" des Quarzglasfaserbündels und der Ummantelung, ein langgestreckter Signalleitungsabschnitt 14 an, dessen Übergang zum Signalerzeugungsabschnitt 13 fließend ist und der im Bereich der Ebene 10 endet.The quartz glass bundle 2 has in the vicinity of the tip 4 a signal generating section 13 for generating a signal dependent on the temperature of the measuring location. Generation section to the signals R 13 closes the end portion 6, so the "cold end" of the quartz glass fiber bundle and casing, an elongated signal line section 14, whose transition is smooth to the signal generating section 13 and ends in the region of the plane of the tenth

Innerhalb der Halterung 7 ist ein nur schematisch gezeigter optoelektronischer Sensor 15 angeordnet. Der Sensor 15 weist im gezeigten Ausführungsbeispiel eine planar diffundierte Silizium-Photodiode auf. Er dient zur Umwandlung des durch die Pfeile 16 symbolisierten Signals in ein elektrisches Meß signal, das an den Anschlüssen 17 abgegriffen und zur Verar beitung an eine elektrische Auswerteeinrichtung weitergelei tet werden kann. Zwischen dem in der symbolischen Darstellung nicht gezeigtem Signaleinlaß des Sensors und der Stirnseite 9 des Quarzglasfaserbündels 2 ist ein Abstand 18 gebildet, der einen "Sichtkontakt" zwischen Quarzglasfaserbündel 2 und dem Signaleinlaß des Sensors 15 erlaubt, eine direkte Wärme leitung zwischen diesen jedoch verhindert. Über den Abstand hinweg erfolgt die Signalübertragung im wesentlichen durch Wärmestrahlung. An optoelectronic sensor 15 , only shown schematically, is arranged within the holder 7 . In the exemplary embodiment shown, the sensor 15 has a planar diffused silicon photodiode. It is used to convert the signal symbolized by the arrows 16 into an electrical measurement signal, which can be tapped at the connections 17 and processed for processing to an electrical evaluation device. Between the signal inlet of the sensor, not shown in the symbolic representation, and the end face 9 of the quartz glass fiber bundle 2 , a distance 18 is formed, which allows "visual contact" between the quartz glass fiber bundle 2 and the signal inlet of the sensor 15 , but prevents direct heat conduction between them. The signal transmission takes place essentially over the distance by means of heat radiation.

Im Einsatz wird die Temperatursensoreinheit derart zu dem zu überwachenden Element, beispielsweise einem Strahlungsheiz körper, angebracht, daß der Signalerzeugungsabschnitt 13 nahe dem Ort liegt, dessen Temperatur bestimmt werden soll. Dazu kann beispielsweise die Ummantelung 3 im Bereich kurz ober halb der Heizwendeln eines Strahlungsheizkörpers angebracht sein. Bei anderen Anwendungen kann die Ummantelung im Bereich des Signalerzeugungsabschnittes 13 auch direkt auf das zu überwachende Element geschweißt oder gelötet sein. Bei Erwär mung entsteht in dem Signalerzeugungsabschnitt Infrarotstrah lung einer für die Temperatur des Signalerzeugungsabschnittes und für das Material des Signalerzeugungsabschnittes charak teristischen spektralen Energieverteilung. Dieses Infrarot lichtsignal wird unter Nutzung der an der Grenzfläche Quarz glasfaser-Umgebungsatmosphäre auftretenden Totalreflexion in Längsrichtung des Quarzglasfaserbündels 2 durch den Signal leitungsabschnitt in Richtung zum Sensor 15 geleitet. Die Übertragungslänge, also die Länge des Signalleitungsabschnit tes, ist grundsätzlich frei wählbar, praktisch jedoch durch die auftretenden Übertragungsverluste, z. B. Absorption, be grenzt. Die aktive Länge der Temperatursensoreinheit, die im wesentlichen der Länge des Signalerzeugungsabschnittes 13 entspricht, ist ebenfalls frei wählbar. Das Signal tritt an der Stirnseite 9 des Quarzglasfaserbündels 2 aus diesem aus und trifft nach Überwindung des Abstandes 18 auf den opto elektronischen Sensor 15, der das Signal in ein an den An schlüssen 17 abgreifbares elektrisches Meßsignal umwandelt.In use, the temperature sensor unit is attached to the element to be monitored, for example a radiant heater, in such a way that the signal generating section 13 is close to the location whose temperature is to be determined. For this purpose, for example, the casing 3 can be attached in the area just above half of the heating coils of a radiant heater. In other applications, the casing in the area of the signal generating section 13 can also be welded or soldered directly onto the element to be monitored. When heating arises in the signal generating section infrared radiation a spectral energy distribution characteristic for the temperature of the signal generating section and for the material of the signal generating section. This infrared light signal is conducted using the total reflection occurring at the interface quartz glass fiber ambient atmosphere in the longitudinal direction of the quartz glass fiber bundle 2 through the signal line section in the direction of the sensor 15 . The transmission length, that is the length of the Signalleitungsabschnit tes, is in principle freely selectable, but in practice, however, due to the transmission losses that occur, for. B. absorption, be limited. The active length of the temperature sensor unit, which essentially corresponds to the length of the signal generating section 13 , can also be freely selected. The signal emerges from the end face 9 of the quartz glass fiber bundle 2 and, after overcoming the distance 18 , strikes the optoelectronic sensor 15 , which converts the signal into an electrical measurement signal which can be tapped at the connections 17 .

Claims

1. Temperature sensor unit ( 1 ) with at least one of high-temperature-resistant, transparent material for infrared radiation, elongated element ( 2 ), the at least one at a measuring point signaler generating section ( 13 ) for generating a temperature dependent on the measuring point and at least one signal having the elongated signal line section adjoining the signal generation section ( 14 ), as well as having at least one section ( 13 ) arranged at a distance from the signal generation section, for receiving the signal passed through the signal line section ( 14 ), for sensor ( 15 ) sensitive to infrared radiation Conversion of the signal into an electrical measurement signal suitable for processing in an electrical evaluation device.

2. Temperature sensor unit according to claim 1, characterized in that the elongated element is formed by at least a quartz glass fiber, preferably by a bundle of quartz glass fibers ( 2 ).

3. Temperature sensor unit according to claim 1 or 2, characterized characterized in that the elongated element by a quartz glass rod is formed.

4. Temperature sensor unit according to claim 2 or 3, characterized characterized in that the quartz glass of the quartz glass rod or the quartz glass fiber doped with foreign elements Is quartz glass, preferably as foreign elements Germanium is provided.

5. Temperature sensor unit according to claim 1, characterized records that the elongated element by minde least an optical fiber, preferably by a bundle is formed by optical fibers.

6. Temperature sensor unit according to one of the preceding Claims, characterized in that the material of the elongated element in the temperature range between 600 ° C and 1000 ° C a ratio of spectral emis Degree of transmittance between 0.25 and 4, ins especially between 0.5 and 2, preferably about 1 having.

7. Temperature sensor unit according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor ( 15 ) is an optoelectronic sensor and has at least one photoresistor and / or at least one photodiode.

8. Temperature sensor unit according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor ( 15 ) has a signal inlet and that the sensor with the signal inlet is arranged at a distance ( 18 ) opposite an end face ( 9 ) of the elongate element.

9. Temperature sensor unit according to claim 8, characterized in that the elongated element and the sensor are held relative to each other in such a way that the stand ( 18 ) is substantially constant regardless of the temperature.

10. Temperature sensor unit according to one of the preceding Claims, characterized in that the sensor of the elongated element through heat conduction reducing insulation is separated.

11. Temperature sensor unit according to one of the preceding Claims, characterized in that the sensor tempe is stabilized in terms of temperature, in particular by cooling.

12. Temperature sensor unit according to one of the preceding claims, characterized in that the elongated te element is surrounded by a sheath ( 3 ) which is impermeable to infrared radiation.

13. Temperature sensor unit according to claim 12, characterized in that the casing ( 3 ) consists essentially of stainless steel, preferably of an Fe-Cr-Al base alloy or a Cr-Ni base alloy.