DE2123480C3 - Verfahren zur photoelektrischen Erfassung von Temperaturen - Google Patents

Description

Die nachstehend erläuterte Erfindung betrifft ein farbpyrometrisches Verfahren gemäß dem Gattungsbegriff des Anspruchs 1 für ein Meßgerät mit photoelektrischen Strahlungsdetektoren, womit die während der Messung gleichzeitige Erfassung und Berücksichtigung des Wellenlängen- und temperaturabhängigen Emissionskoeffizienten ermöglicht wird.

Sofern man die Strahlungsintensitäten eines temperaturstrahlenden Körpers auf wenigstens zwei Wellenlängen vergleichsweise zur Temperaturbestimmung auswertet, wobei das Quotientenverfahren bevorzugt wird, so führt der wellenlängenabhängige Emissionskoeffizient zu fehlerhaften Bestimmungen.

Meßobjekte mit temperatur- und legierungsabhängiger unterschiedlicher Oxydation und verhältnismäßig tiefen Gebrauchs- oder Verarbeitungstemperaturen, wie sie beispielsweise in der Aluminiumlegierungen verarbeitenden Halbzeugindustrie auftreten, haben bisher keine befriedigende Verwendung von herkömmlichen berührungslos arbeitenden Färb- oder Spektralphotometern zugelassen. Die Meßobjekte sind im physikalischen Sinne keine »grauen Strahler«. Demnach verbietet sich die einfache Auswertung des Wien-Planckschen Strahlungsgesetzes durch Verhältnisrechnungen der Intensitäten von zwei Wellenlängen oder schmalbandigen Wellenlängenbereichen.

Es bleibt daher die Forderung, daß man zunächst bei

ίο mindestens zwei Wellenlängen oder schmalbandigen Wellenlängenbereichen eine weitgehende Erfassung des Emissionskoeffizienten vorgenommen und diese Information im Gesamtergebnis der objektiven Temperaturmessung als wahre Temperatur berücksichtigt wird. Da bei der Formgebung meistens die Abmessungen der Produkte starken geometrischen Schwankungen unterliegen, ist es nicht möglich, um die Erzeugnisse immer einen »schwarzen Raum« aufzubauen, vielmehr muß es gelingen, die Eliminierung des Emissionskoeffizienten durch pyrometerseitige Einrichtungen herbeizuführen. Bedingt durch die Verschiebung des spektralen Intensitätsmaximums und zur Ausschaltung von störenden Einflüssen des sichtbaren Umgebungslichtes ist es vorteilhaft, die Messungen im Gebiet der infraroten Temperaturstrahlung vorzunehmen. Zur Unterdrükkung des störenden Emissionsfaktors sind Verfahren vorgeschlagen worden, die mit Kompensatioiisspannungen arbeiten, die von zusätzlichen thermoelektrischen Vergleichsmessungen gewonnen wurden. Eine derartige

.ίο Arbeitsweise ist aber umständlich und teuer, sowie bei bewegten Festkörpern nur schwierig zu realisieren. Es ist auch bekannt, daß man empfangene Gesamtstrahlung pyrometerseitig sowohl unter reflektierenden als auch absorbierenden Bedingungen mißt und vergleicht.

Dabei erhält man aus Differenz- oder Quotientenmessungen in diskontinuierlicher Weise ein Maß für den Emissionskoeffizienten.

Die Erfindung stellt sich nun die Aufgabe, dieses Verfahren auf farbpyrometrische Messungen auszudehnen und so verbesserte Temperaturmessungen erreichen zu können.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den im Anspruch 1 gekennzeichneten Maßnahmen. Das Verfahren wird nach einem Bild schematisch erläutert.

Vier photoelektrische Detektoren, die vorzugsweise aus Halbleiterwiderständen bestehen können, werden zur Verbesserung des Signal-Rauschverhältnisses und zur Abwendung von aufgestauter Wärme wassergekühlt. Sie erhalten von einem erwärmten Profil über Tubus-Vorsätze aus der Gesamtstrahlung gefilterte Teilstrahlung. Dabei verwertet die linke Gruppe der Strahlungsdetektoren eine Wellenlänge Ai und die rechte Gruppe von Strahlungsdetektoren eine von Ai genügend weit entfernte Wellenlänge λι In beiden Wellenlängen wird nun ein Vergleich unter reflektierenden und absorbierenden Bedingungen dadurch erreicht, daß die Gesamtstrahlung zunächst auf Vorsätze in Form von Tuben fällt, deren Innenwandungen mit reflektierenden (»r«) und absorbierenden (»s«) Substanzen, beispielsweise Gold- und Schwarzlackschichten ausgekleidet sind. Die Vergleichsmessungen von »r« zu »s« auf jeweils einer Wellenlänge oder einem schmalbandigen Wellenlängenbereich durch die vor den Detektoren

<>'. liegenden gleichartigen Filter ermöglicht nun die Erfassung des weilenlängen- und temperaturabhängigen Emissionsfaktors bei einer bestimmten Wellenlänge. Die gleiche Methodik wird nun mindestens noch

einmal bei einer genügend weit entfernten weiteren Wellenlänge, hier λι genannt, wiederholt. Nun kommen Jie aus der Vergleichsmessung »Reflektierend zu Absorbierend« resultierenden Signale erneut in eine elektrische Vergleichsschaltung, die vorzugsweise nach dem Quotientenverfahren arbeitet. Hieraus leitet sich in bekannter Weise die Temperaturanzeige ab. Für die technische Ausführung des Gerätes haben sich einige Ergänzungen bewährt, die nachfolgend beschrieben werden. <>.

Es ist ratsam, das Anvisieren der Meßstelle mit den Vorsätzen so vorzunehmen, daß nur eine repräsentative Stelle des Meßkörpers erfaßt wird. Dieses Merkmal wird für den praktischen Gebrauch in kompakten Geräteausführungen insofern verbessert, als nach ij Anspruch 2 zunächst nur ein fokussiertes Strahlenbündel in das Gerät gelangt und dann über optische Teilungsvorrichtungen, etwa metallbedampfte Pyramidenspiegel, intensitätsgleich zerlegt, gegebenenfalls depolarisiert und dann den einzelnen Detektoren zugeleitet wird. Das Problem der Sauberhaltung des Meßsystems von besonders den zur Messung herangezogenen Infrarotanteil des Spektrums störenden Dämpfen und Stäuben wird nach Anspruch 3 dadurch gelöst, daß zwischen Pyrometer und Meßobjekt kontinuierlich ein die Messung nicht störendes Gas zur Verwendung kommt. Zur weiteren Emprindlichkeitssteigerung ist es nach Anspruch 4 ferner möglich, für jeden ausgefilterien Wellenlängenanteil, der diskret oder schmalbandig vorliegt, hinsichtlich ihrer wellenlängenabhängigen Intensität verschiedene und optimale Detektoren zu verwenden, wobei auch verschiedene photoelektrische Systeme wie Halbleiterwiderstände und Sekundärelektronenvervielfacher, verwendet werden können. Die Kühlung des Meßsystems, mit Anspruch 5 gekennzeichnet, hat sich in jedem Fall technisch bewährt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur photoelektrischen Erfassung von Temperaturen durch farbpyrometrische Vergleichsmessungen einer von einem Körper ausgehenden Temperaturstrahlung in mindestens zwei ausgefilterten Wellenlängen oder schmalbandigen Wellenlängenbereichen, dadurch gekennzeichnet, daß auf jeder über Filter ausgewählten Wellenlänge oder jedem ausgefilterten Wellenlängenbereich durch den Detektoren vorgeschaltete tubenartige Vorsätze mit jeweils reflektierendem (»r«) und absorbierendem (»s«) Innenbelag gleichzeitig nebeneinander Messungen durchgeführt werden, aus denen ein vergleichendes Signal in Differenzschaltung zur Ermittlung des Emissionskoeffizienten gtwonnen wird, und diese resultierenden wellenlängenabhängigen Differenzsignale in einer weiteren elektrischen Vergleichsschaltung nach dem Quotientenprinzip zur Ermittlung der Temperatur des strahlenden Körpers dienen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein vom strahlenden Körper ausgehendes fokussiertes Strahlenbündel über optische Teilungsrichtungen in intensitätsgleiche Anteile zerlegt wird und diese Strahlungsdetektoren getrennt nach dem Durchtritt in reflektierenden und absorbierenden Vorsätzen zugeleitet werden.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf der dem strahlenden Körper zugewendeten Seite der Vorsätze ein die Messung nicht störendes Gas zur Sauberhaltung des Systems kontinuierlich aufgegeben wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß für jede auszuwertende Wellenlänge oder jeden schmalbandigen Wellenlängenbereich getrennte Detektoren mit verschiedenen Halbleitersubstanzen zur Eneichung optimaler Intensitätsausbeute benutzt werden.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1, 2, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Erfassung des wellenlängenabhängigen Emissionskoeffizienten dienenden absorbierenden und reflektierenden Vorsätze ständig gekühlt und auf gleicher Temperatur gehalten werden.