DE2156832A1 - Vorrichtung zur messung der temperaturverteilung auf der oberflaeche von periodisch bewegten objekten - Google Patents

Description

Dr.Tr.

own Boverl > CIe,

Vorrichtung *ur Meseung der Temperaturverteilung auf der Oberfläche von periodisch botfegten Objekten

Die Erfindung betrifft cine Vorrichtung zur Messung der Temperaturvertellung auf der Oberfläche von periodisch bewegten Objekten, deren Oberfläche mit einem Emissionslack konstanter Dicke und konstanten Emissionseigenschaften Uberlogen ist, mii. einem auf die Objektoberfläche auegerichteten Strahlungsdetektor und mit einer im Strahlengang zwischen dem Objekt und dem Detektor angeordneten Chopperscheibe.

Da bekannte Pyrometer und Temperaturkameras für eine präzise Erfassung und Bearbeitung der Trmperaturverteilung auf rasch bewegten, beispielsweise rotierenden, Oberflächen nicht ge-

309818/0833

eignet .lnd, sind bereits Chopperanordnungen bekannt, bei denen jedoch die Chopperträgerfrequenz mehrere HB. betrat, w. die Drift des Detektors und des notwendigen Verstärk«, zu ell»inleren und ausserdem eine ,enugend lokale Auflösung der bewegten Oberfläche zu «halten. Vorrichtungen zur Erzeugung derartiger Chopperfr^uenxen sind relativ aufwr-.dig. Andererseits 1st es k.» .B₉IlOh, derartig hohe Chopperfrequenzen mechanisch BU erieagen.

B. 1* Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung aer eingang« erwähnten Art zu schaffen, welche troMdem .1». relativ einfache nechanlsch. Vorrichtung zur Erzeugu«, ein.« ,..listen Chopperfrequenz enthält. Diese Aufgabe „ird eriindungsgemass dadurch geläst, dass die Chopper-.cheibe »lt einem Antrieb versehen ist, welcher eine Chopperfrequenz von der Grossenordnung der Rotationsfrequenz de» Objektes erzeugt, dass eine Abtast- und Speicherschaltung vorgesehen ist, welche mit der Chopperschelbe .ynchronislert 1st, und dass dor Ausgang der Abt.st- und Speicherschaltung mit dem Referenzeingang eines Differenzverstärker« verbunden ist. welcher dem Detektor nachgeechaltet' ist.

„ur=h diese Vorrichtung ist es möglich, die Temperatur-Verteilung auf rasch rotierende Oberflächen, beispielsweise von Rotoren elektrischer erossnaechinen, 9-nau auszumessen tzuhalten. Die resultierenden obprf lilchentlwraogrammo

309818/0633

118/71

©möglichen eine Kontrolle bezüglich thermisch bedingter Unwuchten und zeitlicher Temperatürveränderung. Die Lösung besitzt ausserdem den Vorzug» dass die Strahlungsemission, bzw. die Temperaturverteilung, graphisch festgehalten werden kann und damit für eine weitere Auswertung zur Verfügung steht· Die Vorrichtung weist eine relativ sehr hohe Messgenauigkeit auf·

in folgenden wird ein Ausführungsbe!spiel der Erfindung anhand van Zeichnungen näher erläutert. Es zeigern

Fig· 1 das Blockschaltbild des beschriebenen AusführungsbfispieIs und

Fig. 2-5 Signaldiagramme für verschiedene Stellen A bis D der Vorrichtung gemäss Fig. 1.

Pig. 1 zeigt als Beispiel eines bewegten Objektes einen Turborotor 1. Ein derartiger Rotor hat beispielsweise einen Durchmesser von 900 - 12 50 mm und eine Länge von 5 - 8 m.

Seine Umdrehungszahl beträgt beispielsweise 3600 - 3000 U/min.

Die Oberfläche besteht im Beispiel aus Zähnen und Keilen von etwa 3,5 cm Breite, welche über die gesamte Länge des Rotors verlaufen. Wegen thermischer Vorspannungen, welche durch Temperaturunterschiede von 3 - 4° C hervorgerufen werden, treten wandernde Unwuchten auf, welche in Ueziehunq zu auegemessenen Temperaturunterschieden gebracht werden solion.

309818/0633

-W-

Es wird daher ein lokales Auflösungsvermögen der Mewenordaung von mindestens einer Keilbreite, 1» Beispiel aleo 3,5 ση notwendig sein·

■■

Eine periodisch bewegte Choppersehelbe 2 1st vorgesehen, « die Drift des zur Messanordnung gehörenden Fotodetektors und des «»einschalteten Ver.tark.rs 5 zu eltalnleren. Die Chopnerschelbe unterbricht periodisch den Strahlengang zwischen der Objektoberflache und dem Detektor * und spiegelt kurzzeitig ein von einen Referenz.lgn.lgeber 3 körnende« Referenzsignal in den Detektor ein. Massgebend

für die Strahlungsemission eines oberflächenpunkte. Ut dann nicht d« Absolutbetrag der Spannungen vom Detektor b.w.

ve* verstärker, sondern der relative unterschied «wischen

dem Signalpegel und dem Referenzpegel.

Beim Detektor 4 kann beispielsweise ein stlck.toff,ekuhlt.r Indl^-Antlmonld-Fotodetektor verwendet werden, weich« .ine Zeitkonstante von etwa 1 Mlkros*kunde und ein« Empfindlichkeit von etwa _S kV pro Watt EinstrahlungsleiKtung «ft-Uf Die Fokussierung kann über Germaniumlinsen erfolgen. M. Vorverstärker 5 kann ein clelchspannungsver.tirker .It hohe» Eingangswlderstand verwendet werden.

Hold-Modul,

_Ei„er **..*- una Speicherschaltung 6 C-PU · Hold-Modul,

„«den ein.rs.its s.nchronisl.rsignale der Chopper.chelbe

309818/0633

1^8/71

lugeführt* anderer.eit. die Au.gang.eignale des Gleich-._Pannung.ver.tärker. 5. Die Abta.t- und Speicherschaltung

6 .peichert den periodi.ch einlaufenden Referenzpegel, welcher dem Referenzeingang eine. Differenzverstärker. 7 zugeführt wird. Der zweit« Eingang de. Differenzverstärker.

7 ist mit dem Auegang de. Qleichepannungsverstärkers b verbunden. Der Differenzver-tärker 7 bildet die Differenz zwischen dem Siguaipegel und dm Referenzpegel, wodurch der Messwert unabhängig von Ver.chiebun₅*n de. Absolutbetrages der Detektor- bzw. Ver.tHrkerauegangn.p»nnung wird.

Zur Aufzeichnung des Me.eignal. in Abhängigkeit vöt der periodirchen Bewegung de. Objekte, i.t eine zweite Abta.t- ur.d Speicher.chaltung (.ample i hold-Modul) 3 vo: ge.ehen, welche «Ine relativ .chnale Abtastbreite iacguieitfon tine) aufweißt. Die.er zweiten Abta.t- und Speicher.chaltung 9 wird über einen ge.teuerten Pha.en.chieber 8 da. Au.-gang.aignai einer Potoseile 11 zugeführt. Damit wird ein Trigger.ignal vom Rotor geliefert, welches die zweite Abta.t- und Speicherschaltung 9 steuert. Wenn die Pha.enverSchiebung »wischen der Rotorstellung, entsprechend de» von der Fotozelle abgegebenen Signal, und dem an die Abta.t- und Speicherschaltung 9 abgegebonen Trigger.ignal lang.ara von 0° auf 360° läuft, dann wird elektronisch der gesamte Rotorumfang entsprechend dem Phasenwinkel durch einen Strcboskop-effekt abgetastet. ^f-:r»r.:· der Phasenschieber lang-

309810/0633

sw> den vollen Phasenwinkel durchläuft, beispielsweise während 30 sek von 0 - 360°, und wenn gleichzeitig an ein» der zweiten Abtast- und Speicherschaltung nachgeschalteten Koordinatenschreiber 10 die X-Achse den Phasenwinkel schreibt und die v-Achse den momentanen Slgnalpegel, dann liefert der Schreiber während diesen JO .ek da. Bnissionsprofil längs des Rotorumfanges. Durch den StrohOBkopeffekt 1st es möglich, das nur 0,02 sek teueren*, periodische Emis.ionsprofll auf beispielsweise 30 .ek Dauer elektronisch zu strecken, so da.« der ange-„chlcene Koordinatenschreiber langsam und präzis mitschreiben k.nn. »ach Ausmessung eines Baisslon.prof 11. längs eine, «.fangec de. Objektes wird die Detektoreinheit, beispiel.- *,l.e mit Hilfe eines Schlittens , parallel ««r Rotorachse ein Stuck «eitergeschoben. » da« nächste Emissionsprofil lan,, der neu eingestellten umfangsllnle .auszumessen.

W,. 2 zeigt das periodische »isslonsprofil. wobei die beiden vertikalen Striche eine Periodenlänge andeuten, _wle e. vom OJekt 1 emittiert vlrd «- 1» - ^* .!»fällt. W,. 3 zeigt das wahre Eingangssignal am Detektor 4, wobei der Strahlengang vom Objekt von der Chopper.cheibe , periodisch unterbrochen wird und das Referenzsignal in den Detektor eingespiegelt wird. Pig. 4 zeigt das Ausgangs-

, _i « .no Absolute

elgnal des Differenzverstärker 7, ii Höhe der Signale eliminier,; und der !

t 'wird. Sch IiT. a lieh

18/0633

- 7 -·■ ι ^y 215B832

9 dar. Aendert

t-a-u a« «*ast- - *—«<" _{aen Berelch}

«ich der Phaeenwinxel PhI. durchläuft ^^

tische» O una ,60». so durchläuft die «*» ^ _a„ ^«teilte periodische Signal des abtaste welches vom Schreiber aufgenommen «lrd.

1» bevorzugten AusrührumjsbeiBpiel w_UIae ein Strahl- _öffnunge,.lnkel für den Detehtor 4 von 5 mrad ,«« Oie. liefert auf »- Entfernung einen «*..*«·* von

„ . messer - einer -J^"^

0,005"C- wenn die Objekttemperatur

aufl6sun₉ 2S kHz betrat. Dies ergibt bei 200 -/«*

Oberflä.hengeschwlnaigkeit eine lokale ,u_fl_Ssun₉ von -

309818/0633

Claims (3)

1. - 8 - \J 1M8/71

   ■?>

   Patentansprüche

   ΓΐΛ Vorrichtung zur Messung der Temperaturverteilung auf der Oberfläche von periodisch bewegten Objekten, deren Oberfläche mit einem 'Emisslonslack konstanter Dicke und konstanten Emissionseigenschaften überzogen ist, mit einem auf die Objektoberfläche ausgerichteten Strahlungsdetektor und mit einer im Strahlengang zwischen dem Objekt und dem Detektor angeordneten Choppei'scheibe, dadurch gekennzeichnet, dass die Chopperscheibe (2) mit einem Antrieb versehen let, welcher eine Choppurfrequenz von der Orössenordnung der Rotationsfrequenz öes Objektes (1) erzeugt, dass eine Abtast- und Spe Icher schaltung (6) vorgesehen iirt, welche mit der Chopperscheibe U) synchronisiert ist, urv.l dass der Ausgang der Abtast- und Speicherschaltung (6) mit dem Referenzeingang eines Differenzverstärkers (7) verbunden ist, welcher dem Detektor (¹O nachgeschaltet 1st.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Abtast- und Speicherschaltung (9) über einen Phasenschieber v8) mit einer Fotozelle (11) zur zyklischen stroboskopartigen Abtastung der periodischen Bewegung des Objektes vorgesehen ist, und dass einem nachgeschalteten Koordinatenschreiber (10) das Ausp-nnrssifrnal des Differenzverstärkers (7) über die zweito Abtar.t- und Speicherschaltung; (9) in Abhängigkeit der periodIr.chen Bewegunp des Objektes zugeführt wird,

   309818/0633 ..„,
3. 3. VorrlchtunB nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das. dem Detektor (*) ein Gleichspannungsverstärker (5
   nachgeschaltet 1st.

   Aktiengesellschaft Brown, Boveri & CIe.

   309818/0633

   Leerseite