DE2203739B2 - Teilstrahlungspyrometer - Google Patents

Description

3°

35

40

Meßbereich	. 800	lilk-ktivc Wellenlänge
0C	.. 1200	•/πι
400	.1600	0,83
600..	..2000	0,60
800 .	.. 2500	0,49
1100..	. 3000	0,35
1500..	ausgebildet ist.	0,26
2000..	0,21

Die Erfindung betrifft ein Teilstrahlungspyrometer 45 mit stark überlappten Meßhereichen mit einem Sekundärelektronenvervielfacher als Strahlungsempfänger und alternierendem Vergleich der Meßstrahlung mit einer Vergleichsslrahlung sowie Anzeige und/oder Aufzeichnungsvorrichtung für die Meßwerte. Bekannt 50 der Visierkennwert, das Verhältnis zwischen dem not-

700°( bis. zu mehreren tausend Grad verwendet, so daß bei hohen Temperaturen der Emissionsgradeinfluß wieder erheblich anwächst. Zur Vermeidung fehlerverursachender Einflüsse irif den Strahlungsempfänger werden vielfach Kompensationsverfahren, die die Meßstrahlung mit einer Vergleichsstrahlung vergleichen, verwendet. So wird bekanntermaßen in einem Strahlungspyrometer eine motorisch angetriebene Modulationsscheibe zum Abgleich verwendet, indem alternierend die Meßstrahlurig und die Vergleichsstrahlung einem Strahlungsempfänger zugeleitet werden (US-Patentschrift 33 54 773).

Weiterhin sind auch Hochtemperaturpyrometer mit UV-Spektralbereichcn bekanntgeworden, die für ein Kn''4_a> =■ '/' ausgelegt worden sind und einen sehr geringen Emissionsgradeinfluß besitzen. Sie verwenden Sekundärelektronenvervielfacher als Strahlungsempfänger, wobei dann aber eine Temperalureinstellung von Hand durchgeführt werden muß und nur eine Temperatuidifferenzanzeige zwischen eingestellter Solltemperatur und Isttemperatur automatisch erfolgt. Der An/eigebereich ist infolge der steilen Charakteristik von Strahlungsdichte und Temperatur sehr schmal (IS-PS 31 61 775).

Mit den bekannten Geräten kann entweder eine automatische Temperaturmessung durchgeführt werden, und sie sind dann nicht für sehr kleine Kt₁/k_mo, geeignet, oder sie besitzen ein sehr kleines k,,„IX_max und erlauben dieTemperaturmessungnurmiltelsHandeinstellung und Tempcralurdifleren/anzeige. Nurdiese Ausführung besitzt den schmalen Meßbereichsumfang infolge der für kleine A₁₁₁ZA_n,,, steilen Charakteristik von Strahlungsdichte und Temperatur.

Zweck der Erfindung ist es. die angeführten Mangel weitgehend herabzusetzen und den Anwendungsbereich des Gerätes zu erweitern.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein mit dem geringstmöglichen Enmsionsgradeinfluß arbeitendes und zur aromatischen i mperaturmessung in breiten Temperaturbereichen geeignetes Teilstrahlungspyrometer zu entwickeln.

Lrfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Kombination der im Anspruch 1 f.¹ 'kennzeichneten Maßnahmen gelöst. Die sich stark überlappenden Meßbereiche sind so gewählt, daß deren effektive Wellenlängen bei niedrigen Meßbereichen im infraroten und bei höheren im sichtbaren bzw. ultravioletten Spektralgebict liegen.

Zur Erreichung eines möglichst kleinen k,,_nlk_max wird

sind Gesamtstrahlungs- und Bandstrahlungspyrometer, die für eine möglichst gute Ausnutzung des vorhandenen Strahlungsspektrums ausgelegt sind. Der Nachteil einer solchen Auslegung der Pyrometer ist ein starker Emissionsgradeinfluß auf die Temperaturenzeige.

Es sind auch Teilstrahlungspyrometer bekannt, die mit Sekundärelektronenvervielfacher oder Photozellen arbeiten und für Wellenlängen im sichtbaren Spektralbereich ausgelegt sind. Sie besitzen infolge eines Ver- no hältnisses der effektiven Wellenlänge zur Wellenliinge mit dem Maximum der spektralen Energieverteilung K_n/A_max<leine wesentlich steilere Charakteristik von Strahlungsdichte und Temperatur als vorgenannte Pyrometerarten. Hierdurch wird der Ernissionsgradein- 6s Ruß stark eingeschränkt.

In Spektralpyrometern wird diese effekte Wellenlänge für alle Meßbereiche im Temperaturbereich von wendigen Meßobjektdurchmesser und der Meßobjektentl'ernung, auf Werte zwischen 1 :50 bis 1:300 zugunsten der Bestrahlungsstärke auf der strahlungsempllndlichen Fläche des Sekundärelektronenvervielfachers in Abhängigkeit vom jeweiligen Meßbereich begrenzt und λ,./, so gewählt, daß bei der Meßbereichsanfangslempcratur gerade noch die vorgegebene Ansprechempfindlichkeit eingehalten wird. Als Strahlungsempfänger wird ein Sekundärelektronenvervielfacher verwendet. Um eventuell fehlerverursachende Einflüsse auf die Temperaturmessung auszuschalten und eine Hochspannungsstabilisierung zu vermeiden, wird ein Kompensationsverfahren mit einem Vergleichsstrahler angewendet.

Zur Erreichung von breiten Meßbereichen wird eine Verringerung der Sekundärelektronenvervielfacher-Betriebsspannung in Abhiingigkeit vom Meßausschlag vorgenommen. Hierdurch tritt eine Begrenzung des

Anodenstromes des Sekundärelektronenvervielfachers ein, so daß bei der Meßbereichsendtemperatur, plus hundert Grad Sicherheit, keine Überschreitung der maximal zulässigen Stärke des Anodenstromes auftritt. Eine Ermüdung des Sekundärelektronenvervielfachers durch überhöhte Bestrahlungsstärken wirkt sich durch das verwendete Kompensalionsvertähren nicht auf die Temperaturmessung aus. Die Reduzierung der Betriebsspannung des Sekundärelektronenvervielfachers kann entweder durch eine selbstbegrenzende Betriebsspannunffsquelle oder durch Steuerung einer verstellbaren Betriebsspannungsquelle aus der Kompensationsschaltung erfolgen. Die Betriebsspannungsquelle ist für den Sekundärelektronenvervielfacher der jeweiligen Meßtemperatur automatisch anpaßbar ausgebildet Als Kompensationseinrichtung wird ein servomotorisches Abgleichsystem, bestehend aus Kompensationsverstärker, Stellmotor und Abgleichpotentiometer, verwendet. Durch diese vorgeschlagene Meßeinrichtung ist es möglich, Temperalurmessungen, die mit geringsten Fehlern infolge des Emissionsgradeinfiusses behaftet sind, in breiten Temperaturbereichen automatisch vorzunehmen, wobei durch überlappte Meßbereiche eine optimale Anpassung an bestimmte Arbeitstemperaturbereiche möglich ist. Als Kompensationseinrichtung werden zuverlässige und serienmäßig gefertigte Baugruppen verwendet.

Die Erfindung soll an zwei Ausführungsbeispielen und durch Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigt ,ο

Fig. 1 eine grafische Darstellung von Temperaturfenlern,

Fig. 2 den schematischen Aufbau des Gerätes,

Fig. 3 ein Ausführungsbeispie! der Kompensationsschaltung,

Fig. 4ein zweites Ausführungsbeispiel der Kompensationsschaltung.

In der Fig. 1 sind die in den beiden Ausführungsbeispielen auftretenden Abweichungen von der reellen Temperaturanzeige, infolge einer Änderung des Emissionsgrades von 10% für die einzelnen Meßbereiche in Abhängigkeit von der Meßbereichstemperatur, grafisch dargestellt.

Die Benummerung der einzelnen Kurven stellt die Zuordnung zu den Meßbereichen dar. Es wurden beispielsweise folgende Meßbereiche mit nachstehenden effektiven Wellenlängen verwendet:

Lld. Nr.

Meßbereich
⁰C

Lfd. Nr.

Meßbereich
⁰C

cfl"

400.	. . 800	0,83
600.	. . 1200	0,60
800.	. . 1600	0,49
1100	. . 2000	0,35

1500... 2500
2000 . . . 3000

Die effektiven Wellenlängen wurden so klein gewählt, daß der Fehler zwischen 0,3 ... 0,65 % liegt. Die Meßbereiche überlappen sich derartig, daß eine Anpassung an verschiedene Meßaufgaben bestmöglich ist.

\n Fig. 2 ist der schematische Aufbau des Gerätes dargestellt. Die Strahlung eines Meßobjektes 1 gelangt über ein optisches System auf einen Sekundärelektronenvervielfacher 2. Durch einen Schwingspiegel 5 wird alternierend die Strahlung eines Vergleichsstrahlers 3 auf den Sekundärelektronenvervielfacher 2 gegeben. Die in Spannungsschwankungen umgesetzten Slnihlungsunterschiede werden in einer Kompertsalionseinrichtung4 so verarbeitet, daß die Strahlungsdichte des Vergleicltsstrahlers 3 der des Meßobjektes angeglichen wird.

In Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel der Kompensationsschaltung schematisch dargestellt. Die Spannungsschwankungen vom Sekundärelektronenvervielfacher 2 werden in einem Kompensationsverstärker 7 verstärkt und einem Stellmotor 8 zugeführt. Dieser verstellt ein Abgleichpotentiometer 9 so lange, bis die Bestrahlungsstärke vom Vergleichsstrahler 3 mit der vom Meßobjekt 1 abgeglichen ist. Das Abgleichpotentiomeler 9 verändert den Heizstrom des Vergleichsstrahlers 3, der aus einer unstabilisierten Spannungsquelle 12 gespeist wird. Der Sekundärelektronenvervielfacher 2 wird aus einer selbstbegrenzenden Betriebsspannungsquelle 6 gespeist. Der Lampenstrom ist ein Maß der Meßobjekttemperatur. Über einen Normal widerstand 10 können Sekundärgeräte 11 angeschlossen werden.

In Fig. 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Kompensationsschaltung schematisch dargestellt. Hier wird der Vergleichsstrahler 3 mit einer konstanten Spannung aus der Konstantspannungsquelle 14 gespeist. Die Stellung des Abgleichpotentiometers 9 ist dann ein Maß der Temperatur des Meßobjektes 1. Somit ist es möglich, einen Kompensationsbandschreiber bzw. Kompensationsanzeiger 15 als Abgleich- und zusätzlich als Schreib- bzw. Anzeigeeinrichtung zu verwenden. Der Stellmotor 8 steuert über das Antriebsgetriebe des Kompensationsbandschreibers bzw. Kompensationsanzeigers 15 gleichzeitig die verstellbare Betriebsspannungsquelle 13 zur Spannungsversorgung des Sekundärelektronenvervielfachers 2 in Abhängigkeit von der Meßbereichstemperatur so, daß die maximal zulässige Stärke des Anodenstroms für den Sekundärelektronenvervielfacher 2 nicht überschritten wird.

Hierzu 2 BIaI! Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Teilstrahlungspyrometer mit siark überlappten Meßbereichen mit einem Sekundärelektronenvervielfacher als Strahlungsempfänger und alternierendem Vergleich der Meßstrahlung mit einer Vergleichsstrahlung sowie Anzeige und/oder Aufzeichnungsvorrichtung für die Meßwerte, gekennzeichnet durch die Kombination der Merkmale, daß die effektive Wellenlänge in Abhängigkeit vom jeweiligen Meßbereich kleiner als '/4 der Wellenlänge des Maximums der spektralen Energieverteilung ist, daß der Visierkennwert auf 1:50 bis 1:300 in Abhängigkeit vom Meßbereich begrenzt ist, daß die Betriebsspannungsquelle (6; 13) für den Sekundärelektronenvervielfacher (2) der jeweiligen Meßtemperatur automatisch anpaßbar ausgebildet ist und daß eine Kompensationseinrichtung (4) für die Strahlung des Vergleichsstrahler (3) mit Verstärker (7), Stellmotor (8) und Abgleichpotentiometer (9) vorgesehen ist.

2. Teilstrahlungspyrometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es zur Anwendung in den überlappten Meßbereichen der effektiven WeI- 2s lenlängen