DE2203739C3 - Teilstrahlungspyrometer - Google Patents

Description

Meßbereich	Effektive Wellenlänge
0C	μ IT)
400.	0,83
600.	0,60
800.	0,49
1100.	0,35
1500.	0,26
2000.,	0,21
.. 800
..1200
..1600
.. 2000
.. 2500
..3000
ausgebildet ist.

Die Erfindung betiifft ein Teilstrahlungspyrometer mit stark überlappten Meßbereichen mit einem Sekundärelektronenvervielfacher als Strahlungsempfänger und alternierendem Vergleich der Meßstrahlung mit einer Vergleichsstrahlung sowie Anzeige und/oder Aufzeichnungsvorrichtung für die Meßwerte. Bekannt 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 Verhältnisses der effektiven Wellenlänge zur Wellenlänge mit dem Maximum der spektralen Energieverteilung hß/Ä_max<le'me wesentlich steilere Charakteristik von Strahlungsdichte und Temperatur als vorgenannte Pyrometerarien. Hierdurch wird der Ernissionsgradeir¹.-fluß stark eingeschränkt.

In Spektralpyrometern wird diese effekte Wellenlänee für alle Meßbereiche im Temperaturbereich von 700⁰C bis zu mehreren tausend Grad verwendet, so daß bei hohen Temperaturen der Emissionsgradeinfluß wieder erheblich anwächst. Zur Vermeidung feiilerverursachender Einflüsse auf den Strahlungsempfänger werden vielfach Kompensationsverfahren, die dielMeßstrahlung mit einer Vergleichsstrahlung vergleichen, verwendet. So wird bekanntermaßen in einem Strahlungspyrometer eine motorisch angetriebene Modulationsscheibe zum Abgleich verwendet, indem alternierend die Meßstrahlung und die Vergleichsstrahlung einem Strahlungsempfänger zugeleitet werden (US-Patentschrift 33 54 773).

Weiterhin sind auch Hochtemperaturpyrometer mit UV-Spektralbereichen bekanntgeworden, die für ein Kffl^max = 'Λ ausgelegt worden sind und einen sehr geringen Emissionsgradeinfiuß besitzen. Sie verwenden Sekundärelektronenvervielfacher als Strahlungsempfänger, wobei dann aber eine Temperatureinstellung von Hand durchgeführt werden muß und nur eine Temperaturdifferenzanzeige zwischen eingestellter Solltemperatur und Isttemperatur automatisch erfolgt. Der Anzeigebereich ist infolge der steilen Charakteristik von Strahlungsdichte und Temperatur sehr schmal (US-PS 31 61 775).

Mit den bekannten Geräten kann entweder eine automatische Temperaturmessung durchgeführt werden, und sie sind dann nicht für sehr kleine λ,_Γ/λ,,,,,_χ geeignet, oder sie besitzen ein sehr kleines >._effIX_milx und erlauben dieTemperaturmessungnurmittelsHandeinstellung und Temperaturdifferenzanzeige. Nur diese Ausführung besitzt den schmalen Meßbereichsumfang infolge der für kleine l_effIX_max 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 Emissionsgradeinfluß arbeitendes und zur automatischen Temperaturmessung in breiten Temperaturbereichen geeignetes Teilstrahlungspyrometer zu entwickeln.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Kombination der im Anspruch 1 gekennzeichneten 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 Spektralgebiet liegen.

Zur Erreichung eines möglichst kleinen X_effll_max wird der Visierkennwert, das Verhältnis zwischen dem notwendigen Meßobjektdurchmesser und der Meßobjektentfemung, auf Werte zwischen 1:50 bis 1:300 zugunsten der Bestrahlungsstärke auf der strahlungsempfindlichen Fläche des Sekundärelektronenvervielfachers in Abhängigkeit vom jeweiligen Meßbereich begrenzt und X_cff so gewählt, daß bei der Meßbereichsanfangstemperatur 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 Abhängigkeit vom Mefiausschlag 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 Anoder stromes auftritt. Eine Ermüdung des Sekundärelektronenvervielfachers durch überhöhte Bestrahlungsstärken wirkt sich durch das verwendete Kompensationsveifahren nicht auf die Temperaturmessung aus. Die Reduzierung der Betriebsspannung des Sekundärelektronenvervielfachers kann entweder durch eine selbstbegrenzende Betriebsspannungsquelle oder durch Steuerung einer verstellbaren Betriebsspar.nungsquelle 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, Temperaturmessungen, die mit geringsten Fehlern infolge des Emissionsgradeinflusses 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

Fig. 1 eine grafische Darstellung von Temperaturfehlern,

Fig. 2 den schematischen Aufbau des Gerätes,

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel der Kompensationsschaltung,

Fig. 4 ein 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 Benummeujng der einzelnen Kurven stellt die Zuordnung zu den Meßbereichen dar. Es wurden beispielsweise folgende Meßbereiche mit nachstehenden effektiven Wellenlängen verwendet:

Lid. Nr.

Meßbereich
⁰C

Lfd. Nr.

Meßbereich
⁰C

efT

μΓΠ

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.

ίο Die Meßbereiche überlappen sich derartig, daß eine Anpassung an verschiedene Meßaulgaben bestmöglich ist.

In 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 Strahlungsunterschiede werden in einer Kompensationseinrichtung 4 so verarbeitet, daß die Strahlungsdichte des Vergleichsstrahlers 3 der des Meßobjektes angeglichen wird.
In Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel der Kompcnsationsschaltung 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 Abgleichpotcntiometer 9 verändert den Heizstrom des Vergleichsstrahlers 3, der aus einer unstabilisierten Spannungsquelle 12 gespeist wird. Der Sekundärelektronenver- vielfacher 2 wird aus einer selbstbegrenzenden Betriebsspannungsquelle 6 gespeist. Der Lampenstrom ist ein Maß der Meßobjekttemperatur. Über einen Normalwiderstand 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 veiwenden. Der Stellmotor 8 steuert üoer das Aniriebsgetriebe des Kompensationsbandschreibers bzw. Kompensationsanzeigers 15 gleichzeitig die verstellbare Betriebsspannungsquelle 13 zur Spannungsversorgung des Sekundärelektronenvervielfachers 2 in Abhängigkeil von der Meßbereichstemperatur so, daß die maximal zulässige Stärke des Anodenstroms für den Sekundärelektronenvervielfacher 2 nicht überschritten wird.

Hierzu 2 Blau Z-rchnuneen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Teilstrahlungspyrometer mit stark überlappten Meßbereichen mit einem Sekundärelektmnenver· vielfacher als Strahlungsempfänger und all . rendem Vergleich der Meßstrahlung mit ei..-ι 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 ¹A 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 (ύ; 13) für den Sekundärelektronenvervielfacher (2) der jeweiligen Meßtemperatur automatisch anpaßbar ausgebildet ist und daß eine Kompensationseinrichtung (4) für die Strahlung des Vergleichsstrahlers (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-lenlängen