DE2253214A1

DE2253214A1 - Einrichtung zur messung einer temperaturstrahlung

Info

Publication number: DE2253214A1
Application number: DE19722253214
Authority: DE
Inventors: Peter Kolbow; Otto Dr Maurer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1972-10-30
Filing date: 1972-10-30
Publication date: 1974-05-22
Also published as: DE2253214B2; JPS49117085A

Description

Einrichtung zur Messung einer Temperaturstrahlung Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Messung einer Gemperaturstrahlung mit einem Halbleiter als -Strahlungsfhler.
Es sind Strahlungspyrometer bekannt, in denen Halbleiter als Strahlungsfühler verwendet sind, beispielsweise Germanium- oder Silizium-Fotoelemente. Ihre Empfindlichkeit ist jedoch im allgemeinen für die Messung niedrig-energetischer Strahlung nicht ausreichend bzw. es müssen aufwendige Schaltanordnungen verwendet werden.
Es besteht demnach das Bedürfnis nach einer einfach aufgebauten Meßeiarichtung, die es gestattet, kleine Strahlungsenergien in ein proportionales elektrisches MeBsignal umzuwandeln.
Eine Einrichtung zur Messung einer Temperaturstrahlung mit einem Halbleiter als Strahlungsfühler, die der genannten Forderung entspricht, ist demnach gekennzeichnet durch einen bei seiner Curie-Temperatur seinen Widerstand sprunghaft ändernden Halbleiter in Form eines Stäbchens, das auf einer konstanten Temperatur in der ähe der Curie-Temperatur gehalten ist, dessen eineStirnfläche der zu messenden Strahlung ausgesetzt und dessen Gesamtwiderstand ein Maß für die Temperatur der Strahlung ist.
Halbleiter mit den oben genannten Eigenschaften sind bekannt, sie bestehen beispielsweise aus Oxyden der sogenannten Übergangametalle Natrium, Titan, Chrom. Sie fin' den Verwendung als kontaktlose Schalter oder als Temperaturnormal für Thermoelemente (siehe beispielsweise "Siemens-Zeitschrift" 4/72, S. 242 bis 244). Dabei hat sich Vanadiumdioxyd VO2 als besonders geeignet erwiesen, da die Steilheit seiner Widerstandskennlinie im Curie-Punkt sehr groß ist und die Curie-Temperatur mit 338,650K entsprechend 65,5 0C in einem für technische Zwecke günstigen Bereich liegt.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist demgemäß dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungsfühler ein nadelförmiger Einkristall aus Vanadiumdioxyd ist.
Zur Erläuterung des Funktionsprinzips der Erfindung ist in der Figur ein Ausfvhrungsbeispiel schematisch dargestellt und im folgenden beschrieben.
In einem Gehäuse 1, dessen Gehäusewandung und Innenraum auf einer konstanten Temperatur gehalten werden kann, ist ein stäbehenförmiger Halbleiter 2, beispielsweise eine V02-Kristallnadel, derart angeordnet, daß das eine Ende an der Wand des Gehäuses 1 befestigt ist und sein anderes Ende bzw. dessen Stirnfläche der durch ein Fenster 3 im Gehause 1 fallenden Temperaturstrahlung ausgesetzt ist.
Bei den sehr kleinen Stirnflächenabmessungen einer V02-Einkristallnadel ist es zweckmäßig, zur Verbesserung der Wirkung mit der Stirnfläche eine größere, strahlungsabsorbierende Fläche 4, z.B. ein auf der Vorderseite geschwärztes Silberplättchen zu verbinden.
Besteht der Halbleiter 2, wie bereits gesagt, aus Vanadiumdioxyd, dessen Curie-Temperatur bei 65,5ob liegt, und beträgt die thermostatisierte Gehäusetemperatur ca. 650C, so ist der Gesamtwiderstand R des Halbleiters 2 hoch, er liegt bei etwa 50 kOhm. Wird ein Temperaturstrahler angemessen, dessen Temperatur höher als die Curie-Temperatur ist, so wird die durch das Fenster 3 einfallende Strahlung in der strahlungsabsorbierenden Fläche 4 in Wärme umrrtewan delt und auf die Stirnfläche des Halbleiters 2 betragen.
Wird die Curie-Temperatur des Halbleiters an seiner Stirnfläche überschritten, so ändert sich der Widerstand sprunghaft um vier bis fünf Zehnerpotenzen. Die Phasengrenze zwischen niederohmiger und hochohmiger Leitung verschiebt sich proportional zur absorbierten Strahlungsenergie von der Stirnseite her entlang der Achse des Halbleiters 2, so daß der Gesamtwiderstand R sich entsprechend ändert und ein Maß für die Temperatur der gemessenen Strahlung ist.
Liegt die Temperatur der zu messenden Strahlung in einem Bereich un-terhalb der Curie-Temperatur, von 65, 50C, so wird das Gehäuse 1 und mit ihm der stabehenförmige Halbleiter 2 auf eine konstante Temperatur von etwa 660C thermostatisiert. Der Halbleiter 2 ist bei dieser Temperatur niederohmig. Beim Anmessen des kälteren Strahlers kühlt die Stirnfläche des Halbleiters 2 ab, er wird von der Stirnfläche her hochohmig, so daß auch hier der Gesamtwiderstand R ein Maß für die Temperatur der gemessenen Strahlung ist.
3 Patentansprüche 1 Figur

Claims

Patentansprüche 9 Einrichtung zur Messung einer Temperaturstrahlung mit einem Halbleiter als Strahlungslühler, gekennzeichnet durch einen seinen Widerstand bei seiner Curie-Temperatur sprunghaft ändernden Halbleiter (2) in Form eines Stäbchens, das auf einer konstanten Temperatur in der Nähe der Curie-Temperatur gehalten tat, dessen eine Stirnfläche der zu inessenden Strahlung ausgesetzt und dessen Gesamtwiderstand (R) ein Maß für die Temperatur der Strahlung ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungsfühler ein nadelförmieer Einkristall aus Vanadiumdioxyd (wo2) ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf der der Strahlung ausgesetzten Stirnfläche des Halbleiters (2) eine größere strahlungsabsorbierende Fläche (4), vorzugsweise ein geschwärztes Silberplättchen, angebracht ist.