DE2258490A1

DE2258490A1 - Verfahren und vorrichtung zum messen von temperaturunterschieden an metalloberflaechen

Info

Publication number: DE2258490A1
Application number: DE19722258490
Authority: DE
Inventors: Toshihiro Mori; Takeo Yamada; Watanabe Yokohama
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1971-11-29
Filing date: 1972-11-29
Publication date: 1973-06-14
Also published as: FR2162042B1; JPS4860979A; DE2258490B2; FR2162042A1; US3862573A; GB1360940A; DE2258490C3

Description

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DR. ING. E. HOFFMANN · DIPL. ING. W. EITLE · DR. HER. NAT. K. HOFFMANN

PATENTANWÄLTE D-8000 MDNCHEN 81 · ARABELLASTRASSE 4 · TELEFON (0811) 911087 Z 2 O O <4 9 U

Nippon Kokan Kabushiki Kaisha^ Tokyo / Japan

Verfahren und Vorrichtung zum Messen von Temperaturunterschieden an Metalloberflächen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung _vzum Messen der Temperaturdifferenz zweier in einem Abstand voneinander befindlicher Punkte an der Oberfläche eines Metallkörpers mittels kontaktloser Oszillationsthermometer.

Bei bekannten Verfahren zum Messen von Temperaturen an Metalloberflächen wird entweder ein Strahlungsthermometer oder ein kontaktloses Oszillationsthermometer verwendet*

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Zwar wird durch das erstere Verfahren eine relativ hohe Genauigkeit bei der Temperaturmessung in einem 4oo° C überschreitenden Bereich erreicht, doch nimmt in einem Temperaturbereich unterhalb von 2oo° C die Messgenauigkeit stark ab, weil Infrarotstrahlen verwendet werden. Da insbesondere der Koeffizient der Strahlung an Metalloberflächen im Bereich der Infrarotstrahlung klein ist, ist die Messabweichung gross. Bei dem letzteren Verfahren ist es dagegen notwendig, verschiedene Frequenz-Temperatur-Eichkurven für verschiedene Materialien zu verwenden, so dass es notwendig ist, je nach Unterschieden in bezug auf Zusammensetzung, Härte etc. des Metalls das Messergebnis auszugleichen.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein neues und verbessertes Temperaturunterschied-Messverfahren und eine Vorrichtung dafür vorzusehen, die in der Lage ist, den Temperaturunterschied an zwei Punkten an der Oberfläche eines Metallkörpers zu messen, und zwar bei niedrigen Temperaturbereichen mit höherer Genauigkeit als die bekannten Vorrichtungen.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein neuartiges Verfahren und eine Vorrichtung dafür vorzusehen, mit denen der Temperaturunterschied an zwei Punkten an der Oberfläche eines Metallkörpers genau zu messen ist, ungeachtet der Metallart und ihres Kohlenstoffgehalts, wenn sie im wesentlichen die gleiche elektrische Leitfähigkeit und den gleichen Temperaturkoeffizienten der magnetischen Permeabilität besitzen.

Erfindungsgemäss wird dies mit einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art dadurch erreicht, dass folgende Teile vorgesehen sind: ein Paar Oszillatoren mit einem Paar Messspulen, welche in einem vorbestimmten Abstand zueinander

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dicht an der Oberfläche angeordnet sind, eine Einrichtung zum Erzeugen eines Signals, entsprechend dem Komplement des Verhältnisses der Ausgangsfrequenzen der Oszillatoren bzw. entsprechend der Differenz der Ausgangsfrequenzen,, ein Digitalanalogumwandler zum Umwandeln des Signals, und ein Vervielfacher zum Multiplizieren des Ausgangs des Digitalanalogumwandlers mit einer Konstanten oder dem_ Temperaturkoeffizienten der Frequenz.

Das erfindungsgemässe Verfahren umfasst folgende Schritte: Anordnen eines Paares temperaturempfindlicher Spulen eines Oszillatorpaares nahe an der Oberfläche, Erzeugen eines Signales entsprechend dem Komplement des Verhältnisses der Ausgangsfrequenzen der Oszillatoren bzw. entsprechend der Differenz der Ausgangsfrequenzen, Digitalanalogumwandlung des Signals und Multiplizieren des umgewandelten Signals mit einer Konstanten oder dem Temperaturkoeffizienten der Frequenz.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert und beschrieben, wobei auf die beigefügten Darstellungen Bezug genommen ist.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild der Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemassen Verfahrens,

Fig. 2 ist eine grafische Darstellung des Verhältnisses zwischen der elektrischen Leitfähigkeit und der Temperatur von Eisen, Stahl und einer Eisenlegierung und

Fig. 3 ist eine grafische Darstellung des Verhältnisses zwischen Temperatur und Frequenz verschiedener Proben. -

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Die in Fig. 1 gezeigte Messvorrichtung enthält Oszillatoren 3 und 4, die jeweils kontaktlose mess- bzw. temperaturempfindliche Spulen 1 und 2 und eine Schaltung 5 enthalten, Vielehe so konstruiert ist, dass sie ein Komplement (l - ^fi^//f2^ ^{des Ver>}hä.ltnisses f-j/fg zwischen Oszillationsfrequenzen f, "und fp der Oszillatoren 3 und 4, bzw. die Differenz f-, - fp erzeugt. Die Schaltung 5 kann aus einem Universalzähler bestehen, dessen Ausgang einem Vervielfältiger 7 durch einen Digitalanalogumwandler 6 eingegeben wird. Wie im Blockschaltbild gezeigt, sind die Messspulen 1 und 2 des kontaktlosen Thermometers in einem bestimmten Abstand zueinander nahe an der Oberfläche eines Metallkörper s 8 angeordnet, aber nicht so dicht daran,,, dass sie ihn berühren.

Vor Inbetriebnahme werden die Oszillatoren 3 und 4 so eingestellt, dass sie bei der gleichen Frequenz, oder f, = fp für gleiches Material, gleiche Temperatur und gleichen Abstand funktionieren. Die Messspulen 1 und 2 sind gegenüber der Oberfläche der Probe 8 an zwei in einem Abstand voneinander liegenden Punkten an einer VJaIz- bzw. Oberflächenbehandlungslinie angeordnet, deren Temperaturdifferenz gemessen werden soll. Das Komplement (l - f,/fp) des Verhältnisses der Oszillationsfrequenzen f. und f_oder Oszillatoren 3 und 4, bzw. die Differenz (f,-fp) wird durph den Univcrsalzähler 5 erhalten, und dieser Ausgang \vird durch den Digitalanalogumwandler 6 in ein Analogsignal umgewandelt. Das Analogsignal wird im Fall des Komplements des Frequenzverhältnisses mit einer geeigneten Konstanten oder im ^1?al 1 der Frequenzdifferenz dem Temperaturkoeffizienten durch den Multiplier 7 multipliziert, um einen zum Temperaίuruntorschied zwischen den zwei Punkten proportionalen Ausgang ::u erzeugen.

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Gemäss Fig. 2 gleichen auch bei Legierungen einer kleinen Menge eines anderen Metalls mit einem reinen Metall die Temperaturkoeffizienten der elektrischen Leitfähigkeit dieser Legierungen im wesentlichen denen des reinen.Metalls. Die Kurven I bis IV in Fig. 2 zeigen das Verhältnis von Leitfähigkeit ? in Form von Mikroohm-cm und der Temperatur (°C) genauer und die Neigungen dieser Kurvei>zeigen den Temperaturkoeffizienten der Leitfähigkeit. Aus diesem Grunde sind gemäss den aufgrund von Ergebnissen'von Experi~ menten erstellten Kurven A bis Q, in Fig. 3 von verschiedenen Arten von Stahlplatten, bei- denen Kohlenstoffgehalt und Härte mit einem kontaktlosen Oszillationsthermometer gemessen wurden, die Temperaturkoeffizienten der Frequenz dieser verschiedenen Proben die gleichen. Folglich kann auch bei Führen verschiedenartiger Stahlplatten mit unterschied« lichem Kohlenstoffgehalt und unterschiedlicher Härte über den Verarbeitungsweg die Temperaturdifferenz T₁₂ zweier Messpunkte nach den folgenden Gleichungen gemessen werden, ohne dass es nötig wäre, den Koeffizienten des Vervielfältigers auszuwechseln.

T₁₂ = k . (ι - T₁Zt₂)

oder T₁₂ = a"¹' (f₂ - ί_χ),
dabei ist k: eine Konstante

a: der Temperaturkoeffizient der Frequenz

f,, f«: die Oszillationsfrequenzen jeweils der Oszillatoren 3 und 4.

Die Gleichung 1 wird bei Eingabe des Komplements (l - ^ο/^λ) in. den Vervielfältiger 7» und die Gleichung 2 bei Eingabe der Differenz (fg. - ΐ^) verwendet.

Wie oben beschrieben, sieht die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung vor, um die Temperaturdifferenz zweier

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Punkte zu messen, wobei ein Paar Messspulen von kontaktlosen Oszillatlonsthermometern so angeordnet werden, dass sie den beiden Punkten gegenüberliegen, welche in einem bestimmten Abstand an der Oberfläche von Metallkörpern angeordnet sind, die im wesentlichen die gleichen elektrischen Leitfähigkeiten und Temperaturkoeffizienten der Permeabilität aufweisen. Ein dem Komplement des Verhältnisses zwischen den Ausgangsfrequenzen der Oszillatoren oder der Differenz dieser Ausgangsfrequenzen entsprechendes Signal wird erhalten, durch einen Digitalanalogumwandler in ein Analogsignal umgewandelt, das mit einer geeigneten Konstanten des Temperaturkoeffizienten der Frequenz multipliziert wird, wodurch die Temperaturdifferenz beider zu messenden Punkte gemessen wird. Erfindungsgemäss ist es möglich, die Temperaturdifferenz in einem niedrigen Temperaturbereich (von normaler Temperautr bis zu 3oo° C) mit bedeutend grösserer Genauigkeit als mit den herkömmlichen kontaktlosen Temperaturme ssvor richtungen zu messen. Weiterhin ist es möglich, die Temperaturdifferenz an zwei Punkten der Oberfläche von Eisenkörpern zu messen, ungeachtet des Typs der Eisenkörper und ihres Kohlenstoffgehalts. Wenn eine der Spulen an einem Punkt angeordnet ist, an dem die Temperatur des Objektes leicht durch einen anderen Thermometertyp, z.B. einen Kontaktthermometer, gemessen werden kann, oder wo es leicht mög lich iat, die Temperatur des Objektes anzunehmen, und wenn die durch die eine Spule gemessene Temperatur zu der gemessenen Temperaturdifferenz addiert wird, ist es leicht möglich, die tatsächliche Temperatur zu messen.

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Claims

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Patentansprüche

Vorrichtung zum Messen der Temperaturdifferenz' zweier in einem Abstand voneinander befindlicher Punkte an der Oberfläche eines Metallkörpers mittels kontaktloser Oszillationsthermometer, dadurch gekennzeichnet, dass folgende Teile vorgesehen sind: ein Paar Oszillatoren (3,^J0 mit einem Paar Messspulen (1,2), welche in einem vorbestimmten Abstand zueinander dicht an der Oberfläche angeordnet sind, eine Einrichtung zum Erzeugen eines Signals, entsprechend dem Komplement des Verhältnisses der Ausgangsfrequenzen der Oszillatoren bzw. entsprechend der Differenz der Ausgangsfrequenzen, ein Digitalänalogumwandler (6) zum Umwandeln des Signals^ und ein Vervielfacher (7) zum Multiplizieren des Ausgangs des Digitalanalogumwandlers mit einer Konstanten oder dem Temperaturkoeffizienten der Frequenz.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung ein Universalzähler ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , dass der Metallkörper (8) aus Stahlplatten best-eht, welche im wesentlichen die gleichen elektrischen Leitfähigkeiten und Temperaturkoeffizienten der magnetischen Permeabilität aufweisen.

K. Verfahren zum Messen der Temperaturdifferenz zweier voneinander "abgesetzter Punkte an der Oberfläche eines Metallkörpers mittels kontaktloser Oszillationsthermometer, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

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Anordnen eines Paares temperaturempfindlicher Spulen eines Oszillatorpaares nahe an der Oberfläche, Erzeugen eines Signales entsprechend dem Komplement des Verhältnisses der Ausgangsfrequenzen der Oszillatoren, bzw. entsprechend der Differenz der Ausgangsfrequenzen, Digitalanalogumwandlung des Signals und Multiplizieren des umgewandelten Signals mit einer Konstanten oder dem Tempera turkoeffizienten der Frequenz.

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