DE2258490C3

DE2258490C3 - Verfahren und Vorrichtung zum Messen von Temperaturunterschieden an Metalloberflächen

Info

Publication number: DE2258490C3
Application number: DE2258490A
Authority: DE
Inventors: Toshihiro Mori; Katsujiro Tokio Watanabe (Japan); Takeo Yamada
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1971-11-29
Filing date: 1972-11-29
Publication date: 1975-02-20
Also published as: DE2258490B2; DE2258490A1; FR2162042B1; GB1360940A; JPS4860979A; US3862573A; FR2162042A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahien und eine Vorrichtung /um Messen der Temperaturdifferen/ zweier in einem Abstand voneinander befindlicher Punkte an der Oberfläche eines Metallkörpers mittels kontaktloser Os/illationsthermomeler. line derartige Vorrichtung ist beispielsweise durch die USA.-Patentschrift 3 421 374 bekannt geworden.

Bei bekannten Verfahren /um Messen von Temperaturen an Metalloberflächen wird entweder ein Strahlungsthermometer oder ein kontaktloses Os/iüationstherniometer verwendet. Unter Os/illationsther- 5" mometer wird hier ein Wärmemesser verstanden, welcher neben dem eigentlichen Wärmemelklemeni eine Schaltung umfaßt, mii deren Hilfe eine Umwandlung der gemessenen Temperatur in eine entsprechende Frequenz erfolgt.

Bei Verwendung von Strahlungsthcrmometeni wird eine relativ hohe Genauigkeit bei der Temperaturmessung in einem 400 C überschreitenden Bereich erreicht, doch nimmt in einem Temperaturbereich unterhalb von 200 C die Meßgenauigkeit stark ab, weil Infrarotstrahlen verwendet werden. Da insbesondere der Koeffizient der Strahlung an Metalloberflächen im Bereich der Infrarotstrahlung klein isi, ist die Meßabweichung groß. Bei Verwendung von Oszillationslhermometern 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 usw. des Metalls das Meßergebnis auszugleichen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, 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 Metallkörper zu messen, und zwar bei niedrigen Temperaturbereichen mit höherer Genauigkeit als die bekannten Vorrichtungen.

Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß folgende Teile vorgesehen sind: ein Paar Oszillatoren mit einem Paar Meßspulen, welche in einem vorbestimmten Abstand zueinander dicht an der Oberfläche angeordnet sind, eine Einrichtung /um Erzeugen eines Signals entsprechend dem Komplement des Verhältnisses der Ausgangsfrcquen/en der Oszillatoren bzw. entsprechend der Differenz der Ausgangsfrequenzen, ein Digitalanalogumwandler /um Umwandeln des Signals, und ein Vorvielfacher /um Multiplizieren des Ausgangs des Digitalanalogumwandl.Ts mit einer Konstanten oder dem Femperaturkoeffi/ienten der Frequenz Die Einrichtung /um Erzeugen eines Signals ist /weckmäßig ein Universalzähler.

Mit der Erfindung werden ein neuartiges Verfahren und eine Vorrichtung dafür geschaffen, mit denen der Temperaturunterschied an zwei Punkten an der Oberfläche eines insbesondere aus Stahlplatten bestehenden Metallkörpers genau /u messen ist, ungeachtet der Metallart und ihres Kohlcnsioffgehalts, solange sie im wesentlichen die gleiche elektrische I citfahipkeit und den gleichen Tempciuturkocffi/icntcn der magnetischen Permeabilität besitzen

Das erfmdungsgcmälk Veifahren umfaßt folgende Schr.tte: Anordnen eines Paares temperaturempfindlicher Spulen eines Os/illatorpaares nahe an der Oberfläche, Erzeugen eines Signals entsprechend dem Komplement des Verhältnisses der Ausgangsfrequenzen der Oszillatoren b/w entsprechend der Differenz der Ausgangsfrequen/en, Digiialanalogumwandlung des Signals und Multiplizieren des umgewandelten Signals mit einer Konstanten oder dem Femperaiurkoeffizienten der Frequenz.

Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert und beschrieben. In der Zeichnung zeigen

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

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

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

Die in Fig. I gezeigte Mellvorrichtung enthält Oszillatoren 3 und 4, die jeweils kontaktlose meß- bzw. icmperaturempfindliche Spulen 1 und 2 und eine Schaltung 5 enthalten, welche so konstruiert ist, daß sie ein Komplement (I -J_xIf₂) des Verhältnisses/,//₂ zwischen Oszillationsfrequenzen /, und /₂ der Oszillatoren 3 und 4, bzw. die Differenz/,—/₃ 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 de- Oberfläche eines T_n --k ·(I —/J//2) (I) Metallkörper 8 angeordnet, aber nicht so dicht daran, oder Γ,, - a ' -f/j—/1). (2)

daß sie ihn berühren

Vor Inbetriebnahme werden die Oszillatoren 3 und 4 ^{dabel ist} * ^{: elne Kon!ltanle}

so eingestellt, daß sie bei der gleichen I req'tenz, oder 5 a: der Temperaturkoeffizient der Frequenz

/, f., für gleiches Material, gleiche Temperatur und /i./₃ ^{: die} Oszillationsfrequenzen jeweils der

gleichen Abstand funktionieren. Die Meßspulen I und " Oszillatoren 3 und 4.

2 sind gegenüber der Oberfläche der Probe 8 an zwei

in einem Abstand voneinander liegenden Punkten an Die Gleichung 1 wird bei Eingabe des Komplements einer Walz- bzw. Olberflächenbehandlungslinie ange- 10 (I—/,//,) in den Vervielfältiger 7, und die Gleichung 2 ordnet, deren Temperaturdifferenz gemessen werden bei Eingabe der Differenz (/,—/,) verwendet, soll. Das Komplement {I -/,/Z₂) des VerhAltnisses der Wie oben beschrieben, ist ein Verfahren und eine Oszillationsfrequenzen/j und/^ der Oszillatoren 3 und Vorrichtung vorgesehen, um die Teniperaturdifferenz 4, bzw. die Differenz (/, /₂) wird durch den Universal- zweier Punkte zu messen, wobei ein Paar Meßspulen zähler 5 erhalten, und dieser Ausgang wird durch den 15 von kontaktlosen Oszillationsthermometern so ange-Digitalanaiogumwandler 6 in ein Analogsignal umge- ordnet werden, daß sie den beiden Punkten gegenüberwandelt. Das Analogsignal wird im Fall des Komple- liegen, welche in einem bestimmten Abstand an der mems des Frequenzverhällnisses mit einer geeigneten Oberfläche von Metallkörpern angeordnet sind, die im Konstanten oder im Fall der FrequenzJifferenz dem wesentlichen die gleichen elektrischen Leitfähigkeiten Temperaturkoeffizicnten durch den Multiplier 7 multi- 20 und Temperalurkoeffizienten der Permeabilität aufpliziert, um einen zum Temperaturunterschied zwi- weisen Ein dem Komplement ties Verhältnisses zwischen den zwei Punkten proportionalen Ausgang zu sehen den Ausgangsfrequenzen der Oszillatoren oder erzeugen. der Differenz dieser Ausgangsfrequenzen entsprechen-

Gemäß Fig. 2 gleichen auch bei legierungen einer des Signal wird erhalten, durch einen Digitalanalogkleinen Menge eines anderen Metalls mit einem reinen 35 umwandler in ein Analogsignal umgewandelt, das mit Metall die Temperalurkoeffizienten der elektrischen einer geeigneten Konstanten des Temperaturkoeffi-Leitfähigkcit dieser Legierungen im wesentlichen zienten der Frequenz multipliziert wird, wodurch die denen des reinen Metalls. Die Kurven I bis IV in Temperaturdifferenz beider /u messenden Punkte gc-F ig. 2 zeigen das Verhältnis von Leitfähigkeit <> in messen wird. Dabei ist es möglich, die Tempcraturlorm von Mikroohin-cm und dci Temperatur ( C) 30 differenz in einem niedrigen Temperaturbereich (von genauer und die Neigungen dieser Kurven zeigen den normaler Temperatur bis zu 300 C) mit bedeutend Temperaturkoeffizienten der Leitfähigkeit Aus diesem größerer Genauigkeit als mit den herkömmlichen Grunde sind gemäß den auf Grund von Ergebnissen kontaktlosen Temperaturmeßvorrichtungen zu mesvon Experimenten erstellten Kurven 4 bis Q in Fig. 3 sen. Weiterhin ist es möglich, die Temperaturdifferenz von verschiedenen Arten von Stahlplatten, bei denen 35 an zwei Punkten der Oberfläche von Eisenkörpern /u Kohlenstoffgehalt und Härte mit einem kontaktlosen messen, ungeachtet des 1>ps der Eisenkörper und Oszillationsthermometer gemessen wurden, die Fern- ihres Kohlenstoffgehalts. Wenn eine der Spulen an peraturkoeffizienten der Frequenz dieser verschiedenen einem Punkt angeordnet ist, an dem die Temperatur Proben die gleichen. Folglich kann auch bei Führen des Objektes leicht durch einen anderen Thermometerverschiedenartiger Stahlplatten mi! unterschiedlichem 40 typ, z. B einen Kontaktthermometer, gemessen wer-Kohlenstoffgehall und unterschiedlicher Härte über den kann, oder wo es leicht möglich ist, die Temperatur den VerarbeitungswKg die Temperaturdifferenz T₁₂ des Objekts anzunehmen, und wenn die durch die zweier Meßpunkte nach den folgenden Gleichungen eine Spule gemessene Iemperalur in der gemessenen gemessen werden, ohne daß es nötig wäre, den Koeffi- Temperaturdifferenz addiert wird, ist es leicht möglich, zienten des Vervielfältigers auszuwechseln. 45 die talsächliche Temperatur zu messen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Messen der Temperaturdifferenz zweier in einem Anstand voneinander S befindlicher Punkte an der Oberfläche eines Metailkörpers mittels kontaktloser Os7.illatioiisihcrmometer, dadurch gekennzeichnet, daß folgende Teile vorgesehen sind: ein Paar Oszillatoren (3, 4) mit einem Paar MeDspulen (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 Digitalanalogumwandlcr (6) zum Umwandeln des Signals, und ein Vervielfacher (7) zum Multiplizieren des Ausgangs des Digitalanalogumwandlers mit einer Konstanten oder dem reziproken Wert des Temperaturkoelfizienten der Frequenz.

2. Verfahren zum Messen der Temperaturdifferenz zweier in einem Abstand voneinander befindlicher Punkte an der Oberfläche eines Metallkör- as pers mittels kontaktloser Oszillationsthermomeler, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: Anordnen eines Paares lemperaturempfintJlicher Spulen eines Oszillatorpsares nahe an der Oberfläche, Erzeugen eines Signales entsprechend dem Komplement des Verhältnisses der Ausgungsfrequen/en der Oszillatoren, bzw. cntpsrechend der Differenz der Ausgangsfrequen/en, Digitahinaingumwandlung des Signals und Multiplizieren des umgewandelten Signals mit einer Konstanten oiler dem reziproken Wert des Temperaturkoeffizienten der Frequenz.