DE2258490C3 - Verfahren und Vorrichtung zum Messen von Temperaturunterschieden an Metalloberflächen - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Messen von Temperaturunterschieden an MetalloberflächenInfo
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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 -JxIf2) 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
daß sie ihn berühren
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 (2)
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.
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