DE2329804A1

DE2329804A1 - Temperaturabtastvorrichtung, insbesondere fuer gluehoefen oder nachwaermoefen

Info

Publication number: DE2329804A1
Application number: DE19732329804
Authority: DE
Inventors: Ian Reginald Ashcroft; Paul Everitt English; William Robert Laws; Herbert Raymond Mcchesney; Paul Alfred Norris; Frank Michael Salter
Original assignee: British Iron and Steel Research Association BISRA
Current assignee: British Iron and Steel Research Association BISRA
Priority date: 1972-06-16
Filing date: 1973-06-12
Publication date: 1974-01-03
Also published as: JPS4953090A; GB1429769A; FR2189726B1; FR2189726A1

Description

Pot.ntonwolt 2 3 2 9 8 0 A Karl A. Brose

Dlpl.-lng.

D-8023 München - Pullach
W*Mrtr.2,I.Hde. 7930570,7931712

vln/au Mlinchen-Pullach, 12. Junl 1973

THE BRITISH IRON AND STEEL RESEARCH ASSOCIATION, 24 Buckingham Gate, London S.W.1, England

Temperaturabtastvorrichtung, insbesondere für Glühöfen oder Nachwärraöfen.

Die Erfindung betrifft eine Temperatürabtastvorrichtung, die beispielsweise für die Temperaturmessung bei Metallbrammen oder •»Platinen in Glühöfen oder Nachwärmöfen für Stahlplatinen verwendet werden kann, wie diese in der deutschen Patentanmeldung P 22 61 197.8 (G 72 45 794.4) beschrieben sind.

In der zuvor genannten Anmeldung ist ein Glühofen für Stahlplatinen beschrieben, welcher eine Vielzahl von Temperaturfühlern aufweist, welche an der Unterfläche der Stahlplatinen gelegen sind bzw. zu liegen kommen, wenn diese durch den Ofen wandern und wobei die Fühler ein thermoelektrisches Element zur Erzielung einer Temperatürablesung an den Unterflächen der erwärmten Platinen enthalten. Bei einer solchen Anordnung ist das thermoelektrische Element in Jedem Fühler in einer geeigneten Halterung angeordnet und zwar am Abtastende des Fühlers, «bwohl die Halterung oder Abstützung für das thermoelektrische Element auch thermisch gegen den übrigen Fühler

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isoliert sein kann, können nichtsdestoweniger Probleme entstehen, wenn man genaue Messungen der Piatinentemperatur erhalten will, da im allgemeinen eine Wärmeübertragung zwischen der Halterung oder Abstützung für das thermoelektrische Element und dem Inneren des Fühlers hin stattfindet, wodurch sich eine ungenaue Messung der Flächentemperatur der Platine ergibt.

Es ist Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Temperaturfühler zu schaffen, der in einer Umgebung mit hoher Temperatur verwendet werden kann und zwar zum Messen der Temperatur eines Gegenstandes, der in dieser Umgebung gelegen ist und es ist schließlich ein spezielles, Jedoch nicht ausschließliches Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Temperaturfühler zu schaffen, der zum Messen der Platinentemperatur in Glühöfen für Stahlplatinen verwendet werden kann, wobei die Temperatur in der Größenordnung von 1.300° C liegen kann. In einer Hinsicht schafft die vorliegende Erfindung einen Temperaturfühler, der aus einem Gehäuse und wenigstens zwei Temperaturabtastelementen besteht, die in diesem Gehäuse gelegen sind, jedes dieser Elemente ist im wesentlichen thermisch gegenüber dem Gehäuse isoliert; ein erstes dieser Elemente 1st an einem Ende des Gehäuses gelegen, so daß es dicht an einen Gegenstand gebracht werden kann, dessen Temperatur gemessen werden sol)., und ein zweites dieser Elemente ist nach innen zu im axialen Abstand zum ersten Element in dem Gehäuse gelegen und kann eine axiale Komponente der Wärme messen, die nach imen vom ersten Element her in das Gehäuse übertragen wird.

In einer weiteren Hinsicht betrifft die Erfindung einen Glühofen für Metallplatinen mit Mitteln zum Abstützen der Metallplatinen während ihrer Bewegung durch den Ofen, mit einer Vielzahl von Wärmequellen innerhalb des Ofens und mit wenigstens einem Temperaturfühler, der in einer Höhe unterhalb des oberen

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Aschnitts oder der oberen Fläche der Abstutzeinrichtung gelegen ist, dieser Fühler umfaßt ein Gehäuse und wenigstens zwei Temperaturabtastelemente, die in dem Gehäuse angardnet sind und gegenüber diesem Gehäuse im wesentlichen thermisch isoliert sind, ein erstes dieser Elemente ist an einem Ende des Gehäuses gelegen und ein zweites dieser Elemente ist nach innen zu in axialem Abstand zum ersten Element im Gehäuse gelegen, wobei die Anordnung so getroffen lab, daß im Betrieb das erste der Elemente dicht an die Uhterfläche einer Platine und zu dieser hinweisend angeordnet ist, wobei das erste Element im wesentlichen gegenüber einer Strahlung vom Inneren des Ofens abgeschirmt ist, so daß also das erste Element nur die Strahlung empfängt und mißt, die von der Unterfläche der Platine stammt und wobei das zweite Element eine axiale Komponente der Wärme mißt, die nach innen zu in das Gehäuse vom ersten Element her übertragen wird.

Jedes der Temperaturabtastelemente kann aus einem ebenen Metallteil bestehen, in bevorzugter Weise einer Stahlscheibe, bei welcher dicht ein thermoelektrische Element angeordnet ist. Die erste Scheibe, die an dem Ende des Gehäuses gelegen 1st,- weist gewuhnlich einen kleineren Durchmesser auf als die zweite Scheibe, die nach innen zu in axialem Abstand von der ersten gelegen ist, wobei im wesentlichen die ganze axiale Komponente der Wärme, die von der ersten Scheibe her nach innen in das Gehäuse übertragen wird, von der zweiten Scheibe aufgefangen wird. In bevorzugter Welse ist für Jede Scheibe eine skelettartige Abstütz- oder Haltevorrichtung vorgesehen, die sich zu der Scheibe vom Gehäuse her hin erstreckt, so daß die vom Gehäuse zu den Scheiben hin geleitete Wärme minimal ist.

Das Innere des Gehäuses 1st in bevorzugter Weise im wesentlichen mit thermisch isolierendem Material ausgefüllt und auch

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das Äussere des Gehäuses ist in bevorzugter Weise mit einem thermisch isolierendem Material umgeben, welches plan mit dem Ende des Gehäuses abschließt, wobei das erste Abtastelement hinsichtlich der Umgebungsstrahlung abgeschirmt ist und nur diejenige Strahlung von dem ersten Element aufgefangen wird, die von dem Gegenstand stammt, dessen Temperatur gemessen werden soll.

Der Temperaturfühler nach der vorliegenden Erfindung kann auch wenigstens ein zusätzliches Teraperaturabtastelement enthalten, das innerhalb des Gehäuses an der inneren Seitenwand desselben angeordnet ist_r um eine radiale Komponente der Wärme zu messen, die auf diese Wand vom ersten Temperaturabtastelement übertragen wird.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung eines AusfUhrungsbeispiels unter Hinweis auf die Zeichnung. Es zeigt:

Figur 1 eine Schnittdarstellung durch den Fühler, der an

einer geeigneten Kühlenden Halterung angeordnet ist, und wobei ein Teil der thermischen Isolation innerhalb des Fühlergehäuses zur besseren Übersicht weggelassen wurde; und

Figur 2 eine Draufsicht auf den Fühler von Figur 1, wobei auch wiederum ein bestimmter Teil der thermischen Isolation weggelassen wurde.

Der im folgenden beschriebene Temperaturfühler ist durch eine geeignete, wassergekühlte Halterung M in Lage gehalten, um ihn in einem Glühofen für Stahlplatinen S verwenden zu können, und er bes-teht aus einem Gehäuse 10, welches zwei Abta&scheiben

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12 und 14 heitert, die jeweils so gut wie möglich gegenüber dem Gehäuse 10 thermisch isoliert sind.

Das Gehäuse 10 weist eine allgemein zylindrische Form auf und wird im Gebrauch in einem Glühofen in aufrechter Lage angeordnet, wie dies gezeigt ist, wobei das untere Ende durch ein Paar halbkreisförmiger Klemmplatten 16 verschlossen ist und das obere Ende oder dasAtastende des Gehäuses 10 enthält die Abtsetschelben 12 und 14. Das Gehäuse 10 ist vollständig durch eine Hülle 18 umgeben, die aus einem thermisch isolierendem Material besteht und das Innere des Gehäuses ist mit einem weiteren thermisch isolierendem Material/ausgekleidet und zwar von den Platten 16 an aufwärts bis zur Höhe des oberen Endes des Gehäuses. An diesem oberen Ende des Gehäuses 10 sind die zwei Abtastscheiben 12 und 14 so angeordnet, daß sie in der Mittellinie des Gehäuses gelegen sind und einen Abstand zueinander aufweisen. Die aussere Scheibe 12 schließt plan mit dem oberen Ende des Gehäuses 10 ab, während die innere Scheibe 14 in geeignetem Abstand unterhalb der ersten Scheibe 12 gelegen ist. Bei einem AusfUhrungsbeispiel weist die erste Scheibe 12 einen Durchmesser von 1,0 cm auf; die zweite Scheibe 14 weist einen Durchmesser von 1,3 cm auf, während der Abstand zwischen den zwei Scheiben in der Größenordnung von 1 cm liegt. Jede der Abtastscheiben 12 und 14 weist jeweils ein thermoelektrisches Element 12a und 14a auf, welches an der Uhterflache der betreffenden Scheibe befestigt ist und wobei die Leitungen vom thermoelektrisehen Element nach unten verlaufend verlegt sind uid dabei durch die thermische Isolationsmasse 20 reichen, die in dem Gehäuse 10 angeordnet ist und aus geeigneten öffnungen, die zwischen den Klemmplatten 16 am unteren Ende des Gehäuses ausgebildet sind, herausgeführt sind.

Es sei hervorgehoben, daß es äusserst wünschenswert ist, die

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bestmögliche thermische Isolation der Abtastscheiben 12 und 14 relativ zum Gehäuse 10 aufrechtzuerhalten und dieses Ziel wird bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel dadurch erreicht, daß Jede Scheibe 12 und 14 zum Gehäuse 10 hin mit Hilfe von dreigliedrigen Stegvorrichtungen 22 und 24 gehaltert ist (siehe Figur 2). Jede Scheibe 12 und 14 und die diese halternde Stegvorrichtung 22 und 24 ist gewöhnlich aus Stahl mit hohem Kobaltgehalt hergestellt und Jede Stegvorrichtung kann relativ zum Gehäuse 10 hin durch Anschweißen an zugeordnete Stutzstifte 26 in Lage gehalten werden, welche Stutzstifte sich in radialer Richtung durch die Gehäusewände zum Inneren hin erstrecken; ein Stift 26 ist für Jedes Glied Mr Jede der zwei Stegvorrichtungen 22 und 23 vorgesehen*

Bei der Anwendung des Temperaturfühlers in einem Nachwärmofen oder Glühofen für Stahlplatinen ist Jeder Fühler auf einer wassergekühlten Halterung 28 montiert und zwar in einer solchen Lage, daß die äussere Abtastscheibe 12 dicht an die Unter fläche der Stahlpiatinen gehalten wird, die durch den Ofen geführt werden. Die wassergekühlte Halterung kann irgendeine herkömmliche Form aufweisen, die für die Auslegung des Ofens günstig 1st und, wie dies gezeigt ist, kann die Halterung einen Wassermantel 30 aufweisen, welcher ein zentral gelegenes hohles Rohr 32 umgibt, durch welches die Leitungen der thermoelektrischen Elemente 12a und 14a geführt sind.

Wie bereits an früherer Stelle erwähnt wurde, kann die Temperatur in einem Nachwärmofen oder Glühofen ca. 1.300° C betragen und bei derartigen Umgebungen kann die äussere Abtastacheibe 12 fortwährend Wärme von ihrer Unterflärche zum Inneren des Gehäuses 10 hin übertragen, wodurch eine ungenaue Messung der Flächentemperatur der Platine durch das zugeordnete thermoelektrische Element 12a erhalten wird. Die zweite Abtaetscheibe 14 in der Konstruktion hat die Aufgabe, die Wärme zu messen, die von

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der Uhterflache der Museeren Scheibe 12 her ins Innere des Gehäuses hin übertragen wird, wobei die Platinentemperatur dann genau aus der Kombination der zwei gemessenen Temperaturen berechnet werden kann» die von den thermoelektrische!! Elementen 12a und 14a geliefert werden. Um eine genaue Messung der Wärme zu vereinfachen, die von der Scheibe 12 zur Scheibe 14 übertragen wird, weist die Scheibe 12 einen kleineren Durchmesser als die Scheibe 14 auf, so daß im wesentlichen die gesamte, von der Unterfläche der kleineren Scheibe 12 übertragene Wärme von der Fläche der größeren Scheibe 14 aufgefangen werden kann und durch das zugeordnete thermoelektrische Element 14a gemessen werden kann«

Obwohl ein Temperaturfühler, wie dieser zuvor beschrieben wurde, in der Praxis gut funktioniert, so kann es doch auftreten, daß die innere Scheibe 14 nicht die gesamte Wärme messen kann, die von der äussere« Scheibe 12 her übertragen wurde. Die von der äusseren Scheibe 12 (!betragene Wärme kann eine bestimmte radial gerichtete Komponente aufweisen und für eine erhöhte Genauigkeit kann es wünschenswert sein, in das Gehäuse 10 ein weiteres thermoelektrisches Element in Lage zu bringen und zwar an der inneren Seitenwand des Gehäuses, um diese radial gerichtete WMrraestrahlungskomponente, die x>n der Scheibe 12 ausgeht und zu der genannten Wand hin verläuft, zu messen, so daß dann die Platinentemperatur aus einer Kombination der von den thermoelektriechen Elementen 12a, 14a und dem weiteren Element gemessenen Temperaturen berechnet werden kann. In Figur 1 der Zeichnungen ist ein derartiges weiteres thermoelektrisches Element mit 34 angezeigt, welches sich nahezu auf gleicher Höhe mit der inneren Scheibe 14 befindet, obwohl diese Lage nicht absolut kritisch ist. Es besteht auch die Möglichkeit, noch weitere thermoelektrische Element in vorteilhafter Weise in dem Gehäuse 10 oder den Platten 16 anzuordnen, um weitere Komponenten der

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Wärmeübertragung zu messen.

Es sei hervorgehoben_f daß es äusserst wichtig ist» daß die äussere AbtsStscheibe 12 nur diejenige Wärme mißt oder abtastet, die auf diese direkt von der Unterfläche einer Platine in dem Glühofen auftrifft und daß es von gleicher Wichtigkeit ist, daß die zweite Abtastscheibe 14 nur.so arbeitet, daß sie die von der äueseren Scheibe 12 auf sie selbst übertragene Wärme mift. Um dies zu erreichen, sind die Isolationen 18 und 20 aus thermisch isolierendem Material jeweils sowohl ausserhalb des Gehäuses 10 als auch innerhalb des Gehäuses vorgesehen und auch ebenso innerhalb des Raums zwischen den Abtastscheiben 12 und 14 und den entsprechenden Halterungsstegvorrichtungen 22 und 24, wobei die Scheiben 12 und 14 üblich vom Gehäuse 10 "thermisch entkoppelt" sind.

Sämtliche in der Beschreibung erkannten und in den Zeichnungen dargestellten technischen Einzelheiten sind für die Erfindung von Bedeutung.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Λ) Temperaturfühler, insbesondere für Nachwärmöfen oder Glühöfen, mit einem Gehäuse und einer Temperaturabtasteinrichtung, die in dem Gehäuse angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Temperaturabtastelemente (12, 12a, 14, 14a) in dem Gehäuse (10) angeordnet und thermisch gegenüber diesem Gehäuse isoliert sind; daß ein erstes der Elemente (12, 12a) an einem Ende des Gehäuses gelegen ist, so daß es dicht an einen Gegenstand heranfUhrbar 1st, dessen Temperatur gemessen werden soll, und daß ein zweites der Elemente (14, 14a) zum Inneren dee Gehäuses hin in axialem Abstand zum ersten Element gelegen Jst, derart, daß es eine axiale Komponente der Wärme messen kann, die von den ersten Element ins Innere des Gehäuses hin übertragen wird.
2. Temperaturfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Temperaturabtastelemente aus einem ebenen Metallteil (12, 14) mit einem thermoelektrischen Element (12a, 14a), welches jeweils dicht an dem Metallteil anliegt, besteht.
3. Temperaturfühler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallteile (12, 14) jeweils aus einer ersten und einer zweiten Scheibe bestehen, daß die erste Scheibe an dem Ende des Gehäuses (10) gelegen 1st und einen kleineren Durchmesser als die zweite Scheibe aufweist., die im axialen Abstand zur ersten Scheibe in dem Gehäuse gelegen 1st, derart, daß im wesentlichen die gesamte axial gerichtete Komponente der nach innen in das Gehäuse von der ersten Scheibe her übertragenen Wärme von der zweiten Scheibe auffangbar 1st.
4. Temperaturfühler nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente bzw. Metalltel-

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le (12, 14.) durch skelettartige Halterungen (22, 24) In Lage gehalten sind, die sich vom Gehäuse (10) zu diesen Elementen bzw. Teilen hin erstrecken, derart, daß die Wärmeleitung vom Gehäuse zu den Elementen bzw. Teilen hin minimal ist.
5. Temperaturfühler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Innere des Gehäuses (10) im wesentlichen mit einem thermisch isolierendem Material (20) gefüllt ist und daß das Aussere des Gehäuses durch ein thermisch isolierendes Material verkleidet ist, welches plan mit dem Ende des Gehäuses abschließt, so daß das erste Element (12, 12a) gegenüber einer Umgebungsstrahlung abgeschirmt ist und nur diejenige Strahlung von dem ersten Element auffangbar ist, welche von dem Gegenstand ausgeht, dessen Temperatur gemessen werden soll.
6. Temperaturfühler nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadueh gekennzeichnet, daß wenigstens ein weiteres Temperaturabtastelement (34) in dem Gehäuse an der inneren Seitenwand desselben angeordnet ist, um eine Wärmestrahlungskomponente zu messen, die von dem ersten Element (12, 12a) zu dieser Wand hin verläuft.
7· Glühofen für Metallplatinen mit einer Einrichtung zum Abstützen der Metallplatinen während der Bewegung derselben durch den Ofen, mit einer Vielzahl von Wärmequellen in dem Ofen und wenigstens einem Temperaturfühler innerhalb des Ofens, dadurch gekennzeichnet, daß der Fühler aus einem Gehäuse (10) und wenigstens zwei Temperatürabtastelementen (12, 12a, 14, 14a) besteht, die innerhalb des Gehäuses gelegen sind und die im wesentlichen gegenüber dem Gehäuse thermisch Isoliert sind, daß das erste der Elemente (12, 12a) an einem Ende des Gehäuses gelegen ist und daß ein zweites der Elemente (14, 14a) nach innen zu im axialen Abstand zum ersten Element gelegen ist, derart,

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daß Im Betrieb das erste Element dicht an eine zu erhitzende Platine heranfUhrbar ist und zu dieser hinweist und das Element gegenüber der Umgebungsstrahlung innerhalb des Ofens abgeschirmt ist, so daß nur die Strahlung von dem ersten Element aufgefangen und gemessen wird, die ausschließlich von der Fläche der Platine stammt, und daß das zweite Element eine axial gerichtete Komponente der Wärme mißt, welche nach innen zu in das Gehäuse vom ersten Element aus Übertragen wird.
8. Glühofen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß Jedes der Temperaturabtastelemente aus einem ebenen Metallteil (12, 14) und jeweils einem thermoelektrischen Element (12a, 14a) besteht, welches dicht an dem jeweiligen Metallteil anliegt.
9. Glühofen nach Anspruch 8, dadurdh gekennzeichnet, daß die Teile (12, 14) jeweils aus einer ersten und einer zweiten Scheibe bestehen, daß die erste Scheibe an dem Ende des Gehäuses gelegen ist und einen kleineren Durchmesser als die zweite Scheibe aufweist, die im axialen Abstand von der ersten Scheibe im Inneren des Gehäuses gelegen ist, derart, daß im wesentlichen die gesamte axial gerichtete Wärmestrahlungskomponente, die in das Gehäuse hinein gerichtet ist und von der ersten Scheibe ausgeht, von der zweiten Scheibe auffangbar 1st.
10. Glühofen nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein zusätzliches Temperaturabtastelement (34) innerhalb des Gehäuses an der inneren Seitenwand desselben angeordnet ist, um eine radial gerichtete Wärmestrahlungs· komponente zu messen, die von dem ersten Element (12, 12a) zu dieserlfend hin verläuft.
11. Glühofen nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Innere des Gehäuses (10) im we-

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sentlichen mit einem thermisch isolierendem Material (20) ausgefüllt ist und daß das Aussere des Gehäuses mit einem thermisch isolierendem Material umgeben ist, welches mit dem Ende des Gehäuses fluchtend abschließt.

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