DE2332933A1

DE2332933A1 - Waermestrahlungsmessgeraet

Info

Publication number: DE2332933A1
Application number: DE19732332933
Authority: DE
Inventors: Hans Raeber
Original assignee: COBRA AG INFRARED SYSTEMS Inc
Current assignee: COBRA AG INFRARED SYSTEMS Inc
Priority date: 1973-06-07
Filing date: 1973-06-28
Publication date: 1975-01-02
Also published as: DE2332933B2; DE2365867A1; CH553974A

Description

DR. MÜLLER-BOR^ DIPL-PHYS. Dft. MANITZ DIFL.-CHEM. DR. DEUFEL DIPL-INQ. FINSTERWALD DIPL-INQ. GRAMKOW

München, den 28. Juni 1973 Fi/Sv - 0 2724

AG
COBBA/OTFEABED SYSTEMS INC.

6370 Stans, Schwelζ

WärmeStrahlungsmeßgerät

Die Erfindung betrifft ein Wärmestrahlungsmeßgerät, bestehend aus einer WiderstandsmeSbrücke mit temperaturabhängigen, zumindest teilweise einer Wärmestrahlung aussetzbaren elektrischen Widerständen.

Es ist bekannt, zur berührungslosen Messung von Temperaturen temperaturabhängige elektrische Widerstände zu verwenden.

Die Messung der Wärmestrahlung stellt eine spezielle Art der Temperaturmessung dar. Hierbei wird der temperaturabhängige elektrische Widerstand durch die Wärmestrahlung in seiner Eigentemperatur beeinflußt. Derartige Messungen werden vielfach mit Hilfe von Brückenschaltungen durchgeführt, wobei zur Kompensation der Raumtemperatur in die Brückenschaltung ein zweiter temperaturabhängiger elektrischer Widerstand eingeschaltet wird, der jedoch nicht

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der zu messenden Wärmestrahlung ausgesetzt wird.

Alle nach dem geschilderten Prinzip arbeit endenbekannt en Temperaturmeßgeräte besitzen jedoch den wesentlichen Nachteil, daß sie naturbedingt einen relativ großen Störpegel dann aufweisen, wenn die Erwärmung des temperaturabhängigen Widerstandes nicht genügend groß ist.

Aufgabe der !Erfindung ist es, ein Wärmestrahlungsmeßgerät der eingangs angeführten Gattung zu schaffen, das ein besonders günstiges Verhältnis von Nutzsignal zu Störsignal auch bei geringer Wärmestrahlung aufweist und konstruktiv besonders einfach und wirtschaftlich realisierbar ist.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß mindestens xwei temperaturabhängige Widerstände thermisch sehr eng gekoppelt sind und daß die durch den Temperaturgradienten entlang den genannten Widerständen erzeugte Spannung an der Widerstandebrücke als Haß für die Wärmestrahlung verwendet ist.

Vorzugsweise bestehen die temperaturabhängigen Widerstände zumindest paarweise aus einem einzigen Stück Widerstand·*· material, wodurch sich eine sehr enge thermische Kopplung ergibt.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind sämtliche zur Meßbrücke gehörenden Widerstände zu einem Widerstandsblock mit räumlich verteilten Anschlüssen zusammengefaßt. Biese Ausführungsform zeichnet sich durch ein besonders vorteilhaftes Verhältnis von Hutzsignal zu Störsignal aus.

Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist wenigstens ein Paar temperaturabhängiger Widerstand.« sehr nah· beieinander auf einem Substrat aufgebracht. Bi θ ba&iuant»

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Hybridtechnik ermöglicht aufgrund der Miniaturisierung sehr enge thermische Kopplungen, so daß diese Hybridtechnik unter Ausnutzung der ihr eigenen Vorteile besonders günstig zur Herstellung eines Wärmestrahlungsmeßgerät s gemäß der Erfindung verwendet werden kann.

Veiter· vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; in der Zeichnung zeigt:

fig. 1 ein Schaltbild der bekannten Wheat ston'sehen Brücke, die

Fig. 2 und 3 Diagramme zur Erläuterung der Erfindung,

Pig. 4 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform thermisch gekoppelter Widerstände, die

Pig. 5, 6 und 7 weitere Ausführungsformen von einteiligen Widerstandspaaren,

Fig. 8 ein Schaltbild einer Wheat st on'sehen Brücke mit zwei der Wärmestrahlung auszusetzenden Widerständen, die

Fig.9» 10 und 11 schematische Darstellungen konstruktiver Ausgestaltungen der Heßanordnung nach Fig. 8, und die

Fig.12, 13 und 14 gemäß der Hybridtechnik miniaturisierte Ausführungsformen der Erfindung.

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Fig. 1 zeigt die bekannte Wheat st on'sehe Brücke mit den vier Anschlußpunkten 5» 6, 7 und 8 und den elektrischen Widerständen 1, 2, 3. und 4. Es sei angenommen, der Widerstand 1 sei ein temperaturabhängiger elektrischer Widerstand und werde einer Wärmestrahlung ausgesetzt. Zur Kompensation der Raumtemperatur können der Widerstand 2 oder 3 oder sämtliche Widerstände als temperaturabhängige Widerstände ausgebildet sein.

Im folgenden wird angenommen, daß der Widerstand 2 den Kompensationswiderstand bildet. Somit ändern sich die Widerstände 1 und 2 in genau gleichem Maße mit der Raumtemperatur und der Widerstand 1 ändert sich zusätzlich noch durch den Einfluß der Wärmestrahlung. Der durch die Wärmestrahlung verursachte Temperaturverlauf, in Funktion der Zeit, ist in Pig. 2 als Kurve 9 dargestellt.

Gemäß der Erfindung sind die Widerstände 1 und 2 thermisch sehr eng gekoppelt. Ist keine Wärmestrahlung vorhanden, so weisen die Widerstände 1 und 2 Raumtemperatur auf (die Erwärmung der Widerstände durch den Meßstrom ist sehr gering und bracht daher bei dieser Betrachtung nicht berücksichtigt zu werden). Unter dem Einfluß der Wärmestrahlung erwärmt sich der Widerstand 1. Durch die thermisch enge Kopplung zwischen den Widerständen 1 und 2 erwärmt sich aber auch sukzessive der Widerstand 2. Die Temperaturmessung geht daher in die Messung eines Temperaturgradienten zwischen den Widerständen 1 und 2 über, der aber primär eine Funktion der Wärmestrahlung auf den Widerstand 1 ist. Die Temperatur des Widerstandes 2 kann also unter Umständen auch von der Raumtemperatur abweichen. Indessen ist die Temperaturdifferenz A. T von Widerstand 1 zu Widerstand 2 eine genau definierte Funktion der Wärmestrahlung. Dieser durch die Wärmestrahlung verursachte Temperaturverlauf, in Funktion der Zeit, ist in Fig. 3 als Kurve 9 für den Widerstand 1 und als Kurve 10 für den Widerstand 2 dargestellt.

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Pig. 4 zeigt schematisch die konstruktive Ausbildung von thermisch gekoppelten Widerständen. In diesem Beispiel sind die beiden Widerstände 1 und 2 aus einem einzigen Stück Widerstandsmaterial 12 gefertigt und daher thermisch sehr eng gekoppelt. Es könnte z.B. ein zylindrischer Widerstandskörper mit den Anschlüssen 5 und 7 en. beiden Enden und einem Mittelabgriff 6 verwendet werden. Die Wärme strahlung 11 darf dabei nur eine Hälfte des gesamten Widerstandkörpers treffen.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Beispiel eines U-förmigen Körpers 13 aus Widerstandsmaterial mit an den Stirnflächen der Schenkel angebrachten Anschlüssen 6, 8 und einem Hittelabgriff 5 am Verbindungssteg· Einer der Schenkel ist mit der Wärmestrahlung 11 beaufschlagt. Sie thermische Kopplung ist wiederum sehr eng, weil der Körper 13 aus einem Stück gefertigt ist.

Die fig. 6 und 7 zeigen weitere Beispiele von thermisch eng gekoppelten einstückigen Widerstandspaaren, wobei im falle der Fig. 6 ein quaderförmiger Körper und im Falle der Fig.7 ein im Längsquerschnitt trapezförmiger Körper gezeigt ist. Die Widerstände der betreffenden Zweige der Meßbrücke werden an den Körpern 14- bzw. 13 durch geeignete Kontaktierung 5» 6, 8 ausgebildet. In beiden Figuren ist der Stromfluß durch strichlierte Linien schematisch eingetragen.

Um das Brückensignal zu erhöhen, können, wie in Fig. 8 angedeutet, sowohl der Widerstand 1 als auch 4· bestrahlt werden. Selbstverständlich sind dann die Widerstandspaare 1, 2 bzw. 3, 4· gleichartig auszubilden. Eine entsprechende Kombination ist auch mit den Widerständen 2 und 3 möglich.

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Fig. 9 zeigt in schematischer Weise die konstruktive Ausbildung einer derartigen Meßanordnung. Während in den Beispielen in Fig. 4 bis 7 nur die Widerstände 1 und 3 thermisch eng gekoppelt sind, sind bei der Ausführungsform nach Pig. 9 nun sämtliche Widerstände thermisch eng gekoppelt. Dadurch wird das Verhältnis vom Nutzsignal zum Störsignal besonders günstig.

Die Ausführungsformen nach den Pig. 10 und 11 unterscheiden sich von der konstruktiven Gestaltung nach Pig. 9 durch unterschiedliche Formgebung des einteiligen Widerstandskörpers, wobei diese Formgebung entsprechend den jweiligen Bedürfnissen erfolgen kann.

Da di· bekannte Hybridtechnik aufgrund der möglichen Miniaturisierung ebenfalls sehr enge thermischeKopplungen ermöglicht, kann nach dieser Technik auf besonders vorteilhafte Weise ein Wärmestrahlungsmeßgerät gemäß der Erfindung aufgebaut werden. Beispiele dafür sind in den Fig. 12 bis 14 dargestellt. Im Falle der Ausführungsform nach Fig. 12 sind die beiden Widerstände- auf einem Substrat 12 flächenhaft sehr nahe nebeneinander angeordnet, wodurch sich die:erwünschte enge thermische Kopplung ergibt.

Weitere Beispiele zeigen die Fig. 13 und 14, wobei in diesen Zeichnungen die zu bestrahlenden Bereiche von V/iderstandspaaren schraffiert gekennzeichnet sind. Durch geeignete Abdeckungen oder spezielle Gestaltung der jeweiligen Optik ist ohne Schwierigkeiten zu erreichen, daß jeweils nur die gewünschten Widerstände bzw. gewünschten Widerstandsbereiche der Wärmestrahlung ausgesetzt werden.

- Patentansprüche -

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Claims

Patentansprüche

/i.jWärmeetrahlungsmeßgerät, bestehend aus einer Widerstands- *-"^ meßbrücke alt temperaturabhängigen, zumindest teilweise einer Wärmestrahlung aussetzbaren elektrischen Widerständen, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei temperaturabhängige Widerstände thermisch sehr eng gekoppelt sind und daß die durch den Temperaturgradienten entlang den genannten Widerständen erzeugte Spannung an der Widerstandsbrücke als Haß für die Wärmestrahlung verwendet ist.

2. Wärmestrahlungsmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch g e kennz eichnet, 'daß bei einer aus zwei thermisch sehr eng gekoppelten Widerständen bestehenden Anordnung einer der beiden Widerstände zumindest teilweise der Wärmestrahlung ausgesetzt ist.

5. Wärme Strahlungsmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die thermisch sehr eng gekoppelten Widerstände wenigstens eine relativ große Berührungsfläche aufweisen.

4-. Wärmestrahlungsmeßgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die temperaturabhängigen Widerstände zumindest paarweise aus einem einzigen Stück Widerstandsmaterial bestehen.

5. Wärme Strahlungsmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche zur Meßbrücke gehörenden Widerstände zu einem Widerstandsblock mit räumlich verteilten Anschlüssen zusammengefaßt sind.

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6. Wärme Strahlungsmeßgerät nach Anspruch 4, dadurch g e kennz eichnet, daß ein temperaturabhängiges Widerstandspaar aus einem U-förmigen Körper aus Widerstandsmaterial besteht, wobei jeweils an den freien Enden der Schenkel Anschlüsse (6, 8) vorgesehen sind und am Verbindungsteil der beiden Schenkel ein gemeinsamer Anschluß (5) angebracht ist.

7. WärmeStrahlungsmeßgerät nach Anspruch 4- oder 5» dadurch gekennzeichnet, daß das einstückige Widerstandsmaterial die Form eines Quaders oder eines Pyramidenstumpfes aufweist, wobei jeweils ein gemeinsamer Anschluß (5) für ein Widerstandspaar an einer Endfläche vorgesehen ist und getrennte Anschlüsse (6, 8) an oder im Bereich der dieser Endfläche gegenüberliegenden Endfläche angebracht sind.

8. WärmeStrahlungsmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Paar temperaturabhängiger Widerstände sehr nahe beieinander auf einem Substrat aufgebracht ist.

9. WärmeStrahlungsmeßgerät nach Anspruch 8, dadurch g e ken nz eichnet, daß zwei die Meßbrücke bildende Widerstandspaare auf ein Substrat unmittelbar nebeneinanderliegend aufgebracht sind und daß jeweils ein Teil dieser Widerstandspaare der Wärmestrahlung ausgesetzt ist.

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