DE2427892A1 - AUTOMATIC RADIATION PYROMETER - Google Patents
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SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Erlangen,SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Erlangen,
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Automatisches StrahlungspyrometerAutomatic radiation pyrometer
Die Erfindung bezieht sich auf ein automatisches Strahlungspyrometer. The invention relates to an automatic radiation pyrometer.
Für eine Messung von Temperaturen, insbesondere unterhalb 800° C, sind eine Reihe von Gesamtstrahlungs- bzw. Teil- · Strahlungspyrometern bekannt, bei denen jedoch vom Funktionsprinzip her das Emissionsvermögen des angemessenen Objekts in die Temperaturmessung mit eingeht. Dies führt jedoch besonders bei der Messung der Temperatur von metallischen Oberflächen, die je nach ihrem Zustand sehr unterschiedliche Emissionsvermögen aufweisen können, zu erheblichen Schwierigkeiten.For a measurement of temperatures, especially below 800 ° C, a series of total radiation or partial Radiation pyrometers known, but in which the functional principle the emissivity of the appropriate object is included in the temperature measurement. this leads to however, especially when measuring the temperature of metallic surfaces, which vary greatly depending on their condition Emissivities can cause significant difficulties.
Unabhängig vom Emissionsvermögen des Meßobjekts ist die Messung mit einem objektiven Farbpyrometer mit zwei für Strahlung unterschiedlicher Wellenlänge empfindlichen Fotoempfängern, sofern das Emissionsvermögen des Meßobjekts nicht auch noch wellenlängenabhängig ist. Jedoch ist in den oben angegebenen Temperaturbereichen die Empfindlichkeit eines üblicherweise mit Halbleiter-Fotoempfängern ausgestatteten Farbpyrometers zu gering und damit die Messung zu ungenau.The is independent of the emissivity of the test object Measurement with an objective color pyrometer with two sensitive to radiation of different wavelengths Photo receivers, provided that the emissivity of the test object is not also dependent on the wavelength. However is in the temperature ranges given above, the sensitivity of a usually with semiconductor photo receivers equipped color pyrometer too low and thus the measurement too imprecise.
Es besteht demgemäß die Aufgabe, ein automatisch arbeitendes Strahlungspyrometer zu schaffen, mit dem Temperaturen von Meßobjekten unabhängig vom Emissionsvermögen derselben gemessen werden können.Accordingly, there is the object of creating an automatically operating radiation pyrometer with which temperatures of measurement objects can be measured independently of the emissivity of the same.
Als Lösung der Aufgabe wird ein automatisches Strahlungspyrometer angesehen, das dadurch gekennzeichnet ist, daßAs a solution to the problem, an automatic radiation pyrometer is considered, which is characterized in that
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in den optischen Strahlengang eines an sich bekannten objektiven Farbpyrometers mit zwei für Strahlung unterschiedlicher Wellenlänge empfindlichen Fotoempfangern ein Temperaturstrahler eingefügt ist und daß der Ausgang des den Fotoempfängern nachgeschalteten Quotientenbildners bei kaltem Temperaturstrahler mit einem Speicherglied, beim ,Hochheizen des TemperaturStrahlers mit einem Vergleichsglied verbindbar ist, an dessen anderem Eingang der Ausgang des Speicherglieds liegt und daß eine Meßeinrichtung zur Bestimmung der Temperatur des Temperaturstrahlers auf elektrischem Wege bei Gleichheit der Eingangssignale des Vergleichsglieds vorgesehen ist.in the optical beam path of an objective color pyrometer known per se with two different for radiation Wavelength sensitive photo receivers Thermal radiator is inserted and that the output of the quotient generator connected downstream of the photo receivers with a cold temperature radiator with a storage element, when heating up the temperature radiator with a comparison element can be connected, at the other input of which the output of the storage element is located and that a measuring device for determining the temperature of the thermal radiator provided by electrical means when the input signals of the comparison element are equal is.
Ein derart aufgebautes Pyrometer ist somit sowohl im weiten Umfang von der Intensität der einfallenden Strahlung vom Meßobjekt, wie von dessen Emissionsvermögen unabhängig, da entsprechend der Auslegung des zusätzlichen Temperatur-Strahlers und seiner Stromversorgung relativ kurze Meßzyklen, die innerhalb der Ansprechzeit der bisher üblichen Anzeigegeräte liegen, erzielt v/erden können. Der Einfluß von Störparametern, wie Temperaturgang und Alterungserscheinungen, auf die Fotoempfänger des Farbpyrometers kann auf diese Weise vernachlässigbar klein gemacht werden.A pyrometer constructed in this way is thus largely dependent on the intensity of the incident radiation independent of the test object as well as its emissivity, since it is based on the design of the additional temperature radiator and its power supply relatively short measurement cycles, which are within the response time of the previously usual Display devices can be achieved. The influence of interfering parameters such as temperature response and Signs of aging on the photo receiver of the color pyrometer can be negligibly small in this way be made.
Zur Erläuterung der Erfindung ist in der Figur 1 ein Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt, Figur 2 zeigt ein Diagramm, in welchem die Ausgangsgröße des Quotientenbildners über der Temperatur des Temperaturstrahlers während eines Meßzyklus aufgetragen ist.An exemplary embodiment is shown in FIG. 1 to explain the invention shown schematically, Figure 2 shows a diagram in which the output variable of the quotient generator is plotted against the temperature of the temperature radiator during a measuring cycle.
Ein Meßobjekt 1, dessen Temperatur gemessen werden soll, beispielsweise ein Metall in dem für die Formgebung wichtigen Temperaturbereich zwischen 700 und 800° C wird mit- .· tels eines Farbpyrometers 2 angemessen, das in bekannterA measurement object 1, the temperature of which is to be measured, for example a metal in that which is important for shaping Temperature range between 700 and 800 ° C is used. means of a color pyrometer 2 appropriate, which in known
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Weise zwei in verschiedenen Wellenlängenbereichen empfindliche Fotoempfänger 3 "und 3' aufweist, deren Ausgangsgrößen ins Verhältnis zueinander gesetzt ein Maß für die Farbtemperatur des Meßobjekts sind. Die Verhältnisbildung findet in dem Quotientenbildner 4 statt, dessen Ausgangsgröße Q mit Hilfe eines Umschalters 5 auf ein speicherndes Glied 6 oder ein Vergleichsglied 7 geschaltet werden kann. Der zweite Eingang des Vergleichsgliedes 7 ist mit dem Ausgang des Speichergliedes 6 verbunden.Way, two sensitive photoreceivers in different wavelength ranges 3 "and 3 ', their output variables set in relation to one another are a measure of the color temperature of the measurement object. Relationship formation takes place in the quotient generator 4, the output variable Q of which is transferred to a storing element 6 with the aid of a switch 5 or a comparison element 7 can be switched. The second input of the comparison element 7 is connected to the output of the Memory element 6 connected.
In dem optischen Strahlengang des Farbpyrometers 2 ist ein zusätzlicher Temperaturstrahler 8 angeordnet, der die Fotoempfänger 3 und 3' ebenfalls ausleuchtet. Der Temperaturstrahler 8 wird aus einer steuerbaren Stromquelle 9 gespeist, die, wie auch der Umschalter 5- mit einem Steuer- und Rechenwerk 10 in Verbindung steht. Der Eingang des Steuer- und Rechenwerks 10 ist mit dem Ausgang des Vergleichsglieds 7 verbunden, an dem ein Signal auftritt, sobald die beiden Eingangssignale des Vergleichsglieds 7 übereinstimmen. Zur Ausgabe des Meßwerts dient beispielsweise eine digitale Anzeige 11, die ebenfalls von dem Rechenwerk 10 betätigt wird.In the optical beam path of the color pyrometer 2, an additional temperature radiator 8 is arranged, which the photo receiver 3 and 3 'also illuminate. The temperature radiator 8 is fed from a controllable power source 9, which, as well as the switch 5- with a control and arithmetic unit 10 communicates. The input of the control and arithmetic unit 10 is connected to the output of the comparison element 7 connected, at which a signal occurs as soon as the two input signals of the comparator 7 match. A digital display 11, which is also actuated by the arithmetic unit 10, is used, for example, to output the measured value will.
Ein Meßzyklus läuft folgendermaßen.ab: Das Meßobjekt 1 wird mittels des Farbpyrometers 2 angemessen und die dem Quotienten Q entsprechende elektrische Größe in dem Speicherglied 6 abgespeichert. Nach Umschalten des Ausgangs des Quotientenbildners 4 auf den einen Eingang des Vergleichsglieds 7 beginnt die Aufheizung des TemperaturStrahlers 8 durch die steuerbare Stromquelle 9, bis dieser eine Temperatur erreicht hat, die das gleiche Ausgangssignal am Quotientenbildner 4 erzeugt, wie bei der Messung des Meßobjekts 1. Bei Erreichung der Differenz Null in Vergleichsglied 7 gibt dieses ein Signal auf das Steuer- und Rechenwerk 10, welches zu diesem Zeitpunkt eine Messung der Tem* peratur des zusätzlichen TemperaturStrahlers 8 mittels der Meßeinrichtung 12 veranlaßt und auf der digitalen Anzeige 11 sichtbar werden läßt.A measuring cycle runs as follows: The DUT 1 is measured by means of the color pyrometer 2 and the electrical quantity corresponding to the quotient Q in the storage element 6 saved. After switching the output of the quotient generator 4 to one input of the comparison element 7, the heating of the temperature radiator 8 begins through the controllable current source 9 until it has reached a temperature that has the same output signal on The quotient generator 4 is generated, as in the measurement of the test object 1. When the difference zero is reached in the comparison element 7, the latter sends a signal to the control and arithmetic unit 10, which at this point in time a measurement of the temperature of the additional temperature radiator 8 by means of the Measuring device 12 initiated and made visible on the digital display 11.
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Die Messung der Temperatur des Temperaturstrahlers 8 geschieht wie üblich auf elektrischem liege, beispielsweise durch Messung des Heizstroms oder durch Messung des Widerstands .The measurement of the temperature of the temperature radiator 8 takes place as usual on an electrical bed, for example by measuring the heating current or by measuring the resistance.
Figur 2 zeigt den Verlauf der Ausgangsgröße des Quotientenbildners 4 bei einem Meßzyklus, der zum Zeitpunkt t0 beginnen und zum Zeitpunkt t^ enden soll. Als gestrichelte Gerade parallel zur Abszisse ist der Quotientenwert dargestellt, v/elcher der Objekttemperatur TQ entspricht und in dem Speicherglied 6 abgespeichert wird. Zum Zeitpunkt t0 kann der Temperaturstrahler 8 bereits auf etwa 250° vorgeheizt sein, was nach den Strahlungsgesetzen im Vergleich zu dem Bereich zwischen 700 und 800° C, in welchem der Meßwert liegen soll, als kalt anzusehen ist. Bei dem nunmehr einsetzenden Aufheizen des Temperaturstrahlers wird der Quotient Q infolge des höheren Anteils an längerwelliger Strahlung zuerst kleiner, durchläuft ein Minimum und steigt dann wieder an, bis die von der Strahlung des Temperaturstrahlers 8 und des Meßobjekts 1 erzeugte Strahlung, abgebildet durch den Quotienten Q, den gleichen Wert erreicht wie der gespeicherte. FIG. 2 shows the course of the output variable of the quotient generator 4 in a measuring cycle which is to begin at time t 0 and to end at time t 1. The quotient value, which corresponds to the object temperature T Q and which is stored in the memory element 6, is shown as a dashed straight line parallel to the abscissa. At the point in time t 0 , the temperature radiator 8 can already be preheated to about 250 °, which, according to the radiation laws, is to be regarded as cold in comparison to the range between 700 and 800 ° C. in which the measured value should lie. As the temperature radiator starts to heat up, the quotient Q first becomes smaller due to the higher proportion of longer-wave radiation, passes through a minimum and then rises again until the radiation generated by the radiation from the temperature radiator 8 and the measurement object 1 is mapped by the quotient Q , reaches the same value as the saved one.
Die dann zum Zeitpunkt t. gemessene Temperatur Tg des zusätzlichen Temperaturstrahlers 8, hier etwa 720°, entspricht der Temperatur Tq des Meßobjekts 1.Which then at time t. measured temperature Tg of the additional Temperature radiator 8, here about 720 °, corresponds to the temperature Tq of the measurement object 1.
Ist dieses Meßobjekt 1 ein schwarzer bzw. grauer Strahler, so kann der Temperaturstrahler 8 eine Glühlampe, wie in dem bekannten Glühfadenpyrometer, sein. Strahlt jedoch das Meßobjekt 1 in einer von der normalen abweichenden, spektralen Verteilung, so kann der Temperaturstrahler 8 aus einem Material mit der gleichen spektralen Strahlungsverteilung wie das Meßobjekt 1 bestehen, im einfachsten Falle aus demselben Material wie das Meßobjekt 1, beispielsweise Kupfer.If this measurement object 1 is a black or gray radiator, so the temperature radiator 8 can be an incandescent lamp, as in the well-known filament pyrometer. But that shines Measurement object 1 in a spectral distribution deviating from the normal, so the temperature radiator 8 can off a material with the same spectral radiation distribution exist as the test object 1, in the simplest case of the same material as the test object 1, for example Copper.
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Als vorteilhaft-ist ferner anzusehen, daß nunmehr auch für die Fotoempfänger 3 und 31 Halbleitermaterialien verwendet werden können, die ihr Empfindlichkeitsmaximum weit im Infraroten haben, beispielsweise Germanium, die aber wegen ihrer Instabilitäten bisher wenig zum Einsatz kamen.It is also to be regarded as advantageous that now also for the photo receivers 3 and 3 1 semiconductor materials can be used which have their maximum sensitivity far in the infrared, for example germanium, but which have so far been used little because of their instabilities.
2 Patentansprüche
2 Figuren2 claims
2 figures
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Claims (2)
Priority Applications (3)
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Applications Claiming Priority (1)
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| DE19742427892 DE2427892C3 (en) | 1974-06-10 | Radiation pyrometer |
Publications (3)
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| DE2427892A1 true DE2427892A1 (en) | 1975-12-18 |
| DE2427892B2 DE2427892B2 (en) | 1976-07-08 |
| DE2427892C3 DE2427892C3 (en) | 1977-02-17 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102007054314A1 (en) | 2007-11-05 | 2009-05-07 | Institut Für Mikroelektronik Stuttgart | Circuit arrangement for generating light and temperature-dependent signals, in particular for an imaging pyrometer |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102007054314A1 (en) | 2007-11-05 | 2009-05-07 | Institut Für Mikroelektronik Stuttgart | Circuit arrangement for generating light and temperature-dependent signals, in particular for an imaging pyrometer |
| US8309924B2 (en) | 2007-11-05 | 2012-11-13 | Institut Fuer Mikroelektronik Stuttgart | Circuit arrangement and imaging pyrometer for generating light- and temperature-dependent signals |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| FR2280065A1 (en) | 1976-02-20 |
| FR2280065B3 (en) | 1978-12-29 |
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| GB1507367A (en) | 1978-04-12 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
| E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
| 8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: MAURER, OTTO, DIPL.-PHYS. DR., 6729 WOERTH, DE |
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