DE2719918A1

DE2719918A1 - Verfahren zur bestimmung der temperaturverteilung von flaechen

Info

Publication number: DE2719918A1
Application number: DE19772719918
Authority: DE
Inventors: Otto Prof Dr Abel; Werner Dipl Ing Dr In Eisenhut; Bhubaneswar Dipl Ing Sarangi; Guenter Serwatzky
Original assignee: Bergwerksverband GmbH
Current assignee: Bergwerksverband GmbH
Priority date: 1977-05-04
Filing date: 1977-05-04
Publication date: 1978-11-16
Also published as: DE2719918C3; JPS53137193A; DE2719918B2; GB1593926A; JPS6029887B2; ES469395A1; BE866658A

Description

BERGWERKSVERBAND GMBH VERSUCHSBETRIEBE DER BERGBAU-FORSCHUNG

43 Esssn-Kray

Frillendorfer Strato 351 Telefon (0201) 105-1

A 8/Sch/Mei

Verfahren zur Bestimmung der Temperaturverteilung von Flächen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Temperaturverteilung von Flächen unter beliebigen Beobachtungswinkeln zwischen 0° und annähernd 90° gegen die Richtung der Flächennormale mittels berührungsloser Meßtechnik.

In vielen Bereichen der Verfahrenstechnik ist es erwünscht, die Temperaturverteilung von Flächen zu erfassen, um sogenannte Wärmenester oder andere Abweichungen vom gewünschten Temperaturprofil aufzuspüren, was jedoch häufig dadurch erschwert wird, daß aus räumlichen Gründen die zu messenden Flächen nicht ohne weiteres zugänglich sind, so daß eine unter Umständen sehr große Fläche von einem eng begrenzten Raum aus beobachtet werden muß.

So ist z.B. in der Kokereitechnik die koksseitige Temperaturverteilung der Koksofenwände für die Gleichmäßigkeit der Abgarung des Kammerinhaltes und somit direkt für die Qualität des Kokses von größter Bedeutung. Die Kammerwände der Koksöfen, die heute bereits Längen bis zu 17 m und Höhen bis zu 8 m haben, sind aber nur durch die Füllöcher und die schmalen Türen von 0,4 bis 0,5 m Breite zugänglich.

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Es hat nicht an Versuchen gefehlt, ein geeignetes Temperaturmeßverfahren für solche und ähnliche Flächen zu finden. So mißt man beispielsweise die Temperaturen der Kammerwände von Koksöfen durch die Füllöcher mittels Teilstrahlpyrometern, kann auf diese Weise aber nur die Temperaturen von einzelnen Punkten der Wände erfassen. Außerdem erfordert dieses Verfahren einen für den Dauerbetrieb nicht vertretbaren Zeitaufwand.

Aus der DT-AS 12 25 143 ist ein Verfahren zur Temperaturmessung an Wänden bekannt, welches mit einem Strahlungsempfänger arbeitet, der auf einer Stange montiert ist, mittels welcher der Strahlungsempfänger an der betreffenden Wand parallel vorbeigeführt wird. Jedoch erhält man, auch wenn mehrere Strahlungsempfänger rechtwinklig zur Bewegungsrichtung der Stange angeordnet sind, nur die Temperaturverteilung von parallelen Streifen und nicht von der gesamten Wandfläche. Außerdem werden bei diesem Verfahren die Meßsignale durch Temperaturunterschiede zwischen Wand und Meßsystem verfälscht.

Des weiteren sind Infrarotfernsehkameras bekannt, die es erlauben, die Temperaturverteilung von Wandflächen zu bestimmen. Jedoch muß die optische Achse dieser Geräte im rechten Winkel auf die betreffende Wandfläche weisen, damit ein unverzerrtes "Temperaturbild" entsteht. Somit ist eine Anwendung solcher Geräte überall dort nicht möglich, wo die betrieblichen Gegebenheiten eine entsprechende Positionierung der Kamera nicht erlauben, wie es z.B. bei Koksofenkammern wegen der hohen Temperaturen, den geringen Kammerbreiten und vergleichsweise großen Kammerwänden der Fall ist.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Temperaturverteilung von Wandflächen mittels berührungsloser Meßtechnik zu bestimmen, mit der Maßgabe, daß der Beobachtungswinkel unter

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dem das Meßgerät auf die betreffende Wand gerichtet ist, das heißt, gegen die Richtung der Flächennormale geneigt ist, einen beliebigen Wert zwischen 0° und annähernd 90° annehmen kann, und daß aus diesen Messungen ein unverzerrtes "Temperaturbild" entsteht.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Flächen programmgesteuert, streifenförmig abgetastet werden, und die flächenmäßigen Verzerrungen der Meßsignale beseitigt werden durch

a) Transformieren der Meßdaten mittels einer elektronischen Rechenanaage zu einem Rasterbild mit kartesischen Koordinaten oder

b) durch programmgesteuerte Veränderung der horizontalen und vertikalen Öffnungswinkel des Beobachtungssystems oder

c) durch Kombination der Methoden a) und b).

Das erfindungsgemäße Verfahren bietet den Vorteil, daß¹ .besonders in Fällen, in denen ein direkter Zugang zu der zu untersuchenden Wandfläche nicht gegeben ist, die Temperaturverteilung dieser Wandfläche unverzerrt in kartesischen Koordinaten wiedergegeben werden kann. Mittels dieser Meßdaten wird es z.B. möglich, daß bei einem Verkokungsofen die Zufuhr an Heizgasen automatisch so nachgeregelt werden kann, daß Wandbereiche, deren Temperaturen vom Sollwert abweichen, wieder auf die erwünschte Temperatur gebracht werden können, was zu einer Verbesserung der Koksqualität und der Wirtschaftlichkeit des Koksofens führt. Außerdem betragen Meßzeit und Personalaufwand für dieses Verfahren im Vergleich zu gebräuchlichen Methoden nur einen Bruchteil. Weiterhin können mit ein und demselben Gerät z.B. alle Kammerwände einer Koksofenbatterie nacheinander durchgemessen werden, was gegenüber herkömmlichen Verfahren eine erhebliche Kostenersparnis bedeutet.

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Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, zur bertihrungslosen Temperaturmessung von Wandflächen als Beobachtungssystem ein passives Infrarotsystem zu verwenden.

Das Abtasten der zu messenden Wandfläche erfolgt gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung vorteilhaft dadurch, daß das Beobachtungssystem jeweils einen schmalen Streifen der Wand durch kontinuierliches Abtasten erfaßt, und daß die dazu benötigte Meßvorrichtung in der zur Abtastung senkrechten Richtung mit programmgesteuerter Geschwindigkeitsverteilung bewegt wird. Auf diese Weise kann erreicht werden, daß weder bei weit entfernten Wandflächen Überlappungen der erfaßten Wandstreifen auftreten, noch bei nahen Wandflächen nicht erfaßte Wandstreifen zurückbleiben, das heißt, daß die gesamte Wandfläche gleichmäßig erfaßt wird. Für den Fall, daß die Geschwindigkeitsverteilung so gewählt wird, daß Überlappungen oder Lücken von erfaßten Wandflächen entstehen, erfolgt die Entzerrung dieser Meßdaten ebenfalls mittels elektronischer Rechenanlage.

Anhand eines Beispiels soll das Wesen der Erfindung noch weiter verdeutlicht werden: An einem Verkokungsofen von 13 m Kammerlänge, 4 m Kammerhöhe und einer maschinenseitigen Kammerbreite von 0,47 m soll die Temperaturverteilung einer Kammerwand nach dem Ausdrücken des Kokses gemessen und anschaulich dargestellt werden. Dazu wird außerhalb der Kammer ein passives Infrarotsystem in halber Kammerhöhe auf einem Meßwagen angebracht, welcher parallel zur Kammerschmalseite mit einstellbarer Geschwindigkeitsverteilung während der Messung verfahren werden kann. Die optische Achse des passiven Infrarotsystems wird parallel zur Diagonalen des Kammerbodens ausgerichtet. Durch einen besonderen Mechanismus im Infrarotsystem empfängt die Meßzelle nacheinander die Strahlung der einzelnen Flächenelemente eines Wandstreifens. Dieser Vorgang wiederholt sich kontinuierlich, wobei nach jeder Abtastung eines Wand-

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Streifens der Meßwagen um so viel weiter gefahren ist, daß das passive Infrarotsystem hintereinander alle Wandstreifen erfaßt. Die Neßdaten werden auf Magnetband gespeichert und in einer elektronischen Rechenanlage in der Weise umgerechnet, daß die durch den Beobachtungswinkel des Infrarotsystems bezüglich der Flächennormale der Kammerwand und durch die konstanten Öffnungswinkel des Infrarotsystems bedingten Verzerrungen der Flächenelemente, von denen die Strahlung ausgeht, beseitigt werden. Die Ergebnisse können direkt in ein Rasterbild eingetragen oder als Fernsehbild aufgezeichnet werden, wie die anliegende Zeichnung veranschaulicht.

Es ist auch möglich, die horizontalen und vertikalen Öffnungswinkel des Infrarotsystems programmäßig derart zu steueren, daß die auf dem Magnetband gespeicherten Meßdaten unmittelbar einem Temperaturbild in kartesichen Koordinaten entsprechen. Und schließlich ist es ebenso möglich, nur einen der beiden öffnungswinkel programmäßig zu steuern und die Verzerrung der Meßdaten in der entsprechend anderen Wandrichtung durch eine Umrechnung der Meßdaten in einer elektronischen Rechenanlage zu beseitigen.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann prinzipiell auch noch mit anderen berührungs}.osen Temperaturmeßmethoden durchgeführt werden.

Weiterhin ist es mittels eines Prozeßrechners auch möglich, Meßsignale, nachdem sie entzerrt sind, zur Steuerung der Beheizung der betreffenden Wand zu verwenden.

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Le β rs e i i e

Claims

BERGWERKSVERBAND GMBH

VERSUCHSBETRIEBE DER BERGBAU-FORSCHUNG

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Frülendorfw Strafe 351 Telefon (0201) 105-1

A 8/Sch/Mei

Patentansprüche

/ 1)JVerfahren zur Bestimmung der Temperaturverteilung von Flächen unter beliebigen Beobachtungswinkeln zwischen 0° und annähernd 90° gegen die Richtung der Flächennormale mittels berührungsloser Meßtechnik, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächen programmgesteuert, streifenförmig abgetastet werden, und die flächenmäßigen Verzerrungen der Meßsignale beseitigt werden durch

a) Transformieren der Meßdaten mittels einer elektronischen Rechenanlage zu einem Rasterbild mit kartesischen Koordinaten oder

b) durch programmgesteuerte Veränderung der horizontalen und vertikalen Öffnungswinkel des Beobachtungssystems oder

c) durch Kombination der Methoden a) und b).

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2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Beobachtungssystem vorzugsweise ein passives Infrarotsystem ist.
3) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Beobachtungssystem jeweils einen schmalen Streifen der Wand durch kontinuierliches Abtasten erfaßt, und daß die dazu benötigte Meßvorrichtung in der zur Abtastung senkrechten Richtung mit programmgesteuerter Geschwindigkeitsverteilung bewegt wird.

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