DE3129139C2 - Vorrichtung zum Messen der Oberflächentemperatur eines Gegenstandes in einem Ofen - Google Patents

Abstract

Die Meßvorrichtung weist eine Einrichtung (6, 8) auf, mit deren Hilfe die von einem zu messenden Gegenstand (1) erzeugte erste Strahlungsenergie (26) zu einem ersten Detektor (24) geführt wird und die dem Gegenstand (1) gegenüberliegend angeordnet ist. Ferner ist eine Bezugsstrahlungsquelle vorgesehen, um den Einfluß der Störstrahlung vom Ofen auf ein zweites Radiometer (14) abzudecken und eine zweite Strahlung (16) zu erzeugen, deren Größe im wesentlichen meßbar ist. Die Oberflächentemperatur des Gegenstandes (1) kann aus den Meßwerten der ersten und der zweiten Strahlung (26 bzw. 16) ermittelt werden.

Description

(a) daß innerhalb des Ofens (2) dem zu messenden Gegenstand (1) ein Abschirmzylinder (6) gegenüberliegt, (b) daß der Abschirmzylinder (6) an seiner dem Gegenstand (1) gegenüberliegenden Seite eine Öffnung (10, 40) aufweist, so daß die direkte Strahlung (26, Ci), die temperaturabhängig von dem Gegenstand (1) abgegeben wird, durch die Öffnung (10,40) hindurchtreten kann,
(c) daß die Bezugsstrahlenquelle (12,47) innerhalb des Abschirmzylinders (6) angeordnet ist, um die von der heißen Atmosphäre im Ofen (2) erzeugte Störstrahlung abzudecken,

(d) daß der Strahlendetektor (14, 24) am anderen Ende des Abschirmzylinders (6) gegenüber dessen zum Gegenstand (1) weisenden öffnung (10,40) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzstrahlung (16) an der Innenfläche eines Abschnitts (12) einer Abschirmplatte (8) erzeugt wird, der das offene Ende des Abschirmzylinders

(6) abdeckt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsstrahlquelle eine Abschirmplatte (47) zum Unterteilen des Innenraums des Abschirmzylinders (6) in einen ersten Abschnitt [BFi) mit dem offenen Ende und in einen zweiten Abschnitt [BFi) mit dem gegenüberliegenden Ende aufweist, und daß die Abschirmplatte (4) mit einer Öffnung (40) zum Durchlassen der ersten Strahlung (26, Gi) versehen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzstrahlung (16, C₂) an der Innenfläche (48) der Abschir .-nplatte (47) auf der Seite des zweiten Abschnittes (BFt) erzeugt wird.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen der Oberflächentemperatur eines Gegenstandes in einem Ofen bei hoher Temper·' air, insbesondere unter Verwendung eines Strahlungsthermometers oder eines Radiometers zum Messen der Oberflächentemperatur des Gegenstandes im wesentlichen ohne Beeinflussung durch äußere Störstrahlung.

In einem Hochtemperaturofen, beispielsweise einem vor dem Warmwalzen angeordneten Heizofen, ist es erwünscht, die Oberfiächentemperatur eines Gegenstandes, beispielsweise einer zu erhitzenden Bramme, kontinuierlich und möglichst genau zu messen.

Wenn die Oberflächentemperatur der Bramme genau gemessen werden kann, so ist es möglich, unmittelbar nach dem Erreichen der vorgegebenen optimalen Temperatur die Bramme aus dem Ofen zu nehmen und dem Warmwalzwerk zuzuführen. Die Temperatursteuerung kann wirksam und genau durchgeführt werden, und dies führt nicht nur zu qualitativ hochwertigen Produkten; sondern auch zu einer Energieeinsparung.

Bei üblichen Verfahren zum Messen der Oberflächentemperatur einer Bramme innerhalb eines Heizofens wird ein Thermoelement in ein Schutzrohr gebracht, das sich in den Wärmeofen hinein erstreckt, um die Umgebungstemperatur innerhalb des Ofens zu messen und damit dessen Betrieb möglichst genau zu steuern.

Die so gemessene Temperatur ist jedoch nicht genau genug, da die Temperatur der Bramme nicht direkt gemessen wird. Aus diesem Grunde wird im tatsächlichen Betrieb die Zieltemperatur der Bramme geringfügig höher festgelegt als die vorgegebene optimale Temperatur, oder die Bramme wird in dem Ofen für einen ausreichend längeren Zeitraum gehalten als die an sich vorgegebene Heizdauer, so daß das auf den Heizvorgang der Bramme folgende Walzen niemals aufgrund unzureichender Erwärmung der Bramme unvollständig ist. Dies führt jedoch zu einem unnötigen Energieverbrauch.

Es sind bisher verschiedene Strahlungstemperatur-Meßverfahren vorgeschlagen worden, die grundsätzlich für kontinuierliche Temperaturmessungen geeignet sind. Es ergeben sich jedoch verschiedene Probleme bei der Messung der Oberflächentemperatur von Gegenständen, wie Brammen, die innerhalb des Ofens transportiert werden. Wenn beispielsweise die Oberflächentemperatur der im Ofen transportierten Bramme mit Hilfe eines S'.rahlungsthermometers gemessen werden soll, daß die Wärmestrahlung von der Brammenoberfläche mißt, so ist zu berücksichtigen, daß die Umgebungstemperatur wesentlich höher ist als die Brammentemperatur, da die Bramme durch die Wärmestrahlung der Umgebung aufgeheizt wird. Obwohl das Strahlungsthermometer von einem die Wärme abschirmenden Zylinder umgeben ist, um die Wärmestrahlung aus der Umgebung abzudekken, kann etwas Strahlungsenergie aus der Umgebung aus den verschiedensten Gründen in das Thermometer eintreten und damit einen Meßfehler erzeugen. Dieser Eintritt von Strahlungsenergie aus der Umgebung in das Thermometer mit dem Abschirmzylinder wird als streustrahlungsabhängige Störkomponente bezeichnet. Da die Bratnmenoberfläche aufgrund ihrer Oxidation üblicherweise rauh ist. fällt die streustrahlungsabhängige Störkomponente aus der Umgebung aufgrund der diffusen Reflektion relativ leicht in das Strahlungsthermomcter ein. Wegen der diffusen Reflektion der Brammenoberfläche ist es schwierig, die Quelle der Streukomponente

ti5 genau zu lokalisieren und ihre Auswirkungen zu quantifizieren.

Um diese streustrahlungsabhängige Störkomponente zu minimalisiercn oder um den Einfluß der Störkomponente zu quantifizieren sind bisher verschiedene Verfahren vorgeschlagen worden. So schlügt beispielsweise die JP-PS 47 713/78 des gleichen Anmelders vor, innerhalb des Ofens zum Abschirmen der Streukomponente eine

\bschirmvprrichtung vorzusehen. Diese Abschirmvorrichtung ist so ausgebildet, daß der vorstehend erwähnte \bschirmzylinder mit einer Scheibe versehen ist, die am unteren Ende des Zylinders gegenüber der Bramme befestigt ist; ferner ist die Abschirmvorrichtung wassergekühlt, daß sie keine große Strahlungsenergie abgibt. Die Strahlungsenergie von der Abschirmvorrichtung wird daher nicht an der Oberfläche der Bramme reflektiert und beeinflußt nicht die Anzeige des Thermometers.

Da jedoch die Temperatur der Atmosphäre innerhalb des Ofens gewöhnlich sehr hoch ist, beispielsweise 1000° C oder mehr, und die Temperatur der Bramme ebenfalls hoch ist, wird diese bei niedriger Geschwindigkeit gekühlt, und die Oberfläche der Bramme wird einer relativ niedrigen Temperatur der Abschirmplatte während eines relativ !angen Zeitraums ausgesetzt, so daß die Brammentemperatur in unerwünschte Weise abnimmt. Darüber hinaus können Schwierigkeiten, wie eine Wasserleckage, einen gefährlichen Unfall bewirken.

Die DE-OS 28 34 618 beschreibt eine Vorrichtung zum Messen der Oberflächentemperatur eines heißen Gegenstandes in einem Ofen, bei der die Bezugsstrahlenquelle unabgeschirmt im Ofen oberhalb des zu messenden Gegenstandes angeordnet ist Dabei ist es bei Verwendung dieser bekannten Vorrichtung schwierig, die Temperatur eines Gegenstandes in einem Ofen dann genau zu messen, wenn die Streustrahlung oder der Strahlungsuntergrund sich stark ändern.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Messen der Oberflächentemperatur eines Gegenstandes in einem Ofen anzugeben, die eine hochgenaue, kontinuierliche Messung der Temperatur auch bei starker Änderung der Streustrahlung oder des Strahlungsuntergrundes ermöglicht.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Lösung beruht auf dem Grundgedanken, daß die Störkomponente n:»r schwer vollständig ausgeschaltet werden kann; es wird daher eine Bezugsstörqueüe mit einer bekannten STahlungsgröße verwendet, um eine unbekannte streustrahiangsabhängige Störkomponente zu überlagern, so daü das Strahlungsthermometer einer konstanten Störstrahlung bekannter Größe von der Bezugsstörquelle anstelle der unbekannten streustrahlungsabhängigen Störkomponente ausgesetzt ist Die Wirkung der Bezugsstörstrahlüng wird arithmetisch wieder abgezogen, so daß man die wahre Temperatur des erwärmten Gegenstandes erhält.

Die Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung eines üblichen Strahlungspyrometers,

F i g. 2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Messen der Oberflächentemperatur,

F i g. 2A eine Aufsicht der Abschirmplatte in F i g. 2, F i g. 3 eine andere erfindungsgemäße Ausführungsform,

Fig.4 eine Querschnittsansicht eines Teils des Abschirmzylinders, an dem Strahlungsthermometern der Ausführungsformen gemäß den F i g. 2 oder 3 befestigt sind,

F i g. 5 eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform,

F i g. 5a ein Blockschaltbild des Prozeßrechners für das Ausgangssignal eines einzigen Abtast-Radiometers und

F i g. 6 eine andere Anordnung des in der Ausführungsform gemäß F i g. 5 verwendeten Abtast-Radiometers.

Zunächst wird ein übliches Strahlungspyrometer gemäß F i g. 1 erläutert Gemäß F i g. 1 wird ein Gegenstand, beispielsweise eine Bramme 1, durch Strahlungswärme von der Innenwand des Ofens erwärmt und damit in einer Richtung senkrecht zur Zeichenebene innerhalb des Heizofens 2 transportiert. Ein Strahlungsthermometer 4 ist an der Oberseite des Ofens so befestigt, daß es Strahlungsenergie von der transportierten Bramme 1 aufnimmt. In dem Thermometer 4 wird die aufgenommene Strahlungsenergie mit Hilfe eines Wandlers 4b in ein elektrisches Signal umgewandelt, und ein optisches System 4a sammelt die von der Bramme 1 herrührende Strahlungsenergie auf dem Wandler 4b. In Richtung der Strahlungsachse zwischen der Bramme 1 und dem Strahlungsthermometer 4 ist ein hitzebeständiger Abschirmzylinder 6 vorgesehen, so daß Störstrahlung aui der Umgebung nicht direkt auf das Strahlungsthermometer 4 einfällt. Bei dem üblichen Strahlungspyrometer fällt die Störstrahlung aus der Umgebung in den Zylinder 6 aufgrund verschiedener Ursachen ein und erreicht das Slrahiungsthermometer 4. Da der einfallende Störungspegel im allgemeinen nicht konstant ist, ergibt sich bei der Temperaturmessung ein unbestimmter Fehler.

Die Ursachen derartiger Fehler sollen erfindungsgemäß ausgeschaltet werden. Hierzu dient beispielsweise die Ausführungsform gemäß F i g. 2.

Da es bei dem bekannten Strahlungspyrometer schwierig ist, das Strahlungsthermometer gegenüber der von der Umgebung herrührenden Störstrahlung abzuschirmen, geht die Erfindung von dem Grundgedanken aus, daß die unbestimmte Störstrahlung mit Hilfe einer Bezugs-Störstrahlungsquelle überlagert wird, deren Strahlungspegel im wesentlichen bestimmt werden kann; dabei wird das Strahh'.ngsthermometer nicht der unbestimmten Störstrahlung sondern den Wirkungen der Bezugsstörquelle ausgesetzt. Dieser Grundgedanke ist in der japanischen Patentanmeldung 63 469/79 (Titel »Verfahren zur Messung der Oberflächentemperatur von Gegenständen innerhalb eines Ofens<<) beschrieben. Dieses Prinzip wird nachstehend mit Bezug auf Fig.2 näher erläutert, wobei Bauteile, die denen in F i g. 1 entsprechen, durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind. Der Abschirmzylinder 6 weist eine scheibenförmige Absohirmplatte 8 mit einer Öffnung 10 (vgl. F i g. 2A) auf; diese Abschirmplatte 8 ist am unteren offenen Ende des Abschirmzylinders 6 befestigt und lie<5t der Bramme 1 gegenüber und parallel zu dieser, wobei zwischen der Platte 8 und der Bramme 1 ein Zwischenraum H vorgesehen ist. Am oberen Ende des Abschirmzylinders 6 sind Strahlungsthermometer 14 und 24 angeordnet. Das Strahlungsthermometer 14 empfängt die Strahlung 16 von einer Innenfläche 12 der Abschirmplatte 8, während das Strahlungsthermometer 24 die Strahlung 26 von der Bramme 1 durch die Öffnung 10 der Abschirmplatte 8 empfängt. Der bei der Strahlungstemperaturmessung auftretende Temperaturfehler ist eine Funktion der Wellenlänge und der vom Strahlungsthermometer gemessenen Temperatur sowie proportional zur gemessenen Wellenlänge. Daher ist es wünschenswert, die vom Strahlungsthermometer gemessene Wellenlänge so

kurz wie möglich zu wählen, beispielsweise A = 0,65 μιτι. Wenn die Meßtemperatur lOOO'C beträgt, so erhält man mit der vorstehenden Wellenlänge eine ausreichende Meßempfindlichkeil. Das Emissionsvermögen fi der Bramme 1 im vorstehend genannten Wellenlängenbereich beträgt etwa 0.85 mit geringen Variationen. Obwohl die Umgebungstemperatur T] innerhalb des Heizofens 2 über der Temperatur Ti der Bramme 1 liegt und gewöhnlich in Anhängigkeit von den Heizbedingungen sich stark ändert, wird die ins Innere des Abschirmzylinders 6 eintretende Strahlungsenergie durch die Abschirmplatte 8 auf einen vernachlässigbaren Wert reduziert. Die Oberfläche der Abschirmplatte 8 gegenüber der Bramme 1 dient als Bezugsstörquellc. Der Abschirm/.ylinder 6 sowie die Abschirmplatte 8 bestehen aus einem gut hitzebeständigen Material, das höheren Temperaturen als der der Bramme 1 ausreichend standhalten kann, da diese notwendigerweise innerhalb des Ofens erwärmt

ir- werden. Beispielsweise kann als derartiges Material Siliciumcarbid SiC verwendet werden, da es bis über 1400 C hitzebeständig ist, eine hohe Wärmeleitfähigkeit ähnlich Kohlenstoff und einen geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist und gut maschinell bearbeitet werden kann. Das Emissionsvermögen des Zylinders 6 und der Platte 8 beträgt etwa 0,8, kann jedoch durch Aufrauhen ihrer Oberflächen auf etwa 0,85 erhöht werden. Die Temperatur und das Emissionsvermögen der Bramme I werden durch T₁ bzw. e\ und der Abschirmplatte 8 durch Γ2 bzw. S₂ gekennzeichnet. Es wird angenommen, daß die Innenwände des Ofens einen schwarzen Hohlraumstrahler bei der Temperatur 7) bilden.

Der Radius der Abschirmplatte 8 wird mit R und deren Abstand von der Bramme mit H bezeichnet. Die effektive Strahlungsenergie C₁ (i = I, 2, 3 ...) pro Eänheitsfläche von den Oberflächen der Bramme und der Bezugsstörquelle, die als diffus reflektierende Oberflächen angesehen werden, kann allgemein folgendermaßen wiedergegeben werden:

G, = f, -Eb(T₁)+ (I-C₁) Σ ^G* · ^F* ^(l)

A I

Eb(T) = Strahlungsenergie vom schwarzen Strahler bei der Temperatur Ti F,k = Geometriefaktor für das Strahlungsverhältnis von der Oberfläche /an der Oberfläche Ar
(F₁, = 0,;= 1.2)

Bei Anwendung der Gleichung (I) auf den Fall gemäß Fig. 2 erhält man die folgenden Ausdrücke:
G, - ε, ■ Eb(T,)+ (\ -*)(G₃F₁₂+G₃Fu) (2)

C₂ - C₂ ■ Eb(T₂) + (1 -C₁)(Cf₁ F₂₁ + C₁F_n) (3)

C₁ = Eb(Ti) (4)

Durch Umordnen der Gleichungen 2 bis 4 für G₁ erhält man

_r _ £lΠ ) F

⁺ "in-'^n-'r^F^{31 Eb(T}h <5)}

In Gleichung (5) ist Gi der mit dem Strahlungsthermometer 24 erhaltene Meßwert; der erste Ausdruck auf der rechten Seite der Gleichung ist die scheinbare Strahlung von der Bramme, der zweite Ausdruck bezieht sich auf die Störstrahlung von der Bezugsstörquelle, und der dritte Ausdruck bezieht sich auf die streustrahlungsabhängige Störkomponente aus der Umgebung.

Die Gleichung (5) kann folgendermaßen umgeschrieben werden:

G, = ea- Eb(T_:) +y,-Eb(T₂)+ η-Eb(Ti) (6)

tA 1 (1 £■ J ( I £t) Γ\7 171

(1CQ[F^(IC₂)F₂;) I-(I-COU-C₁) F_nF₂₁ '

„₀,

Wenn // in Gleichung (6) im Vergleich zu f., und ;',, sehr klein gemacht werden kann, kann der dritte Ausdruck

auf der rechten Seite vernachlässigt werden. Daher erhält man die Temperatur der Bramme durch die nächste- io

hcnde Näherungsgleichung-. I

Eb(T₁) - -LlC₁-K₁₁- EB(T₁)). (12) J

Die Gleichung (11) ergibt sich folgendermaßen: :'

Da Fn + F12 + F1S = 1 und Fn «■ 0 bei dem Modell gemäß Fig.2 ist, gilt die Gleichung Fu = 1 — F12. Wenn '

ferner die Fläche der Abschirmplatte 8 groß genug ausgebildet wird, ist die Fläche der öffnung 10 vernachlässig- .;

b;:r, und die gegenseitige Reflektier! tritt im wesentlichen zwischen der Scheibe mit dem Radin«; R und nrm ύ

gegenseitigen Abstand //auf. Hieraus ergibt sich Fu = Fu gemäß Gleichung (10). 20 $

In der Gleichung (12) ist ε* die Funktion der Emissionsvermögen e\ und £2 der Bramme 1 bzw. der Abschirm- f,

platte 8 und wird als bekannter Wert angesehen, da fi =«i == 0,85. Die anderen Koeffizienten, die Größe der .?■

Abschirmplatte und der Abstand //zwischen dieser und der Bramme können aufgrund der Konfiguration der 'v

Vorrichtung als bekannt angesehen werden. Daher kann Eb(Ti) und damit die Brammentemperatur T\ aus G\ ]\

und Eb(T2) ermittelt werden. Eb (T2) entspricht der Strahlungsenergie G: von der Abschirmplatte 8. da der von 25 'ή

der Abschirmplatte 8 umgebene Bereich und der Abschirmzylinder 6 als »schwarzer Ofen« angesehen werden. \i

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 wird die Strahlungsenergie durch das Strahlungsthermometer 14 [ij

ermittelt. In diesem Fall ergibt sich aus Gleichung (12): I

Eb(T₁) = ^L(Gi-V. C₂). (13) ³⁰ I

Um erfindungsgemäß die Wirkung der streustrahlungsabhängigen Störkomponente von der Innenwand des y]

Ofens als Störquelle weiter zu reduzieren, werden zwei Gegenmaßnahmen ergriffen: V>

1. Das Verhältnis H/R wird möglichst klein gemacht, d.h. die Abschirmplatte 8 als Bezugsstörquelle weist ·..·! einen möglichst großen Radius auf und ist möglichst nahe an der Bramme 1 angeordnet. Dies bewirkt eine '$ Vergrößerung der Fläche der Abschirmplatte und eine Abnahme der Öffnungshöhe, durch die die störende "/■ Streustrahlung eintritt, so daß diese praktisch abgetrennt wird. Dies entspricht der Maßnahme, daß in ?vj Gleichung (10) der Wert F_]2 nahe bei 1 liegt. Wenn alle Geometriefaktoren in Gleichung (9) durch F12 40 yj entsprechend Gleichung (11) ausgedrückt und dann die Koeffizienten F12 in der Gleichung nahe 1 gesetzt -Ϊ werden, ergibt sich eine Abnahme von ■//. Wenn der Wert H sehr klein eingestellt wird, so kann dies zu *j Problemen bei der Handhabung der Bramme führen. Dabei ergeben sich jedoch keinerlei Störungen der i-Brammentemperatur. wie Störungen beim Kühlen, selbst wenn die Bezugsstörquelle nahe der Bramme ·.;' angeordnet ist, da die Bezugsstörquelle auf einer hohen Temperatur vergleichbar zu der der Bramme 1 45 'jj gehalten wird. ;j

2. Das Emissionsvermögen £2 der Bezugsstörquelle wird nahe auf 1,0 eingestellt. Dies führt qualitativ zu einer ϊλ Zunahme der Absorption der Streustörkomponente durch die Abschirmplatte 8 und daher zu einer Abnah- 'S! me der Wirkung der Streustörkomponente. Wenn S\ in Gleichung (9) nahe 1 wird, erniedrigt sich der Zähler ?\ und der Nenner erhöht sich, was zu einer Abnahme von η führt. 50 %\

Um die Brammentemperatur Tj aus der Gleichung (13) zu ermitteln, werden beispielsweise die von den Si

Strahlungsthermometern 24 und 14 gemessenen Werte G₁ und G2 durch Analog/Digital-Wandler (A/D-Wand- l'-

ler) 30 und 28 in digitale Werte umgewandelt, und dann erfolgt die Berechnung der Gleichung (13) durch einen '§,

Rechner 32 für den Wert EZj(Ti). Da das verwendete Strahlungsthermometer eine natürliche Beziehung zwi- 55 fl

sehen T₁ und Eb (T_t) in Abhängigkeit von der Wellenlänge für das Detektorelement und den Filter aufweist, |;

kann Ti leicht aus der graphisch dargestellten Beziehung ermittelt werden. Alternativ werden die Werte von Ti S

für verschiedene Werte von Eo(Ti), die auf der Basis der Beziehung zwischen £ö(Ti)und T\ ermittelt werden, ?.g

vorläufig in einem Speicherbereich in dem Rechner 32 gespeichert, und der Wert Ti wird direkt durch den |j

Rechner ermittelt. 60 iß.

Die F i g. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der die Bauelemente entsprechend denen in F i g. 2 mit den v|

gleichen Bezugszeichen versehen sind. Bei dieser Ausführungsform ist eine Abschirmplatte 47 mit einer Öffnung *|

40 innerhalb des Zylinders 6 vorgesehen, um dessen Innenraum in zwei Teile 5Fi und BF2 zu unterteilen. Die f-j

Innenfläche des Abschirmzylinders 6 und die Oberfläche der Abschirmplatte 47 sind schwarz und aufgerauht, ;?j

und das Verhältnis L/D der Länge L zum Durchmesser D jedes Teils beträgt 1 bis 5 oder mehr, so daß die Teile 65 ί~\

BF\ und BF2 in vorteilhafter Weise die Bedingungen für den Ofen als schwarzen Strahler erfüllen. Darüber Ti

hinaus ist der Abstand //zwischen dem unteren Ende des Abschirmzylinders 6 und der Bramme 1 ausreichend ^

klein gemacht, um die Störstrahlung von der Ofenwand in den Zylinder 6 hinein zu unterbrechen. S;

Die F i g. 4 zeigt ein Beispiel, wie der Abschirmzylinder 6 innerhalb des Ofens angeordnet ist und die Radiometer 14 und 24 angeordnet sind. Ein Kühlzylinder 50 ist am oberen Ende des Zylinders 6 befestigt und ragt aus dem Ofen 2 heraus. Ein Dichtungsmaterial 52 dient dazu, ein Heraustreten von Gas aus dem Ofen 2 zu verhindern. Ferner sind vorgesehen ein Einlaßrohr 54 und ein Auslaßrohr 55 für Kühlwasser, ein Gehäuse 58 für die Radiometer 14 und 24, an dem ein Einlaßrohr 60 und ein Auslaßrohr 62 sowie ein Einlaßrohr 64 für Reinigungsgas (Entlüftungsgas) angeordnet sind. Ferner ist vorgesehen ein Filter 66, ein Einlaßrohr 68 für ein Reinigungsgas (Entlüftungsgas), um die Oberfläche des Filters 66 sauber zu halten, sowie ein Bauteil 70 des Antriebs zum Anheben und Absenken des Abschirmzylinders 6, um so die Höhe /-/entsprechend der Brammengröße einzustellen.

Wenn der Abschirmzylinder 6 durch eine Hochtemperatur-Atmosphäre innerhalb des Ofens 2 erwärmt wird, der mit den vorstehend erläuterten Bauteilen versehen ist, kann der Abschirmzylinder so eingestellt werden, daß ein kleiner Abstand /V gegenüber der Bramme 1, deren Temperatur gemessen werdensoll, erhalten wird, und die beiden Strahlungsenergien Gi und Gi können stabil gemessen werden, ohne daß die Atmosphäre aus dem Ofen heraustreten kann.

Die in Fig. 5 dargestellte weitere Ausführungsform weist ein einziges Abtastradiometer zum alternativen Messen der Strahlungsenergie G\ von der Bramme 1 und der Strahlungsenergie Gi von der Bezugsstrahlenquel-Ie auf. Das Abtastradiometer 14 kann schwenkbar zwischen den etwa in Fig.5 mit durchgezogenen und gestrichelten Linien angedeuteten Positionen befestigt sein und wird mit konstanter Periode mit Hilfe einer Antriebssteuerung 27 hin- und herbewegt.

Es können unterschiedliche Abtastradiometer eingesetzt werden. Während bei der Ausführungsform gemäß F i g. 5 das hin- und herschwenkbare Radiometer verwendet wird, kann auch ein horizontal hin- und herbewegbares Radiometer verwendet werden, das sich zwischen den Positionen bewegt, die den Positionen entsprechen, an denen die Radiometer 14 und 24 bei der Ausführungsform gemäß F i g. 2 angeordnet sind. Ferner kann ein Spiegelradiometer gemäß F i g. 6 verwendet werden. In diesem Fall ist ein Spiegel 36 zwischen den mit durchgezogenen und gestrichelten Linien eingezeichneten Positionen schwenkbar angeordnet, während das Radiometer 36 festliegt. Der Spiegel 36 in der mit durchgezogenen Linien eingezeichneten Position reflektiert die Strahlung Gi zum Radiometer 14, und in der gestrichelten Position wird die Strahlung Cj zum Radiometer 14 reflektiert.

Da ferner ein einziges Abtastradiometer die beiden Strahlungen G\ und G2 mißt, ergeben sich keine Meßfehler aufgrund unterschiedlicher Charakteristika zweier Radiometer, wenn diese zum Nachweis der beiden Strahlungen verwendet werden würden.

Das Ausgangssignal des Radiometers 14 kann mit Hilfe eines üblichen Rechners arithmetisch verarbeitet werden. Das Blockdiagramm in F i g. 5A zeigt ein Beispiel des Rechners, der bei den Ausführungsformen gemäß den F i g. 5 oder 6 eingesetzt werden kann.

Die von dem Radiometer 14 gemessene Strahlungsenergie wird in elektrische Signale Ci und Gi mit Hilfe von Abtast- und Haltekreisen 33 bzw. 34 umgewandelt, denen Abtastimpulse Φ\ bzw. Φι von der Antriebssteuerung 27 synchron zu der hin- und hergehenden Schwenkbewegung des Radiometers 5 gemäß F i g. 5 oder mit der hin- und hergehenden Abtastung des Spiegels 36 gemäß F i g. 6 zugeführt werden. Die Signale Ci und Gi werden dann in den A/D-Wandlern 28 bzw. 30 in digitale Signale umgewandelt. Das Signal Gi wird weiter in einem Multiplizierer 35 mit γ, multipliziert, so daß man y_a ■ Gi erhält, und dieses Ergebnis wird einem Subtrahierschaltkreis 37 zusammen mit dem Signal Ci zugeführt. Der Subtrahierschaltkreis 37 erzeugt die Größe Ci —y_a ■ C;, die dann in einem Dividier-Schaltkreis 38 durch ε_α dividiert wird. Das Ausgangssignal des Dividiersch^ltkreises 38 beträgt

Eb(T₁) -^(G₁-Y.-GJ;

diese Größe kann so umgewandelt werden, daß man die Temperatur 7Ί des zu messenden Gegenstandes erhält, etwa mit Hilfe einer Kennlinie oder der Kenndaten von 7} und Eb(T\).

Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich zum berührungsfreien, kontinuierlichen Messen derTemperatür mit hoher Genauigkeit und weist zudem weitere Vorteile auf.

Das erfindungsgemäße Prinzip ist außerordentlich einfach, und die erfindungsgemäße Vorrichtung kann insbesondere bei der Messung der Temperatur von heißen Stahlbrammen oder dergleichen eingesetzt werden.

Da ferner die Ausgangssignale G\ und G-> des Strahlungsthermometers mit Hilfe einer einfachen arithmetischen Gleichung (12) verarbeitet werden können, ist eine Realzeitverarbeitung mit einem einfachen System möglich.

Ferner kann die Meßwellenlänge sehr kurz gewählt werden, so daß man einen preiswerten fotoelektrischen Wandler aus Silicium als Detektor für das Thermometer verwenden kann.

Da ferner die Temperatur Ti der Bezugsstörquelle durch natürliche Aufheizung innerhalb des Ofens, wie vorstehend ausgeführt, erreicht wird, kann die Bezugsstörquelle selbst zusätzlich durch innere Aufheizung oder temperaturgesteuert, erwärmt werden, um diese auf einer bestimmten Temperatur zu halten.

Während vorstehend Siliciumcarbid für die Abschirmplatte als Bezugsstörquelle eingesetzt wird, können auch im Rahmen der Erfindung beispielsweise auch Aluminiumoxid oder hitzebeständiger Stahl entsprechend eingesetzt werden.

Vorstehend wurde ein Brammenheizofen erläutert, jedoch können im Rahmen der Erfindung auch andere Hochtemperaturöfen in ähnlicher Weise eingesetzt werden

Die erfindungsgemäßen maßnahmen können bei Messungen relativ niedriger Temperaturen nicht nur einer Bramme sondern auch anderer Gegenstände, wie warmgewalzte Platten oder Bänder, kaltgewalztes Stahlblech oder Edelstahlblech angewendet werden. In diesem Fall ist es jedoch schwierig, eine Silicium-Photozellc im

Hinblick iiiif die Nachwciswahrschcinlichkeit einzusei/en. und daher sollte in diesem Fall ein Detektor für
grol.iere Wellenlängen, beispielsweise Ge, PbS, PbSe oder ein Thermistor-Bolometer, verwendet werden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Messen der Oberflächentemperatur eines Gegenstandes (1) in einem Ofen (2), wobei neben der direkten, mit Störstrahlung unbekannter Stärke vermischten direkten Strahlung (26. Ci) vom Gegenstand (1) eine von einer Bezugsstrahlenquelle (12,47) ausgehende Referenzstrahlung (16. G₃) mittels eines Strahlendetektors (24,14) getrennt gemessen und zur Ermittlung der Temperatur des Gegenstandes (1) verglichen werden, dadurch gekennzeichnet,