DE3220087A1 - Method and device for determining the surface temperature of solid bodies - Google Patents

Method and device for determining the surface temperature of solid bodies

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DE3220087A1 DE19823220087 DE3220087A DE3220087A1 DE 3220087 A1 DE3220087 A1 DE 3220087A1 DE 19823220087 DE19823220087 DE 19823220087 DE 3220087 A DE3220087 A DE 3220087A DE 3220087 A1 DE3220087 A1 DE 3220087A1
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K13/00—Thermometers specially adapted for specific purposes
    • G01K13/04—Thermometers specially adapted for specific purposes for measuring temperature of moving solid bodies

Abstract

The surface temperature is determined by a differential thermocouple by using the thermal e.m.f. produced by the temperature difference to control a heating fan so that the generated gas flow brings the surroundings of the reference thermocouple point to a temperature such that the temperature difference vanishes. In order to be able to carry out a temperature measurement in a contactless fashion in conjunction with response times that are as short as possible, the means for transmitting the temperature are provided as a stream of gas which flows through the measurement space over the surface of the solid body and whose temperature is measured at the inlet and outlet of the measurement space.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Method and device for determining the

Oberflächentemperatur fester Körper Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Oberflächentemperatur fester Körper mittels eines in einem Meßraum angeordneten Differential-Thermoelements, indem die durch die Temperaturdifferenz zwischen den beiden Thermoelementstellen erzeugte Thermospannung über einen Regler ein Gebläse derart steuert, daß der erzeugte Gasstrom die Umgebung der Vergleichs-Thermoelementstelle auf eine solche Temperatur bringt, daß die Temperaturdifferenz zu Null wird. Surface temperature of solids The invention relates to a method and a device for determining the surface temperature of solid bodies by means of a differential thermocouple arranged in a measuring room by the the temperature difference between the two thermocouple points generated thermal voltage Controls a fan via a controller in such a way that the gas flow generated affects the environment brings the comparison thermocouple point to such a temperature that the temperature difference becomes zero.

Zur Temperaturmessung von Oberflächen fester, bewegter Körper werden neben der üblichen Messung mit Berührungsthermometern in Verbindung mit vergleichsweise komplizierten fest oder beweglich. angeordneten Übertragungssystemen Temperaturfühler eingesetzt, die stationär dicht über der bewegten Oberfläche angeordnet sind und bei denen die Temperatur über einen Zwischenträger - meist Luft - von der bewegten Oberfläche auf den Temperaturfühler übertragen wird, wie das beispielsweise bei dem sogenannten Thermowirbulator der Fall ist. Bei diesem Temperaturmeßgerät befindet sich der Meßraum, in dem auch der Temperatur fühler angebracht ist, in einer Glocke aus schlecht wärmeleitendem Werkstoff. Der ebenfalls in dem Meßraum angeordnete Ventilatorflügel erzeugt einen Luftwirbel, der die Grenzschichten der Luft, die mit dCer bewegten Oberfläche in unmittelbarer Berührung steht und deshalb die gleiche Temperatur hat, einem Thermoelement zuführt <Lineweg, F.: Handbuch technische Temperaturmeßung, Friedr. Vieweg und Sohn Verlagsgesellschaft mbH, Braunschweig 1976, Seite 291). Der Nachteil dieses Temperaturmeßgerätes ist darin zu sehen, daß eine endliche von Umgebungseinflüssen abhängige Temperaturdifferenz zur tatsächlichen Oberflächentemperatur bestehen bleibt.For measuring the temperature of surfaces of solid, moving bodies in addition to the usual measurement with contact thermometers in connection with comparatively complicated fixed or movable. arranged transmission systems temperature sensors used, which are arranged stationary close above the moving surface and at which the temperature via an intermediate carrier - mostly air - from the moving Surface is transferred to the temperature sensor, as for example with the so-called thermal vortex is the case. This temperature measuring device is located the measuring room, in which the temperature sensor is attached, is in a bell made of poorly thermally conductive material. The one also arranged in the measuring room The fan blade creates an air vortex, which the Boundary layers the air that is in direct contact with the moving surface and therefore has the same temperature, feeds a thermocouple <Lineweg, F .: Handbook technical temperature measurement, Friedr. Vieweg and son publishing company mbH, Braunschweig 1976, page 291). The disadvantage of this temperature measuring device is to see in it that a finite temperature difference dependent on environmental influences remains at the actual surface temperature.

Die Meßung der Temperaturen von Oberflächen fester, ruhender Körper, die im allgemeinen durch auf die Oberfläche aufgedrückte oder aufgeschweißte Temperatur fühler erfolgt, kann unter anderem mit Hilfe eines auf die Oberfläche aufgesetzten Differential-Thermoelements erfolgen, bei dem zwischen den Thermoelementstellen zunächst eine Temperaturdifferenz besteht. Diese Temperaturdifferenz bewirkt, daß ein Regler über eine Heizung der einen Thermoelementstelle Wärme derart zuführt, daß die Temperaturdifferenz zwischen den beiden Thermoelementstellen zu Null wird (Weichert, Lothar, u.a.: Temperaturmessung in der Technik, Lexika-Verlag Graffenau l/Württ.: 1976, Seiten 224/25).The measurement of the temperatures of surfaces of solid, stationary bodies, the temperature generally imprinted or welded onto the surface sensor takes place, can among other things with the help of a placed on the surface Differential thermocouple take place in which between the thermocouple points there is initially a temperature difference. This temperature difference causes a controller via a heater that supplies heat to a thermocouple point in such a way that that the temperature difference between the two thermocouple points becomes zero (Weichert, Lothar, inter alia .: Temperature measurement in technology, Lexika-Verlag Graffenau l / Württ .: 1976, pages 224/25).

Bei einem solchen Meßgerät ist es von Nachteil, daß der Temperaturausgleich wesentlich von äußeren Einflüssen abhängig ist und normalerweise auch sehr langsam erfolgt.In such a measuring device, it is disadvantageous that the temperature compensation is largely dependent on external influences and usually very slowly he follows.

Bei berührungsloser Messung ist dieses Verfahren nicht anwendbar.This method cannot be used for non-contact measurement.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das eingangs beschriebene Verfahren sowie die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens so zu gestalten, daß eine Temperaturmessung an den Oberflächen sowohl von ruhenden als auch von beweglichen Körpern berührungslos bei möglichst kurzen Ansprechzeiten durchführbar ist.The object of the present invention is to provide that which is described at the outset To design the process and the device for carrying out the process in such a way that that a temperature measurement on the surfaces of both stationary and moving Bodies can be carried out without contact with the shortest possible response times.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß als Übertragungsmittel zwischen der Oberfläche des festen Körpers und den Thermoelementstellen des Differential-Thermoelements ein über die Oberfläche praktisch linear und turbulent strömender Gasstrom dient, dessen einlaßseitig vergleichsweise enger Querschnitt sich unstetig erweitert und auslaßseitig unstetig wieder verengt und dessen Temperatur im einlaßseitigen und im auslaßseitigen Bereich gemessen wird. Hierbei erfährt die vom engeren Querschnitt aus sich unstetig erweiternde Gasströmung eine Geschwindigkeitsverminderung, so daß ein Temperaturausgleich zwischen dem Gasstrom und der zu messenden Oberfläche des festen Körpers erfolgt, der um so genauer und schneller geschieht, je größer der Wärmeinhalt und je höher die Wärmeleitfähigkeit der zu messenden Oberfläche des festen Körpers ist.The solution to this problem is that as a transmission medium between the surface of the solid and the thermocouple locations of the differential thermocouple a The gas stream, which flows practically linearly and turbulently over the surface, is used on the inlet side, a comparatively narrow cross-section widens discontinuously and on the outlet side unsteadily narrowed again and its temperature in the inlet side and in the outlet side Area is measured. Here, from the narrower cross-section, the experience becomes discontinuous expanding gas flow a reduction in speed, so that a temperature equalization takes place between the gas flow and the surface of the solid body to be measured, which happens more precisely and faster, the greater the heat content and the higher is the thermal conductivity of the surface of the solid body to be measured.

Die Differenz zwischen der einlaßseitig end auslaßseitig gemessenen Temperatur des Gasstroms bewirkt, daß ein Regler über ein Gebläse den Gasstrom auf eine solche Temperatur bringt, d.h. aufheizt oder abkühlt, daß die Temperaturdifferenz zu Null wird und damit seine Temperatur proportional der Temperatur der Oberfläche des festen Körpers ist.The difference between the values measured on the inlet side and the outlet side The temperature of the gas flow causes a regulator to open the gas flow via a fan brings such a temperature, i.e. heats up or cools down, that the temperature difference becomes zero and thus its temperature is proportional to the temperature of the surface of the solid body is.

Zweckmäßig erweitert sich der einlaßseitig engere Querschnitt des Gasstroms nach seiner unstetigen Erweiterung stetig und verengt sich wieder stetig bis zur auslaßseitig unstetigen Querschnittsverengung.The narrower cross section of the inlet side expediently expands Gas flow after its discontinuous expansion steadily and narrows again steadily up to the discontinuous cross-sectional constriction on the outlet side.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht aus einem dicht über der zu messenden Oberfläche angeordneten, oberflächenseitig offenen, mit einer Einlaß- und Auslaßöffnung für den Gasstrom versehenen, vorzugsweise aus einem schlecht wärmeleitenden Werkstoff gebildeten, ein einen Meßraum'geringer Höhe aufweisenden, haubenförmigen Gehäuse, in dem die Thermoelementstellen des Differential-Thermoelements dicht über der Oberfläche des festen Körpers in der Weise angeordnet sind, daß die eine Thermoelementstelle im Bereich der Einlaßöffnung und die andere Thermoelementstelle im Bereich vor der Auslaßöffnung angeordnet sind.The device for performing the method consists of one directly above the surface to be measured, open on the surface, provided with an inlet and outlet opening for the gas stream, preferably from a poorly thermally conductive material, a measuring space low in height having, hood-shaped housing in which the thermocouple points of the differential thermocouple are arranged close to the surface of the solid body in such a way that the one thermocouple location near the inlet port and the other thermocouple location are arranged in the area in front of the outlet opening.

Zwischen der zu messenden Oberfläche des festen Körpers und der Unterseite der Seitenwand des Gehäuses ist ein Spalt vorhanden, über den ein Teil des Gasstromes entweicht und dadurch das Gehäuse über der Oberfläche des festen Körpers in Schwebe hält Um eine Energieabwanderung aus dem Meßraum zu verhindern, ist nach einem weiteren Merkmal der Erfindung auf dem Gehäuse des Meßraumes eine vom Gasstrom vor dessen Eintritt in den Meßraum durchströmte Kammer, deren Größe etwa der Größe des Meßraumes entspricht, angeordnet. Die Temperaturdifferenz zwischen Meßraum und Umgebung wird dadurch auf wenige OC verringert.Between the surface of the solid body to be measured and the underside the side wall of the housing is a gap through which a part of the gas flow escapes and thereby the housing in suspension above the surface of the solid body holds In order to prevent energy leakage from the measuring room, there is another Feature of the invention on the housing of the measuring space one of the gas flow before it Entrance into the measuring space through a chamber, the size of which is approximately the size of the measuring space corresponds, arranged. The temperature difference between the measuring room and the environment is thereby reduced to a few OC.

Der Meßraum ist vorzugsweise kreisförmig oder oval ausgebildet, wobei die große Achse des Ovals von der Einlaßzur Auslaßöffnung des Meßraumes verläuft.The measuring space is preferably circular or oval, with the major axis of the oval runs from the inlet to the outlet opening of the measuring space.

Die in den Zeichnungen beispielhaft dargestellte Erfindung wird nachfolgend näher erläutert.The invention shown by way of example in the drawings will be described below explained in more detail.

Es zeigt Fig. 1 eine schematische Darstellung des Temperaturregelkreises der Meßvorrichtung. Der Regelkreis besteht aus den das Differential-Thermoelement bildenden Thermoelementen 1, 2, deren Meßstellen 3, 4 über einen Regler 5 und einen Leistungssteller 6 mit der Heizeinrichcung 7 und mit der Temperaturmeßeinrichtung 8, mit deren Hilfe die Temperaturanzeige erfolgt, verbunden sind.1 shows a schematic representation of the temperature control loop the measuring device. The control loop consists of the differential thermocouple forming thermocouples 1, 2, their measuring points 3, 4 via a controller 5 and a Power controller 6 with the Heizeinrichcung 7 and with the temperature measuring device 8, which are used to display the temperature.

In Fig. 2 ist die Draufsicht auf das Gehäuse 9 und in Fig. 3 ein Schnitt entlang der Linie I/I der Fig. 2 dargestellt. Das aus einer kreisförmigen Seitenwand 10 geringer Höhe und der Abdeckung 11 bestehende mit einer Einlaßöffnung 12 und einer Auslaßöffnung 13 für den Gasstrom versehene Gehäuse 9, besitzt einen gegenüber der zu messenden Oberfläche 14 des festen Körpers offenen Meßraum 15, bei dem die Meßstelle 3 des Differential-Thermoelements 1, 2 unmittelbar in der Einlaßöffnung 12 und die Meßstelle 4 direkt vor der Auslaßöffnung 13 für den Gasstrom angeordnet sind. Durch den in den Meßraum 15 eintretenden Gasstrom, der teilweise über den zwischen der Unterseite der Seitenwand 10 und der Oberfläche 14 des festen Körpers bestehenden Spalt 16 entweicht, wird das Gehäuse 9 über der Oberfläche 14 des festen Körpers in Schwebe gehalten. Die Ausströmöffnung 17 der Heizeinrichtung 7 ist unmittelbar vor der Einlaßöffnung 12 des Meßraums 15 angeordnet.In Fig. 2 is the plan view of the housing 9 and in Fig. 3 is a section shown along the line I / I of FIG. The one from a circular side wall 10 low height and the cover 11 existing with an inlet opening 12 and an outlet opening 13 for the gas flow provided housing 9, has an opposite the surface to be measured 14 of the solid body open measuring space 15, in which the measuring point 3 of the differential thermocouple 1, 2 directly in the Inlet opening 12 and the measuring point 4 directly in front of the outlet opening 13 for the gas flow are arranged. Through the gas flow entering the measuring chamber 15, which is partially about the between the bottom of the side wall 10 and the surface 14 of the solid Body existing gap 16 escapes, the housing 9 is above the surface 14 of the solid body held in suspension. The outflow opening 17 of the heating device 7 is arranged directly in front of the inlet opening 12 of the measuring space 15.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß trotz kurzer Ansprechzeiten keine Berührung mit der zu messenden Oberfläche des beweglichen oder ruhenden festen Körpers erforderlich ist und die Oberflächenbeschaffenheit sowie Bewegungsgeschwindigkeit und Bewegungsrichtung der zu messenden Oberfläche des festen Körpers das Temperaturmeßergebnis nicht beeinflussen können.The advantages achieved with the invention are in particular: that despite short response times there is no contact with the surface to be measured of the moving or stationary solid body is required and the surface properties as well as the speed and direction of movement of the surface to be measured of the solid body cannot influence the temperature measurement result.

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Claims (6)

PATENTANSPRÜCHE S Verfahren zur Bestimmung der Oberflächentemperatur fester Körper mittels eines in einem Meßraum angeordneten Differential-Thermoelements, indem die durch die Temperaturdifferenz der beiden Thermostellen erzeugte Thermospannung über einen Regler ein Gebläse derart steuert, daß der erzeugte Gasstrom die Umgebung der Vergleichs-Thermoelementstelle auf eine solche Temperatur bringt, daß die Temperaturdifferenz zu Null wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Übertragungsmittel zwischen der Oberfläche des festen Körpers und den Thermoelementstellen des Differential-Thermoelements ein über die Oberfläche praktisch linear und turbulent strömender Gasstrom dient, dessen einlaßseitig vergleichsweise enger Querschnitt sich unstetig erweitert und auslaßseitig unstetig wieder verengt und dessen Temperatur einlaßseitig und auslaßseitig gemessen wird. PATENT CLAIMS S Method for determining the surface temperature solid body by means of a differential thermocouple arranged in a measuring room, by the thermal voltage generated by the temperature difference between the two thermal points Controls a fan via a controller in such a way that the gas flow generated affects the environment brings the comparison thermocouple point to such a temperature that the temperature difference becomes zero, characterized in that as a transfer medium between the surface of the solid body and the thermocouple locations of the differential thermocouple a gas stream flowing over the surface in a practically linear and turbulent manner is used, whose inlet-side comparatively narrow cross-section widens and discontinuously The outlet side narrows discontinuously and its temperature on the inlet side and outlet side is measured. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der einlaßseitig engere Querschnitt des Gasstromes nach der unstetigen Erweiterung stetig erweitert und sich wieder stetig bis zur einlaßseitig unstetigen Querschnittsverengung verengt. 2. The method according to claim 1, characterized in that the on the inlet side narrower cross-section of the gas flow after the discontinuous expansion steadily widened and again steadily up to the inlet-side discontinuous cross-sectional constriction narrowed. 3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch ein dicht über der zu messenden Oberfläche (14) angeordnetes, oberflächenseitig offenes, mit einer Einlaßöffnung (12) und Auslaßöffnung (13) für den Gasstrom versehenes, vorzugsweise aus einem schlecht wärmeleitenden Werkstoff gebildetes, ein einen Meßraum (15) geringer Höhe aufweisendes, haubenförmiges Gehäuse (9), in dem die Thermoelementstellen (3, 4) des Differential-Thermoelements (1, 2) dicht über der Oberfläche (34) des festen Körpers so angeordnet sind, daß sich die eine Thermoelementstelle (3) im Bereich der Einleßöffnung und die andere Thermoelementstelle (4) im Bereich der Auslaßöffnung befindet. 3. Device for performing the method according to the claims 1 and 2, characterized by a closely above the surface to be measured (14) arranged, open on the surface, with an inlet opening (12) and outlet opening (13) for the gas flow provided, preferably made of a poorly thermally conductive material formed, a measuring space (15) having a small height, hood-shaped housing (9), in which the thermocouple points (3, 4) of the differential thermocouple (1, 2) are arranged just above the surface (34) of the solid body so that one thermocouple point (3) in the area of the inlet opening and the other thermocouple point (4) is located in the area of the outlet opening. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Oberfläche (14) des festen Körpers und der Unterseite der Seitenwand (10) des Meßgehäuses (9) ein Spalt (16) vorhanden ist.4. Apparatus according to claim 3, characterized in that between the surface (14) of the solid body and the underside of the side wall (10) of the Measuring housing (9) a gap (16) is present. 5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch kennzeichnet, daß der Meßraum (15) kreisförmig oder oval gestaltet ist, wobei die große Achse des Ovals in Richtung von der Einlaß(12) zur Auslaßöffnung (13) verläuft.5. Device according to claims 3 and 4, characterized in that that the measuring space (15) is designed circular or oval, the major axis of the oval in the direction from the inlet (12) to the outlet opening (13). 6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüchen 3 bis 5, gekennzeichnet durch eine auf dem Gehäuse (9) angeordnet vom Gasstrom vor dessen Eintritt in den Meßraum (15) durchströmbare Kammer (16).6. Device according to one or more of claims 3 to 5, characterized by one on the housing (9) arranged by the gas stream before it enters the Measuring space (15) through which a chamber (16) can flow.
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