DE3221382A1

DE3221382A1 - Anordnung zum ueberpruefen des ausgangssignals eines pyrometers

Info

Publication number: DE3221382A1
Application number: DE19823221382
Authority: DE
Inventors: Neil Andrew Oxley; Mark Dronfield Sheffield Wrigley
Original assignee: Land Pyrometers Ltd
Current assignee: Land Instruments International Ltd
Priority date: 1981-06-09
Filing date: 1982-06-05
Publication date: 1982-12-23
Also published as: DE3221382C2; FR2507316B1; GB2101306B; GB2101306A; FR2507316A1

Description

Andrejewski, Honke & Partner, Patentanwälte in Essen

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum überprüfen des Ausgangssignals eines Pyrometers, insbesondere eines Strahlungspyrometers.

Ein Strahlungspyrometer mißt bekanntlich die von einer vorgegebenen Fläche einer Oberfläche über einen vorgegebenen Raumwinkel ausgesandte Strahlung, um die Temperatur der Oberfläche zu bestimmen. Anfänglich sind Pyrometer durch Messung der Strahlung geeicht worden, die von einer Oberfläche bekannter Temperatur und mit einer Emissionsstärke von 1,0, gewöhnlich einem Hohlraumofen, ausgesandt worden ist. Solche Öfen sind jedoch groß, sperrig und thermisch massiv, so daß zum Eichen des Pyrometers über einen Temperaturbereich eine beachtlxhe Zeit benötigt wird, wenn nur ein einziger Ofen verwendet wird. Eine Eichung kann zwar auch durch Messung der von einem heißen Faden bzw. Draht ausgesandten Strahlung vorgenommen werden, wahrscheinlich wird jedoch die Fadenfläche kleiner als die Zielfläche des Pyrometers sein und die Emissionsstärke unter 1,0 liegen. Allerdings kann vom Pyrometer ausreichende Strahlung aufgenommen werden, um die gewünschte Temperatur eines schwarzen Körpers zu simulieren, indem der Faden auf eine Temperatur gebracht wird, die höher als die zu untersuchende Temperatur ist. Geeignete Helligkeitseinstellungen für den Faden können durch eine Vergleichseinstellung des Fadens gegenüber einem Pyrometer bekannter Eichung erreicht werden.

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Wird ein Faden in der zuvor, beschriebenen Art und Weise benutzt, ergeben sich zwei größere Probleme. Die Strahlungsabgabe eines elektrisch beheizten Fadens kann instabil sein. Darüber hinaus hat die Verteilung der ausgesandten Strahlung nicht dieselbe spektrale Verteilung wie ein Hohlraumstrahler bei der simulierten Temperatur. Das ist von Bedeutung, wenn ein Pyrometer überprüft wird, das eine andere spektrale Empfindlichkeit als das für die Eichung der Fadenhelligkeit verwendete Pyrometer aufweist. Solche Unterschiede würden ein unrichtiges Ausgangssignal des überprüften Pyrometers ergeben.

Ein anderes, bei der Überprüfung des Ausgangssignals eines Pyrometers auftauchendes Problem besteht darin, daß man das Pyrometer von seinem Arbeitsort entfernen und an den Überprüfungsort bringen muß. Das ist besonders zeitaufwendig und jede Verkürzung der zum überprüfen eines Pyrometers benötigten Zeit würde für den Benutzer von großem Vorteil sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zum überprüfen des Ausgangssignals eines Pyrometers zu entwickeln, die besonders einfach aufgebaut, wirksam und transportabel ist, so daß Pyrometer an ihrem Einsatzort wirksam überprüft werden können.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß eine Mehrzahl von glühenden Lampen vorgesehen und jede

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Lampe mit einer Mehrzahl von Sichtbahnen versehen ist, daß die Mehrzahl der Sichtbahnen aller Lampen dieselbe Länge aufweist und mit ihren gesammelten Enden eine einzige bündige Zielfläche bildet, daß die Mehrzahl der Sichtbahnen von allen Lampen zum Ausgleich jeglicher Helligkeitsdifferenz zwischen den Fäden der Lampen willkürlich verteilt sind und daß zwischen jeder Lampe und ihrer Mehrzahl von Sichtbahnen ein optisches Filter angeordnet ist. Vorzugsweise sind die Sichtbahnen von Bündeln optischer Fasern gebildet.

Da mehrere glühende Lampen vorgesehen sind, wird jegliche Helligkeitsänderung eines Fadens gegenüber den anderen durch die willkürliche Verteilung der Sichtbahnen jeder Lampe zur Zielfläche hin kompensiert. Und wenn ein zu überprüfendes Pyrometer so an die Zielfläche gebracht wird, daß die Linse sich so nah wie möglich am Ziel befindet, dann wird das Ziel vom Pyrometer nicht abgebildet und kann das von jeder Lampe ausgesandte Licht durch Defokussierung weiter vergleichmäßigt werden.

Infolge des optischen Filters zwischen jeder Lampe und ihrer Mehrzahl von Sichtbahnen kann die spektrale Strahlungsverteilung durch Filterwahl so geändert werden, daß das zu untersuchende Pyrometer eine spektrale Verteilung aufweist, die der eines schwarzen Körpers bei der simulierten Temperatur ähnlich ist, und kann eine geeignete Wahl

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tatsächlich getroffen werden, auch wenn die Wahl von Filtern zugestandenermaßen nicht perfekt sein kann, weil sie über einen Temperaturbereich arbeiten müssen.

Der Einsatz einer Mehrzahl von Lampen mit willkürlich verteilten Sichtbahnen beseitigt zwar in einem wesentlichen Umfang durch Helligkeitsänderung verursachte Probleme, nichtsdestoweniger ist es höchst wünschenswert, eine Kontrolle über die Spannung auszuüben, mit der die Lampen versorgt werden. Aus diesem Grunde, d. h. zwecks Konstant- _; haltung der Lampenleistung ist es - entsprechend einem weiteren Vorteil der Erfindung - vorzuziehen, einen Photo- ι detektor vorzusehen sowie eine Sichtbahn von der Mehrzahl der Sichtbahnen einer jeden Lampe auf den Photodetektor zu richten und das Ausgangssignal des Photodetektors zur '. Kontrolle der Lampenspannung einzusetzen. ^!

Daher kann die erfindungsgemäße Anordnung, insbesondere in ihrer bevorzugten Ausführungsform, gegenüber einem Pyrometer mit bekannter Eichung eingestellt und dann beispielsweise zu einem Düsentriebwerk eines Flugzeuges transportiert sowie zum Überprüfen eines im Flugzeug angeordneten Pyrometers eingesetzt werden, das beispielsweise die Turbinenlaufradschaufeln überwacht. Das hat den großen Vorteil, daß das Pyrometer nicht von seinen elektrischen Kreisen im Flugzeug getrennt werden muß und beim Testen des Pyrometers zugleich auch die Anzeige in der Flugzeuginstrumentierung überprüft werden kann.

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Im folgenden wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Anordnung zum überprüfen des Ausgangssignals von Strahlungspyrometern und

Fig. 2 die Schaltung der beim Gegenstand der Fig. 1 eingesetzten gedruckten Leiterplatte.

Die Anordnung zum überprüfen des Ausgangssignals von Strahlungspyrometern weist einen rohrförmigen Körper 1 auf, an dessen einem Ende ein Pyrometerrohr 2 in einer Bohrung eines Befestigungsblocks 4 z. B. mit einem Kleber befestigt ist. Der Befestigungsblock 4 ist mit Schrauben 5 an eingezogene Flansche 6 eines Hülsenteiles 7 angeschlossen, das seinerseits wiederum beispielsweise durch Klebung im rohrförmigen Körper 1 befestigt ist. Innerhalb des Hülsenteiles 7 befindet sich ein mit Schrauben 8 an den Flanschen 6 befestigter Block 9, der eine durchgehende Bohrung mit konischem Einlaßabschnitt 10 und anschließendem Parallelseitenabschhitt 11 aufweist. Die äußere Mantelfläche des Blockes 9 ist zur Aufnahme des Endes eines Zylinders 12 mit geschlossenem anderen Ende 13 abgesetzt. An diesem Ende des Zylinders 12 liegt ein Montageblock 14 mit mehreren Durchgangsbohrungen 15 an, in denen zwölf Lampen 16 angeordnet bzw. befestigt sind, von denen nur zwei dargestellt

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sind. Der Montageblock 14 wird durch Stützstäbe 17 in Stellung gehalten, die durch nicht dargestellte Schrauben gegen den Montageblock 14 gehalten sind und sich zu einem Endblock 18 erstrecken, an dem die Stützstäbe mit Schrauben 19 befestigt sind. Der Endblock 18 wird durch eine auf den rohrförmigen Körper 1 aufgeschraubte Überwurfmutter 20 an Ort und Stelle gehalten.

Im Endblock 18 ist ein Anschlußteil 21 für die Energieversorgung vorgesehen, welches mit den Eingängen einer gedruckten Leiterplatte 22 verbunden ist. Die Leiterplatte 22 ist zwischen dem Endblock 18 und dem Montageblock 14 mit den Lampen 16 befestigt, die mit den Ausgängen der Leiterplatte 22 verbunden sind. Außerdem ist an die Leiterplatte 22 ein Photodetektor 23 angeschlossen, der in einer Zentralbohrung des Montageblockes 14 befestigt ist.

Jeder Lampe 16 ist ein Bündel aus z. B. zwölf schlauchförmigen optischen Fasern 24 zugeordnet. Die Enden der optischen Fasern 24 sind von einem Bandring 25 zusammengehalten, der in eine mit der zugeordneten Lampe 16 fluchtende Bohrung 26 eingesetzt ist, so daß die Enden der optischen Fasern 24 ganz dicht in der Nähe der Lampe 16 liegen. Die Bündel der optischen Fasern jeder Lampe 16 verlaufen längs des Zylinders 12 - aus Gründen der Klarheit sind wiederum nur zwei Bündel dargestellt - und sind willkürlich verteilt sowie insgesamt zusammengefaßt durch den Block 9 bzw. dessen:

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konischen Einlaßabschnitt 10 und Parallelseitenabschnitt 11 geführt, so daß die Enden der optischen Fasern 24 mit dem Ende des Blockes 9, das dem Pyrometerrohr 2 am nächsten liegt, im wesentlichen Schluchten. Eine optische Faser 24A eines jeden Bündels ist umgebogen und die Enden dieser Fasern 24A sind in einem Bandring 27 befestigt, der in eine Zentralbohrung 28 am Ende des Gehäuses eingesetzt ist, so daß die Enden der Fasern 24A ganz in der Nähe des Photodetektors 23 liegen.

Da die optischen Fasern 24 und 24A eine bekannte Länge aufweisen, kann jede Lampe 16 mit einer Linse versehen werden, um das Licht dieser Lampe auf das gegenüberliegende Ende der optischen Fasern zu fokussieren. Außerdem ist zwischen jeder Lampe und dem benachbarten Ende der optischen Fasern noch ein optisches Filter 29 eingeführt.

Vorzugsweise sind die Lampen 16 in Serie miteinander verbunden, so daß bei Ausfall einer Lampe die gesamte Anordnung ausfällt.

Ist die beschriebene Anordnung anfangs gegen ein Pyrometer bekannten Ausgangssignals geeicht worden, kann der Lampe eine Spannung zugeführt werden, um eine vorgegebene Temperatur zu simulieren. Wenn dann in das Pyrometerrohr 2 ein Pyrometer 30 eingeschoben wird, bis sich dessen

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Fenster nahe bei den Enden der optischen Fasern 24 befindet/ kann den Lampen Spannung zugeführt werden, um eine bestimmte Temperatur zu simulieren, und die Anzeige vom Pyrometer 30 daraufhin überprüft werden, ob sie die gewünschte Temperatur anzeigt. Durch Änderung der Lampenspannung kann das Pyrometer 30 über seinem gesamten Arbeitsbereich.überprüft werden, um sicherzustellen, daß es bei allen Temperaturen korrekt arbeitet.

Ein großer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß dann, wenn das Pyrometer 30 z. B. in einem Flugzeug in Arbeits- i Stellung montiert ist, um die Temperatur der Turbinenlaufradschaufeln zu überwachen, es nicht notwendig ist, das Pyrometer von seinen zugeordneten elektrischen Kreisen zu trennen. Es braucht lediglich aus seiner Montierung entfernt und in das Pyrometerrohr 2 eingesetzt zu werden. Das hat den weiteren Vorteil, daß neben der Überprüfung des Aus- ' gangssignals des Pyrometers gleichzeitig auch die Flugzeuginstrumentierung auf korrekte Temperaturanzeige überprüft >

werden kann. i

Wie in Fig. 1 dargestellt ist, wird über das Anschlußteil

21 Energie der gedruckten Leiterplatte 22 zugeführt, an die jede der zwölf Lampen 16 und der Ausgang des Photodetektors 23 angeschlossen sind.

In Fig. 2 ist die Schaltung dieser gedruckten Leiterplatte

22 wiedergegeben. Bei eingeschalteter Energiequelle und

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beleuchteten Lampen werden die zurückgebogenen optischen Fasern 24A zur Beleuchtung des Photodetektors 23 benutzt, der aus einer Photodiode, beispielsweise Silizium-EXP503-Photodiode besteht. Das Ausgangssignal der Photodiode ist ein Photostrom und wird über einen 1C1A-Baustein in eine Spannung umgewandelt, der eine Rückkopplungsschaltung 31 aus einem ausgesuchten Thermistor/Resistor-Netzwerk aufweist, so daß die Ausgangsspannung des 1C1A-Bausteines bei Umgebungstemperatur konstant ist. Hierzu muß das Ausgangssignal der Photodiode als Funktion der Umgebungstemperatur bekannt sein und geeignetes Netzwerk ausgesucht werden.

Der mit steigernder Helligkeit negativ werdende Ausgang des 1C1A-Bausteines wird einer Referenzspannung von einer Zenerdiode 32 hinzuaddiert. Das bildet die Eingangsspannung eines 1C1B-Bausteines, der mit einem Strombooster 1C2 für die Versorgung der Lampen 16 arbeitet. Negative Rückkopplung des Gesamtsystems wird dadurch erreicht, daß die Photodiode 23 die Lampenleistung zu sehen vermag. Das Helligkeitsniveau der Lampen wird mit einem veränderlichen Widerstand 33 zwischen der Zenerdiode 32 und dem 1C1B-Baustein bestimmt. Lampenstabilität ist gewährleistet, weil Helligkeitsverminderungen eine erhöhte Lampenversorgungsspannung zur Folge haben.

Claims

Andrejewski, Honke & Partner

Diplom-Physiker

Dr. Walter Andrejewski

Diplom-Ingenieur

Dr.-Ing. Manfred Honke

Diplom-Physiker

Dr. Karl Gerhard Masch

Anwaltsakte:

58 955/Rt-ma

4300 Essen 1, Theaterplatz 3, Postf. 100254

3. Juni 1982

Patentanmeldung LAND PYROMETERS LIMITED Wreakes Lane, Dronfield Sheffield S18 6DJ, England

Anordnung zum überprüfen des Ausgangssignals eines Pyrometers

Patentansprüche:

rl J Anordnung zum Überprüfen des Ausgangssignals eines Pyrometers, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von glühenden Lampen (16) vorgesehen und jede Lampe (16) mit einer Mehrzahl von Sichtbahnen versehen ist, daß die

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Mehrzahl der Sichtbahnen aller Lampen (16) dieselbe Lange aufweist und mit ihren gesammelten Enden eine einzige bündige Zielfläche bildet, daß die Mehrzahl der Sichtbahnen von allen Lampen (16) zum Ausgleich jeglicher Helligkeitsdifferenz zwischen den Fäden der Lampen (16) willkürlich verteilt sind und daß zwischen jeder Lampe (16) und ihrer Mehrzahl von Sichtbahnen ein optisches Filter (29) angeordnet ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sichtbahnen von Bündeln optischer Fasern (24) gebildet sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Photodetektx (23) vorgesehen ist und eine Sichtbahn von der Mehrzahl der Sichtbahnen einer jeden Lampe (16)

auf den Photodetektor (23) gerichtet ist. ^;

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an einem Ende eine Halterung (Pyrometerrohr 2) vorgesehen ist, mit der ein zu überprüfendes Pyrometer im Bereich der Enden der willkürlich verteilten Bündel der Sichtbahnen haltbar ist.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine gedruckte Leiterplatte (22) mit Kontrollkreisen für die glühenden Lampen (16) und den Photodetektor (23) aufweist und diese gedruckte Leiterplatte

(22) über ein Anschlußteil (21) an der Anordnung mit einer Energiequelle verbunden ist.