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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Überprüfen des Ausgangssignals eines Pyrometers, insbesondere eines Strahlenpyrometers.
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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 beachtliche 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 scharzen 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.
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Ein anderes, bei der Überprüfung des Ausgangssignals eines Pyrometers auftauchendes Problem besteht darin, daß man das Pyrometer von seinem Arbeitsort entfernen und an den Uberprüfungsort bringen muß. Das ist besonders zeitaufwendig und jede Verkürzung der zum Überprüfen eines Pyrometers benötigten Zeit würde für den Benutzer von großem Vorteil sein.
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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.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß eine Mehrzahl von glühenden Lampen vorgesehen und jede Lampe mit einer Mehrzahl von Lichtbahnen versehen ist, daß die Mehrzahl der Lichtbahnen aller Lampen dieselbe Länge aufweist und mit ihren gesammelten Enden eine einzige bündige Zielfläche bildet, daß die Mehrzahl von Lichtbahnen von allen Lampen zum Ausgleich jeglicher Helligkeitsdifferenz zwischen den Fäden der Lampen willkürlich verteilt sind und daß zwischen jeder Lampe und ihrer Mehrzahl von Lichtbahnen ein optisches Filter angeordnet ist. Vorzugsweise sind die Lichtbahnen von Bündeln optischer Fasern gebildet.
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Da mehrere glühende Lampen vorgesehen sind, wird jegliche Helligkeitsänderung eines Fadens gegenüber den anderen durch die willkürliche Verteilung der Lichtbahnen 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 es kann das von jeder Lampe ausgesandte Licht durch Defokussierung weiter vergleichmäßigt werden.
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Infolge des optischen Filters zwischen jeder Lampe und ihrer Mehrzahl von Lichtbahnen kann die spektrale Strahlungsverteilung durch Filterwahl so geändert werden, daß das zu untersuchende Pyrometer eine spektrale Verteilung empfängt, die der eines schwarzen Körpers bei der simulierten Temperatur ähnlich ist, und es kann eine geeignete Wahl tatsächlich getroffen werden, auch wenn die Wahl von Filtern zugestandenermaßen nicht perfekt sein kann, weil sie über einen Temperaturbereich arbeiten müssen.
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Der Einsatz einer Mehrzahl von Lampen mit willkürlich verteilten Lichtbahnen beseitigt zwar in einem wesentlichen Umfang durch Helligkeitsänderung verursachte Probleme, nichtdestoweniger ist es höchst wünschenswert, eine Kontrolle über die Spannung auszuüben, mit der die Lampen versorgt werden. Aus diesem Grunde, d. h. zwecks Konstanthaltung der Lampenleistung ist es vorzuziehen, einen Photodetektor vorzusehen sowie eine Lichtbahn von der Mehrzahl der Lichtbahnen einer jeden Lampe auf den Photodetektor zu richten und das Ausgangssignal des Photodetektors zur Kontrolle der Lampenspannung einzusetzen.
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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. Eszeigen
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Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Anordnung zum Überprüfen des Ausgangssignals von Strahlungspyrometernund
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Fig. 2 die Schaltung der beim Gegenstand der Fig. 1 eingesetzten gedruckten Leiterplatte.
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Die Anordnung zum Überprüfen des Ausgangssignals von Strahlungspyrometern weist einen rohrförmigen Körper 1 auf, an dessen einem Ende ein Pyrometerrohr 2 in einer Bohrung 3 eines Befestigungsblocks 4 z. B. mit einem Kleber befestigt ist. Der Befestigungsblock 4 ist mit Schrauben 5 an Innenflansche 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 der Innenflansche 6 befestigter Block 9, der eine durchgehende Bohrung mit konischem Einlaßabschnitt 10 und anschließendem Parallelseitenabschnitt 11 aufweist.
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Die äußere Mantelfäche des Blockes 9 ist zur Aufnahme des Endes eines Zylinders 12 mit geschlossenem anderen Ende 13 abgesetzt. An diesem Ende 13 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 sind. Der Montageblock 14 wird durch Stützstäbe 17 in Stellung gehalten, die durch nicht dargestellte Schrauben gegen den Montageblock 14 gehalten sind und sich bis zu einem Endblock 18 erstrecken, an dem die Stützstäbe 17 mit Schrauben 19 befestigt sind. Der Endblock 18 wird durch eine auf den rohrförmigen Körper 1 aufgeschraubte Uberwurfmutter 20 an Ort und Stelle gehalten.
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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.
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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 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 fluchten. Eine optische Faser 24 A eines jeden Bündels ist umgebogen und die Enden dieser Fasern 24 A sind in einem Bandring 27 befestigt, der in einer Zentralbohrung 28 in das Ende 13 des Zylinders 12 eingesetzt ist, so daß die Enden der Fasern 24 A ganz in der Nähe des Photodetektors 23 liegen.
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Da die optischen Fasern 24 und 24 A 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 16 und dem benachbarten Ende der optischen Fasern 24 noch ein optisches Filter 29 eingeführt.
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Vorzugsweise sind die Lampen 16 in Serie miteinander verbunden, so daß bei Ausfall einer Lampe die gesamte Anordnung ausfällt.
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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 Fenster nahe bei den Enden der optischen Fasern 24 befindet, kann 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.
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Ein großer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß dann, wenn das Pyrometer 30 z. B. in einem Flugzeug in Arbeitsstellung 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 Halterung entfernt und in das Pyrometerrohr 2 eingesetzt zu werden. Das hat den weiteren Vorteil, daß neben der Überprüfung des Ausgangssignals des Pyrometers gleichzeitig auch die Flugzeuginstrumentierung auf korrekte Temperaturanzeige überprüft werden kann.
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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.
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In Fig. 2 ist die Schaltung dieser gedruckten Leiterplatte 22 wiedergegeben. Bei eingeschalteter Energiequelle und leuchtenden Lampen 16 werden die zurückgebogenen optischen Fasern 24 A zur Beleuchtung des Photodetektors 23 benutzt, der aus einer Photodiode, beispielsweise Silizium EXP 503-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.
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Der mit steigernder Helligkeit negativ werdende Ausgang des 1C1A-Bausteines wird eine Referenzspannung von einer Zenerdiode 32 hinzuaddiert. Das bildet die Eingangsspannung eines 1C1B-Bausteines, der mit einem Strombooster 1 C 12 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 16 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.