DE3233863A1

DE3233863A1 - Messanordnung zur bestimmung der temperatur fester koerper

Info

Publication number: DE3233863A1
Application number: DE19823233863
Authority: DE
Inventors: Gerhard 6380 Bad Homburg Alberti; Werner 6000 Frankfurt Behrens
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1982-05-28
Filing date: 1982-09-11
Publication date: 1984-03-15

Description

Meßanordnung zur Bestimmung der Temperatur fester Körper
Die Erfindung betrifft eine Meßanordnung zur berührungslosen, quasi-kontinuierlichen Bestimmung der Temperatur fester, vorzugsweise bewegter, Körper, bestehend aus einer von einem Luftstrom durchströmbaren Heizkammer, einer nachgeordneten Vorkammer, einem daran anschließenden, aus thermisch schlecht leitendem Werkstoff bestehenden, in kleinem Abstand über der Oberfläche des Körpers mit Hilfe des Luftstroms schwebbaren Gehäuse und einem in dem zwischen der Unterseite des Gehäuses und der Oberfläche des Körpers gebildeten Zwischenraum, in den der Luftstrom unter Bildung eines Luftkissens einblasbar und an dessen Umfang der Luftstrom ausblasbar ist, angeordneten Differential-Thermoelementstelle, dessen eine Thermoelementmeßstelle im Bereich des einblasbaren Luftstroms und dessen andere Thermoelementmeßstelle im Bereich des ausblasbaren Luftstroms angeordnet und über einen Regler mit der Heizkammer verbunden sind nach Hauptpatent ... (Patentanmeldung P 32 20 987.0).
Bei dieser Meßanordnung wird die Temperatur fester Körper in der Weise gemessen, daß als Übertragungsmittel zwischen der Oberfläche des festen Körpers und den Thermoelementmeßstellen des Differential-Thermoelements ein über die Oberfläche des festen Körpers praktisch linear und turbulent geführter Luftstrom dient, dessen einblasseitig vergleichsweise enger Querschnitt sich unstetig erweitert und ausblasseitig unstetig wieder verengt und dessen Temperatur beim Ein- und Ausblasen in bzw. aus dem Zwischenraum gemessen wird. Der vom engeren Querschnitt aus sich unstetig erweiternde Luftstrom erfährt eine Geschwindigkeitsverminderung, so daß ein Temperaturausgleich zwischen dem Luftstrom und der Oberfläche des festen Körpers erfolgt, der um so genauer und schneller yeschieht je größer der Wärmeinhalt und je höher die Wärmeleitfähigkeit des festen Körpers sind. Die Differenz zwischen der einblasseitig und ausblasseitig gemessenen Temperatur des Luftstroms bewirkt, daß ein Regler über eine Heizkammer den Luftstrom auf eine solche Temperatur bringt, d.h. aufheizt oder abkühlt, daß die Temperaturdifferenz zu Null wird und damit die Tcmperatur des Gasstroms proportional der Temperatur des festen Körpers ist.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Meßgenauigkeit der eingangs beschriebenen Meßanordnung mit Hilfe einfacher Mittel zu verbessern.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht in mehreren im Randbereich des Gehäuses kreisringförmig und koaxial angeordneten, von der Vorkammer bis zur Unterseite des Gehäuses durchgehenden Bohrungen, über die der Luftstrom in den zwischen Gehäuse und Oberfläche des Körpers bestehenden, die eine Thermoelementmeßstelle aufweisenden Zwischenraum einblasbar ist und einer zentrisch angebrachten, die andere Thermoelementmeßstelle enthaltenden, über wenigstens einen Kanal mit der Außenluft verbundenen, Sacklochbohrung für das Ausblasen eines Teils des Luftstroms aus dem Zwischenraum.
Um ein möglichst günstiges Strömungsverhalten für den über die Bohrungen eingeblasenen Luftstrom zu erreichen, ist in der Unterseite des Gehäuses ein die Bohrungen verbindender zur Oberfläche des festen Körpers hin offener Ringkanal, in dem zweckmäßigerweise die eine Thermoelementmeßstelle untergebracht ist, angeordnet.
Damit ein optimales Luftkissen zwischen der Unterseite des Gehäuses und der Oberfläche des festen Körpers erreichbar ist, sollte die Höhe des Zwischenraums zweckmäßig 0,1 bis 2,0 mm betragen, da bei größerer Höhe das Luftkissen nicht mehr aufrechterhalten werden kann.
Die Reaktionsgeschwindigkeit der Meßanordnung ist dann ausreichend, wenn Thermoelemente eingesetzt werden, deren Halbwertzeit C 1 s ist.
Im Rahmen der vorzugsweisen Ausgestaltung der Meßanordnung ist das Gehäuse höhen- und winkelbeweglich, so daß bei der Bestimmung der Temperatur bewegter Körper vertikale Bewegungen sowie Winkelbewegungen ausgeglichen werden können.
Um die Innentemperatur bewegter fester Körper bestimmen zu können, ist nach einem besonderen Merkmal der Erfindung das Gehäuse längsverschieblich und daher ohne Relativbewegung mit dem bewegten festen Körper solange mitführbar bis ein Temperaturausgleich zwischen eingeblasenem Luftstrom und festen Körper stattgefunden hat.
Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielhaft schematisch dargestellt und wird im folgenden näher in Aufbau und Funktionsweise beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Meßanordnung.
Fig. 2 eine Draufsicht auf das Gehäuse der Meßanordnung.
Ein von einem nicht dargestellten Gebläse erzeugter Luftstrom durchläuft die Heizkammer 1, strömt durch die mit einer Wand 3 aus thermisch schlecht leitendem Werkstoff versehene Vorkammer 2 und wird über die in dem aus thermisch schlecht leitendem Werkstoff bestehenden Gehäuse 4, kreisförmig und koaxial angeordneten Bohrungen 5, die sich von der Vorkammer 2 bis in den in der Unterseite des Gehäuses 4 angebrachten, die Bohrungen 5 verbindenden und die eine Thermoelementmeßstelle 6 enthaltenden, Ringkanal 7 erstrecken, in den zwischen der Unterseite des Gehäuses 4 und der Oberfläche des festen Körpers 8 gebildeten Zwischenraum 9 geblasen. Am Umfang des Zwischenraums 9 wird der größte Teil des Luftstroms wieder ausgeblasen und nur ein kleiner Teil bläst über die mit der Thermoelementmeßstelle 10 ausgestattete zentrisch angebrachte Sacklochbohrung 11, von der in horizontaler Richtung der Kanal 12 abgeht, aus. Der am Umfang des Zwischenraums 9 ausblasende Luftstrom dient einmal zur Abschirmung der Thermoelementmeßstellen 6 und 10 vor äußeren Einflüssen und hält zum anderen das Gehäuse 4 unter Bildung eines Luftkissens in definiertem Abstand über der Oberfläche des yewalzten Bandes 8. Der über die Sacklochbohrung 11 ausblasende Luftstrom wird auf seinem Weg vom Ausströmen aus dem Ringkanal 7 bis zum Einströmen in die Sacklochbohrung 11 in Abhängigkeit von seiner beim Ausströmen aus dem Ringkanal 7 vorhandenen Temperatur durch die Temperatur des Bandes 8 aufgeheizt oder abgekühlt. Die durch die Thermoelementmeßstellen 6, 10 gemessene Temperaturdifferenz sowie deren Vorzeichen dient zur Regelung, die als Null-Regelung ausgelegt ist, der Temperatur des in der Heizkammer 1 einströmenden Luftstroms. Die thermischen Eigenschaften der Meßanordnung wie z.B. Totzeitverhalten, Einschwingen, Wärmeableitung werden, wie allgemein üblich, durch Abgleich ausgeglichen. Da im abgeglichenen Zustand der in das Sackloch 11 einströmende Luftstrom die gleiche Temperatur wie das Band 8 besitzt, wird im Rahmen der vorgegebenden Meßgenauigkeit die Temperatur des Bandes thermisch nicht beeinflußt. Die erforderliche gute thermische Isolation des Gehäuses 4 wird durch die thermische Kompensationswirkung der Vorkammer 2 erreicht, indem die normalerweise zwischen der Raumtemperatur und der Temperatur des Luftstroms im Zwischenraum 9 bestehende Temperaturdifferenz auf ca. 5-7 OC verringert wird, so daß eine nahezu ideale thermische Isolation des Meßraums erreicht ist. Das Gehäuse und die Vorkammer 2 sind in der Halterung 13 befestigt.
Die mit der erfindungsgemäßen Meßanordnung erzielten Vorteile sind insbesondere darin zu sehen, daß der gemessene Absolutwert der Temperatur unabhängig von der Oberflächenbeschaffenheit des festen Körpers ist, keine Beeinflußung der Meßanordnung durch die Umgebung, wie beispielsweise Luftbewegung und Einstrahlung möglich ist, Meßergebnisse mit einer Genauigkeit von 0-3 0C erreichbar sind, eine den Temperaturänderungen des Körpers entsprechend hohe Reaktionsgeschwindigkeit von zu 2 OC/s möglich ist, eine Unabhängigkeit der Messung von Schwankungen der Dicke des festen Körpers im Bereich von + 1 mm und Lageveränderung des festen Körpers von + 10 mm sowie der aus Lageveränderungen resultierenden Neigungen der Körperoberfläche besteht und insbesondere bei der Temperaturmessung an bewegten Körpern eine Unabhängigkeit von deren Geschwindigkeit gegeben ist. Leerseite

Claims

PATENTANSPRUCHE 1. Meßanordnung zu berührungslosen, quasi-kontinuierlichen Bestimmung der Temperatur fester, vorzugsweise bewegter, Körper, bestehend aus einem von einer Luftstrom durchströmbaren Heizkammer, einer nachgeordneten Vorkammer, einem daran anschließenden, in kleinem Abstand über der Oberfläche des Körpers mit Hilfe des Luftstroms schwebbaren, aus thermisch schlecht leitendem Werkstoff bestehenden Gehäuse und einem in dem zwischen der Unterseite des Gehäuses und der Oberfläche des Körpers bestehenden Zwischenraum, in den der Luftstrom unter Bildung eines Luftkissens einblasbar und an dessen Umfang wieder ausblasbar ist, angeordneten Differential-Thermoelement, dessen eine Thermoelementmeßstelle im Bereich des eingeblasenen und dessen andere Thermoelementmeßstelle im Bereich des ausgeblasenen Luftstroms angeordnet und über einen Regler mit der Heizkammer verbunden sind nach Hauptpatent ....

(Patentanmeldung P 32 20 987.0), gekennzeichnet durch mehrere im Randbereich des Gehäuses (4) kreisringförmig und koaxial angeordnete, von der Vorkammer (2) bis zur Unterseite durchgehenden Bohrungen, über die der Luftstrom in den Zwischenraum (9) einblasbar ist, und eine zentrisch angebrachte, die andere Thermoelementmeßstelle (10) enthaltende, über wenigstens einen Kanal (12) mit der Außenluft verbundene Sacklochbohrung, über die ein Teil des Luftstroms aus dem Zwischenraum ausblasbar ist.
2. Meßanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch, einen auf der Unterseite des Gehäuses (4) befindlichen zur Oberfläche des Körpers (18) hin offenen, die kreisringförmig und koaxial angeordneten Bohrungen (5) verbindenden Ringkanal (7).
3. Meßanordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Thermoelementmeßstelle (6) im Ringkanal (7) angeordnet ist.
4. Meßanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Thermoelementmeßstellen (6, 10) eine Halbwertzeit von t 1 s besitzen.
5. Meßanordnung nach den Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (4) vertikal und winkelbeweglich angeordnet ist.
6. Meßanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (4) längsverschieblich gelagert ist.