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VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR MESSUNG DER OBERFL-
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CHENTEMPERATUR VON BEWEGTEN GEGENSTÄNDEN, INSBE-SONDERE ZUR ZWISCHENKONTROLLE
DER TEMPERATUR VON FASERIGEN GÜTERN, VORZUGSWEISE DRAHTEN
Die Erfindung
betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Messung der Oberflächentemperatur
von insbesondere bewegten Gegenständen, vorzugsweise zur während der Erzeugung durchzuführenden
Zwischenkontrolle der Temperatur von faserigen Gütern, insbesondere Drahten. Nach
dem erfindungsgemässen Verfahren wird die Oberflächentemperatur des zu messenden
Gegenstandes erfasst. Das erfindungsgemässe Verfahren sowie die entsprechende Vorrichtung
ermöglicht die Messung der Oberflächentemperatur von bewegten Gegenstanden mit hoher
Genaugkelt, und insbesondere in der Drahterzeugung die genaue Messung der Oberflächentemperatur
der beförderten Drahte in einem breiten Bereich der Drahtförderungsgeschwindigkeit,
die sich in aLlgemeinem bis zu 65 m/s erstreckt.
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Die Erzeugung der in grossen Mengen herzustellenden faserigen Güter,
insbesondere Drahte wird in allgemeinem mittels einer Technologie vorgenommen, die
eine kontinuierliche Ausgabe der Produkte gewährleistet. Die die Bedingungen des
Erzeugungsprozesses kennzeichende Temperatur übt einen bedeutenden Einfluss auf
die Qualität der hergestellten Güter aus demzufolge ist die Temperatur in einem
wohl bestimmten Wertbereich zu halten. Die ähnliche Aufgabe tritt auch manchmal
bei den Drehöfen, d.h. in grossen Messstaben auf, wenn die Kenntnis der genauen
Werte der Oberflächtentemperatur notwendig sein kann. Der Durchmesser und/oder die
Breite der Güter (und der zu prüfenden Gegenstände), die Geschwindigkeit ihrer Bewegung
(Drehung) können sich in breiten Wertbereichen rändern. Ist die Temperatur bei diesen
Bedingungen in einem bestimmten Bereich zu halten, so wird eine Anordnung notwendig,
die die Erfassung der veränderLichen Temperaturen mit einer
der
Veränderung der Parameter entsprechenden Elastizität und mit erwünschter Genauigkeit
gewährleisten kann.
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Nach dem Stand der Technik können die zur Messung der Oberflächentemperatur
von bewegten (verdrehten) Gegenständen vorgesehenen Geräte aufgrund ihres Arbeitsprinzips
in zwei Grundtype eingereicht werden, und zwar daraufgrund ob sie sich während der
Messung mit dem zu prüfenden Gegenstand berühren oder nicht.
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Im Falle unbewegter oder langsam sich bewegender (verdrehter) Gegenstände
sichern die mit denen sich berührenden Messgeräte eine relativ hohe Messgenauigkeit.
Falls in diesen Geräten diejenige Elemente angewendet werden, die sich mit der Oberfläche
der bewegten Gegenstände berührt und die Wärmeenergia davon übernimmt, vermindert
sich die Genauigkeit mit der Geschwindigkeit bedeutend und reicht in vielen Fällen
nicht allein den Wert von 25 %. Der durch die bewegliche Oberfläche bei der Berührung
bewirkte Scheisseffekt kann sehr schädlich sein, insbesondere bei der Drahterzeugung.
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Zur Messung der Oberflächentemperatur von bewegten Fasern, Drahten,
ins-besondere zur Durchführung der Zwischenkontrolle eignet sich z. B. das Gerät
von NCT-4500 Typ (das das Markenzeichen WIRETEMP trägt). Das Wesen dieses Geräts
besteht darin, dass der zu messende Gegenstand vor dem Anfang der Messung zur Kalibrierung
des Geräts angewendet und während der Messung zu einem entsprechenden Element des
Geräts dicht zugepasst wird. Die Kalibrierung ist dem Durchmesser, dem Stoff und
der Geschwindigkeit der Förderung des Gegenstandes, sowie dem zu erwartenden Temperaturbereich
Gemäss vorzunehmen. Daher ist die Anwendung des Geräts in bedeutendem Masse erschwert.
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Die Methode der mittelbaren, ohne Berührung vorgenommenen (kontaktlosen)
Temperaturmessung stützt sich bekannterweise auf der Erfassung der Temperatur strahlung.
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Das Grundproblem derartiger Methoden liegt darin, dass während der
Erzeugung eine ungleichmässlge Oberfläche entsteht, deren Emissionskoeffizient sich
kontinuierlich und unvoraussehbar ändert. Dementsprechend Ist bei den Messergebnissen
mit hoher Ungenauigkeit und niedriger Zuverlässigkeit zu rechnen. Die Messergebnissen
werden noch dazu von der Reinheit der Umgebung der Meßstelle beeinflusst.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Bearbeitung eines Verfahrens
sowie einer Vorrichtung, die ohne Berührung mit dem zu messenden Gegenstand die.
genaue Messung der Oberflächentemperatur gewährleisten und sich zur Messung der
Oberflächentemperatur von mit verschiedenen, gegebenfalls ganz hohen Geschwindigkeiten
bewegten oder bedrehten Gegenständen, insbesondere von faserigen Gütern und Drahten
verschiedener Stoffe, Abmessungen, Oberflächentemperaturen und Oberflächenquaitäten
eignen.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die erwünschte
Genauigkeit und Vielseitigkeit der Messung auch auf dem Prinzip des Energietransports
erreichbar ist, falls die Bedingungen des thermischen Gleichgewichts zustande gebracht
werden.
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Aufgrund der obigen Erkenntnis wurde ein Verfahren sowie eine Vorrichtung
zur Messung der Oberflächentemperatur von bewegten Gegenständten, insbesondere faserigen
Gütern, insbesondere Drahten bearbeitet. Nach dem Verfahren wird ein Messkopf dem
zu messenden Gegenstand zugepasst und wird erfindungsgemäss vorgeschlagen den Messkopf
mit zwei konzentraschen, den Abmessungen des Gegenstands zugepassten, vonein-
ander
und von der Oberfläche des Gegenstandes abgetrennten Hüllen auszubilden, auf den
zwei Endpunkten des Messkopfes sowie in zentralen Bereichen der zwei Hüllen die
Temperatur zu erfassen und die Temperaturen in den zwei Endpunkten sowie in zentralem
Bereich der äusseren Hülle mit der Temperatur des zentralen Bereiches der inneren
Hülle auszugleichen und danach in zentralen Berelch der Inneren Hülle die Temperatur
bekannterweise zu messen. Die erfindungsgemässe Vorrichtung weist eine die Temperatur
des Gegenstandes messende, in Form zu ihm zugepasste und von Ihm abgetrennt angeordnete
Erfassungshülle, eine von der Erfassungshülle abgetrennt und mit ihr konzentrisch
angeordnete Kompensierungshülle auf, wobei die Erfassungshülle auf zwei Enden sowie
die Kompensationshülle mit aufheizbarer Oberfläche, bzw. nötigenfalls mit wärmeausführenden
Elementen versehen sind.
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Durch Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens sowie der entsprechenden
Vorrichtung kann die Oberflächentemperatur von beweglichen Gegenständen verschiedener
Geometric und Abmessungen auch in erschmutzter Umgebung mit hoher Genauigkeit gemessen
werden.
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Eine vorteilhafte Ausführung der erfindungsgemässen Vorrichtung weist
eine Erfassungshülle und eine Kompensationshülle derartigen Aufbaus auf, dass sie
aus zwei, längs der Längsachse der Vorrichtung zueinander zugepassten Teilen bestehen.
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Diese Lösung slchert die Möglichkeit des Öffnens und Schliessens der
Vorrichtung auch im Falle, wenn sich der Gegenstand darin befindet.
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Die Erfassungshülle und nötigenfalls die Kompensationshülle werden
vorteilhaft in zylindrischer Form ausgebildet, jedoch erlaubt die ihre konzentrische
Anordnung die Anwendung von zwei verschiedenen Formen auch.
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Insbesondere ist bei der Messung von mit hoher Geschwindigkeit geförderten
Drahten und Fasern vorteilig, wenn die auf den Endbereichen der Erfassungshülle
angeordneten Thermcmeter und die entsprechenden aufheizbaren Oberflächen paarweise
zu je einer gemeinsamen Ausführung zugeschaltet werden Die mit der Erfassungshülle
und mit der Kompensierungshülle gebundeten wärmeauslei tenden ELemente mit solchen
Massstaben und aus solchem Stoff vorteilig vorzubereiten sind, dass die Zeitkonstanten
der Vorrichtung bei der Aufheizung und Kühlung gleich sind.
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Das erfindungsgemässe Verfahren und die entsprechende Vorrichtung
werden nachstehend anhand beispielsweise dargestellten Verwirklichungen, bzw. Ausführungen
näher erläutert, wobei Bezug auf die beiliegende Zeichnung genommen wird. In der
Zeichnung zeigt die Fig. 1 die Anordnung der erfindungsgemässen Vorrichtung und
Fig. 2 die Schaltungsanordnung der erfindungsgemässen Vorrichtung und der damit
verbundenen elektronischen Schaltung.
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Bei der Verwirklichung des erfindungsgemässen Verfahrens wird ein
Mittelpunkt der Messung bei der Längsachse des zu messenden Objektes bestimmt. Senkrecht
zur Längsachse wird ein Messpunkt, und parallel zu ihr, symmetrisch zu dem Mittelpunkt
werden zwei Messpunkte bestimmt. Diese letzten zwei Messpunkten werden auf einer
konzentrischen Hülle bestimmt, dazu konzentrisch wird auch eine den einzigen Messpunkt
tragende Hülle ausgewählt. In den Messpunkten wird je ein Thermometer angeordnet.
Die Temperatur wird in dem Mittelpunkt und in dem Messpunkten gemessen. Falls sie
unterschiedlich sind, in den Messpunkten entsprechende Menge von Wärmeenergie weggeführt
oder
zugeführt wird, um die gleiche Temperatur der Messpunkten
und des Mittelpunktes zu gewährleisten. im Moment, wenn die Temperaturwerte gleich
sind, wird der Wert im Mittelpunkt gemessen und dieser mit der zu bestimmenden Oberflächentemperatur
identifiziert.
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Die erfindungsgemässe Vorrichtung (Fig. 1.) weist eine Erfassungshülle
2 für die Messung der Oberflächentemperatur des zu prüfenden Objekts auf. Die Innenoberfläche
der Erfassungshülle 2 berührt sich nicht mit der äusseren Oberfläche des zu messenden
Objekts. Wenn es notwendig ist, sichert ein Führungselement 1 die Dämpfung der Schwingung
des bewegten Objektes (was über die nicht entsprechende Herstellungstechnologie
zeugt). Durch zwei die Führungselemente 1 kann das Objekt geradegeführt, und nötigenfalls
signalisiert werden (sie können dazu entsprechend ausgerüstet werden), ob sich das
zu messende Objekt mit denen berührt. ihr Innendiameter ist kleiner, als der der
Erfassungshülle 2. Derart ist zu gewährleisten, dass das zu messende Objekt genau
in der Mittellinie der Erfassungshülle 2 liegt, und gleichzeitig die mit dem Objekt
bewegliche Luftmenge in die Mitte der Erfassungshülle 2 wesentlich nicht einfliessen
kann. Die Erfassungshülle 2 ist mit einer von ihr getrennt angeordneten und zu ihr
konzentrischen Kompensierungshülle 3 umgenommen. Die Kompensierungshülle 3 hat vorzugsweise
auch in Längsrichtung eine zu der Erfassungshülle 2, symmetrische Gestalt. Die zwei
Hüllen sind mit wärmeab - und - zu führenden Elementen verbunden, die in der Zeichnung
nicht sichtbar sind. Die wärmeab - und zu -führenden Elemente sind vorteilig in
der Nä-he der Endpunkte der Erfassungshülle 2, bzw. Im Mittelbereich der Kompensierungshülle
3 von aussen angeordnet, und können gleichzeitig als Stützen dienen. Im Mittelpunkt
der Erfassungshülle 2 ist ein Thermometer 6 angeordnet zur Feststellung der Temperatur
des zu messenden Objektes, und an ihren Endpunkten sind je ein
Erfassungsthermometer
5 und eine aufheizbare Oberfläche 4 ausgebilet. Im Mittelpunktbereich der Kompensationshülle
3 ist demgeeneber ein Erfassungsthermometer 8 und eine aufheizbare Oberfläche 7
ausgebildet.
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Die obengeschriebene Vorrichtung ist mit einer elektronischen Einheit
(Fig. 2) verbunden. Bei den Bedingunger der Draht- und Fasererzeugung sind die zwei
aufheizbaren Oberflächen 4 an Enden der Erfassungshülle 2 und die zwei Erfassungsthermometer
5 mit je einer gemeinsamen Ausleitung gekoppelt. Bei anderen Anwendungen ist es
möglich, diese Elemente nicht mit gemeinsam er Ausleitung versehen. Das der vorhandenen
Temperatur entsprechende Signal wird einem Regler 13 zugeführt, wovon ein Le-Istungsverstärker
14 es erhält, und der letzte steuert die Speisung der aufheizbaren Oberflächen 4.
Die Signale des Erfassungsthermometers 8 der Kompensatlonshülle 3 werden auf ähnliche
Weise zu einem Regler 11, davon zu einem Leistungsverstärker 12 zugeführt, und der
letzte steuert die Speisung der aufheizbaren Oberfläche 7. Das Signal des Thermometers
6 wird durch den Verstärker 9 verarbeitet und dieser Verstärker 9 ist mit einem
analogen Anzeiger 15 und dadurch mit einem Analog-Digital--Umwandler 16 verbunden.
Falls die Erfassungsthermometer 5, 7 und das Thermometer 6 mit Thermoelementen ausgebildet
sind, es gewährleistet ein Kaltpunkt-Kompensierungseinheit 10 die notwendige Genauigkeit
und die Unabhängigkeit von den UmweLtbedingungen bei der mit solchen Thermometern
vorgenommenen Messung.
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Wenn die Regler 11 und 13 entsprechend zusammenarbeiten, kann es
durch die Aufheizung oder Kühlung (nach Ausschaltung der Heizung) der aufheizbaren
Oberfläche 4 und 7 gewährleistet werden, dass das zu messende Objekt dine Temperatur
aufweist,
die gleich der durch das Thermometer 6 gezelgten ist.
In diesem Falle weisen alle Punkte der Kompensierungshülle 3 und der Erfassungsh-ülle
2 die gleiche Temperatur auf, und daher kann der Thermometer 6 die gesuchte Temperatur
zeigen.
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Es ist vorteilig, wenn, die Elemente zur Abführung der Wärmeenergie
aus solchem Material vorbereitet und derart angeordnet werden, dass bei den gegebenen
aufheizbaren Oberflächen 4 und 7 die Zeitkonstanten der Aufheizung und der Kühlung
gleich sind.
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Die Kompensierungshülle 3 und die Erfassungshülle 2 können auch aus
zwei, längs der Längsachse zusammengepassten Elementen zusammengestellt werden.
Derart wird errecht, dass auch zum Beispiel bei der Drahter.zeugung die Vorrichtung
leicht verstellbar ist. Der Ouerschnitt der Hüllen ist zweckmässig der gesetzten
Messaufgabe entsprechend auszuwählen. Zum Beispiel, wenn das zu messende Objekt
bandförmig ist, wird zweckmässig ein ellipsförmiger Duerschnitt angewendet. Falls
das zu messende Objekt nicht gefördert ist, können die Hüllen der Gestalt des Objekts
entsprechend ausgebildet werden.
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Das erfindungsgemässe Verfahren und die entsprechende Vorrichtung
sichert die Möglichkeit der Erreichung einer hohen Genauigkeit bei der Messung der
Oberflächentemperatur verschiedener, insbesondere bewegter Gegenstände, praktisch
unabhängig von dem Material, der Geschwindigkeit der Förderung (Drehung), den Maßstaben,
dem Oberflächenzustand, dem Verunreinungsgrad und den thermischen Einwirkungen der
Umgebung.
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Sie können insbesondere effektiv bei den niedrigeren Temperaturen
angewendet werden, wo die Intensität der ärmestrahlung niedrig und deshalb sehr
schwer messbar Ist.
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Die vorgeschlagene Vorrichtung ist gegen die mechanischen Wirkungen
viel weniger empfindlich, als die bekannten Anlagen.