DE3237796C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Messung der Oberflächentemperatur von bewegten Gegenständen, ins­ besondere von faserigen Gütern oder Drähten, wobei der zu messende Gegenstand an einem Erfassungselement, das mit einem Anzeigethermometer zur Angabe der Temperatur des Gegenstandes versehen ist, und einem das Erfassungselement umfassenden Körper vorbeigeführt wird und durch eine Tem­ peraturregelung die Temperatur des Körpers an die von dem Anzeigethermometer gemessene Temperatur angeglichen wird.

Ein derartiges Verfahren ist aus der DE-OS 16 48 178 be­ kannt.

Bei der Herstellung von faserigen Gütern, insbesondere Dräh­ ten, in großen Mengen üben die beim Herstellungsprozeß herrschenden Temperaturen auf die Qualität des Erzeugnisses einen bedeutenden Einfluß aus, weshalb die Temperatur des Erzeugnisses in einem bestimmten Bereich und hierzu die Temperatur der bewegten Gegenstände, also insbesondere der faserigen Güter oder Drähte, mit großer Genauigkeit zu messen ist. Um dabei eine Verfälschung der Meßergebnisse aufgrund von Reibung auszuschließen, ist es bereits be­ kannt, eine berührungslose Messung durchzuführen, wie dies auch in der oben erwähnten Druckschrift bechrieben wird. Hierbei wird die von dem bewegten Gut ausgehende Wärme­ strahlung erfaßt. Gemäß dieser Druckschrift werden Drähte bzw. Fäden berührungslos an einem in einem Gehäuse befind­ lichen thermoelektrischen Gerät vorbeigeführt und die im thermoelektrischen Gerät durch die Wärmestrahlung der Drähte bzw. Fäden in einem elektrischen Stromkreis ent­ stehende Spannung einem Regelkreis zugeführt, der zur Angleichung der Temperatur von Gehäuse und Draht bzw. Faden über einen Verstärker an eine Heizwicklung geführt ist. Weiterhin ist eine Anzeigevorrichtung vorgesehen, welche die Temperatur des Gehäuses anzeigt, die im ausge­ regelten Zustand gleich der Temperatur des Drahtes bzw. Fadens ist. Wegen der Messung der Temperatur des Gehäuses, das eine relativ große Masse besitzt, kann die bekannte Vorrichtung nur sehr langsam auf Temperaturänderungen reagieren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs ge­ schilderte Verfahren so zu verbessern, daß die Genauig­ keit der Messung erhöht wird und von außen wirkende Tem­ peratureinflüsse weitgehend beseitigt werden.

Erfindungsgemäß geschieht dies dadurch, daß die Temperatur der Oberfläche des Erfassungselementes mit zwei in Bewe­ gungsrichtung voneinander beabstandeten inneren Thermome­ tern und die Temperatur des Körpers in einem mittleren Be­ reich zwischen den inneren Thermometern und senkrecht zur Bewegungsrichtung außerhalb von diesen mittels eines äußeren Thermometers gemessen wird und die von den inneren Thermometern und dem äußeren Thermometer gemessenen Tem­ peraturen an die von dem Anzeigethermometer gemssene Tem­ peratur ständig angeglichen werden.

Dieses Verfahren ist dadurch in besonderer Weise dem Meß­ objekt angepaßt, daß die Temperatur sowohl beim Einlauf des Drahtes bzw. des Fadens in die Meßapparatur als auch beim Auslauf gemessen wird. Dadurch können Temperaturunter­ schiede, die durch ein Aufheizen des Meßobjekts innerhalb der Meßapparatur entstehen, eliminiert werden. Weiterhin ergibt sich aufgrund der Temperaturmessung mittels des äußeren Thermometers die Möglichkeit der Berücksichtigung eines radialen Temperaturgradienten, was auf eine Wärmeab­ schirmung der Meßstelle gegen die Umgebung hinausläuft.

Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine Vorrichtung zur Messung der Oberflächentemperatur der genannten beweg­ lichen Gegenstände, die nach dem vorstehend erläuterten Ver­ fahren arbeitet und die ein Erfassungselement mit Anzeigethermometer und einen das Erfassungselement umfassenden Körper regelbarer Temperatur aufweist.

Diese Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Er­ fassungselement als sich in Bewegungsrichtung erstreckende Erfassungshülle ausgebildet ist, die mit zwei in Bewegungs­ richtung des Gegenstandes voneinander beabstandeten Flä­ chen regelbarer Temperatur sowie mit dem zwischen ihnen befindlichen Anzeigethermometer versehen ist, daß der Kör­ per an der Außenseite der Erfassungshülle gegenüber dem An­ zeigethermometer angeordnet ist und daß auf den Flächen sowie auf der Innenfläche des Körpers Thermometer vorge­ sehen sind.

Vorteilhaft wird die Erfassungshülle mit einem dem zu mes­ senden Gegenstand ähnlichen Querschnitt ausgebildet. Dabei wird es sich meist um einen zylindrischen Querschnitt han­ deln, der auch für den Körper vorgesehen werden kann, der dann die Erfassungshülle konzentrisch umgibt.

Um dem Meßobjekt eine sichere gegenüber der Erfassungshülle berührungsfreie Führung zu geben, wird zweckmäßig der Öffnung der Erfassungshülle ein kanalförmiges Führungsele­ ment zugeordnet, dessen Innendurchmesser kleiner ist als der der Erfassungshülle. Vorteilhaft wird ein solches Füh­ rungselement an beiden Öffnungen der Erfassungshülle vor­ gesehen.

Um eine gute Zugänglichkeit des Innenraums der Erfassungs­ hülle zu gewährleisten, gestaltet man diese vorteilhaft aus zwei in Längsrichtung teilbaren Teilen. In gleicher Weise kann auch der Körper ausgebildet sein.

Um die erforderliche Temperaturangleichung sowohl im Sinne einer Temperaturerhöhung als auch einer Temperaturerniedri­ gung zu ermöglichen, sind die die inneren Thermometer auf­ weisenden Flächen der Erfassungshülle und der Körper so­ wohl beheizbar als auch kühlbar. Dabei gestaltet man die Erfassungshülle und den Körper zweckmäßig so, daß die Zeit­ konstante für die Aufheizung und die Kühlung gleich ist.

In den Figuren ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 die prinzipielle Anordnung der Vorrichtung,

Fig. 2 die elektrische Verdrahtung der Vorrichtung und die mit dieser Verdrahtung in Verbindung stehende elektronische Schaltung.

Bevor die Figuren im einzelnen beschrieben werden, sei nochmals das dem erfindungsgemäßen Verfahren zugrundelie­ gende Prinzip erläutert:

In einem Mittelpunkt bei der Längsachse des zu messenden Objektes wird eine Temperaturmessung vorgenommen. Senk­ recht zu dieser Längsachse ist ein äußerer Meßpunkt und parallel zu ihr, und zwar symmetrisch zum Mittelpunkt, sind zwei Meßpunkte vorgesehen. Diese letzteren zwei Meß­ punkte sind auf der das Meßobjekt konzentrisch umfassenden Erfassungshülle angeordnet. Konzentrisch zur Erfassungs­ hülle ist der ebenfalls als Hülle ausgebildete Körper an­ geordnet, der den äußeren Meßpunkt aufweist. In den drei genannten Meßpunkten ist je ein Thermometer angeordnet. Falls die Temperaturmessung im Mittelpunkt und in den drei Meßpunkten unterschiedlich ist, wird den drei Meßpunkten Wärme zugeführt oder entzogen, um die Temperatur im Mittel­ punkt und in den drei Meßpunkten aneinander anzugleichen. Wenn die gemessenen Temperaturwerte dann gleich sind, wird der im Mittelpunkt gemessene Temperaturwert als die zu be­ stimmende Oberflächentemperatur des Meßobjekts angegeben.

Die Vorrichtung gemäß Fig. 1 weist eine Erfassungshülle 2 für die Messung der Oberflächentempera­ tur eines zu messenden Objektes auf. Die Innenfläche der Erfassungshülle 2 berührt sich nicht mit der äußeren Ober­ fläche des zu messenden Objektes. Wenn es notwendig ist, dämpfen Führungselemente 1 eine Schwingung des bewegten Objektes. Durch die zwei Führungselemente 1 kann das Objekt geradegeführt und nötigenfalls signalisiert werden, ob sich das zu messende Objekt mit ihnen berührt. Ihr Innen­ durchmesser ist kleiner als der der Erfassungshülle 2. Hierdurch ist gewährleistet, daß das zu messende Objekt genau in der Mittellinie der Erfassungshülle 2 verläuft. Gleichzeitig wird die mit dem Objekt bewegte Luftmenge da­ ran gehindert, in die Erfassungshülle 2 einzufließen. Die Erfassungshülle 2 ist von dem von ihr getrennt angeordne­ ten und zu ihr konzentrischen Körper als Kompensierungs­ hülle 3 umgeben. Die Kompensierungshülle 3 hat vorzugs­ weise auch in Längsrichtung eine zu der Erfassungshülle 2 symmetrische Gestalt. Die zwei Hüllen sind mit Wärme ab- und zuführenden Elementen verbunden, die in der Zeichnung nicht sichtbar sind. Die Wärme ab- und zuführenden Elemen­ te sind vorteilhaft in der Nähe der Enden der Erfassungs­ hülle 2 bzw. im Mittelbereich der Kompensierungshülle 3 von außen angeordnet und können gleichzeitig als Stützen dienen. Im Mittelpunkt der Erfassungshülle 2 ist ein An­ zeigethermometer 6 angeordnet zur Feststellung der Tempe­ ratur des zu messenden Objektes, an ihren Enden sind je ein inneres Thermometer 5 und eine aufheizbare bzw. kühl­ bare Fläche 4 ausgebildet. Im Mittelpunktbereich der Kom­ pensierungshülle 3 ist ein äußeres Thermometer 8 und eine aufheizbare bzw. kühlbare Fläche 7 ausgebildet.

Diese Vorrichtung ist mit einer elektronischen Schaltung gemäß Fig. 2 verbunden. Gemäß den Bedingungen der Draht- und Fasererzeugung sind die zwei aufheizbaren Flächen 4 an den Enden der Erfassungshülle 2 und die zwei inneren Thermometer 5 je mit einer gemeinsamen Leitung verbunden. Es ist auch möglich, diese Elemente nicht miteinander zu koppeln. Das der gemessenen Temperatur entsprechende Signal wird einem Regler 13 zugeführt, von dem aus über einen Leistungsverstärker 14 die Speisung der heizbaren bzw. kühlbaren Flächen 4 gesteuert wird. Die Signale des äußeren Thermometers 8 der Kompensationshülle 3 werden auf ähnliche Weise einem Regler 11 zugeführt, der über einen Leistungsverstärker 12 die Speisung der heizbaren bzw. kühlbaren Flächen 7 steuert. Das Signal des Anzeigethermo­ meters 6 wird über den Verstärker 9 geleitet, der über einen Analoganzeiger 15 mit einem Analog-Digital-Wandler 16 verbunden ist. Falls die inneren Thermometer 5, das äußere Thermometer 7 und das Anzeigethermometer 6 als Thermo­ elemente ausgebildet sind, gewährleistet in bekannter Weise eine Kaltpunkt-Kompensierungseinheit 10 die notwen­ dige Genauigkeit und die Unabhängigkeit von den Umweltbe­ dingungen der mit solchen Thermometern vorgenommenen Messung.

Wenn die Regler 11 und 13 entsprechend zusammenarbeiten, wird es durch die Aufheizung oder Kühlung der aufheizbaren Oberfläche 4 und 7 gewährleistet, daß das zu messende Objekt eine Temperatur aufweist, die gleich der durch das Anzeigethermometer 6 gezeigten Temperatur ist. In diesem Falle weisen alle Punkte der Kompensierungshülle 3 und der Erfassungshülle 2 die gleiche Temperatur auf, daher zeigt das Anzeigethermometer 6 die gesuchte Temperatur an. Dabei bestehen die Elemente zur Abführung der Wärmeenergie aus solchem Material, daß bei den Flächen 4 und 7 die Zeitkonstanten der Aufheizung und der Kühlung gleich sind.

Die Kompensierungshülle 3 und die Erfassungshülle 2 können aus zwei längs der Längsachse zusammengepaßten Elementen zusammengesetzt sein. Dadurch wird erreicht, daß zum Beispiel bei der Drahterzeugung die Vorrichtung leicht verstellbar ist. Der Querschnitt der Hüllen ist zweckmäßig der gegebenen Meßaufgabe entsprechend auszu­ wählen. Wenn zum Beispiel das zu messende Objekt bandför­ mig ist, wird zweckmäßig ein ellipsenförmiger Querschnitt angewendet. Falls das zu messende Objekt nicht gefördert ist, können die Hüllen der Gestalt des Objekts entsprechend ausgebildet werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die entsprechende Vor­ richtung sichert die Möglichkeit der Erzielung einer hohen Genauigkeit bei der Messung der Oberflächentemperatur verschiedener, insbesondere bewegter Gegenstände, praktisch unabhängig von dem Material, der Geschwindigkeit der För­ derung (Drehung), den Maßstäben, dem Oberflächenzustand, dem Verunreinigungsgrad und den thermischen Einwirkungen der Umgebung. Es kann insbesondere effektiv bei niedrige­ ren Temperaturen angewendet werden, wo die Intensität der Wärmestrahlung niedrig und deshalb sehr schwer meßbar ist.

Claims (7)

1. Verfahren zur Messung der Oberflächentemperatur von bewegten Gegenständen, insbesondere von faserigen Gütern oder Drähten, wobei der zu messende Gegenstand an einem Erfassungselement, das mit einem Anzeige­ thermometer zur Angabe der Temperatur des Gegenstandes versehen ist, und einem das Erfassungselement umfassen­ den Körper vorbeibeführt wird und durch eine Tempera­ turregelung die Temperatur des Körpers an die von dem Anzeigethermometer gemessene Temperatur angeglichen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Oberfläche des Erfassungs­ elementes (2) mit zwei in Bewegungsrichtung vonein­ ander beabstandeten inneren Thermometern (5) und die Temperatur des Körpers (3) in einem mittleren Bereich zwischen den inneren Thermometern (5) und senkrecht zur Bewegungsrichtung außerhalb von diesen mittels eines äußeren Thermometers (8) gemessen wird und die von den inneren Thermometern (5) und dem äußeren Thermometer (8) gemessenen Temperaturen an die von dem Anzeigethermometer (6) gemessene Temperatur ständig angeglichen werden.

2. Vorrichtung zur Messung der Oberflächentemperatur von bewegten Gegenständen nach dem Verfahren nach An­ spruch 1, welche ein Erfassungselement mit Anzeige­ thermometer und einen das Erfassungselement umfassenden Körper regelbarer Temperatur aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Erfassungselement als sich in Bewegungsrichtung erstreckende Erfassungs­ hülle (2) ausgebildet ist, die mit zwei in Bewegungs­ richtung des Gegenstandes voneinander beabstandeten Flächen (4) regelbarer Temperatur sowie mit dem zwischen ihnen befindlichen Anzeigethermometer (6) versehen ist, daß der Körper (3) an der Außenseite der Erfassungs­ hülle (2) gegenüber dem Anzeigethermometer (6) ange­ ordnet ist und daß auf den Flächen (4) sowie auf der Innenfläche des Körpers (3) Thermometer (5, 8) vorge­ sehen sind.

3. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Erfassungshülle (2) mit einem dem zu messenden Gegenstand ähnlichen Quer­ schnitt ausgebildet ist.

4. Vorrichtung gemäß Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnung der Er­ fassungshülle ein kanalförmiges Führungselement (1) zugeordnet ist, dessen Innendurchmesser kleiner ist als der der Erfassungshülle (2).

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Er­ fassungshülle (2) aus zwei, in Längsrichtung teil­ baren Teilen besteht.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Flächen (4) und der Körper (3) sowohl heizbar als auch kühlbar sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Zeitkonstante für die Aufheizung und die Kühlung gleich ist.