DE3307784A1 - Infrarot-wandler-geber fuer eine beruehrungslose temperaturmessung - Google Patents
Infrarot-wandler-geber fuer eine beruehrungslose temperaturmessungInfo
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Description
.. . D , . ··" : Difjl.-Ing. Günther Koch
Europaische Patentvertreter K °
r. η . i α« λ Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach
European Patent Attorneys - zJ - «-"κ·· /
Dipl.-Ing. Rainer Feldkamp
D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 2 60 80 78 · Telex 5 29 513 wakai d
Datum: l\ . MärZ 1983
Unser Zeichen: 17637 - Fk/Vi
MIKRON INSTRUMENT COMPANY, Inc. 445 West Main Street, Wyckoff,
New Jersey 07481
U.S.A.
U.S.A.
Infrarot-Wandler-Geber für eine berührungslose Temperaturmessung
Copy '
-υ--3
Die Erfindung bezieht sich auf einen Infrarot-Wandler-Geber für eine berührungslose Temperaturmessung und insbesondere
auf einen derartigen Wandler-Geber, der die Strahlung eines Zielgegenstandes im Infrarot-Bereich oder
auch im sichtbaren Bereich ausnutzt und lediglich zwei Drähte benötigt, um die Betriebsleistung zu empfangen und
um das Ausgangssignal an Empfangs- oder Nutζeinrichtungen
zu liefern.
Ein wesentlicher Bestandteil moderner Temperaturmeßsystetne
wird durch den Wandler und den zugehörigen Geber gebildet. Der Wandler-Geber (der im folgenden in manchen
Fällen als "Instrument" bezeichnet wird) soll normalerweise ein starkes lineares Ausgangssignal, vorzugsweise
im Bereich von 4- bis 20 mA Gleichstrom, proportional zur
Temperatur des Zielgegenstandes liefern. Ein Stromsignal dieser Art und mit dieser Größe kann in einfacher Weise
zu Empfangs- oder Nutzausrüstungen übertragen werden, und zwar praktisch ohne Signalverluste aufgrund des Widerstandes
der Jbertragungsleitung.
Derartige Instrumente, die die gewünschten Stromsignale
liefern, waren bisher ausschließlich vom Kontakt-Typ, d. h. v-n einem Typ, bei dem eine direkte Berührung zwischen
Wandler und dem Zielgegenstand besteht.
Andererseits ist es bereits bekannt, eine Oberflächentemperatur eines Gegenstandes berührungslos zu messen (US-PS
4 005 005). Diese Prinzipien einer berührungslosen Temperaturmessung
wurden in großem Ausmaß in einer Vielzahl
copy]
von industriellen, wissenschaftlichen und medizinischen Anwendungen verwendet. Typische Wandler-Geber dieser Art
bestehen aus einem Heßkopf,einer Elektronikbaugruppe, die
von dem Meßkopf entfernt angeordnet ist, und aus einem Kabel oder einer Übertragungsleitung, die den Keßkopf und
die Elektronikbaugruppe miteinander verbindet. Typischerweise enthält der Heßkopf optische Elemente zum Auffangen
und Fokussieren der Strahlung, einen Detektor zum Empfang der aufgefangenen Strahlung, bestimmte elektronische Elemente
sowie gegebenenfalls eine Visiereinrichtung. Dieser Keßkopf ist in der Nähe des Zielgegenstandes angeordnet.
Die Elektronikbaugruppe dient typischerweise zur Verstärkung eines von dem Keßkopf gelieferten Signals und zur
Verarbeitung des Signals, um unter anderem eine Einstellung auf vorgegebenes Emissionsvermögen, eine Linearisierung
des Signals sowie eine Kompensation von Umgebungstemperatureinflüssen zu ermöglichen. Die Elektronikbaugruppe,
die normalerweise im Bereich eines Kontrollraumes angeordnet ist, kann eine Vielzahl von mV- und oiA-Aussangssignalen
liefern, so daß diese Baugruppe mit einer ausgewählten Anzeige- oder Steuereinrichtung verwendbar
ist.
Das Kabel oder die übertragungsleitung verbindet den Meßkopf und die Elektronikbaugruppe. Das Kabel dieser bekannten
Wandler-Geber kann irgendeine Anzahl von Leitern, ausgehend von zwei Leitern bis zu einer Vielzahl von Leitern, aufweisen und wird typischerweise durch ein abgeschirmtes
Instrumentenkabel gebildet, um einen geeigneten Betrieb des Gesamtsystems sicherzustellen. Weil das von
dem Keßkopf erzeugte Signal normalerweise keinen hohen Quellenwiderstand aufweist, stellt der
übertragungsleitungs-Widerstand einen begrenzenden Faktor
hinsichtlich der Erzielung einer hohen Genauigkeit dar, wenn lange Kabel verwendet werden müssen.
Eine Schwierigkeit, die sich bei bekannten Zweidraht-Infrarot-Wandlerkonstrukticnen
ergab, die in der Lage waren, mit üblichen Leistungsversorgungen zu arbeiten, die
12 bis 40 V Gleichspannung liefern und die das gewünschte Ausgangssignal mit 4· bis 20 mA Gleichstrom liefern, das
proportional zur gemessenen Temperatur ist, ergab sich aus der Tatsache, daß ein maximaler Strom von 4- tnA bei
12 V (insgesamt 48 mW) für den Verbrauch durch den gesamten Wandler zur Verfügung steht. Bei bekannten Wandler-Gebern
wurde zur Messung der Temperatur von eine niedrige Temperatur aufweisenden Gegenständen (d. h. in
der Nähe von Raumtemperatur) die Technik des Zerhackens oder die des Abtastens der einfallenden Strahlung verwendet.
Weiterhin war zur Kompensation von ümgebungstemperaturänderungen
des Meßkopfes üblicherweise ein Hohlraum mit konstanter Temperatur als Bezugstemperaturquelle erforderlich.
Beide dieser Techniken erfordern Betriebsleistung in einem derartigen Ausmaß, daß der minimale Leistungsbedarf
von Geräten, die diese Wandler-Geber verwenden, die zur Verfügung stehenden 4-8 mW überschreitet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wandler-Geber der eingangs genannten Art zu schaffen, der die erforderliche
Genauigkeit und Empfindlichkeit aufweist, jedoch andererseits einen so geringen Leistungsbedarf an
einer Zv/eidraht-Leitun^ aufweist, daß keine Zerhacker, Abtasteinrichtungen oder Bezugshohlräume erforderlich
sind.
Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des
Patentanspruchs Λ angegebene Erfindung gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Der erfindungsgemäße Wandler-Geber ermöglicht eine berührungslose Temperaturmessung und erzeugt das gewünschte
Gleichstrora-Ausgangssignal mit 4- bis 20 mA, das linear
proportional zur Temperatur ist. Hierbei werden lediglich zwei Drähte für die Leistungsversorgung und für das Ausgangssignsl
sjo. die Nutzausrüstungen benötigt.
Weil der Wandler-Geber zur Fernanzeige dient, kann er mit zulässigen Temperatur- und Druckabsperreinrichtungen für
einen sicheren Betrieb an gefährlichen Positionen verwendet werden, und er weist weiterhin keine beweglichen Teile
auf. Die Eigenschaften des erfindungsgemäßen Wandler-Gebers
sind entsprechend üblichen Temperaturmeßeinrichtungen, die nicht berührungslos arbeiten, wie beispielsweise
Thermokreuze und Widerstandsthermometer, weit überlegen.
Im Gegensatz zu bekannten Systemen wird bei dem erfindungsgenäßen
Wandler-Geber das gewünschte lineare Ausgangssignal durch einen in sich abgeschlossenen Wandler-Geber
erzeugt, so daß es nicht erforderlich ist, eine Vielleiter—Übertragungsleitung zu verwenden. Eine einzige
Einheit, die an einer ungeregelten Leistungsversorgung betrieben werden kann, liefert einen vielseitigen und
äußerst erwünschten Zweidraht-Ausgang.
Der Leistungsbedarf des erfindungsgemäßen Wandler-Gebers
ist sehr gering, so daß er ohne weiteres den gewünschten Gleichstrom-Ausgang von 4- bis 20 mA liefern kann. Selbstverständlich
können auch andere weniger übliche Strombereiche verwendet werden, beispielsweise 10 bis 50 mA oder
dergleichen. Selbst ein Betriebsstrombereich von 1 bis 5 rnA ist theoretisch möglich.
Der erfindungsgemäße Wandler-Geber weist ein Gehäuse einer Öffnung für den Eintritt der Strahlung von einem
Zielgegenstand auf. In der Öffnung sind optische Einrichtungen und ein Strahlungsdetektor angeordnet, der die
Strahlung von den optischen Einrichtungen empfängt. In dem Gehäuse sind weiterhin elektronische Bauteile in Abstand
von den Wänden des Gehäuses angeordnet und diese elektronischen Bauteile sprechen auf ein von den Strahlungsdetektoreinrichtungen
erzeugtes Signal an. Die elektronischen Bauteile verstärken das Ausgangssignal des Detektors
auf einen geeigneten Pegel, führen eine Kompensation gegenüber Umgebungstemperaturänderungen durch, ermöglichen
die erforderlichen externen Einstellungen für das Emissionsvermögen, linearisieren das Signal und liefern
schließlich einen Ausgangsstrom (vorzugsweise in Bereich von 4- bis 20 mA für den vollen Skalenbereich) zur
übertragung an eine "Last". Der Wandler-Geber kann trotz seiner Ausbildung für eine berührungslose Temperaturmessung
mit einer Zweidraht-Leistungsversorgung betrieben werden und er liefert einen Zweidraht-Ausgang, der mit
üblichen Meß-, Anzeige-, Aufzeichnungs- oder Steuergeräten
verwendet werden kann.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von in der
' COPV
Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen noch naher
erläutert.
In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Infrarot-Wandler-Gebers für eine berührungslose
Temperaturmessung,
Pig. 2 eine Querschnittsansicht entlang der Linie 2-2 nach Fig. 1,
Fig. 3 eine Ausführungsforni eines Blockschaltbildes des
Wandler-Gebers.
In den Zeichnungen ist eine allgemein mit 10 bezeichnete Ausführungsform des Wandler-Gebers gezeigt.
Der Wandler-Geber 10 ist an einer nur ein Beispiel bildenden Halterung 12 befestigt, die in der Fraxis durch
eine thermische oder andere Umgebungsbegrenzung, wie beispielsweise durch die Wand eines Kessels oder eines anderen
Gefäßes gebildet sein kann. Der Wandler-Geber 10 ist auf einen Zielgegenstand gerichtet, der durch :en Buchstaben
"T" bezeichnet ist, er steht jedoch mit diesem Zielgegenstand nicht in Berührung.
Vie dies aus den Fig. 1 und 2 zu erkennen ist, schließt
der Wandler-Geb'sr 10 ein Gehäuse 14 ein, das bei der dargestellten
Ausführungsforn eine allgemein langgestreckte
Form aufweist. Das Gehäuse 14· des Wandler-Gebers besteht
"■? copy
'
AS
zur Erzielung einer einfachen Montage und Demontage aus drei Teilen, doch könnten auch andere äquivalente Konstruktionen
ohne weiteres verwendet werden. Bei der dargestellten Ausführungsform umfaßt das Gehäuse 14- einen
Hauptteil 16, der eine Öffnung 18 (siehe Fig. 2) aufweist,
die sich in einen Hohlraum 20 öffnet. Sine hintere Abdeckkappe 22 verschließt das hintere Ende des Gehäuses
14-, und eine Schutzkappe 2A- ist an der hinteren Abdeckkappe
22 beispielsweise durch eine Befestigungsschraube 26 befestigt. Die Schutzkappe 24- dient zum Schutz der
elektrischen Verbindungen und der Steuereinrichtungen, die mit der hinteren Deckkappe 22 verbunden sind.
',7ie dies aus Fig. 2 zu erkennen ist, ist in dem Gehäuse
14- und in axialer Ausrichtung ciit der öffnung 13 eine optische
Baugruppe 28 angeordnet. Die optische Baugruppe kann beugende oder reflektierende optische Elemente, wie
beispielsweise eine Linse, einen konkaven Spiegel, !Faseroptiken oder irgendwelche Kombinationen derartiger Elemente
einschließen, die dazu dienen, einfallende Strahlung von dem Zielgegenstand T zu sammeln und auf eine Detektorbaugruppe
30 zu lenken. Die von der optischen Baugruppe
28 übertragene Strahlung wird insbesondere auf der Detektorbaugruppe 30 aufgefangen und auf dieser fokussiert,
Die Detektorbaugruppe 30 schließt vorzugsweise ein geeignetes Infrarot-Filter 32 und einen Infrarot-Detektor 34-bekannter
Art ein (beispielsweise einen Detektor vom Silicium-, Germanium- oder Thermosäulen-Typ), wobei das
Filter 32 dazu dient, unerwünschte Strahlung daran zu hindern, auf den Detektor 34- zu gelangen. Der Detektor 54-wandelt
die einfallende Infrarot-Strahlung in ein elektrisches Signal um, das eine Funktion der Intensität der
λ\ο
einfallenden Strahlung ist. Die vorstehend beschriebenen optischen Bauteile können weiterhin ein nicht gezeigtes
parallaxenfreies Visiersystem einschließen, um die Ausrichtung des Wandler-Gebers 10 auf den Zielgegenstand zu
erleichtern.
In dem Hohlraum 20 des Gehäuses 14 sind gedruckte Schaltungen angeordnet, die mit der Bezugsziffer J>& bezeichnet
sind und auf denen die allgemein mit der Bezugsziffer 38 bezeichneten elektronischen Bauteile des Wandler-Gebers
befestigt sind. Bei einer bevorzugten Ausführungsform des
Wandler-Gebers 10 erstrecken sich die gedruckten Schaltungen 3& von der hinteren Abdeckkappe 22 nach vorne und
sie sind vorzugsweise in Abstand von den Wänden des Hohlraumes 20 gehaltert, so daß die elektronischen Bauteile
58 so weit wie möglich von den Wänden getrennt sind, damit
thermische Wirkungen in dem Hohlraum 20 so weit wie möglich verringert werden.
Die elektronischen Bauteile 38 verstärken insgesamt das
Ausgangssignal der Detektorbaugruppe 30 auf einen geeigneten .Pegel und wandeln dann das Signal derart, daß sich
schließlich ein linearer Ausgangsstrom ergibt, der proportional zur Temperatur des Zielgegenstandes ist und der
beispielsweise in einem Bereich von 4 bis 20 mA Gleichstrom für den vollen Skalenbereich liegt. Der Ausgangsstrom
kann von dem Wandler-Geber 10 über eine Zweidraht-Ausgangs-/Versorgungsleitung
42 zu Meß-, Anzeige-, Aufzeichnungs- oder Steuergeräten geleitet werden, die in der Nähe oder in einer Entfernung von dem Wandler-Geber
10 angeordnet sind.
Copy f
Anhand der Pig. 2 und 3 wird der Aufbau und die Betriebsweise der elektronischen Bauteile 38 ausführlicher beschrieben.
Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird
das von dem Detektor 3^ erzeugte Signal zunächst durch
eine erste und eine zweite Stufe bildende Verstärker ^4
und 46 verstärkt.
Der die erste Stufe bildende Verstärker 44 ist ein nichtinvertierender
Operationsverstärker, vorzugsweise vom TJmschalt-Typ
mit automatischem Nullpunkt, wie er unter der Typenbezeichnung IGL 7601 von der Firma Intersil erhältlich
ist. Ein derartiger Operationsverstärker weist praktisch keine Offset-Spannung und keinen Temperaturkoeffizienten
auf.
Der die zweite Stufe bildende Verstärker 46 ist ein Zweifach-Operationsverstärker.
Der Verstärker 46 empfängt ein Signal von dem Verstärker 44 und verstärkt es unter Verwendung
einer Hälfte des Verstärkers 46. Die Verstärkung des Verstärkers 46 ist von außen mit Hilfe eines Potentiometers
58 einstellbar (das schematisch in Fig. 2 gezeigt ist), das eine Kompensation von unterschiedlichen
Emissionsvermögen der Zielgegenstände ermöglicht. Eine Kompensation von unterschiedlichen Detektorempfindlichkeiten
wird weiter unten erläutert. Die Verstärkung des Detektors 34- vergrößert sich, wenn die Detektortemperatur
ansteigt. Zur Kompensation kann ein Thermistor 49 zusammen mit dem Potentiometer 58 in der (nicht dargestellten)
G-egenkopplungsschleife des Verstärkers 46 angeordnet werden.
Der Thermistor 49, der elektrisch einen positiven
copy I
-Vf-
Temperaturkoeffizienten auf v/eist, ist in der in den Fig.
2 und 3 gezeigten Weise "benachbart zu dem Detektor 34 angeordnet,
und sein Temperaturkoeffizient ist an die Temperature harakteristik des Detektors 34 angepaßt. Bei
einer derartigen Anordnung ändern Änderungen des Gegenkopplungswiderstandes aufgrund der Widerstandsänderung
des Thermistors 49 die Verstärkung des Verstärkers 4-6.
Es wird weiterhin eine Kompensation der Umgebungs-(Gehäuse) Temperaturen für das Signal des Verstärkers 46 verwendet.
Es ist verständlich, daß der Detektor 34 nur dann ein Signal liefert, wenn die Temperatur des Ziels T von
der des Detektors 34 abweicht. Wenn das Ziel T und der
Detektor 34 die gleiche Temperatur aufweisen, so muß ein
■'Schein"-5ignal geschaffen werden, um ein Signal zu liefern,
das die Zielteaperatur darstellt. In den Pig. 2 und
3 liefert ein passiver Heßfühler 48, der durch einen
Thermistor mit einem negativen Temperaturkoeffizxenten
gebildet wird, ein gehäusetemperatur-abhängiges Signal, das die Differenz zwischen dem Ausgangssignal des Detektors
34 und einer bekannten Bezugstemperatur nachbildet (beispielsweise 0 0G oder 0 0F). Dieses "Nachbildungs"-Signal
wird bei der bevorzugten Ausführungsform durch
eine Hälfte des Verstärkers 46 gepuffert und dann an einen Summierglied 50 zum Ausgangssignal von der anderen
Hälfte des Verstärkers 46 hinzuaddiert, um ein zusammengesetztes nicht-lineares Ausgangssignal zu liefern, das
die Temperatur des Zielgegenstandes T darstellt.
Unterschiedliche Zmissionseigenschaften des Zielgegenstandes
können dadurch kompensiert werden, daß die Verstärkung des Verstärkers 46 eingestellt wird. Sine
COPY
Möglichkeit hierzu besteht in der Verwendung des obengenannten
Potentiometers 58 als Spannungsteiler in der Gegenkopplungsschleife
des Verstärkers 46. Die Kompensation des Emissionsvermögens könnte weiterhin durch Einstellung
der Verstärkung des die erste Stufe bildenden Verstärkers 44· erreicht werden, wenn dies erwünscht ist. Eine weitere
externe Einstellung (beispielsweise durch ein weiteres nicht gezeigtes Potentiometer) kann für die Einstellung
der Gesamtverstärkung des Verstärkers 4-6 vorgesehen sein,
um den Gesamtskalenbereich des Vandler-Gebers festzulegen.
Das zus cUhgi enge setzte Signal von dem Sumaierglied 50 wird
einer Linearisierschaltung 52 zugeführt, die übliche
Analog- oder Digitaltechniken verwendet (wie sie beispielsweise in der US-PS 4 081 678 beschrieben sind).
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung addiert die Linearisierschaltung 52 zum zusammengesetzten
Signal von dem Summierglied 50 eine feste Spannung, die
das Signal auf den absoluten Nullpunkt (0 K oder -273 °G) bezieht, und das zusammengesetzte, auf den
absoluten Nullpunkt bezogene Signal wird dann in einer. Iz.
Handel erhältlichen integrierten I-Iehrfunktions-Schaltungsnodul
entsprechend der Gleichung
Vm = V
m out
m out
verarbeitet, wobei der geeignete Exponent "m'! durch die
Konstruktion der vorstehend beschriebenen Detektor- und Kompensationsschaltungen bestimmt ist. Bei der
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verwendet die
Linearisierschaltung 52 als Mehrfunktionsmodul die integrierte Schaltung NOLH1OO94- CD der Firma National
Semiconductor.
Das Ausgangssignal der Linearisierschaltung 52 wird einer
Signalaufbereitungsschaltung 5^- zugeführt, die durch
einen invertierenden Operationsverstärker gebildet ist. Die Signalaufbereitungsschaltung 5^· subtrahiert eine feste
Spannung, um den 0 °K-Bezug zu beseitigen, der vorher in das Signal mit Hilfe der Linearisierschaltung 52 eingeführt
worden war. An diesem Punkt ist das Signal linear von Anfang bis zum Ende des Temperaturbereichs. Dieses
Spannungssignal kann dann ciit Hilfe eines Strom-/Spannungswandlers
56 umgewandelt werden, um ein lineares
Stromsignal zu erzeugen, das proportional zur Temperatur des Zielgegenstandes T ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des V/andler-Gebers
10 erzeugt der 5pannungs-/Stromwandler 56 ein lineares
Stromsignal in einem Bereich von 0 bis 16 mA. Bei dieser Ausführungsform war ein Eingangsstrom von 4- mA Gleichstrom
zum Betrieb der elektronischen Schaltungen erforderlich, so da_ß der Wandler-Geber 10 ein lineares Ausgangs
signal von 4- bis 20 mA Gleichstrom erzeugte (dabei entsprechen A- mA Gleichstrom dem Anfang des gemessenen
Temperaturbereichs und 20 mA Gleichstrom dem Ende dieses Bereiches). Verschiedene übliche Ausgangseinrichtungen,
die für einen Zweidraht-oignaleingang ausgelegt sind, wie beispielsweise Aufzeichnungsgeräte, Steuergeräte und Anzeigegeräte
und dergleichen (die in Fig. 3 als "LastM bezeichnet
sind und die Bezugsziffer 60 aufweisen), können
I Copy *
eine Teaperaturanzeige in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal
des Wandler-Gebers 10 liefern. Der Eingangswiderstand der Last 50 kann sich zwischen O und 1500 Ohm ohne
Verlust an Heßgenauigkeit ändern.
Wie dies aus Fig. 2 zu erkennen ist, weist die hintere Abdeckkappe 22 Schraubanschlüsse zura Anschluß der oben
erwähnten Leitung 42 auf und ermöglicht weiterhin einen
Zugang an Steuereinrichtungen', beispielsweise für das
Potentiometer 53 (Emissionsvermögen) und für andere Eicheinstellungen.
Wie dies in Fig. 3 zu erkennen ist, besteht ein wesentlicher Vorteil des beschriebenen Wandler-Gebers daxin, daß
er das gewünschte lineare Ausgangssignal unter Verwendung von lediglich zwei Drähten für die Eingangsleistung und
für das Ausgangssignal liefern kann. Es ist aus Fig. 3 zu
erkennen, daß eine einzige Gleichspannungsleistungsversorgung 62 an die beschriebene Ausführungsform des Wandler-Gebers
10 eine Gleichspannung von ungefähr 12 bis 40 V liefert. Der erforderliche Betriebsstrom wird dem
Wandler-Geber 10 in Form eines konstanten Gleichstroms von 4 nA über einen Speiseregler 64 zugeführt. Dieser
Speisestrom von 4 nA, der mit dem Ausgangssignal von 0 bis 16 mA am Verbindungspunkt 65 summiert wird, liefert
den gewünschten Ausgangsstron von 4 bis 20 mA an die Last
60.
Der vorstehend beschriebene Wandler-Geber 10 erzielt bei einer äußerst wünschenswerten Zweidraht-Wandlerkonstrulction
die Genauigkeit und Empfindlichkeit, die für eine zuverlässige berührungslose Kessung erforderlich ist. Wie
COPY }
- 2Λ -
dies zu erkennen ist, vermeidet der Wandler-Geber jedoch die Notwendigkeit eines Zerhackers oder einer Abtasteinrichtung
sowie eines Bezugshohlraumes. Der Leistungsverbrauch des Wandler-Gebers 10 wurde daher so weit wie möglich
verringert und es steht entsprechend eine ausreichende eingesparte Leistung für die elektronische Verarbeitung
zur Verfügung, damit sich der gewünschte und erforderliche Bereich des linearen Ausgangsstromes ergibt.
Bei den Wandler-Geber 10 sind in neuartiger Weise die Funktionen eines getrennten Meßkopfes und der elektronischen
Signalverarbeitungseinheit bekannter Art miteinander integriert, und zwar in einem einzigen kompakten Gehäuse 14. Dieses Gehäuse 14 ist ausreichend robust, um
normalen industriellen Umgebungseinflüssen zu widerstehen. Der Wandler-Geber 10 kann jedoch in eine (nicht gezeigte)
Kühlflüssigkeitshülse eingesetzt oder mit einer
(ebenfalls nicht gezeigten) Kühlluftbaugruppe verbunden werden, und wenn der Wandler-Geber auf diese Weise geschützt
ist, kann er selbst den härtesten industriellen Bedingungen widerstehen. Wenn beispielsweise Wasser mit
einer Temperatur von etwa 24 0G (75 0F) als Kühlmittel
verwendet wird, so kann eine Umgebungstemperatur von 230 0C (45O 0F) zugelassen werden, wobei der Wasserverbrauch
15 l/h durch einen Kühlmantel hindurch beträgt. 3ei industriellen Anwendungen mit einer Verunreinigung
durch Fremdkörper oder Dampf kann eine Sichtrohr-Luftanblasung bei ztininalem Luftverbrauch einen brauchbaren Betrieb
über eine lange Zeit sicherstellen.
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Claims (19)
- Patentanwälte: ::. : : .; !--pi-pl.-Ing. Curt Wallach Europäische Patentvertreter'' '"""' '"tfrp'-- ' n 9- Günther Koch European Patent Attorneys Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach
- Dipl.-Ing. Rainer Feldkamp
- D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 2 60 80 78 · Telex 5 29 513 wakai d
- Datum: 4. März 1983
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- PATENTANSPRÜCHE:
- 7) Wandler-Geber für eine berührungslose Temperaturmessung, mit einem Gehäuse, mit einer in dem Gehäuse angeordneter. Öffnung für den Eintritt der Strahlung von einem Zielgegenstand in das Gehäuse, mit optischen Einrichtungen in der Öffnung und in axialer Ausrichtung mit dieser, und mit Strahlungsdetektoreinrichtungen, die in dem Gehäuse in optischer Ausrichtung mit den optischen Einrichtungen angeordnet sind und die von den optischen Einrichtungen übertragene Strahlung empfangen, dadurch gekennzeichnet , daß in dem Gehäuse Signalverarbeitungseinrichtungen (36, 38, 46, 48, 50, 52) angeordnet sind, die ein von den Strahlungsdetektoreinrichtungen (30; erzeugtes elektrisches Detektorsignal verarbeiten und ein Zweidraht-Stromausgangssignal erzeugen, das linear proportional zur Temperatur des Zielgegenstandes (T) ist und im Bereich von 1 bis 50 m A Gleichstrom liegt.2. Wandler-Geber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Gehäuse langgestreckt ist und hintereinander die optischen Einrichtungen (28), die Strahlungsdetektoreinrichtungen (30) und die Signalverarbeitungseinrichtungen (36, 38, 46, 48, 50, 52) aufnimmt.COPY ]3. Wandler-Geber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Ausgangssignal der Signalverarbeitungseinrichtungen (3 8) ein Strom ist, der linear proportional zur Temperatur eines Zielgegenstandes ist und im Bereich von ungefähr 4 bis 20 mA Gleichstrom liegt.4. Wandler-Geber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß eine Zweidrahtleitung (42) vorgesehen ist, die elektrisch mit den Signalverarbeitungseinrichtungen (3 8) verbunden ist und die Betriebsleistungszuführungs- und Signalausgangs leitungseinr ich tungen für die Signalverarbeitungseinrichtungen (38) bildet, daß Leistungsversorgungs-Spannungsreglereinrichtungen (64) betriebsmäßig mit der Zweidrahtleitung (42) verbunden sind, um den Signalverarbeitungseinrichtungen (38) einen konstanten Eingangsstrom zuzuführen, und daß elektrische Schaltungseinrichtungen vorgesehen sind, die den Eingangsstrom und den Ausgangsstrom der Signalverarbeitungseinrichtungen (38) addieren, um das Ausgangssignal des Wandler-Gebers (10) zu liefern.5. Wandler-Geber nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Zweidraht-_ "Z. „Leitung elektrisch mit einer entfernt angeordneten Leistungsversorgung (62) und einer Last (60) verbindbar ist.Wandler-Geber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungseinrichtungen (38) Verstärkereinrichtungen (44-) zur Verstärkung des Detektorsignals, Einrichtungen (4-8) zur Messung der Umgebungstemperatur in dem Gehäuse (14·) und zur Erzeugung · eines Umgebungstemperatursignals in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur in dem Gehäuse, Einrichtungen (50) zur Summierung des Umgebungstemperatursignals und des Detektorsignals und Einrichtungen (52, 54-) zur Linearisierung und Aufbereitung der summierten Signale einschließen.7· Wandler-Geber nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Signalverarbeitungseinrichtungen einen Zweidraht-Ausgang liefern.
- 8. Wandler-Geber nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Verstärkereinrichtungen selektiv einstellbare Einrichtungen (58) zur Kompensation des Emissionsvermögens einschließen.
- 9. Wandler-Geber nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Zweidraht-copyLeitung (4-2) elektrisch rait den Signalverarbeitungseinrichtungen (38) verbunden ist, um die Betriebsleistungszufuhr- und Signalausgangseinrichtungen für die Signalverarbeitungseinrichtungen (38) zu bilden, daß Betriebsspannungs-Regeleinrichtungen (64) mit der Zweidraht-Leitung (42) verbunden sind, um einen konstanten Eingangsstrom an die Signalverarbeitur.gseinrichtungen (38) zu liefern, und daß elektrische Schaltungseinrichtungen zur Addition des Betriebsstromes und des Ausgangsstromes der Signalverarbeitungseinrichtungen vorgesehen sind, um das Ausgangssignal des Wandler-Gebers (10) zu liefern.
- 10. v/andler-Geber nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Signalverarbeitungseinrichtungen (38) zu den Strahlungsdetektoreinrichtungen (30) benachbarte Einrichtungen (48) zur Messung der Temperatur der Strahlungsdetektoreinrichtungen und zur Erzeugung eines von der Temperatur der Detektoreinrichtungen abhängigen Signals und Einrichtungen (50) zur Zuführung des von der Temperatur der Detektoreinrichtungen abhängigen Signals an die Signalverarbeitungseinrichtungen derart umfassen, daß eine Kompensation des Detektorsignals gegenüber der Temperatur der Detektoreinrichtungen erzielt wird.
- 11. Wandler-Geber nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Signalverarbeitungseinrichtungen ein Zweidraht-Ausgangssignal liefern.Copy
- 12. Wandler-Geber nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Verstärkereinrichtungen selektiv einstellbare Einrichtungen (58) zur Kompensation des Emissionsvermögens einschließen.
- 13· Wandler-Geber nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß eine Zweidraht-Leitung (42) elektrisch mit den Signalverarbeitungseinrichtungen (38) verbunden ist, um Betriebsleistungseingangs- und Signalausgangseinrichtungen für die SignalVerarbeitungseinrichtungen zu bilden, daß Betriebsspannungs-Eegeleinrichtungen (64-) betriebsmäßig mit der Zweidraht-Leitung (4-2) verbunden sind, um an die Signalverarbeitungseinrichtungen einen konstanten Eingangsstrom zu liefern, und daß elektrische Schaltungseinrichtungen vorgesehen sind, die den Ξϊη-gangsstrom und den Ausgangsstrom der Signalverarbeitungseinrichtungen addieren und das Ausgangssignal des Wandler-Gebers bilden.14·. Wandler-Geber für eine berührungslose Temperaturmessung, dadurch gekennzeichnet, daß ein allgemein langgestrecktes Gehäuse (14-) vorgesehen ist, daß in dem Gehäuse (14-) eine öffnung (18) für den Eintritt einer Strahlung von einem Zielgegenstand (T) in das Gehäuse ausgebildet ist, daß in der öffnung (18) optische Einrichtungen (28) in axialer Ausrichtung mit der Öffnung angeordnet sind, daß Strahlungsdetektoreinrichtungen (30) in dem Gehäuse (14-) in optischer Ausrichtung mit den optischenCOPY ]Einrichtungen (28) angeordnet sind und die von den optischen Einrichtungen übertragene Strahlung empfangen, daß Signalverarbeitungseinrichtungen (38) in dem Gehäuse (14) zur Verarbeitung eines von den Detektoreinrichtungen (30) erzeugten Detektorsignals und zur Erzeugung eines Zweidraht-Ausgangsstromsignals angeordnet sind, das linear proportional zur Temperatur des Zielgegenstandes ist und im Bereich von ungefähr 1 bis 50 mA Gleichspannung liegt, und daß in dem Gehäuse (
- 14) Befestigungseinrichtungen für die Signalverarbeitungseinrichtungen angeordnet sind, wobei diese Befestigungseinrichtungen gedruckte Schaltungen (36) einschließen, die an dem Gehäuse (14) befestigt sind, um die Signalverarbeitungseinrichtungen in Abstand von den Wänden des Gehäuses (14) zu haltern.
- 15· Wandler-Geber nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , daß das Ausgangsstroasignal im Bereich von ungefähr 4 bis 20 mA Gleichstrom liegt.
- 16. Wandler-Geber nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , daß das Gehäuse (14) eine hintere Abdeckkappe (22) aufweist, an der die gedruckten Schaltungen (36) befestigt sind und von dieser aus in das Innere des Gehäuses vorspringen.
- 17· Wandler-Geber nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , daß das Gehäuse eine rohrförmige Bohrung aufweist, daß die optischen Einrichtungen (28) in axialer Ausrichtung mit derCOPY ίBohrung angeordnet sind und daß die Detektoreinrichtungen (30) in dem Gehäuse (14) in axialer Ausrichtung mit der Bohrung und den optischen Einrichtungen angeordnet sind.
- 18. Wandler-Geber nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet , daß die hintere Abdeckkappe (22) in axialer Ausrichtung mit der Bohrung und von dieser entfernt angeordnet ist und daß die gedruckten Schaltungen (36) von der hinteren Abdeckkappe (22) nach vorne in Richtung auf die Bohrung vorspringen.
- 19. Wandler-Geber nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , daß eine Zweidraht-Leitung (42) elektrisch mit den Signalverarbeitungseinrichtungen (38) verbunden ist, um den Zweidraht-Ausgang sowie eine Betriebsleistungszufuhreinrichtung für die Signalverarbeitungseinrichtungen (38) zu bilden, daß Betriebsspannungsregeleinrichtungen (64) betriebsmäßig mit der Zweidraht-Leitung (42) verbunden sind, um den SignalVerarbeitungseinrichtungen einen konstanten Eingangsstrom zuzuführen, und daß elektrische Schaltungseinrichtungen zur Addition des Eingangsstromes und des Ausgangsstromes der Signalverarbeitungseinrichtungen zur Bildung des Ausgangssignals des Wandler-Gebers vorgesehen sind.COPY
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