DE3346456A1 - Method for measuring the surface temperature of a blackbody radiator and device for carrying it out - Google Patents

Method for measuring the surface temperature of a blackbody radiator and device for carrying it out

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DE3346456A1
DE3346456A1 DE19833346456 DE3346456A DE3346456A1 DE 3346456 A1 DE3346456 A1 DE 3346456A1 DE 19833346456 DE19833346456 DE 19833346456 DE 3346456 A DE3346456 A DE 3346456A DE 3346456 A1 DE3346456 A1 DE 3346456A1
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Volker Dipl.-Ing. 8031 Eching Tank
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Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
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Deutsche Forschungs und Versuchsanstalt fuer Luft und Raumfahrt eV DFVLR
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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D23/00—Control of temperature
    • G05D23/19—Control of temperature characterised by the use of electric means
    • G05D23/27—Control of temperature characterised by the use of electric means with sensing element responsive to radiation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/10—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors
    • G01J5/12—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors using thermoelectric elements, e.g. thermocouples

Abstract

In a method for measuring the surface temperature of a blackbody radiator, this surface of the blackbody radiator is constructed as a thermocouple. For this purpose, the radiator (a cavity or an extended surface) can be produced, for example, from copper whose radiating surface (or parts thereof) is coated by electroplating (or in some other way) with copper/nickel (constantan), for example. The radiating surface then represents a copper/constantan thermocouple which in conjunction with a second copper/constantan element, which is at a reference temperature of, for example, 273 K, permits highly precise measurements of the radiator temperature, and thus also a more precise temperature control.

Description

Beschreibung description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen der Oberflächentemperatur eines Schwarzen Strahlers und eine Vorrichtung zu dessen Durchführung.The invention relates to a method for measuring the surface temperature a blackbody and a device for its implementation.

Schwarze Strahl er werden als Eich- und Referenzstandards in dem weiten Anwendungsgebiet der Infrarottechnik benötigt. Zur Eichung aller Arten von Infrarotstrahlungsmeßgeräten wird der jeweils verwendete Schwarze Strahler meist auf eine bestimmte Temperatur aufgeheizt, und die von ihm emittierte Strahlung wird als charakteristisch für diese Temperatur von dem zu eichenden Gerät registriert. Der Zusammenhang zwischen Temperatur und emittierter Strahlung ist durch das Plancksche Strahlungsgesetz beschrieben.Black rays are used as calibration and reference standards in the wide area Field of application of infrared technology required. For calibration of all types of infrared radiation measuring devices the black body used in each case is usually set to a certain temperature heated up, and the radiation emitted by it is considered characteristic of this Temperature registered by the device to be calibrated. The relationship between temperature and emitted radiation is described by Planck's law of radiation.

Es werdenHohlraum- und Flächenstrahler verwendet, die meist aus einem Kupferblock (wobei Kupfer wegen seiner hohen Wärmeleitfähigkeit verwendet wird) gefertigt sind, in welchen in Bohrungen elektrische Heizelemente und Temperaturfühler eingebracht sind. Der oder die Temperaturfühler sind meist nahe unter der Oberfläche angebracht und sorgen im Zusammenwirken mit einer Temperaturregelung der Heizelemente für eine konstante Temperatur des Kupferblocks. Eine zusätzliche Temperaturmessung ist häufig über einen weiteren internen Temperaturfühler möglich.Cavity and surface emitters are used, which usually consist of one Copper block (where copper is used because of its high thermal conductivity) are made, in which bores electrical heating elements and temperature sensors are introduced. The temperature sensor or sensors are usually close below the surface attached and ensure in cooperation with a temperature control of the heating elements for a constant temperature of the copper block. An additional temperature measurement is often possible via an additional internal temperature sensor.

Für die Eichung ist es dabei wichtig, daß die strahlende Fläche homogen und durch die Temperaturmessung unbeeinflußt ist.For the calibration it is important that the radiating surface is homogeneous and is unaffected by the temperature measurement.

Nachteilig bei diesen Einrichtungen ist, daß die Temperaturmessung nicht direkt an der Oberfläche erfolgt, und daß sie nur an einer oder an wenigen Stellen des Strahlers durchgeführt wird und dadurch die für die Eichung notwendige Kenntnis der Oberflächentemperatur zu ungenau ist. Als weiterer Nachteil wird angesehen, daß aus den genannten Gründen auch die Temperaturregelung ungenaue Werte der Isttemperatur erhält und damit Soll- und Istwerte nur unzureichend zur Übereinstimmung gebracht werden können.The disadvantage of these devices is that the temperature measurement not done directly on the surface, and that they are only on one or is carried out at a few points on the radiator and thus the for the The knowledge of the surface temperature required for calibration is too imprecise. As another The disadvantage is that, for the reasons mentioned, also the temperature control Receives inaccurate values of the actual temperature and thus the setpoint and actual values are inadequate can be brought to agreement.

Es sind zwar Verfahren bekannt, Temperaturen von Oberflächen durch Aufbringen kleiner Thermoelemente oder sogar durch Aufgalvanisieren solcher Thermoelemente (beispielsweise auf Glas) zu bestimmen, wodurch Soll- und Istwerte besser zur Übereinstimmung gebracht werden können; hierbei ergibt sich allerdings der weitere Nachteil, daß dadurch die Oberfläche lokal verändert wird, und daß dadurch und durch die notwendigen Zuleitungen die Strahlungseigenschaften der Oberfläche beeinflußt werden, weshalb solche Verfahren bei Schwarzen Strahlern nicht realisiert werden.Although there are methods known to reduce surface temperatures Application of small thermocouples or even by electroplating such thermocouples (for example on glass) to determine, which makes target and actual values better match can be brought; here, however, there is the further disadvantage that thereby the surface is locally changed, and that through and through the necessary Supply lines affect the radiation properties of the surface, which is why such procedures cannot be implemented with black bodies.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Messen der Oberflächentemperatur eines Schwarzen Strahlers sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens unter möglichst weitgehender Vermeidung der angeführten Nachteile in der Weise zu verbessern, daß mit geringerem Aufwand eine genauere Messung der Oberflächentemperatur und damit auch eine genauere Temperaturregelung durchführbar ist. Gemäß der Erfindung ist diese Aufgabe bei einem Verfahren zum Messen der Oberflächentemperatur eines Schwarzen Strahlers sowie bei einer Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens durch die Gegenstände der Ansprüche 1 bzw. 3 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.The object of the invention is therefore to provide a method for measuring the surface temperature a black body and a device for carrying out the method while avoiding the listed disadvantages as far as possible improve that with less effort a more precise measurement of the surface temperature and thus a more precise temperature control can also be carried out. According to the invention is this task in a method for measuring the surface temperature of a Black body and a device for performing this method solved by the subjects of claims 1 and 3, respectively. Advantageous further training of the invention are specified in the subclaims.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens und der Vor- richtung zu dessen Durchführung kann daher nicht nur die Oberflächentemperatur des Schwarzen Strahlers genauer bestimmt werden, sondern in besonders vorteilhafter Weise darüber hinaus auch eine genauere Übereinstimmung von Soll- und Istwert der Oberflächentemperatur erreicht werden. Für die Durchführung des Verfahrens wird der Schwarze Strahler in üblicher Weise (als Hohlraum- oder Flächenstrahler) beispielsweise aus Kupfer gefertigt. Seine strahlende Oberfläche (welche beim Hohlraumstrahler die Wandungen des Hohlraums sind) oder der zur Eichung verwendete Teil davon wird galvanisch oder auf eine andere Art mit einer dünnen Schicht aus Kupfer-Nickel (Konstantan) überzogen. Das Kupfer und die Kupfer-Nickel-Schicht bilden zusammen ein Thermoelement, welches in technisch bekannter Weise mit Zuleitungen versehen wird, und welches in Verbindung mit einem kommerziell erhältlichen Kupfer-Kupfer-Nickel-Thermoelement, das sich beispielsweise auf einer Referenztemperatur von 273 K befindet oder auf dieser Referenztemperatur gehalten wird, eine genaue Messung der Oberflächentemperatur ermöglicht. Dieser Meßwert kann in technisch bekannter Weise auch als Istwert für die Temperaturregelung des Schwarzen Strahlers verwendet werden.With the help of the method according to the invention and the direction its implementation can therefore not only be based on the surface temperature of the black Emitter can be determined more precisely, but in a particularly advantageous manner about it In addition, there is also a more precise correspondence between the setpoint and the actual value of the surface temperature can be achieved. The black body is used to carry out the procedure in the usual way (as a cavity or surface radiator), for example made of copper manufactured. Its radiant surface (which is the walls of the cavity radiator of the cavity) or the part of it used for calibration is galvanized or coated in a different way with a thin layer of copper-nickel (constantan). The copper and the copper-nickel layer together form a thermocouple, which is provided in a technically known manner with leads, and which in connection with a commercially available copper-copper-nickel thermocouple that for example, is at a reference temperature of 273 K or at this reference temperature is maintained, enables an accurate measurement of the surface temperature. This In a technically known manner, the measured value can also be used as the actual value for temperature control of the blackbody can be used.

Zur Erhöhung des Emissionsgrads kann (bei Hohlraumstrahlern) die Kupfer-Nickel-Schicht in üblicher Weise oxidiert werden oder (für Flächen- und Hohlraumstrahler) mit einem hochemittierenden Lack überzogen werden.The copper-nickel layer can be used to increase the emissivity (in the case of cavity radiators) be oxidized in the usual way or (for surface and cavity radiators) with a highly emissive paint can be coated.

Mit dieser erfindungsgemäßen Ausführung kann die tatsächliche Oberflächentemperatur des Schwarzen Strahlers genauer bestimmt werden. Darüber hinaus beeinflußt die Messung nicht die Strahlungseigenschaften der Oberfläche.With this embodiment of the invention, the actual surface temperature of the blackbody can be determined more precisely. It also affects the measurement not the radiation properties of the surface.

Außerdem ist es durch die genauere Messung möglich, die Temperaturregelung exakter durchzuführen.In addition, the more precise measurement makes it possible to control the temperature to be carried out more precisely.

In Abwandlung der beschriebenen Ausführungsform können natürlich auch andere Metalle oder Metallegierungen für einen schwarzen Körper oder eine Oberflächenbeschichtung verwendet werden, wobei selbstverständlich darauf geachtet werden sollte, technisch sinnvolle Thermopaare zu wählen.In a modification of the embodiment described can Naturally also other metals or metal alloys for a black body or a surface coating should be used, of course, care should be taken technically to choose sensible thermocouples.

Ende der BeschreibunaEnd of description

Claims (4)

Verfahren zum Messen der Oberflächentemperatur eines Schwarzen Strahlers und Vorrichtung zu dessen Durchführung Patentansprüche g Verfahren zum Messen der Oberflächentemperatur eines Schwarzen Strahlers, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Oberfläche des Strahlers oder auch nur ein Teil davon als ein erstes Thermoelement ausgebildet wird und dadurch selbst der Temperaturmessung dient, und daß in Verbindung mit einem zweiten, gleichartigen Thermoelement, das auf einer Referenztemperatur (von beispielsweise 273 K) gehalten wird, die mittels des ersten Thermoelements gemessene Temperatur als wahre Temperatur der Strahleroberfläche ermittelt wird. Method for measuring the surface temperature of a blackbody and device for its implementation Patent claims g method for measuring the Surface temperature of a black body, therefore not shown e t that the surface of the radiator or only part of it as a first Thermocouple is formed and thereby itself is used for temperature measurement, and that in conjunction with a second, similar thermocouple, which is on a Reference temperature (of for example 273 K) is maintained by means of the first Thermocouple measured temperature as the true temperature of the heater surface is determined. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß die gemessene, wahre Temperatur der Strahleroberfläche als Istwert für eine Strahler-Temperaturregelung verwendet wird. 2. The method according to claim 1, characterized in that g e k e n n -z e i c h n e t that the measured, true temperature of the heater surface as an actual value for a Emitter temperature control is used. 3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An- spruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die gesamte zur Eichung oder Referenzmessung verwendete, strahlende Oberfläche des (vorzugsweise aus Kupfer bestehenden) Schwarzen Strahlers galvanisch o.ä. mit einem Metall oder einer Metallegierung, wie Kupfernickel (Konstantan) beschichtet ist, so daß die Beschichtung und das Material, aus welchem der Strahler hergestellt ist, ein Thermoelement bilden. 3. Device for carrying out the process after saying 1, in that the whole is used for calibration or reference measurement used, radiating surface of the black (preferably made of copper) Electroplated or similar radiator with a metal or a metal alloy such as cupronickel (Constantan) is coated, so that the coating and the material from which the radiator is made to form a thermocouple. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß die zur Eichung oder Referenzmessung verwendete Fläche des Schwarzen Strahlers zuleitungsfrei oder im oberflächennahen Bereich bohrungsfrei und damit homogen ausgebildet ist.4. Apparatus according to claim 3, characterized in that g e k e n n -z e i c h n e t that the area of the blackbody used for calibration or reference measurement Lead-free or drill-free in the area near the surface and thus formed homogeneously is.
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US5594832A (en) * 1992-12-10 1997-01-14 Deutsche Forschungsanstalt Fur Luft- Und Raumfahrt E.V. Black body radiator with reflector

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DE2332015A1 (en) * 1973-06-23 1975-01-16 Grundstueckverwaltungsgesellsc Temp. measurements on insulated metal objects - involves using thermoelectrical voltage between hot and cold soldering or weld

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Patents Abstracts of Japan, Vol. 3, No. 22, S. E-93, KOKAI-NR 54-1676 *

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