DE3346456C2

DE3346456C2 - Black body

Info

Publication number: DE3346456C2
Application number: DE19833346456
Authority: DE
Inventors: Volker Dipl.-Ing. 8031 Eching Tank
Original assignee: Deutsche Forschungs und Versuchsanstalt fuer Luft und Raumfahrt eV DFVLR
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 1983-12-22
Filing date: 1983-12-22
Publication date: 1986-10-02
Also published as: DE3346456A1

Abstract

Bei einem Verfahren zum Messen der Oberflächentemperatur eines Schwarzen Strahlers wird diese Oberfläche des Schwarzen Strahlers als Thermoelement ausgebildet. Dazu kann beispielsweise der Strahler (ein Hohlraum oder eine ausgedehnte Fläche) aus Kupfer hergestellt sein, dessen strahlende Oberfläche (oder Teile davon) galvanisch (oder auf eine andere Weise) beispielsweise mit Kupfer-Nickel (Konstantan) überzogen wird. Die strahlende Oberfläche stellt dann ein Kupfer-Konstantan-Thermoelement dar, welches in Verbindung mit einem zweiten Kupfer-Konstantan-Element, das sich auf einer Referenztemperatur von beispielsweise 273 K befindet, hochgenaue Messungen der Strahlertemperatur und damit auch eine genauere Temperaturregelung ermöglicht.In a method for measuring the surface temperature of a black body, this surface of the black body is designed as a thermocouple. For this purpose, for example, the radiator (a cavity or an extensive area) can be made of copper, the radiating surface (or parts thereof) of which is coated galvanically (or in some other way) with, for example, copper-nickel (constantan). The radiating surface is then a copper-constantan thermocouple, which, in conjunction with a second copper-constantan element, which is at a reference temperature of, for example, 273 K, enables highly accurate measurements of the heater temperature and thus more precise temperature control.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schwarzen Strahler in Form eines Flächen- oder Hohlraumstrahlers.The invention relates to a black radiator in the form of a surface or cavity radiator.

Schwarze Strahler 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 emitters are used as calibration and reference standards in the wide field of application of infrared technology needed. To calibrate all types of infrared radiation measuring devices, the one used in each case is used Black emitters usually heated to a certain temperature, and the radiation emitted by it is registered as characteristic for this temperature by the device to be calibrated The relationship between temperature and emitted radiation is described by Planck's law of radiation.

Es werden Hohlraum- 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. Für die Eichung ist es dabei wichtig, daß die strahlende Fläche homogen und durch die Temperaturmessung unbeeinflußt ist.Cavity and surface emitters are used, which are usually made from a copper block (whereby copper because of its high thermal conductivity is used) are made in which bores electrical Heating elements and temperature sensors are introduced. The temperature sensor or sensors are usually close below attached to the surface and, in cooperation with a temperature control of the heating elements for a constant temperature of the copper block. An additional temperature measurement is often via a further internal temperature sensors possible. For the calibration it is important that the radiating surface is homogeneous and 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 does not take place directly on the surface, and that it only occurs in one or in a few places of the Radiator is carried out and thus the knowledge of the surface temperature necessary for the calibration is too imprecise. A further disadvantage is that, for the reasons mentioned, also the temperature control receives inaccurate values of the actual temperature and thus set and actual values are insufficient for Can be matched.

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 known methods, temperatures of surfaces by applying small thermocouples or even by electroplating such thermocouples (for example on glass) to determine what Setpoint and actual values can be brought into agreement better; here, however, results the further disadvantage that this changes the surface locally, and that this and the necessary Leads affect the radiation properties of the surface, which is why such methods cannot be realized with black bodies.

In der AT-PS 2 45 641 wird jedoch nicht die Temperatur eines auf einem Objektträger gehalterten Objekts, welche eigentlich gemessen werden soll, sondern lediglich die Temperatur dieses Objektträgers gemessen, welche erfahrungsgemäß in nicht unerheblichem Maße von der Temperatur des auf dem Objektträger aufgebrachten Objekts abweichen kann. Das heißt, mit dieser bekannten Vorrichtung zur thermoelektrischen Temperaturmessung von drehbaren Objektträgern kann lediglich die Temperatur eines solchen Objektträgers verhältnismäßig genau gemessen werden. Nicht jedoch kann die Temperatur des Objekts selbst mit dieser Vorrichtung genau und unverfälscht gemessen werden.In AT-PS 2 45 641, however, the temperature is not of an object held on a slide that is actually supposed to be measured, but only the temperature of this slide was measured, which experience shows to a not inconsiderable degree can differ from the temperature of the object placed on the slide. That is, with this one known device for thermoelectric temperature measurement of rotatable slides can only the temperature of such a slide can be measured relatively accurately. But not the temperature of the object itself can be measured accurately and unadulterated with this device.

In der DE-OS 23 32 015 ist eine Schaltungsanordnung für die Durchführung von Temperaturmessungen beschrieben. Mit dieser Schaltungsanordnung wird jedochIn DE-OS 23 32 015 a circuit arrangement for performing temperature measurements is described. With this circuit arrangement, however,

ίο die Temperatur eines bestimmten Punktes gemessen, an welchem ein Fremdmetall angelötet bzw. angeschweißt ist. Somit kann allenfalls die Temperatur an einem ganz bestimmten Punkt beispielsweise eines Gefäßes gemessen werden; es wird jedoch nicht die Temperatur einer in dem Gefäß untergebrachten Substanz oder bei dem Ausführungsbeispiel in F i g. 2 der DE-OS die tatsächliche mittlere Temperatur eines Ventiltellers gemessen. Gerade dies ist aber in vielen Fällen nicht nur erwünscht, sondern unbedingt notwendig, um beispielsweise entsprechende Regelungen bzw. Abstimmungen mit anderen Substanzen oder anderen Bestandteilen beispielsweise eines Ventils vornehmen zu können.ίο measured the temperature of a certain point to which a foreign metal is soldered or welded. Thus, at most, the temperature on one can be quite specific point of a vessel, for example, can be measured; however, it won't be the temperature one Substance accommodated in the vessel or in the exemplary embodiment in FIG. 2 of the DE-OS the actual mean temperature of a valve disk measured. But in many cases this is not only desirable, but absolutely necessary to, for example, appropriate regulations or votes to be able to do with other substances or other components, for example of a valve.

In »Patent Abstracts of Japan, Vol. 3, Nr. 22, Seite E-93« wird ein Temperaturmeßverfahren an Metallflächen beschrieben, wobei ein Metallstück, dessen Temperatur gemessen werden soll, durch eine bei diesem Verfahren erforderliche Bohrung verändert wird. Durch die erforderliche Bohrung sowie durch eine aufzubringende dünne Metallschicht und einen mit dieser Schicht verbundenen dünnen Draht wird die zu messende Temperatur der Oberfläche des Metallstücks in nicht genau definierbarer Weise beeinflußt.In "Patent Abstracts of Japan, Vol. 3, No. 22, page E-93" is a temperature measurement method on metal surfaces described, with a piece of metal, the temperature of which is to be measured, by a at this Procedure required drilling is changed. Through the required hole as well as through one to be made thin metal layer and a thin wire connected to this layer is the temperature to be measured affects the surface of the metal piece in a not exactly definable manner.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Schwarzen Strahler in Form eines Flächen- oder Hohlraumstrahlers zu schaffen, bei welchem die tatsächliche, mittlere Temperatur der Oberfläche des jeweiligen Strahlers genau, unverfälscht und unmittelbar gemessen werden kann. Gemäß der Erfindung ist dies bei einem solchen Schwarzen Strahler dadurch erreicht, daß dessen gesamte strahlende Oberfläche mit einem solchen Material bzw. einer solchen Metallegierung, wie Kupfer-Nikkei, d. h. Konstantan, dünn beschichtet ist, daß die aufgebrachte Beschichtung und das Material des Strahlers, welcher vorzugsweise aus Kupfer besteht, ein Thermoelement bilden.The object of the invention is therefore to provide a black body radiator in the form of a surface or cavity radiator to create at which the actual, mean temperature of the surface of the respective radiator is exactly, can be measured unadulterated and immediately. According to the invention, this is the case with such Black body achieved in that its entire radiating surface with such a material or such a metal alloy as copper-Nikkei, d. H. Constantan, thinly coated that the applied Coating and the material of the radiator, which is preferably made of copper, a thermocouple form.

Aufgrund dieser Ausbildung kann daher nicht nur die Oberfiächentemperatur des Schwarzen Strahlers genauer bestimmt werden, sondern in besonders vorteilhafter Weise kann darüber hinaus auch eine genauere Übereinstimmung von Soll- und Istwert der Oberflächentemperatur erreicht werden, was in Verbindung mit gerade bei Schwarzen Strahlern oft erforderlichen Regelungen von entscheidender Bedeutung sein kann.
Der Schwarze Strahler in Form eines Flächen- oder Hohlraumstrahlers ist in üblicher Weise beispielsweise aus Kupfer gefertigt. Seine strahlende Oberfläche, weiche 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, d. h. Konstantan, überzogen. Das Thermoelement aus Kupfer und der Kupfer-Nickel-Schicht wird in technisch bekannter Weise mit Zuleitungen versehen.
Wie ohne weiteres einzusehen ist, wird durch diese dünne galvanische Schicht die tatsächliche Temperatur an der Oberfläche des Hohlraums in keiner Weise verändert, so daß die Temperatur der dünnen galvanischen Schicht identisch mit der tatsächlichen, mittleren Tem-Due to this design, not only can the surface temperature of the black body be determined more precisely, but also, in a particularly advantageous manner, a more precise correspondence of the setpoint and actual value of the surface temperature can be achieved, which is often required in connection with black body heaters can be crucial.
The black radiator in the form of a surface or cavity radiator is made in the usual way, for example from copper. Its radiating surface, which is the walls of the cavity in the case of the cavity radiator, or the part of it used for calibration, is coated galvanically or in some other way with a thin layer of copper-nickel, ie constantan. The thermocouple made of copper and the copper-nickel layer is provided with leads in a technically known manner.
As is readily apparent, this thin galvanic layer does not change the actual temperature at the surface of the cavity in any way, so that the temperature of the thin galvanic layer is identical to the actual, mean temperature.

peratur der Hohlraumwandung ist. Gerade diese Temperatur ist von Interesse und kann somit bei dem erfindungsgemäßen Schwarzen Strahler genau und unverfälscht gemessen werden.temperature of the cavity wall. Just this temperature is of interest and can therefore be accurate and unadulterated in the black body according to the invention be measured.

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, ist dann eine genaue Messung der Oberflächentemperatur ermöglicht. Dieser Meßwert kann in technisch bekannter Weise auch als Istwert für die Temperaturregelung des Schwarzen Strahlers verwendet werden. In connection with a commercially available copper-copper-nickel thermocouple, for example is at a reference temperature of 273 K or maintained at this reference temperature an accurate measurement of the surface temperature is then possible. This measured value can be technically As is known, they can also be used as the actual value for regulating the temperature of the black body.

Zur Erhöhung des Emissionsgrads kann vor allem bei Hohlraumstrahlem die Kupfer-Nickel-Schicht in QbIieher Weise oxidiert werden oder für Flächen- und Hohlraumstrahler mit einem hochemittierenden Lack überzogen werden.To increase the emissivity, especially in the case of cavity radiators, the copper-nickel layer can be coated Oxidized way or coated with a highly emissive paint for surface and cavity radiators will.

Mit dieser erfindungsgemäßen Ausführung kann die tatsächliche Oberflächentemperatur des Schwarzen Strahlers genauer bestimmt werden. Darüber hinaus beeinflußt die Messung überhaupt nicht die Strahlungseigenschaften der Oberfläche, welche bei einem Hohlraumstrahler die inneren Wandungen des Hohlraums sind. Aufgrund der genaueren Messung der tatsächlichen mittleren Oberflächentemperatur kann dann bei einem gemäß der Erfindung ausgeführten, Schwarzen Strahler die Temperaturregelung insgesamt exakter durchgeführt werden.With this embodiment of the invention, the actual surface temperature of the black Emitter can be determined more precisely. In addition, the measurement does not affect the radiation properties at all the surface which, in the case of a cavity radiator, is the inner walls of the cavity are. Based on the more precise measurement of the actual mean surface temperature, a executed according to the invention, black body temperature control overall more exact be performed.

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, other metals or metal alloys can of course also be used can be used for a black body or a surface coating, of course Care should be taken to choose technically sensible thermocouples.

4040

5050

5555

6060

Claims

Claim:

Black radiator in the form of a surface or cavity radiator, characterized in that that its entire radiating surface is covered with such a metal or such a metal alloy, like copper-nickel, that is thinly coated that the applied coating and the material of the radiator form a thermocouple.