DE3445677A1 - Strahlungsmesssonde zur beruehrungslosen, emissionsgradunabhaengigen temperaturmessung - Google Patents

Description

üranit GmbH Julien, den 10.12.1984

ANR: 1 811 908 PLA 8466 Gb/wk

Strahlungsmeßsonde zur berührungslosen , emissionsgrad-unabhängigen Temperaturmessung

Strahlungsmeßsonde zur berührungslosen, emissionsgradunabhängigen Temperaturmessung

Die Erfindung betrifft eine Strahlungsmeßsonde gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Eine Strahlungsmeßsonde dieser Bauart ist aus der Zeitschrift "Metall", 26. Jahrgang, April 1972, Heft 4, Seiten 342 - 346, bekannt. Dabei hat der Schirm die Form einer hohlen, polierten, über den Meßgegenstand gestülpten Halbkugel, die im Zenith eine Öffnung für den Durchtritt der Strahlung zu einer Meßsonde aufweist. Die Halbkugel ist mit einer Heizwicklung und einem Thermoelement ausgestattet, womit die Temperatur der Halbkugel an die von der Meßsonde angezeigte Temperatur angeglichen werden kann; stimmen beide Temperaturanzeigen überein, so entspricht der diesbezügliche Wert der zu messenden Temperatur des Gegenstandes (s. Abb. auf Seite 343 mit zugehörigem Text). Die Halbkugel bedingt jedoch einen relativ großen Abstand zwischen Gegenstand und Meßsonde, so daß Temperaturen unter 20 0° C nicht mehr mit ausreichender Genauigkeit zu erfassen sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Strahlungsmeßsonde der gattungsgemäßen Bauart so zu modifizieren, daß hiermit auch die Oberflächentemperatur von Gegenständen zwischen Raumtemperatur und etwa 200° C emissionsgrad-unabhängig mit hoher Genauigkeit gemessen werden kann.

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Zur Lösung dieser Aufgabe werden die im Kennzeichen der Patentansprüche enthaltenen Maßnahmen vorgeschlagen.

Durch die Anpassung des Schirms an die Geometrie des zu messenden Gegenstandes kann der Abstand zum Strahlungsempfänger relativ kurz gehalten werden, so daß die gemessene Strahlungsintensität entsprechend hoch ist. Die Schwärzung der dem Gegenstand zugewandten Seite des Schirms und der geringe Abstand zum Meßobjekt bewirken, daß störende Umgebungsstrahlung vollständig absorbiert wird, bevor sie in den strahlungsempfindlichen Bereich der Meßsonde gelangt, während die stark reflektierenden Innenwände des den Strahlungsempfänger umgebenden Sondengehäuses eine strahlungsmäßige Rückkopplung zwischen letzterem und dem thermisch isoliert angebrachten Strahlungsempfänger weitgehend verhindern. Die Erfindung ist besonders geeignet für die Messung der Oberflächentemperatur bewegter, metallischer Gegenstände wie Rotoren, Wellen etc., die einen niedrigen Emissionsgrad haben. Die Sonde arbeitet nahezu unabhängig vom Wert des Emissionsgrades der Oberflähce des zu messenden Gegenstandes.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert:

Die Figur zeigt schematisch im Schnitt eine Strahlungsmeßsonde und einen rotierenden, metallischen Zylinder, dessen Oberflächentemperatur gemessen werden soll. Das Sondengehäuse ist zusammengesetzt aus einem Schirm 1 und einem Sockel 2. Der Schirm ist mit seiner dem Zylinder 3 zugewandten Seite als geschwärzte zylindrische Schale 1a ausgebildet, die zwischen sich und der Ober-

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fläche 3a des Zylinders 3 einen schmalen Ringspalt 4 beläßt. Der Schirm 1 weist in der Mitte der Schale 1a eine schlitzförmige Öffnung 1b auf, durch die die von der Oberfläche 3a ausgehende Wärmestrahlung hindurchtritt, um auf den mittleren Streifen 5a einer als Strahlungsempfänger dienenden Thermosäule 5 im Innern des Sondengehäuses 1, 2 aufzutreffen. Der Referenzstreifen 5b der Thermosäule 5 liegt in einem gegen die Wärmestrahlung abgeschirmten Bereich; er ist über die Thermosäulen-Grundplatte 5c gut wärmeleitend mit dem Sondengehäuse 1, 2 verbunden, während die Wärmeleitung zwischen den Streifen 5a und 5b niedrig ist. Haben beide Streifen unterschiedliche Temperaturen, so resultiert daraus eine Thermospannung ΛΤ, die zur Regelung (Regler R) einer elektrischen Heizung (Heizspule 6) des Sondengehäuses 1, 2 benutzt wird. Die Heizleistung wird nun so eingeregelt, daß die Thermospannung ΔΤ verschwindet. Bei diesem Betriebszustand entspricht die mit einem Temperaturfühler 7 am metallischen Sondengehäuse 1, 2 gemessene Temperatur T der zu bestimmenden Temperatur an der Oberfläche 3a des Zylinders 3.

Die Weite des Ringspalts A₁ d.h. also der Abstand zwischen Schirm 1 und Zylinder 3, ist so gewählt, daß störende Umgebungsstrahlung von außen mehrfach reflektiert und dabei von der geschwärzten Schale 1a vollständig absorbiert wird. Die die Thermosäule 5 umgebenden Wände 1c, 5d im Innern des Sondengehäuses 1, 2 sind durch eine Vergoldung stark reflektierend gemacht, womit eine strahlungsmäßige Rückkopplung zwischen dem Meßstreifen 5a der Thermosäule 5 und dem Sondengehäuse 1, 2 (infolge der niedrigen Emission) vermieden wird.

Der Schirm 1 und der Sockel 2 sind lösbar miteinander verbunden. Zur Anpassung an unterschiedliche Geometrien der zu messenden Gegenstände kann daher der Schirm 1 gegen andere, an die jeweilige Oberflächenform der Gegenstände angeglichene Schirme ausgewechselt werden.

Messungen mit der vorstehend beschriebenen Strahlungsmeßsonde ergaben auch an blanken, metallischen Oberflächen mit entsprechend niedrigem Emissionsgrad lediglich Abweichungen von etwa 0,5° C im Vergleich zu direkten Thermoelement-Messungen in einem Bereich zwischen Raumtemperatur und ca. 200° C.

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Claims (2)

Uranit GmbH Jülich. den 10.12.1984 ANR: 1 811 908 PLA 8466 Gb/wk Patentansprüche:

1. Strahlungsmeßsonde zur berührungslosen, emissionsgrad-unabhängigen Temperaturmessung der Oberfläche von Gegenständen,

a) mit einem Meßsondengehäuse, dessen dem zu messenden Gegenstand zugewandte Seite als Schirm ausgebildet ist;

b) der Schirm hat eine Öffnung durch die die vom Gegenstand ausgehende Strahlung auf einen thermisch isoliert im Sondengehäuse angebrachten Strahlungsempfänger trifft;

c) das Sondengehäuse ist mit einer regelbaren Heizung ausgestattet, durch die die Temperatur des Sondengehäuses einschließlich Schirm an die Temperatur des Strahlungsempfängers angleichbar ist,

gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

d) der Schirm (1) ist mit seiner dem Gegenstand (3) zugewandten Seite (1a) an dessen Oberflächenform (3a) angepaßt, wobei diese Seite (1a) geschwärzt ist;

e) die den Strahlungsempfänger (5a) umgebenden Innenwände (1c 5d) des Sondengehäuses (1, 2) sind stark reflektierend.

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2. Strahlungsmeßsonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schirm (1) lösbar mit dem übrigen Sondengehäuse (Sockel 2) verbunden ist.