DE3445677C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Strahlungsmeßsonde zur berührungs­ losen, emissionsgrad-unabhängigen Temperaturmessung von Gegen­ ständen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Eine derartige Sonde ist aus der US-PS 28 37 917 bekannt. Bei dieser Sonde ist der Boden des Sondengehäuses als Hohlspiegel ausgebildet und insoweit reflektierend. Eine strahlungsmäßige Entkopplung des Sondengehäuses vom Strahlungsempfänger wird dadurch jedoch nicht erreicht, was die genaue Messung im unte­ ren Temperaturbereich bei Gegenständen mit niedrigem Emissi­ onsgrad erschwert.

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

Zur Lösung dieser Aufgabe werden die im Kennzeichen des Pa­ tentanspruchs enthaltenen Maßnahmen vorgeschlagen.

Die stark reflektierenden Innenwände des den Strahlungsempfän­ ger umgebenden Sondengehäuses verhindern weitgehend eine strahlungsmäßige Rückkopplung zwischen letzterem und dem ther­ misch isoliert angebrachten Strahlungsempfänger. Die Erfindung ist daher besonders geeignet für die Messung der Oberflächen­ temperatur bewegter, metallischer Gegenstände wie Rotoren, Wellen etc., die einen niedrigen Emissionsgrad haben. Die Sonde arbeitet nahezu unabhängig vom Wert des Emissionsgrades der Oberfläche des zu messenden Gegenstandes.

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

Die Figur zeigt schematisch im Schnitt eine Strahlungs­ meßsonde und einen rotierenden, metallischen Zylinder 3, dessen Oberflächentemperatur gemessen werden soll. Das Sondengehäuse ist zusammengesetzt aus einem Schirm 1 und einem Sockel 2. Der Schirm 1, ist mit seiner dem Zy­ linder 3 zugewandten Seite als geschwärzte zylindrische Schale 1 a ausgebildet, die zwischen sich und der Ober­ fläche 3 a des Zylinders 3 einen schmalen Ringspalt 4 beläßt. Der Schirm 1 weist in der Mitte der Schale 1 a eine schlitzförmige Öffnung 1 b auf, durch die die von der Oberfläche 3 a ausgehende Wärmestrahlung hindurch­ tritt, um auf den mittleren Streifen 5 a einer als Strahlungsempfänger dienenden Thermosäule 5 im Innern des Sondengehäuses 1, 2 aufzutreffen. Der Referenzstrei­ fen 5 b der Thermosäule 5 liegt in einem gegen die Wär­ mestrahlung abgeschirmten Bereich; er ist über die Thermosäulen-Grundplatte 5 c gut wärmeleitend mit dem Sondengehäuse 1, 2 verbunden, während die Wärmeleitung zwischen den Streifen 5 a und 5 b niedrig ist. Haben beide Streifen unterschiedliche Temperaturen, so resultiert daraus eine Thermospannung Δ T, die zur Regelung (Regler R) einer elektrischen Heizung (Heizspule 6) des Sonden­ gehäuses 1, 2 benutzt wird. Die Heizleistung wird nun so eingeregelt, daß die Thermospannung Δ T verschwindet. Bei diesem Betriebszustand entspricht die mit einem Tempe­ raturfühler 7 am metallischen Sondengehäuse 1, 2 ge­ messene Temperatur T der zu bestimmenden Temperatur an der Oberfläche 3 a des Zylinders 3.

Die Weite des Ringspalts 4, d. h. also der Abstand zwi­ schen Schirm 1 und Zylinder 3, ist so gewählt, daß stö­ rende Umgebungsstrahlung von außen mehrfach reflektiert und dabei von der geschwärzten Schale 1 a vollständig absorbiert wird. Die die Thermosäule 5 umgebenden Wände 1 c, 5 d im Innern des Sondengehäuses 1, 2 sind durch ei­ ne Vergoldung stark reflektierend gemacht, womit eine strahlungsmäßige Rückkopplung zwischen dem Meßstreifen 5 a 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 Ge­ genstände angeglichene Schirme ausgewechselt werden.

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

Claims (2)

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

   • a) mit einem Meßsondengehäuse (1, 2), dessen dem zu messenden Gegenstand (3) zugewandte Seite als Schirm (1) ausgebildet ist;
   • b) der Schirm (1) hat eine Öffnung (1 b), durch die die vom Ge­ genstand ausgehende Strahlung auf einen thermisch isoliert im Sondengehäuse (1, 2) angebrachten Strahlungsempfänger (5 a) trifft;
   • c) das Sondengehäuse (1, 2) ist mit einer regelbaren Heizung (6) ausgestattet, durch die die Temperatur des Sondengehäu­ ses (1, 2) einschließlich Schirm (1) an die Temperatur des Strahlungsempfängers (5 a) angleichbar ist;
   • d) der Schirm (1) ist mit seiner dem Gegenstand (3) zugewand­ ten Seite (1 a) an dessen Oberflächenform (3 a) angepaßt, wo­ bei diese Seite (1 a) geschwärzt ist;
2. gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

   • e) der Strahlungsempfänger (5 a) ist von dem Sondengehäuse (1, 2) strahlungsmäßig entkoppelt, indem die den Strahlungs­ empfänger (5 a) umgebenden Innenwände (1 c, 5 d) des Sondenge­ häuses (1, 2) stark reflektierend gemacht sind.