DE3821476C2

DE3821476C2 -

Info

Publication number: DE3821476C2
Application number: DE19883821476
Authority: DE
Inventors: Claus-Peter Dipl.-Ing. Ddr 3240 Haldensleben Dd Tzschaschel; Franz Dr.-Ing. Ddr 3090 Magdeburg Dd Engel; Joerg Dipl.-Phys. Ddr 3023 Magdeburg Dd Guenther; Ulrich Dr.-Ing. Ddr 1143 Berlin Dd Kienitz; Christian Dipl.-Ing. Ddr 8027 Dresden Dd Schiewe
Original assignee: VEB MESSGERAETEWERK "ERICH WEINERT" MAGDEBURG BETRIEB DES KOMBINATES VEB EAW BERLIN-TREPTOW "FRIEDRICH EBERT" DDR 3011 MAGDEBURG DD
Current assignee: MESSGERAETE GMBH MAGDEBURG, O-3011 MAGDEBURG, DE
Priority date: 1987-09-07
Filing date: 1988-06-25
Publication date: 1990-12-06
Also published as: DE3821476A1; GB8820871D0; GB2209597B; GB2209597A

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung dient zur berührungslosen Temperaturmessung in der Prozeß- und Betriebsmeßtechnik an Materialien mit ausgeprägten Absorptionsbanden, insbesondere Plastmaterial und Glas.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Bekannten Lösungen zur berührungslosen Temperaturmessung auf Basis der Strahlungspyrometrie haftet der grund sätzliche Nachteil an, daß der Emissionsgrad der Meßobjekt oberfläche bekannt sein muß. Der Emissionsgrad eines nichtschwarz-strahlenden Meßgutes ist abhängig von der Wellenlänge der Meßobjektstrahlung und von der Temperatur des Meßgutes selbst und bei infrarot-transparenten Stof fen zusätzlich von der Dicke des Meßgutes. Um diese Ab hängigkeiten des Emissionsgrades im Meßergebnis berück sichtigen zu können, besitzen die bekannten Pyrometer Vor richtungen zur Korrektur des Emissionsgrades, wie z. B. Einsteller oder Rechner.

Eine bekannte Möglichkeit, den Einfluß des Emissionsgrades auf das Meßergebnis zu minimieren, besteht in der Auswahl spezieller besonders geeigneter Spektralbereiche. So sind die verschiedensten Pyrometer zur Messung an jeweils einem bestimmten Plastmaterial bekannt, wobei mit einem eingestellten Emissionsgrad gleich 1 gemessen wird. Bei richtiger Auswahl des Spektralbereiches mißt man dann an den Stellen des Infrarotbandes mit dem höchsten Energie angebot, d. h., bei einer ausgeprägten Absorptionsbande.

Typische Absorptionsbanden der verschiedenen Plastmate rialien sind bei 3,43 µm, 3,45 µm, 6,8 µm, 7,9 µm, 7,95 µm und 8,05 µm bekannt, wobei mit einem einkanaligen Pyrometer jeweils eine Absorptionsbande erfaßbar ist. Der Vorteil der Messung bei einer ausgeprägten Absorptionsbande besteht vor allem darin, daß die bei Emissionsgraden nahe 1 in Richtung Pyrometer reflektierte bzw. transmittierte Strahlung eine untergeordnete Rolle spielt. Von Nachteil ist dagegen, daß eine genaue Kenntnis der Absorptionsbande des aktuell gemessenen Plastmaterials notwendig ist, um einen bestimmten Typ von Plastpyrometern auszuwählen. Bei falscher Auswahl kann dagegen ein großer Meßfehler entstehen. Weiterhin sind aus der DD-PS 2 19 571 und der US-PS 39 22 550 Mehrkanalpyrometer bekannt, die unter der Voraussetzung arbeiten, daß das Meßgut als ein grauer Strahler aufgefaßt wird. Diese Voraussetzung ist jedoch bei niedrigen Temperaturbereichen im allgemeinen und bei Plastmaterial im besonderen nicht gegeben, da diese eine stark unlineare Abhängigkeit des Emissionsgrades von der Wellenlänge aufweisen. Derartige Mehrkanalpyrometer sind daher zur Messung an Plastmaterialien oder Glas sowie im Niedertemperaturbereich ungeeignet. Es sind Mehrkanalpyrometer gemäß DE-OS 36 11 567 und DE-OS 36 11 634 bekannt, die auf die speziellen zu messenden Stoffe "eingelernt" werden müssen, wobei ein Mikrorechner verwendet werden kann. Diese Mehrkanalpyrometer sind sowohl technisch als auch konstruktiv sehr aufwendig und müssen weiterhin durch eine berührende Messung auf den Einsatzfall vorbereitet werden. Aus der EP-PS 01 29 150 ist ebenfalls ein Mehrkanalpyrometer bekannt, mit welchem die Objekttemperatur nur unter Berücksichtigung des Emissionsgrades in verschiedenen Spektralbereichen ermittelt werden kann. Das erfordert aufwendige technische Maßnahmen und Rechenverfahren für das Mehrkanalpyrometer. Derartige Mehrkanalpyrometer sind nur bei einer großen Anwendungsbreite von Vorteil. Für Anwender mit speziellen Meßaufgaben, wie der Messung an Plastmaterialien oder Glas, sind sie dagegen wesentlich zu aufwendig.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur berührungslosen emissionsgradunabhängigen Temperaturmessung an Materialien mit ausgeprägten Absorptionsbanden zu schaffen, wobei in mehreren Spektralbereichen gemessen wird. Durch die Messung in mehreren Spektralbereichen muß die Lage der Absorptionsbanden des aktuell zu messenden Materials nicht bekannt sein, wobei der Emissionsgrad weder gesondert einzustellen noch im Meßergebnis zu berücksichtigen ist. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß im begrenzten Umfang eine Materialanalyse möglich ist.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur berührungslosen näherungsweisen und emissionsgradunabhängigen Bestimmung der Temperatur an Materialien mit ausgeprägten Absorptionsbanden, insbesondere Plastmaterialien oder Glas, mittels eines Mehrkanalpyrometers zu schaffen, wobei die Objektstrahlung in mindestens zwei schmalbandigen Spektralbereichen ausgewertet sind.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die verwendeten Spektralbereiche so ausgewählt sind, daß mindestens ein Spektralbereich innerhalb einer ausgeprägten Absorptionsbande des Meßobjekts liegt, daß für jeden auszuwertenden Spektralbereich ein Emissionsgrad gleich 1 angenommen und eine Objekttemperatur ermittelt werden, wobei die höchste ermittelte Objekttemperatur ausgegeben wird.

Die auszuwertenden Spektralbereiche werden dabei so ausgewählt, daß z. B. für nahezu alle Arten von Plastmaterialien mindestens eine Absorptionsbande erfaßt wird. Unter der Voraussetzung, daß die im jeweiligen Spektralbereich reflektierte bzw. transmittierte Hintergrundstrahlung kleiner oder höchstens gleich der vom Meßobjekt bei einem Emissionsgrad gleich 1 emittierten Strahlung ist, wird für jeden Spektralbereich mit einem Emissionsgrad gleich 1 eine Objekttemperatur ermittelt. Die höchste dabei ermittelte Objekttemperatur ist näherungsweise auch die Objekttemperatur, da dieser Spektralbereich die ausgeprägteste Absorptionsbande aufweist.

Ausführungsbeispiel

Anhand eines Anwendungsfalls des erfindungsgemäßen Ver fahrens für die berührungslose Temperaturmessung an Plast materialien mittels eines Mehrkanalpyrometers soll die Erfindung näher erläutert werden.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden als auszuwählende Spektralbereiche der Meßobjektstrahlung vier schmalbandige Spektralbereiche bei den Wellenlängen 3,43 µm, 6,8 µm, 7,9 µm, 8,05 µm festgelegt. In diesen vier Spektralbereichen besitzen nahezu alle Arten von Plastmaterialien eine ausgeprägte Absorptionsbande. Im Mehrkanalpyrometer werden diese vier Spektralbereiche z. B. durch vier Schmalbandfilter realisiert, welche auf einem Filterrad angebracht sind. Das Filterrad ersetzt dabei in Wechsellichtpyrometern den Chopper. Wird nunmehr für jeden dieser vier Spektralbereiche ein Emissionsgrad gleich 1 vorausgesetzt und jeweils eine entsprechende Objekttemperatur ermittelt, ist die höchste ermittelte Objekttemperatur näherungsweise die wahre Objekttemperatur. Das liegt darin begründet, daß für die höchste ermittelte Objekttemperatur die Absorptionsbande am ausgeprägtesten ist und damit der spektrale Emissionsgrad dem zuvor angenommenen Wert gleich 1 am nächsten kommt.

Über den gleichen Weg ist bei Ausgabe des Spektralbereiches, der der höchsten ermittelten Objekttemperatur entspricht, eine Materialerkennung in gewissen Grenzen möglich. Die Ermittlung der höchsten Objekttemperatur in den vier Spektralbereichen kann z. B. mit einer analogen Rechenschaltung oder einem Mikrorechner als Bestandteil des Mehrkanalpyrometers erfolgen. Bei Einsatz von Filtern entsprechend den Absorptionsbanden anderer Materialien, z. B. Glas mit Absorptionsbanden im Bereich 4,5 µm . . . 5,5 µm, ist die Erfindung auch dafür einsetzbar.

Claims

Verfahren zur berührungslosen näherungsweisen Bestimmung der Temperatur an Materialien mit ausgeprägten Absorptionsbanden, insbesondere Plast- oder Glasmaterialien, mittels eines Mehrkanalpyrometers, welches in mindestens zwei verschiedenen Spektralbereichen die Meßobjektstrahlung erfaßt, gekennzeichnet dadurch, daß die verwendeten Spektralbereiche so ausgewählt sind, daß mindestens ein Spektralbereich innerhalb einer ausgeprägten Absorptionsbande des Meßobjektes liegt, daß für jeden Spektralbereich ein Emissionsgrad gleich 1 angenommen wird und daß für jeden Spektralbereich eine Objekttemperatur ermittelt wird, wobei die höchste ermittelte Objekttemperatur ausgegeben wird.