DE4114369C2 - Pyrometer - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Pyrometer gemäß Oberbegriff des Patent­ anspruchs 1.

Ein derartiges Pyrometer ist aus der JP-OS 63-238 533 und das zugehörige Pat. abstr. of Jap. 40 P 821, Vol. 13, No. 43 bekannt.

Bei diesem vorbekannten Pyrometer wird die Meßstrahlung auf zwei Lichtwege aufgeteilt und jeweils einem von zwei Detektoren (Sensoren) zugeführt, deren Sensor- Signale zur Bestimmung der Temperatur des Meßobjekts herangezogen werden. Die optische Strahlung des einen Sensors ist auf etwa 1/500 der Eingangsstrahlung gedämpft. Beide Sensor-Signale werden einem Linearisierer zugeführt, und es wird von diesem ein eigenes Signal durch Auswahl zwischen bzw. aus den beiden vorliegenden Sensor-Signalen erzeugt. Eines der beiden Sensor-Signale wird mit einem festen Referenzsignal verglichen, und das Ergebnis dieses Vergleichs stellt ein Auswahlkriterium für das Durchschalten des ersten oder zweiten Sensor-Signals an den Ausgang des Linearisierers dar.

Aufgrund der bei diesem Pyrometer verwendeten Formel (s. Pat. abstr.) erkennt der Fachmann, daß das abgeschwächte Sensor-Signal Sb, multipliziert mit dem Verhältnis der beiden spektralen Strahlungsflüsse (Aa, Ab), bzw. das Sensor-Signal Sa zur Linearisierung verwendet werden. Daraus ergibt sich

• a) ein um den Abschwächungsfaktor vergrößerter Dynamikbereich des verwendeten Sensortyps und
• b) daß beide Sensoren (Sa, Sb) identische Kennlinien aufweisen müssen - andernfalls wäre die verwendete Formel nicht anwendbar.

Wegen der langwelligen Grenze des Spektralbereichs ergibt sich beim Einsatz der Sensoren bei Raumtemperatur (also bei niedrigen Temperaturen) infolge des Signal- Rausch-Verhältnisses ein nach unten begrenzter, oftmals nicht ausreichender Temperaturbereich, in welchem das Pyrometer einsetzbar ist.

Der Einsatz von Graufiltern erweitert zwar den Dynamikbereich des Sensors um den Abschwächungsfaktor des Graufilters nach oben, bewirkt jedoch aufgrund der gleichbleibenden Spektralcharakteristik des Sensors bei hohen Objekttemperaturen einen vergrößerten Emissionsgrad-Einfluß - weil sich der Schwerpunkt der spektralen Strahlungsdichte mit zunehmender Objekttemperatur gemäß Planck′scher Strahlungs­ formel zu kürzeren Wellenlängen hin verschiebt - auf den Temperaturmeßwert, so daß bei schwankendem Emissionsgrad die Meßgenauigkeit abnimmt (beeinträchtigt wird).

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Pyrometer der gattungsgemäßen Bauart zu schaffen, welches bei einfachem Aufbau über einen großen durchgehenden Meßbereich, im Niedrigtemperaturbereich beginnend, einwandfreie Meßergebnisse erstellt und bei hohen Temperaturen eine weitgehend emissionsgradunabhängige Messung gewährleistet.

Erfindungsgemäß wird dies durch ein Spektral-Quotienten-Pyrometer gemäß Kennzeichnung des Patentanspruchs 1 gelöst.

Beim erfindungsgemäßen Pyrometer ist aufgrund seines für den Niedrigtemperatur- Bereich ausgelegten Spektralpyrometerteils auch der Niedrigtemperatur-Bereich (beispielsweise von ca. 250°C oder sogar bis in den Bereich von unter 0°C) einwandfrei meßbar und aufgrund seines für den Hochtemperatur-Bereich zuständigen Quotientenpyrometerteils auch bei höheren Objekttemperaturen eine emissions­ gradunabhängige Temperaturmessung gegeben. Es ist aufgrund der für unter­ schiedliche Temperaturbereiche/Spektralbereiche ausgelegten Sensoren, wobei die Kennlinien des Spektralpyrometerteils und Quotientenpyrometerteils lückenlos aneinandergereiht sind oder sich überlappen, ein wesentlich größerer Meßbereich als beim vorbekannten Pyrometer auf einfache Weise realisiert - dabei ist es von großem Vorteil, daß beim erfindungsgemäßen Pyrometer im Gegensatz zum oben erläuterten vorbekannten Pyrometer nun der Einsatz von Sensoren mit unterschiedlicher Spektralcharakteristik ermöglicht wird, wodurch letztlich eine wesentlich vergrößerte Temperaturmeßspanne erzielbar ist. Man kann beispielsweise mit verschiedenen Sensoren folgende Meßbereiche abdecken

• a) Sensor "Thermosäule": -30 bis +800°C
• b) Sensor "Germaniumdiode": +250 bis +1500°C
• c) Sensor "Siliciumdiode": +400 bis +3000°C

und damit bei einer Kombination von Thermosäule und Siliciumdiode den Temperatur­ bereich von -30 bis +3000°C sowie bei einer Kombination von Germaniumdiode und Siliciumdiode den Temperaturbereich von +250 bis 3000°C messen.

Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt und wird nachfolgend näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Pyrometers, mit mehreren Sensoren und einer die Sensor-Signale auswertenden Auswerteschaltung/Auswerteeinheit, und

Fig. 2 ein Kurven-Diagramm eines Mehrsensorpyrometers mit drei Sensoren, wobei die Sensoren derart gewählt und ausgewertet werden, daß im unteren Meßbereich des Pyrometers sich ein Spektralpyrometer und im weiteren Meßbereich sich ein Quotientenpyrometer ergibt.

Das erfindungsgemäße Pyrometer ist als Spektral- und Quotientenpyrometer (dabei im unteren Meßbereich als Spektralpyrometer und im oberen Meßbereich als Quotientenpyrometer, vgl. Fig. 2) ausgebildet.

Die einzelnen Sensoren haben unterschiedliche Meßempfindlichkeit. Die Meßbereiche sind dabei derart aufeinander abgestimmt, daß sie sich ergänzen bzw. überschneiden. Die Sensor-Empfindlichkeit kann vom Minusbereich °C bis zum hohen Plusbereich (z. B. 3000°C) reichen oder nur in einem Temperaturbereich (z. B. Bereich der Plusgrade) in Celsius liegen - bei einer bevorzugten Ausführung ist ein durchgehender Meßbereich von +250°C bis +3000°C vorhanden. Es werden Sensoren unterschiedlicher Wellenlänge eingesetzt. Die Sensor-Kennlinien sind mit K6-K8 bezeichnet.

Das erfindungsgemäße Mehrsensorpyrometer weist eine Optik 1 auf, welche die empfangene Meßstrahlung den Sensoren S1-Sn zuführt, die dieselben in Signale umsetzen, welche dann der Auswerteschaltung (Auswerteeinheit) - die einen Mikroprozessor 2 mit entsprechendem Programm aufweist - zugeführt werden. Der Mikroprozessor 2 ist mit einem Programm-Speicher 3 verbunden, welcher sämtliche Rechner- und Steuerungsprogramme des erfindungsgemäßen Mehrsensorpyrometers enthält. Der Programm-Speicher kann mit einem Kalibrierwerte-Speicher 4 verbunden sein bzw. einen solchen beinhalten. Des weiteren ist der Mikroprozessor mit einer als Ganzes mit 5 bezifferten Einheit verbunden, welche der Anordnung von Bedien­ elementen, Schnittstellen, Statussignalen dient. Der Mikroprozessor 2 weist mindestens einen Ausgang 6 für die Meßwertausgabe auf.

In dem Kennlinien-Diagramm sind auf der einen Achse die Werte für die "Temperatur" in °C und auf der anderen Achse die Werte für das elektrische "Signal" angegeben.

Die Auswerteschaltung (Pos. 2-4) ist derart ausgeführt, daß sie in stufenloser Auswertung ein auf den gesamten Meßbereich des Pyrometers bezogen stetiges Ausgangssignal zur Meßwert-Anzeige zur Verfügung stellt.

Claims (2)

1. Pyrometer zur berührungslosen Temperaturmessung, bei dem eine Optik die empfangene Meßstrahlung mehreren Sensoren zuführt, welche dieselbe in Signale umsetzen, wobei die Sensoren für unterschiedliche Temperaturbereiche ausgelegt sind und sich die Kennlinien von zwei Sensoren überlappen sowie deren Sensor- Signale im Kennlinien-Überlappungsbereich linearisiert und zu einem einzigen Ausgangssignal zusammengefaßt werden, dadurch gekennzeichnet, daß es als ein Spektral-Quotienten-Pyrometer ausgebildet und dabei für den unteren Temperaturbereich als Spektralpyrometer und für den oberen Temperaturbereich als Quotientenpyrometer ausgeführt ist.

2. Pyrometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es im Spektralpyrometerteil einen Sensor (mit Kennlinie K6) und für den Quotienten­ pyrometerteil zwei Sensoren (mit Kennlinie K7, K8), mit unterschiedlicher Wellenlänge, aufweist.