DE4128844A1 - Optischer temperatursensor - Google Patents
Optischer temperatursensorInfo
- Publication number
- DE4128844A1 DE4128844A1 DE4128844A DE4128844A DE4128844A1 DE 4128844 A1 DE4128844 A1 DE 4128844A1 DE 4128844 A DE4128844 A DE 4128844A DE 4128844 A DE4128844 A DE 4128844A DE 4128844 A1 DE4128844 A1 DE 4128844A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- probe
- temperature sensor
- sensor according
- optical temperature
- optically transparent
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims description 18
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims description 32
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 25
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 18
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 15
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 15
- 239000000112 cooling gas Substances 0.000 claims description 13
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 13
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 22
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 14
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 14
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 12
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 6
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 3
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 229910001293 incoloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 230000001914 calming effect Effects 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/02—Constructional details
- G01J5/06—Arrangements for eliminating effects of disturbing radiation; Arrangements for compensating changes in sensitivity
- G01J5/061—Arrangements for eliminating effects of disturbing radiation; Arrangements for compensating changes in sensitivity by controlling the temperature of the apparatus or parts thereof, e.g. using cooling means or thermostats
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/0014—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry for sensing the radiation from gases, flames
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/0088—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry in turbines
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/02—Constructional details
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/02—Constructional details
- G01J5/04—Casings
- G01J5/041—Mountings in enclosures or in a particular environment
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/02—Constructional details
- G01J5/05—Means for preventing contamination of the components of the optical system; Means for preventing obstruction of the radiation path
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/02—Constructional details
- G01J5/05—Means for preventing contamination of the components of the optical system; Means for preventing obstruction of the radiation path
- G01J5/051—Means for preventing contamination of the components of the optical system; Means for preventing obstruction of the radiation path using a gas purge
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/02—Constructional details
- G01J5/08—Optical arrangements
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/02—Constructional details
- G01J5/08—Optical arrangements
- G01J5/0818—Waveguides
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/02—Constructional details
- G01J5/08—Optical arrangements
- G01J5/0831—Masks; Aperture plates; Spatial light modulators
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/02—Constructional details
- G01J5/08—Optical arrangements
- G01J5/0887—Integrating cavities mimicking black bodies, wherein the heat propagation between the black body and the measuring element does not occur within a solid; Use of bodies placed inside the fluid stream for measurement of the temperature of gases; Use of the reemission from a surface, e.g. reflective surface; Emissivity enhancement by multiple reflections
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Radiation Pyrometers (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft einen optischen Temperatursensor nach dem Oberbegriff des
Anspruches 1.
Optische Temperatursensoren der vorgenannten Art werden insbesondere zur Mes
sung hoher Temperaturen eingesetzt, wie beispielsweise zur Messung der Abgastem
peratur bei Gasturbinen. Diese Sensoren erzeugen ein optisches Ausgangssignal, das
dann außerhalb des Sensors in ein elektrisches Signal umgesetzt wird. Elektrische
Sensoren sind hierfür üblicherweise ungeeignet, da sie den hohen Temperaturen nicht
standhalten.
Bei Sensoren zur Messung hoher Temperaturen ist es üblich, ein Saphirmaterial oder
ein ähnliches, hochtemperaturbeständiges, für Infrarotstrahlen transparentes Mate
rial zu verwenden, welches als Strahlenleiter zwischen der Sensorspitze und einem
kühleren Bereich dient, wobei der Saphirleiter verbunden ist mit einem faseropti
schen Kabel, das im Verhältnis zur Spitze nur geringeren Temperaturen ausgesetzt
werden kann. Die Strahlung, welche von der Emissionsoberfläche nahe der Spitze des
Saphirleiters ausgeht, wird vom faseroptischen Kabel erfaßt und von dort einem oder
mehreren Detektoren zugeführt, deren elektrische Ausgangssignale einem Prozessor
zugeführt werden. Der Prozessor erzeugt sodann ein Ausgangssignal entsprechend
der gemessenen Temperatur.
Derartige Sensoren weisen beträchtliche Temperaturunterschiede längs der Länge
des Saphirleiters auf. Beispielsweise herrscht an der Spitze des Sensors eine Tempe
ratur von 1300oC, während an der Stelle, wo der Saphirleiter mit dem faseroptischen
Kabel verbunden ist, eine Temperatur von 200oC herrscht. Oftmals herrscht auch an
der Spitze des Sensors eine geringere Temperatur als bei anderen Teilen des Sensors,
was das Temperaturmeßergebnis verfälscht. Das Saphirmaterial weist nämlich eine
eigene thermische Emissionsfähigkeit auf und emittiert daher Strahlung im Tempe
raturleiter selbst mit einem Spektrum, das von der dort herrschenden Temperatur
abhängig ist. Ist also die Spitze kühler als eine Stelle des Saphirleiters zwischen
Spitze und faseroptischem Kabel, dann ist die Temperatur an der Spitze nicht mehr
exakt meßbar.
Es besteht die Aufgabe, den optischen Temperatursensor so auszubilden, daß die
Temperatur an der Sondenspitze exakt erfaßbar ist.
Gelöst wird diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.
Ein Strahlungssensor für eine Gasturbine wird nachfolgend anhand der Zeichnung
näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Schnitt durch den Sensor und
Fig. 2 einen Schnitt durch die Spitze der Sonde dieses Sensors.
Der Sensor umfaßt eine im wesentlichen steife Sonde 1 und ein flexibles, faserop
tisches Kabel 2. Die Sonde weist eine äußere, zylindrische Hülle 3 auf, die etwa
450 mm lang ist und von der vorderen Sensorspitze 4 zur hinteren Befestigung 5
verläuft und über welche der Sonde ein Kühlgas zugeführt wird und über welche ein
optisches Ausgangssignal dem faseroptischen Kabel 2 zugeführt wird.
Die äußere Hülle 3 weist einen kreisförmigen Querschnitt mit einem Außendurch
messer von 6 mm auf. Das vordere Ende 6 dieser Hülle besteht aus einer hohen
Temperaturen widerstehenden und oxidationsresistenten Legierung, wie beispiels
weise Incoloy MA956, während das rückwärtige Ende 7, das bei 8 mit dem vorderen
Ende hartverlötet ist, aus Stahl besteht, wie beispielsweise BS T72. Das vordere
Ende der Hülle 3 ist verschlossen, mit Ausnahme einer kleinen Gaseinlaßbohrung
21, die an der Unterseite der Hülle nahe ihrer Spitze 4 angeordnet ist, und mit Aus
nahme einer kleinen Auslaßbohrung 22, welche an der gegenüberliegenden Seite der
Hülle um etwa 10 mm nach rückwärts von der Einlaßbohrung versetzt angeordnet
ist. Die Ein- und Auslaßbohrungen 21 und 22 kommunizieren mit einer Stagnati
onskammer 23 innerhalb der Spitze der Sonde. Innerhalb der Kammer 23 ist ein
Sensorelement 24 angeordnet, das aus einer kurzen zylindrischen Saphirstange oder
einem ähnlichen optisch transparenten Element besteht, die am vorderen Ende eine
undurchsichtige Beschichtung 25 aufweist. Diese Beschichtung 25 besteht aus einem
thermo-emissiven, oxidationsresistenten Material, wie beispielsweise einem Metalloxid.
Das Element 24 ist 7 mm lang und von kreisförmigem Querschnitt und weist an
seinem vorderen Ende einen verringerten Durchmesser von 2 mm auf, so daß zwi
schen der Hülle 3 und diesem Teil des Elements 24 ein Ringspalt im Bereich der
Auslaßöffnung 22 entsteht. Das hintere Ende des Elements 24 weist den gleichen
Durchmesser wie die Innenseite der Hülle 3 auf und steht in Kontakt mit einer
Schulter 20 an der Innenseite der Hülle 3 unmittelbar hinter der Austrittsbohrung
22. Die Anordnung des hinteren Endes des Elements 24 ist derart, daß im wesentli
chen kein Gasfluß hinter diesem Element auftritt. Das Element 24 ist konzentrisch
zur Kammer 23 angeordnet, so daß Gas vom Einlaß 21 über das beschichtete Ende
24 und die verrundete Basis des Vorderteils des Elements 24 zum Auslaß 22 zu
fließen vermag. Das rückwärtige Ende des aus Saphir bestehenden Sensorelements
24 wird gehalten durch einen vorderen muffenförmigen Abstandshalter 30, der aus
der Legierung Incoloy MA956 besteht. Dieser vordere Abstandshalter 30 ist etwa 5 mm
lang und weist einen Außendurchmesser auf, der gleich dem Innendurchmesser
der Hülle ist. Dieser Abstandshalter sitzt mit Preßsitz innerhalb der Hülle. Gegen
das rückwärtige Ende des Abstandshalters 30 liegt eine scheibenförmige, thermische
Barriere 31 an. Diese thermische Barriere besteht aus einer kreisförmigen Saphir
platte, welche eine undurchsichtige Beschichtung an ihrer Oberfläche aufweist, mit
Ausnahme einer kreisförmigen, zentralen Öffnung 33 von 2 mm Durchmesser. Der
Durchmesser der thermischen Barriere 31 ist der gleiche wie der Innendurchmesser
der Hülle 3 und wird durch einen Zwischenabstandshalter 34 an Ort und Stelle ge
halten. Dieser Abstandshalter 34 weist Röhrenform auf und sitzt mit engem Sitz in
der Hülle 3, entsprechend dem Halt des vorderen Abstandshalters 30. Unmittelbar
hinter der thermischen Barriere 31 ist ein kleiner Kühlgasauslaß 35 vorgesehen, der
einen Durchmesser von 2,4 mm aufweist und welcher durch die Hülle und den Ab
standshalter 34 hindurch geht. Dieser Auslaß 34 ist an der Oberseite des Sensors
vorgesehen und fluchtet somit mit dem anderen Auslaß 22.
Der Zwischenabstandshalter 34 verläuft etwa 105 mm nach hinten durch die Sonde
und lagert am rückwärtigen Ende einer Konvergenzlinse 36 aus Saphir. Diese Linse
ist kreisförmig ausgebildet, ist jedoch mit verschiedenen kurzen, radial verlaufen
den Schlitzen 37 versehen, die am Umfang eingearbeitet sind und somit einen
Durchlaß für das Kühlgas bilden. Gegen die Rückseite der Linse 36 stößt rand
seitig das vordere Ende eines hinteren Abstandshalters 38 an, der 38 mm lang ist
und in die Hülle wie die Abstandshalter 30 und 34 eingepaßt ist. Das vordere Ende
des hinteren Abstandshalters 38 und das hintere Ende des Zwischenabstandshalters
34 sind ausgeschnitten zur Bildung von Nuten bzw. Zinnen 39, wodurch der Gas
fluß um die Linse herum verbessert wird. Durch die Hartlötverbindung 8 zwischen
dem vorderen Ende 6 und dem hinteren Ende 7 ist der hintere Abstandshalter 38
fest in der Hülle 3 angeordnet. Die Brennweite der Linse 36 und die Längen der
Abstandshalter 30,34 und 38 sind so gewählt, daß die Linse 36 ein Bild des vorderen
beschichteten Endes 25 des Sensorelements 24 in einer Ebene des vorderen Endes des
faseroptischen Kabels 2 abbildet, wobei diese Ebene vom hinteren Abstandshalter
etwa 5 mm entfernt ist. An seinem vorderen Ende weist das faseroptische Kabel 2
einen starren Metallring 40 auf, der mit der Hülle 3 hartverlötet ist und der über
seine gesamte Länge mit Abflachungen 41 versehen ist, die einen Durchlaß für das
Kühlgas zwischen dem Kabel 2 und der Hülle 3 bilden. Hinter dem Metallring 40 ist
der Außendurchmesser des Kabels 2 geringer als der Innendurchmesser der Hülle 1,
wodurch um das Kabel herum ein ringförmiger Gasdurchlaß 42 gebildet wird. Der
Teil des faseroptischen Kabels 2 innerhalb der Sonde 1 weist ein steifes Faserbündel
von etwa 300 mm Länge auf. Der restliche Teil des Kabels ist flexibel und kann eine
Länge zwischen 5 m und 20 m aufweisen. Das hintere Ende des Kabels 2 verläuft
zu einem Detektor 100, der ein elektrisches Ausgangssignal einem Prozessor 101
zuführt, der seinerseits eine Temperaturanzeigevorrichtung 102 bzw. Steuergeräte
ansteuert.
Das hintere Ende der Hülle 3 ist mit einem Kragen 43 am vorderen Ende des Be
festigungsteils 5 hartverlötet. Das Befestigungsteil 5 besteht aus Stahl und weist
über seine ganze Länge hinweg eine Axialbohrung 44 auf, durch welche das Kabel 2
verläuft. Das hintere Ende der Axialbohrung 44 ist zum Kabel 2 durch ein Endstück
45 abgedichtet, das auf dem Kabel angeordnet und mit dem Befestigungsteil 5 durch
ein Epoxydharz verbunden ist, so daß über das hintere Ende der Bohrung kein Gas
auszutreten vermag. Außen weist das Befestigungsteil 5 zwei radiale Flansche 46
und 47 auf. Der vordere Flansch 46 weist verschiedene Bohrungen 48 auf, durch
welche Befestigungsbolzen verlaufen, mit denen die Sonde an der Turbine gesichert
wird. Der rückwärtige Flansch 47 trägt einen mit einem Außengewinde versehenen
Fitting 49, der eine Gasbohrung 50 aufweist, die kommuniziert mit einer seitlichen
Bohrung 51 im Befestigungsteil 5. Die seitliche Bohrung 51 kommuniziert mit der
Axialbohrung 44 des Befestigungsteils 5.
Im installierten Zustand der Sonde wird diese gehalten durch das Befestigungsteil 5
am rückwärtigen Ende und durch zwei weitere Tragteile 60 und 61, welche im Ab
stand längs der Sonde angeordnet sind. Die Spitze 4 der Sonde ragt in einen aufwärts
strömenden Gasstrom, der eine Temperatur von etwa 1300oC aufweist. Über eine
Länge von 55 mm hinweg ist das vordere Ende der Sonde an ihrer Außenseite dieser
Temperatur ausgesetzt. Die Temperatur an der Außenseite des mittleren Teils des
Sensors einschließlich des Bereichs, wo die Linse 36 angeordnet ist, beträgt etwa
800 bis 600oC. Die Außentemperatur im Bereich des vorderen Endes des Kabels 2
beträgt etwa 200oC.
Kühlluft oder ein Kühlgas wird von einem Kompressor 63 erzeugt und gelangt zum
Fitting 49, von wo das Kühlgas über die seitliche Bohrung 51 längs der Axialboh
rung 44 nach vorne durch den Gasdurchlaß 42 strömt. Die Kühlluft strömt sodann
durch den hinteren Abstandshalter 38 und über die Schlitze 37 der Linse 36 in den
Zwischenabstandshalter 34. Am vorderen Ende des Zwischenabstandshalters 34 ist
nach vorne hin durch die thermische Barriere 31 kein Gasfluß möglich, so daß die
Kühlluft nunmehr über den Auslaß 35 aus der Sonde austritt. Die Kühlluft kühlt
somit das Kabel 2, die Linse 36, die thermische Barriere 31 und die Abstandshalter
34 und 38 sowie denjenigen Teil der Hülle 3, der sich hinter der Barriere 31 befindet.
Der Druck der Kühlluft ist größer als der Turbinengasdruck im Bereich des Auslasses
35, so daß ein Kühlluftstrom durch die Sonde sichergestellt ist.
Das über den Einlaß 21 eintretende heiße Gas wird beim Eintritt in die Stagnations-
bzw. Beruhigungskammern 23 bezüglich seiner Geschwindigkeit abgebremst und
strömt mit nur sehr geringer Geschwindigkeit über das Element 24, bevor es über
den Auslaß 22 austritt. Auf diese Weise ist das Element 24 der Absoluttemperatur
des Gases ausgesetzt. Das Element 24 und seine Beschichtung 25 nehmen daher
die Temperatur des Gases an und die Beschichtung emittiert eine Strahlung, deren
Spektrum von dieser Temperatur abhängig ist.
Durch die Anordnung der Beschichtung 25 auf dem Saphirelement 24 wird sicher
gestellt, daß die Rückseite der Beschichtung 25 keinem Gasstrom ausgesetzt ist,
so daß diese Strahlung aussendende Rückseite der Beschichtung vor Beschädigung
und Kontamination geschützt ist. Hierdurch ist auch sichergestellt, daß Partikel
im heißen Gasstrom in der Sichterlinie zwischen dem Kabel 2 und der Beschich
tung 25 nicht auftreten. Durch den Abstandshalter 30 zwischen dem Sensorelement
24 und der thermischen Barriere 31, der einen Gasspalt bildet, ist sichergestellt,
daß Kühlgas das Sensorelement 24 nicht beeinflußt, so daß dieses mit Sicherheit die
Temperatur der heißen Gasströmung annimmt.
Die Größe der Öffnung 33 bei der thermischen Barriere 31 ist so gewählt, daß le
diglich Strahlung von der Beschichtung 25 auf das Ende des Kabels 2 abgebildet
wird. Unerwünschte Strahlung, beispielsweise von der Hülle 3, welche durch die
unbeschichtete Oberfläche des Sensorelements 24 hindurch geht, wird durch die Be
schichtung 32 auf der thermischen Barriere abgeschirmt und erreicht somit nicht
das Kabel 2. Die Länge des Spalts zwischen der thermischen Barriere 31 und dem
Sensorelement 24, bestimmt durch den vorderen Abstandshalter 30, wird so kurz
als möglich gewählt. Wird der Sensor bei Turbinen verwendet, dann ist die Sonde
Vibrationen ausgesetzt, was zu Biegebewegungen der Sonde führt. Befindet sich die
Öffnung 33 so nahe als möglich bei der strahlenemittierenden Oberfläche 25, dann
werden Relativbewegungen zwischen dieser Öffnung und der Oberfläche 25 mini
miert und somit die Veränderung der Größe der Strahlung, die auf das faseroptische
Kabel 2 auftritt und ihre Ursache in den Biegebewegungen der Sonde hat. Die
Verstärkung der Linse und ihre Anordnung ist so gewählt, daß das auf dem Ende
des faseroptischen Kabels 2 abgebildete Bild um den Faktor 3 verkleinert wird. Da
der Durchmesser des beschichteten Endes des Sensorelements 24 wie vorerwähnt
2 mm beträgt, nimmt dieses Bild mittig einen kreisförmigen Bereich mit einem Durch
messer von 0,67 mm am Kabelende ein. Umgeben ist dieses Bild von einem 6 mm
Bereich der Objektebene, welche die thermische Barriere 31 umfaßt. Da diese ther
mische Barriere gekühlt wird, geht von ihr praktisch keine Strahlung aus, die das
auf dem Kabel auftreffende Signal beeinflussen könnte. Das Bild der Beschichtung
25 des Sensorelements 24 nimmt lediglich den Zentralbereich der stirnseitigen Ka
belfläche ein, welche 2 mm breit ist, so daß dieses Bild in jede Richtung um
0,67 mm verschoben werden kann und sich immer noch zur Gänze auf der Stirnfläche
abbildet. Diese Verschiebung ist äquivalent mit einem Versatz des Sensorelements
von 2 mm, so daß die Sonde eine Biegetoleranz von 2 mm besitzt.
Der Aufbau des Sensors minimiert die Anzahl der Saphire oder anderer strahlungs
aussendenden Materialien zwischen der Sensorspitze und dem faseroptischen Kabel.
Hierdurch werden Effekte minimiert, welche durch die thermische Emissionsfähig
keit des Saphirmaterials selbst bewirkt werden. Obwohl das Saphirelement 24 an
der Spitze selbst einige Strahlung emittiert, so ist diese von der gleichen Temperatur
wie die Beschichtung 25 und weist somit die gleichen Spektraleigenschaften auf, so
daß die Temperaturmessung nicht verfälscht wird. Da die Dicke der thermischen
Barriere 31 und der Linse 36 und somit ihre Masse relativ gering ist, ist der von
diesen Bauteilen ausgehende Anteil der Strahlung ebenfalls relativ gering. Zudem
wird dieser Strahlenanteil weiter vermindert, daß sowohl die thermische Barriere 31
als auch die Linse 36 durch den Kühlluftstrom kühl gehalten werden.
Der Aufbau des Sensors ermöglicht es, daß die Sensorspitze in einem Bereich an
geordnet werden kann, der kühler ist als der rückwärtige Bereich der Sonde, ohne
daß hierdurch die Temperaturmessung beeinflußt werden würde. Dies wird bewirkt
durch die geringe Masse der thermischen Barriere 31 und der Linse 36 und durch
die Kühlung dieser Bauteile.
Bei der Linse 36 kann es sich natürlich auch um ein Linsensystem handeln, das aus
einzelnen Linsen zusammengesetzt ist.
Bei der Messung der Temperatur einer Turbine als typisches Anwendungsbeispiel
werden verschiedene Sensoren verschiedener Länge verwendet, so daß die Tempera
tur der heißen Gasströmung an verschiedenen Stellen meßbar ist.
Die vorstehenden Materialangaben sind nur beispielhaft. Die Hülle 3 kann bei
spielsweise bei der Messung sehr hoher Temperaturen aus einem Keramikmaterial
bestehen.
Claims (10)
1. Optischer Temperatursensor mit einer länglichen Sonde, die nahe ihrer vor
deren Spitze ein optisch transparentes Element trägt, das der zu messenden
Temperatur ausgesetzt ist und mit einem optischen Strahlenleiter innerhalb
der Sonde, der die vom optisch transparenten Element ausgehende Strahlung
erfaßt und zum hinteren Ende der Sonde leitet, dadurch gekennzeichnet,
daß die Sonde (1) über einen wesentlichen Teil ihrer Länge einen Gaskanal
aufweist, der von einem Kühlgas durchströmt wird, das mindestens den opti
schen Strahlenleiter (2) kühlt und ein Schutz vorgesehen ist, der das optisch
transparente Element (24) vor dem Kühlgas schützt.
2. Optischer Temperatursensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Schutz aus einer optisch transparenten thermischen Barriere (31) in
nerhalb der Sonde (1) besteht, welche dem Kühlgas ausgesetzt ist und das
optisch transparente Element (24) vor dem Kühlgas schützt.
3. Optischer Temperatursensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die thermische Barriere (31) eine lichtundurchlässige Beschichtung (32)
mit einer mittigen Öffnung (33) aufweist.
4. Optischer Temperatursensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß das optisch transparente Element (24) eine Oberfläche mit
einer undurchlässigen Beschichtung (25) aufweist, welche thermische Emissi
onseigenschaften besitzt.
5. Optischer Temperatursensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge
kennzeichnet, daß das optisch transparente Element (24) in einer Kammer
(23) an der vorderen Spitze der Sonde (1) angeordnet ist und diese Kammer
(23) nach außen hin einen Einlaß (21) und einen Auslaß (22) besitzt, und das
vom Einlaß zum Auslaß strömende Gas über das optisch transparente Element
(24) strömt.
6. Optischer Temperatursensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge
kennzeichnet, daß der vordere Teil des optisch transparenten Elements (24)
einen zum Innendurchmesser der Sonde (1) geringeren Durchmesser aufweist
und somit ein Ringspalt zwischen der Sonde (1) und diesem Teil des Elements
entsteht und das rückseitige Ende des Elements (24) im wesentlichen gasdicht
innerhalb der Sonde (1) angeordnet ist.
7. Optischer Temperatursensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Sonde (1) eine Linse (36) trägt, die ein Bild eines Teils
des transparenten Elements (24) auf das Ende des Strahlenleiters (2) fokussiert
und dieses Bild kleiner ist als das Ende des Strahlenleiters (2).
8. Optischer Temperatursensor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß das von der Linse (36) erzeugte Bild kleiner ist als der Teil des transpa
renten Elements (24).
9. Optischer Temperatursensor nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeich
net, daß zwischen der Linse (36) und der Sonde (1) Schlitze (37) vorgesehen
sind, die Teil des Gaskanals sind.
10. Optischer Temperatursensor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß die Sonde (1) an seinem rückwärtigen Ende einen
Einlaß (49, 50) für das Kühlgas und hinter dem transparenten Element (24)
einen Auslaß (35) für das Kühlgas aufweist.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
GB909020219A GB9020219D0 (en) | 1990-09-15 | 1990-09-15 | Optical temperature sensors |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4128844A1 true DE4128844A1 (de) | 1992-03-19 |
Family
ID=10682287
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE4128844A Withdrawn DE4128844A1 (de) | 1990-09-15 | 1991-08-30 | Optischer temperatursensor |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5180227A (de) |
DE (1) | DE4128844A1 (de) |
FR (1) | FR2666892B1 (de) |
GB (2) | GB9020219D0 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0898158A2 (de) * | 1997-08-21 | 1999-02-24 | Abb Research Ltd. | Optisches Pyrometer für Gasturbinen |
DE102013213805A1 (de) * | 2013-07-15 | 2015-01-15 | Federal-Mogul Friction Products Gmbh | Bremsbelag und System zur Messung der Temperatur einer Bremse |
Families Citing this family (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4431291B4 (de) * | 1994-09-02 | 2004-03-25 | Alstom | Hochtemperatursonde |
GB2294318A (en) * | 1994-09-30 | 1996-04-24 | Solar Turbines Inc | Pyrometer probe with a tapered optical fibre |
DE19508916A1 (de) * | 1995-03-11 | 1996-09-12 | Abb Management Ag | Hochtemperatursonde |
US5764684A (en) * | 1995-04-04 | 1998-06-09 | Exergen Corporation | Infrared thermocouple improvements |
EP1023578B1 (de) * | 1997-10-20 | 2007-06-13 | Texaco Development Corporation | Apparat zum messen der innentemperatur in reaktoren |
US6857776B2 (en) * | 2002-12-12 | 2005-02-22 | Ametek, Inc. | Connectorized high-temperature thermocouple |
US20040179575A1 (en) * | 2003-01-23 | 2004-09-16 | Markham James R. | Instrument for temperature and condition monitoring of advanced turbine blades |
US8899049B2 (en) | 2011-01-07 | 2014-12-02 | General Electric Company | System and method for controlling combustor operating conditions based on flame detection |
JP6484939B2 (ja) * | 2014-07-04 | 2019-03-20 | 株式会社Ihi | 温度計測装置 |
DE102014115274B4 (de) * | 2014-10-20 | 2020-04-23 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Vorrichtung zur Strahlungsmessung in Brennkammern |
US9885610B2 (en) * | 2014-12-22 | 2018-02-06 | Rosemount Inc. | Thermowell system with vibration detection |
US10094714B2 (en) * | 2016-03-23 | 2018-10-09 | General Electric Company | Method and system for gas temperature measurement |
CN113720446A (zh) * | 2021-08-27 | 2021-11-30 | 西安应用光学研究所 | 一种低温辐射计布线结构及布线方法 |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2798893A (en) * | 1954-11-04 | 1957-07-09 | Eva M Winkler | Stagnation temperature probe |
SU393961A1 (ru) * | 1971-07-22 | 1977-06-25 | Институт металлургии им. А.А.Байкова | Устройство дл измерени температуры жидкого металла |
DE3000640A1 (de) * | 1980-01-10 | 1981-07-16 | Krupp Polysius Ag, 4720 Beckum | Vorrichtung zur messung der sinterzonentemperatur in einem drehrohrofen |
DE3118080C2 (de) * | 1981-05-07 | 1986-04-30 | Bergwerksverband Gmbh, 4300 Essen | Vorrichtung zur Messung der Temperaturverteilung entlang der Innenwände von engen, schachtförmigen Räumen |
FR2514894B1 (fr) * | 1981-10-15 | 1985-06-21 | Onera (Off Nat Aerospatiale) | Pyrometre optique |
US4444516A (en) * | 1982-02-02 | 1984-04-24 | Vanzetti Infrared And Computer Systems, Inc. | Infrared temperature probe for high pressure use |
US4786188A (en) * | 1986-02-27 | 1988-11-22 | Rosemont Inc. | Purge air system for a combustion instrument |
US4737038A (en) * | 1987-01-15 | 1988-04-12 | Vanzetti Systems | Immersion infrared thermometer for molten materials |
DE3812246A1 (de) * | 1988-04-13 | 1989-10-26 | Kloeckner Humboldt Deutz Ag | Strahlungsthermometer |
-
1990
- 1990-09-15 GB GB909020219A patent/GB9020219D0/en active Pending
-
1991
- 1991-08-30 DE DE4128844A patent/DE4128844A1/de not_active Withdrawn
- 1991-09-06 GB GB9119063A patent/GB2248296B/en not_active Expired - Fee Related
- 1991-09-09 FR FR919111241A patent/FR2666892B1/fr not_active Expired - Fee Related
- 1991-09-09 US US07/756,551 patent/US5180227A/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0898158A2 (de) * | 1997-08-21 | 1999-02-24 | Abb Research Ltd. | Optisches Pyrometer für Gasturbinen |
EP0898158A3 (de) * | 1997-08-21 | 2000-04-05 | Abb Research Ltd. | Optisches Pyrometer für Gasturbinen |
DE102013213805A1 (de) * | 2013-07-15 | 2015-01-15 | Federal-Mogul Friction Products Gmbh | Bremsbelag und System zur Messung der Temperatur einer Bremse |
DE102013213805B4 (de) * | 2013-07-15 | 2016-02-11 | Federal-Mogul Friction Products Gmbh | Bremsbelag und System zur Messung der Temperatur einer Bremse |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US5180227A (en) | 1993-01-19 |
GB2248296B (en) | 1994-03-09 |
GB9119063D0 (en) | 1991-10-23 |
GB9020219D0 (en) | 1990-10-24 |
GB2248296A (en) | 1992-04-01 |
FR2666892A1 (fr) | 1992-03-20 |
FR2666892B1 (fr) | 1994-11-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE4128844A1 (de) | Optischer temperatursensor | |
DE19821401C2 (de) | Endoskop zur Inspektion eines Beobachtungsraumes | |
EP1016858B1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung von aus einer Schmelze ausgehenden elektromagnetischen Wellen | |
DE19932202A1 (de) | Optoelektronische Meßeinrichtung zur Erfassung von Verbrennungsvorgängen | |
EP0632259A2 (de) | Vorrichtung zur Feststellung von Undichtigkeiten an Bauteilen | |
DE4431291A1 (de) | Hochtemperatursonde | |
EP0466851A1 (de) | Vorrichtung zum messen der zusammensetzung von fluiden, insbesondere der bestandteile von abgasen von brennkraftmaschinen | |
EP0732572A1 (de) | Hochtemperatursonde | |
DE102008022571A1 (de) | Temperaturmessung an Teilen einer Strömungsmaschine | |
EP3067685B1 (de) | Vorrichtung für bildaufnahmen eines messvolumens in einem behälter | |
DE2052669B2 (de) | Vorrichtung zur spektralanalytischen untersuchung von bereichen hoher temperatur, insbesondere von geschmolzenen metallen | |
DE3000640A1 (de) | Vorrichtung zur messung der sinterzonentemperatur in einem drehrohrofen | |
EP3365659B1 (de) | Infrarot-messvorrichtung | |
DE102004018534B4 (de) | Optisches System mit Spülgaszufuhr zum Sichtfenster | |
DE102021214992A1 (de) | Abgassensorvorrichtung und Abgas-Bypasskühler mit einem Abgassensor | |
DE102008015205B4 (de) | Pyrometer mit Ortsauflösung | |
LU83784A1 (de) | Strahlungsfuehler zum messen von temperaturen von erhitzten schuettguetern insbesondere von bituminoesem mischgut | |
WO2020099569A1 (de) | Vorrichtung und verfahren zur elementanalyse von materialien mittels optischer emissionsspektroskopie | |
DE4134313A1 (de) | Infrarot-messverfahren und -messanordnung | |
DE3515433A1 (de) | Optisches gasdensitometer | |
DE3523920C2 (de) | ||
DE4008327C2 (de) | Vorrichtung zur Strahlungstemperaturmessung einer Schmelze im Vakuum | |
DD272019A3 (de) | Stroemungskanal mit radiometrischer dichtemessung fuer fliessfaehige medien | |
DE3942293A1 (de) | Verfahren und vorrichtung zum messen von laserleistung | |
WO1998034086A1 (de) | Sonde sowie verfahren zur bestimmung der temperatur eines bauteils einer gasturbine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |