DE4241617C2

DE4241617C2 - Schwarzer Strahler

Info

Publication number: DE4241617C2
Application number: DE4241617A
Authority: DE
Inventors: Peter Obermeier
Original assignee: Deutsche Forschungs und Versuchsanstalt fuer Luft und Raumfahrt eV DFVLR
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 1992-12-10
Filing date: 1992-12-10
Publication date: 1996-02-08
Anticipated expiration: 2012-12-11
Also published as: GB2273428A; DE4241617A1; US5594832A; GB2273428B; GB9325288D0

Description

Die Erfindung betrifft einen Schwarzen Strahler gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Zur Kalibrierung von Infrarot-Meßgeräten werden Schwarze Strahler verwendet, die in den Strahlengang des Meßgeräts eingebracht werden. Meist sind Schwarze Strahler metalli sche Körper, die auf unterschiedliche Weise beheizt werden. Alle Schwarzen Strahler emittieren die Strahlung in einem begrenzten Raumwinkel, und zwar höchstens in den Halbraum. Das bedeutet, daß der größte Teil des beheizten Körpers des Schwarzen Strahlers für den eigentlichen Zweck nicht genutzt wird. Zur Minimierung der notwendigen Heizleistung werden die ungenutzten Teile in konventioneller Technik, beispiels weise mittels Steinwolle zur Vermeidung eines Wärmeverlusts isoliert. Nachteilig hierbei ist, daß bei einer guten Wärme isolierung der Strahler zwangsläufig groß wird, dagegen bei kleiner Bauweise die Wärmeverluste größer werden. Insbeson dere ist es schwierig, einen Kalibrierstrahler in ein Meß gerät zu integrieren, da eine kleine Bauweise hohe Wärme verluste zur Folge hat, die gerade bei Infrarot-Meßgeräten den eigentlichen Meßprozeß stören können. Eine gute Wärme isolierung hat dagegen wiederum ein großes und damit u. a. unhandliches Gerät zur Folge.

Meist erfolgt das elektrische Heizen über Heizdrähte, die in den strahlenden Körper mit gutem Wärmekontakt eingelegt sind. Dadurch erfolgt eine räumlich zunächst inhomogene Erwärmung, welche durch den Wärmefluß im Körper ausgeglichen sein soll, bis die Wärme die strahlende Fläche erreicht, damit hier eine homogene Wärmeverteilung für eine homogene Strahlung sorgt. Dies wird einerseits durch eine große Packungsdichte der Heiz drähte, andererseits durch eine große Materialstärke zwischen Heizdrähten und der Strahlenoberfläche erreicht, was jedoch beides wegen des damit verbundenen Aufwands bzw. der größeren Abmessungen und des dadurch bedingten zusätzlichen Gewichts als nachteilig anzusehen ist.

Aus EP 0 063 415 B1 ist ein Flächenstrahler mit strukturier ter Oberfläche bekannt, mit welchem Strahlungsmuster für thermische Kameras erzeugt werden. Ferner ist aus DE 33 46 456 C2 ein Hohlraumstrahler mit einer galvanisch beschichteten Oberfläche bekannt, welche als Thermoelement zum Messen einer Temperatur dient. Aus US 4 184 066 ist darüber hinaus ein Flächenstrahler bekannt, bei welchem spe zielle keramische Heizelemente verwendet sind. Darüber hin aus ist das Heizelement mit einem Gehäuse umgeben, das eine haubenförmige Abdeckung aufweist, durch welche der Flächen strahler von Außenlicht abgeschirmt wird, welches sonst auf den Flächenstrahler auftreffen würde.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Schwarzen Strahler mit einer kompakten Bauweise und einer geringen Leistungsauf nahme zur Kalibrierung von Infrarot-Meßgeräten zu schaffen. Gemäß dem Erfindung ist dies bei einem Schwarzen Strahler nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die Merkmale in dessen kennzeichnenden Teil erreicht. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der auf den Anspruch 1 unmittel bar oder mittelbar rückbezogenen Unteransprüche.

Aufgrund der bei dem erfindungsgemäßen Schwarzen Strahler realisierten, kompakten Bauweise läßt sich dieser in beson ders vorteilhafter und einfacher Weise in Infrarot-Meßgerä ten integrieren.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Aus führungsform unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung im einzelnen erläutern. Es zeigt

Fig. 1A in Draufsicht und

Fig. 1B in einer Schnittansicht entlang der Linie B-B eine schematische Darstellung eines Schwarzen Strahlers gemäß der Erfindung.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform eines Schwarzen Strah lers 10 wird zu dessen Heizung eine Heizfolie 14 in Form einer metallischen, elektrisch gut leitenden Heizwendel oder eines entsprechenden Heizmäanders, welche(r) in Kunst stoffolie eingebettet ist, auf einer einer strahlenden Fläche 12 abgewandten, rückseitigen Fläche 13 des heizbaren Kör pers 11 des Schwarzen Strahlers 10 gut wärmeleitend aufge bracht, vorzugsweise aufgeklebt. Hierbei ist in Fig. 1 zur Vereinfachung der Darstellung die Heizwendel bzw. der Heiz mäander nicht eingezeichnet.

In der Schnittansicht der Fig. 1B ist ein Teil der strahlenden Fläche 12 des Schwarzen Strahlers 10 andeutungsweise an einer Stelle 12a gefurcht dargestellt, wodurch eine Vergrößerung der wirksamen Fläche des Schwarzen Strahlers 10 erreicht ist, in dem kleine, parallele Rillen oder kleine Pyramiden, die aus sich unter rechtem Winkel schneidenden, parallelen Rillen ent standen sind, in dem heizbaren Körper 11 ausgebildet werden.

In einem geringen Abstand in der Größenordnung von einigen Millimetern bis wenigen Zentimetern von der mit der Heiz folie 14 beklebten Fläche 13 ist leicht geneigt zu dieser ein Infrarot-Strahlung reflektierender Spiegel 15 aus schlecht wärmeleitendem Material angebracht, welcher die gleiche Größe wie die mit der Heizfolie 14 beklebte Fläche 13 hat. Der Spiegel 15 ist bezüglich der Ebene der Heizfolie 14 so ge neigt, daß durch ihn die von der Heizwendel bzw. dem Heiz mäander kommende und auf den Spiegel auftreffende Strahlung in Zwischenräume der Heizwendel bzw. des Heizmäanders reflek tiert wird, die Heizfolie 14 durchdringt und von der rück seitigen Fläche 13 des geheizten und damit strahlenden Kör pers 11 des Schwarzen Strahlers 10 absorbiert wird. Der heizbare Körper 11 und der Spiegel 15 sind mittels einer rahmenförmigen Halterung 16 aus schlecht wärmeleitendem Ma terial dicht miteinander verbunden und der Zwischenraum 17 zwischen den beiden im Abstand voneinander angeordneten Tei len, nämlich dem heizbaren Körper 11 und dem Spiegel 15, ist evakuiert. Ferner sind die Rückseite des Spiegels 15 und die Halterung 16 mit einer Wärmeisolierung 19, beispielsweise in Form von Keramikpapier, versehen.

Durch den Aufbau gemäß der Erfindung kann der Schwarze Strahler 10 in einer sehr flachen Bauweise ausgeführt wer den, da durch die wärmedämmende Wirkung des evakuierten Zwischenraums nur eine flache, zusätzliche Wärmeisolierung 19 notwendig ist. Ferner wird durch den Spiegel 15 die nach hinten abgestrahlte Strahlungsleistung wieder zurückgeführt. Da der Strahlungsfluß durch die Wärmereflexion von dem Spie gel 15 zwischen die einzelnen Abschnitte der Heizwendel bzw. des Heizmäanders der Heizfolie 14 gelenkt wird, wird die Wirksamkeit der Maßnahme noch erhöht und trägt zur Homogeni sierung der Temperaturverteilung bei; hierdurch kann wieder um die Dicke des Schwarzen Strahlers 10 verringert werden. Aufgrund des kompakten, flachen Aufbaus des Schwarzen Strah lers 10 ist dieser ohne weiteres in Meßgeräten integrierbar. Besonders geeignet ist dadurch der Strahler für einen Einbau in Linienabtaster (line scanner), bei welchen zwei Strahler einheiten an den gegenüberliegenden Rändern des Scanbereichs montiert werden können.

Claims

1. Schwarzer Strahler mit einem mittels einer Heizvorrich tung heizbaren Körper mit Temperaturfühlern und mit einer strahlenden Fläche, dadurch gekennzeichnet, daß zum Heizen des Schwarzen Strahlers (10) eine in einer Kunst stoffolie eingebettete, metallische, gut leitende Heizfolie (14) in Form einer Heizwendel oder eines Heizmäanders, auf einer der strahlenden Fläche (12) abgewandten, rückseitigen Fläche (13) des heizbaren Körpers (11) des Schwarzen Strah lers (10) gut wärmeleitend aufgebracht ist;
daß in geringem Abstand von der rückseitigen Fläche (13), auf der die Heizfolie (14) aufgebracht ist, und leicht ge neigt zu dieser Fläche (13) ein Infrarot-Strahlung reflek tierender Spiegel (15) aus schlecht wärmeleitendem Material mit der gleichen Größe wie die rückseitige Fläche (13) angebracht ist, auf welche die Heizfolie (14) aufgebracht ist, und
daß der Zwischenraum zwischen dem heizbaren Körper (11) und dem Spiegel (15), welche mittels einer rahmenförmigen Hal terung (16) aus schlecht wärmeleitendem Material miteinander verbunden sind, evakuiert ist.

2. Schwarzer Strahler nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die in der Kunststoffolie eingebette te Heizfolie (14) auf der rückseitigen Fläche (13) des heizba ren Körpers (11) aufgeklebt ist.

3. Schwarzer Strahler nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Rückseite des Spiegels (15) und die der Halterung (16) zur Wärmeisolierung mit Keramikpapier versehen sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Spiegel (15) bezüglich der Ebene der Heizfolie (14) so geneigt ist, daß er die von der Heiz wendel oder dem Heizmäander kommende und auf ihn auftreffende Strahlung in die Zwischenräume der Heizwendel oder des Heizmäanders reflektiert, so daß die Strahlung die Heizfolie (14) durch dringt und dann von der rückseitigen Fläche (13) des geheiz ten und damit des strahlenden Körpers (11) absorbiert wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das Infrarot-Strahlung nahezu unge dämpft durchlassende Material der Kunststoffolie, in welche Heizwendel oder Heizmäander eingebettet sind, Polyvinyl chlorid (PVC) oder Mylar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Infrarot-Strahlung reflektierende Spiegel (15) eine geschliffene und auf der der Heizfolie (14) zugewandten Fläche mit Gold oder Aluminium bedampfte Glasplatte ist.