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Pyrometerlampe für optische Temperaturmessung
Bei den zur Messung hoher
Temperaturen dienenden Teilstrahlpyrometern werden Pyrometerlampen verwendet, deren
Leuchtdichte- durch Veränderung des Glühfadenstromes der Helligkeit der zu - messenden
Strahler angeglichen wird. Die Stromstärke ist dann ein Maß -für die Leuchtdichte
des Strahlers und somit auch für die Temperatur.
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Bis jetzt verwendete man zur Strommessung Präzisionsgalvanometer
in Form von Drehspulinstrumenten. Der Nachteil der Verwendung von Präzisionsinstrumenten
in- technischen Pyrometern l)eruht darauf, daß diese Geräte äußerst empfindlich
gegen im Betrieb wlvermeidbare mechanische Stöße werden und daß die Genauigkeit
der Anzeige bei licht sehr sorgfältiger Behandlung durch Beschädigung der Spitzenlager
und der dadurch verursachten Spitzenreibung stark absinkt. Weiter ist es bei Messungen
in Stahlwerken, Gießereien, keramischen Betrieben usw. nicht zu. verhinderll; daß
feinster Staub in das Pyrometergehäuse eindringt und sich auch in den Spitzenlagern
des Strommessers festsetzt, wodurch zusätzliche Reibungsfehler und damit größere
Fehler in der Temperaturanzeige entstehen. Ein weiterer Nachteil der Verwendung
von Drehspulinstrumenten besteht darin, daß das Gewicht des Pyrometers infolge des
erheblichen Gewichtes des Feldmagneten groß wird, was bei Dauermessungen empfindlich
stört, da durch die Anstrengung des Haltens die Konzentration auf die Pyrometereinstellung
nachläßt und die Meßsicherheit sinkt.
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Aus diesen Gründen wurde schon früher eine andere, unter dem Namen
Kreuzfadenpyrometer hekannte Lösung vorgeschlagen, bei der das
Galvanometer
erübrigt wird. Der Nachteil dieser Anordnung besteht darin, daß zwei Einstellungen
vorzunehmen sind, nämlich zuerst das Einregeln der Kreuzfadenlampe und sodann die
Temperaturmessung. Es müssen also zwei Einstellorgane bedient werden.
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Gemäß Ider Erfindung werden allebdies,e Nachteile dadurch vermieden,
daß nicht die Stromstärke als Maß für die Temperatur des Glühfadens genommen wird,
sondern die Ansdehnnng des Glühfadens, die in geeigneter Weise angezeigt wird.
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In der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführungsform des ErfiudungsgeSgenstandes
schematisch dargestellt, ulud zwar zeigt Fig. I die Gesamtanordnung, während Fig.
2 und 3 zwei verschiedene Ausführungsformen der Halterung des Meßsystems mit Temperatarkompensation
darstellen.
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In einem Gehäuse I Ibefindet sich ein Rahmen 2 mit Fortsätzent 3
untd 4, an denen der Pyrometerfaden 5 eingespannt ist. Der Meßpunkt, dessen Helligkeit
mit jener des Strahlers verglichen wird, ist mit 6 bezeichnet. Ein dünner Draht
8 ist einerseits bei 7 an dem Pyrometerfaden 5 befestigt und andererseits an der
Halterung 2. Ein zweiter dünner Draht 10 ist einerseits bei 9 an dem ersten Draht
8 befestigt und andererseits über eine im Gehäuse drehbar gelagerte Rolle II zu
einer an der Halterung 2' angehängten Feder 12 geführt. Mit der Rolle II ist ein
Spiegel 13 fest verbunden, der den von einer Lichtquelle 14 kommenden Lichtstrahl
15 auf eine Skala I6 wirft. Es wird also nach Art eines Hitzdrahtinstrumenltes die
Längenänderung des Pyrometerfadens über die Drähte 8 und in in eine Verdrehung des
- Spiegels I3 umgewandelt und nnmfttelbar auf die Skala projiziert.
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Das ganze Meßsystem ist auf diese Weise im Vakuum der Pyrometerlampe
angeordnet und unempfindlich gegen jede Verstaubung und auch gegen chemische Angriffe
durch Industriegase, die meist dort vorhanden sind, wo hohe Temperaturen gemessen
werten. Es ist dadurch eine dauernde Unveränderlichkeit und Unempfindlichkeit gegen
jede Verschmutzung und Korrosion gesichert. Gleichzeitig ist damit eine Steigerung
der UnempfindIichkeit des Pyrometers gegen mechanische Stöße erreicht, /da Idas
einzige bewegliche Organ, nämlich die kleine Rolle 11, insbesondere wenn der Spiegel
an sie unmittelbar angeschliffen wird, mit sehr geringem Gewicht ausgeführt werden
kann und gewichtsmäßig weit hinter dem Meßsystem eines Drehspulinstrumentes bleibt.
Neben diesen Eigenschaften wirkt sich das geringe Gewicht einer solchen Pyrometerlampe,
die eine Vereinigung der eigentlichen Pyr,ometerlampe mit dem Meßgerät darstellt,
äußerst günstig auf die Herabsetzung des Gewichtes des Gerätes aus.
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Falls dile Pyrometerlampe mit konstanter Leuchtdichte verwendet werden
soll; genügt die Anbringung einer einzigen Marke an Stelle einer Skala.
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Mit einer solchen Pyrometerlampe ist es auch möglich, durch entsprechende
Formung der Rolle II den Skalenverlauf in gewünschter Weise zu gestalten. So kann
man z. B. eine vollständige lineare Temperaturskala erreichen, oder auch eine Skala,
deren Teilung entsprechend der an jeder Stelle gewünschten Meßgenauigkeit ausgebildet
wird. Während bei Pyrometern mit Drehspulinstrumenten nur etwa zwei Drittel der
Skalenlänge ausgenutzt werden können, ist bei der erfindungsgemäßen Anordnung die
nutzbare Skalenlänge nicht beschränkt.
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Durch,dieLängenausdehnung der den Pyrometerfaden, die OIbertragungsdrälhte
und die Rolle mit dem Spiegel tragenden Halterung entsteht in erster Annäherung
ein relativer Ablesefehler von der Größe ß t, worin a den Ausdehnungskoeffizienten
,des Glülifadens, 8 denjenigen. der Halterung und t die Abweiclhung der Temperatur
der Halterung von der bei der Eichung vorhandenen Temperatur bedeuten. Zweckmäßigerweise
wird daher die Halterung aus einem Werkstoff angefertigt, für ,den fl sehr klein
ist. Für die praktische Ausbildung genügt schon ein Verhältnis von ß/a=0,I, da dann
z.B. eine Temperaturänderung der Halterung von 300 nur einen Fehler von 30 verursacht.
Das Verhältnis 0,1 läßt sich bei Anfertigung der Halterung aus Invarstahl leicht
erreichen.
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Durch eine Ausgestaltung gemäß Fig. 2 kann man auch eine vollständige
Kompensation Ides Meßfehlers erreichen, der durch die Ausdehnung der Halterung entsteht.
Der Glühfaden wird hier von zwei Halterungsteilen gehalten, die aus verschiedenem
\1Verkstoff bestehen. Es läßt sich beweisen, daß dann, wenn sich die Längenll und
12 dieser Halterungsstelle umgekehrt wie deren Ausdehnungskoeffizienten verhalten,
die Ausdehnung der Halterung vollständig ausgeschaltet wird.
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Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 verhalten sich überdies die
Längen 1l' und 12' umgekehrt wie ,die Ausdehnungskoeffizienten Al und 42, wodurch
alle auf die Temperaturmessung Einfluß habenden Längenänderungen ,der Halterung
kompensiert werden, so daß die Temperatur der gesamten Halterung überhaupt keinen
Einfluß mehr auf die Messung bat.
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Zur Erzielung eines möglichst raschen Eintritts stationärer Temperaturverhältuisse
innerhalb der Pyrometerlampe ist es günstig, anstatt die Lampe zu evakuieren, diese
mit einemMGas von guter Wärmeleitfähigkeit zu füllen, z. B. Wasserstoff.
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Die Zeitdauer für den Temperaturausgleich wird damit gegenüber einer
evakuierten Lampe auf einen Bruchteil herabgemindert und so eine schnellere Wirkung
der Temperaturkompensation erzielt.