DE906021C

DE906021C - Verfahren zum Messen von Oberflaechentemperaturen mittels Strahlungsmesser

Info

Publication number: DE906021C
Application number: DEP9132A
Authority: DE
Inventors: Dr Phil Heinz Gruess
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1948-10-02
Filing date: 1948-10-02
Publication date: 1954-03-08

Description

Verfahren zum Messen von Oberflächentemperaturen mittels Strahlungsmesser Das Messen von Oberflächentemperaturen, insbesondere von bewegten Oberflächen, z. B. von laufenden Walzen, wird bekanntlich mittels Strahlungsmessers, wie Bolometer, durchgeführt.
Die bisher bekanntgewordenen Strahlungsmesser, insbesondere Bolometer, weisen eine ganze Reihe von Nachteilen auf, die erfindungsgemäß dadurch behoben werden, daß das Gehäuse des Strahlungsmessers in Abhängigkeit von der zu messenden Oberflächentemperatur selbsttätig auf diese Temperatur aufgeheizt wird.
Dadurch wird das vorhandene Temperaturgefälle zwischen dem angestrahlten Bolometerwiderstand und seinem gewöhnlich spiegelnd ausgeführten Gehäuse selbsttätig kompensiert.
Damit sind u. a. folgende Vorteile gegeben: Die Empfindlichkeit steigt auf den maximalen Wert. Der Wirkurgsgrad des Hohlspiegels geht nicht in die Messung ein. Die Messung bleibt unabhängig vom Schwärzungsgrad des als schwarzer Körper aufzufassenden Reflektors. Der durch das Strahlungsgesetz gegebene Temperaturfehler des Bolometers wird völlig vermieden. Der Erwärmungsfehler des Bolometers durch den Betriebsstrom verschwindet, so daß sich auch keine die Messung sonst störenden Konvektionsströme, durch welche die Empfindlichkeit der bolometrischen Messung stark herabgesetzt wird, einstellen. Bei gleicher Ansprechempfindlichkeit der Bolometer können sie wesentlich robuster, d. h. haltbarer und billiger hergestellt werden.
Durch die erfindungsgemäß erzielten Vorteile ist der Erfolg gegeben, daß nach diesem Verfahren jetzt auch mittels Strahlungsmesser Oberflächen mit sehr geringen Temperaturen gemessen werden können, die bisher der meßtechnischen Erfassung nicht zugänglich waren.
In der Zeichnung (Fig. I) ist schematisch ein Bolometergehäuse gezeigt, und in Fig. 2 ist als Ausführungsbeispiel eine Meßbrückenschaltung dargestellt.
Die erfindungsgemäße Durchführung des Verfahrens kann natürlich auch auf andere Weise geschehen.
In Fig. I ist vor einem im Gehäuse g befindlichen Reflektor R der Bolometerwiderstand b angeordnet.
Der zur Regelung der Heizung bestimmte Vergleichswiderstand hat die Bezeichnung v, während die Heizwicklung bei h gezeigt ist.
In der Fig. 2 ist eine Brückenschaltung mit den Widerständen b1 bis b4 und dem Temperaturanzeiger a dargestellt. Der Widerstand bo ist aus einem Leitermaterial von temperaturabhängigem Widerstand, während die Widerstände b1 bis b3 temperaturunabhängig sind. Die Vergleichswiderstände für die Regelbrücke sind in zwei gegenüberliegenden Zweigen v und v' angeordnet. Die in zwei Zweigen b und b' zweckmäßig unterteilten bestrahlten Bolometer bilden die beiden anderen Zweige der Regelbrücke. Die Vergleichsbolometer v und v' sind, wie in Fig. 1 gezeigt, strahlungsgeschützt hinter dem Bolometer b bzw. b' angeordnet. Sie haben innerhalb des gut wärmeleitenden Gehäuses im Falle der Abstraktion von Strahlung auf die Bolometerzweige b und b' die gleiche Temperatur wie diese. Der Fall der Abstraktion von Strahlungsbeeinflussung trifft in Wirklichkeit nur dann zu, wenn der Strahler die gleiche schwarze Temperatur aufweist, wie das Bolometer b bzw. b', d. h. im abgeglichenen Zustand, der zur Messung der Strahlertemperatur dient. Der Zweck der Unterteilung der vier Brückenzweige b, b', v und v' ist, durch den im Diagonalzweig liegenden Regler r die Heizung h derart zu regeln, daß Gleichheit der Temperatur von b und b' mit v und v' eintritt und aufrechterhalten wird Die definitionsgemäß gleiche Temperatur von b bzw. b' mit v bzw. v' erlaubt nun in der vorzugsweise angewendeten Schaltung nach Fig. 2 gleichzeitig mit der Regelung auf Gleichheit dieser vier Zweige die Temperatur des Bolometers mit derselben Stromart in der zweiten Brücke als mittlere Temperatur der vier Zweige der Reglerbrücke festzustellen. Für die vier Bolometerzweige b, b' und v, v' besteht nur die selbstverständliche Voraussetzung, daß bei Gleichheit ihrer Temperatur, und zwar unabhängig von deren Höhe b b' = v zu v' ist. In der Diagonale der Reglerbrücke liegt der Fallbügelregler r, welcher bei s den Strom für die Heizwicklung h des Gehäuses schaltet. Auf diese Weise werden die Temperaturen vom Bolometer des Vergleichswiderstandes und des Gehäuses auf gleicher Höhe gehalten, indem bei auftretendem Temperaturunterschied zwischen Bolometer- und Vergleichswiderstand die Heizung ein-, bei Verschwinden des Temperaturunterschiedes ausgeschaltet wird.
Für die Temperaturen des Strahlers Ts und des Bolometers Tb ergeben sich drei charakteristische Fälle, wobei die Temperatur des Vergleichswiderstandes Tv = Tg (Gehäusetemperatur) ist.
I. Ts > Tb. Infolge der Bestrahlung des Bolometers ist dann Tb > Tv. In diesem Falle ist die Heizung eingeschaltet, eru'ärmt -das Bolometer und den Vergleichswiderstand.
II. Ts = Tb. Das Bolometer nimmt vom Strahler weder Wärme auf noch verliert es Wärme an den Strahler. Dann ist auch Tb = Tv. Daher wird die Heizung unterbrochen.
III. Ts < Tb. Das Bolometer verliert durch Strahlung Wärme an den Strahler. Daher ist Tb < T, Die Heizung bleibt abgeschaltet. Das Gehäuse und der Vergleichswiderstand kühlen sich daher ab, denn ihre Umgebung ist kälter als sie (und der Strahler).
Daher wird wieder Ts = Tb = TV bzw. infolge der Überregelung T8 > Tb, Tb> T,. Nach Maßgabe der Regelgenauigkeit schwankt daher Tb um den Wert von Ts; Tb = TV gibt daher den Mittelwert von Ts an.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: I. Verfahren zum Messen von Oberflächentemperaturen mittels Strahlungsmesser, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (g) des Strahlungsmessers in Abhängigkeit der zu messenden Oberflächentemperatur selbsttätig auf diese Temperatur aufgeheizt wird.
2. Verfahren nach Anspruch I unter Verwendung eines Bolometers, dadurch gekennzeichnet, daß einem der Strahlung ausgesetzten Bolometerwiderstand (b und b') ein gleichartiger, nur der Gehäusetemperatur ausgesetzter Vergleichswiderstand (v und v') entgegengeschaltet ist und durch beide Widerstände (b, b', v und v') eine elektrische Zusatzheizung (h) derart gesteuert wird, daß das Gehäuse (g) die jeweilige Temperatur der zu messenden Oberfläche annimmt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Bolometerwiderstand und Vergleichswiderstand gebildete Reglerbrücke (b, v, b', v') in ihrer Gesamtheit einen Zweig der für die Messung benutzten Wheatstoneschen Brücke (b bis b4) darstellt. ~~~~~~~~~ Angezogene Druckschriften: Pohl, Optik, I948, S. 51 bis 63.