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Verfahren zur Anzeigeberichtigung bei der Farbhemperaturmes sung an
nicht schwarz- oder graustrahlenden Körpern
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren
zur Anzeigeberichtigung bei der Farbtemperaturmessung an nicht schwarz- oder graustrahlenden
Körpern mittels Strahlungspyrometern nach dem Prinzip des Helligkeitspyrometers.
Für derartige Pyrometer wurde bereits vorgeschlagen, die an einem schwarzen Strahler
geeichte Farbtemperaturskala um einen berechenbaren oder auch experimentell bestimmbaren
Betrag gegen das mit ihr verbundene zur Abgleichung dienende Lichtschwächungsmittel
(Vorwiderstand der Vergleichslichtquelle, Graukeil od. dgl.) zu verschieben, der
dem Unterschied der Emissionskoeffizienten der beiden zur Messung benutzten Spektralgebiete
des jeweils zu beobachtenden Strahlers entspricht.
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Bei den bekannten Anordnungen handelt es sich dabei insbesondere
um Farbpyrometer, bei denen die Abgleichung in den verschiedenen Spektralgebieten,
z. B. Grün und Rot, nacheinander erfolgt. Dabei kommt es darauf an, den Durchlässigkeitsverlauf
des die Farbtemperatur bestimmenden Lichtschwächungsmittels (Farb- oder Graukeil)
logarithmisch zu machen, um die erstrebte Anzeigeberichtigung zu erhalten.
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Die bekannte Anordnung läßt sich nun in vorteilhafter Weise auch
anwenden auf Farbpyrometer, bei denen die Farbtemperaturmessung durch Verändern
eines in zwei Spektralgebieten durchlässigen Farbkeiles erfolgt, die Farbtemperaturmessung
also in
erster Linie nicht durch einen Helligkeitsabgleich, sondern
durch einen Farbabgleich erfolgt. Bei einer Ausführungsform von Pyrometern dieser
Art sucht man nun den Fehler, welcher durch nicht vollständig grau- oder schwarzstrahlende
Meßobjekte entsteht, dadurch auszuschalten, daß man den zum Helligkeitsabgleich
dienenden Graukeil auf Grund empirischer Versuche anfärbt. Dieses Verfahren hat
aber den großen Mangel, daß die Anfärbung schwierig herzustellen ist und daß die
Anfärbung jeweils nur für den gerade verwendeten Farb- und Graukeil und für Meßobjekte
mit einem bestimmten Farbemissionsvermögen gilt, so daß bei Verwendung von Keilen
mit anderen Konstanten oder bei Meßobjekten mit anderem Farbemissionsvermögen stets
wieder eine neue Anfärbung erforderlich ist.
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Gemäß der Erfindung wird der zwischen Strahler und Vergleichslichtquelle
liegende Farbkeil 2 so ausgebildet, daß der Anstieg des Schwächungsverhältnisses
r: g des Farbkeiles für die beiden verwendeten Spektralgebiete derart erfolgt, daß
der Logarithmus des Schwächungsverhältnisses des Farbkeiles linear ansteigt, wodurch
bei Verdrehung des Keiles gegen die Skala um einen berechenbaren oder experimentell
bestimmbaren Betrag eine Anzeigeberichtigung bewirkt wird, welche unabhängig von
der Temperatur ist. Die umständliche Anfärbung des Graukeilesist somit nicht mehr
erforderlich.
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Die Zeichnung zeigt als Ausführungsbeispiel in schematischer Form
ein derartiges Farbpyrometer, Die Funktion dieses Pyrometers ergibt sich aus der
Zeichnung. Die vom Strahler S kommende Strahlung geht über das Objektiv B durch
den Graukeil I und den Farbkeil 2. Seitlich wird von einer mit konstanter Helligkeit
leuchtenden Lampe L über eine optische Vorrichtung 3 eine Vergleichsfläche in den
Strahlengang gespiegelt, welche durch das Okular K beobachtet wird. Vor der Lampe
L befindet sich ein für zwei Farben, in der üblichen Weise Rot und Grün, durchlässiges
Filter 4. Mit dem Farbkeil 2, welcher für dieselben Farben durchlässig ist, wird
das vom Strahler kommende Licht so verändert, daß es mit der Vergleichslampe gleichfarbig
wird. Mit dem Graukeil I werden die Helligkeiten sodann aufeinander abgeglichen,
da nur bei gleicher Helligkeit der Farbvergleich mit kleinstem Fehler durchgeführt
werden kann.
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Bezeichnet man mit R und G die Helligkeiten einer einfallenden schwarzen
Strahlung bei Rot und Grün, mit R0 und G0 die gleichen Strahlungen der Vergleichslampe,
mit p die Durchlässigkeit des neutral absorbierenden Graukeiles, ferner mir r, g
die Durchlässigkeiten des Farbkeiles für Rot und Grün, so ist die Bedingung für
den Farbabgleich: R/G # r/g = R0/G0. (I) Bei einer selektiven Strahlung, d. h. einer
nicht völlig grauen oder schwarzen Strahlung und derselben wahren Temperatur des
Strahlers hat man statt R und G 8B R und 8G G zu setzen, wobei eg und es die Emissionskoeffizienten
des Strahlers bei den beiden Strahlungen bedeuten. Man muß den Farbkeil auf ein
anderes Durchlässigkeitsverhältnis ff, g stellen, um den Farbabgleich mit der Vergleichslampe
zu erzielen. Die Bedingungen lauten in diesem Falle: #R # R/#G # G # γ'/g'
= R0/G0. (2) Bei derselben wahren Temperatur sind daher die Einstellungen des Farbkeiles
bei schwarzer und selektiver Strahlung: r R0 G r' r0 G #G = # und = # # # (3) g
G0 R b G0 R #R #R Wenn man den Farbkeil so gestaltet, daß das Schwächungsverhältnis
nach der folgenden Formel ansteigt, r = a # ebα (4) g a = 1/b # In l/a # r/g,
(5) wobei e die Basis des natürlichen Logarithmus, a und t die Farbkeilkonstanten,
in der natürliche Logarithmus sind und den Drehwinkel bedeutet, so kann die Berichtigung
der Farbtemperatur auf die wahre Temperatur bei selektiven Strahlern durch eine
Verschiebung des Farbkeiles gegen die mit ihm verbundene und am schwarzen Strahler
geeichte Farbtemperaturskala erreicht werden. Durch diese Verschiebung erfolgt die
Berichtigung über die ganze Temperaturskala exakt. Man sieht dies, wenn man Formel
(4) in die Formeln (3) einsetzt und gleichzeitig logarithmiert: ln a+b#α =
ln R0/G0 # G/R in a + b. a = in G0 R In a + b # a' = In = -l/b In #G/#R. (6) Durch
Subtraktion der beiden Ausdrücke erhält man die Differenz der Einstellungen # a,
die sich bei der Temperaturmessung eines schwarzen und selektiven Strahlers von
derselben Temperatur ergibt: #a = a - a' = -l/b In #G/#R. (6) Die Differenz ist,
wie man aus Formel (6) erkennt, nur abhängig von der Farbkeilkonstanten b und dem
Verhältnis der Emissionskoeffizienten des selektiven Strahlers bei den Durchlässigkeitsbanden
des Farbkeiles. Sie ist aber damit unabhängig von der Temperatur des Strahlers,
da in dem Ausdruck (6) für #α das Grün-Rot-Verhältnis G/R, durch welches die
Farbtemperatur bestimmt ist und - das daher temperaturabhängig ist, nicht vorkommt.
Die Berich-
tigung kann daher für den ganzen Temperaturbereich durch
eine einmalige Verschiebung Aa erfolgen.