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Publication number: DEN0008213MA
Authority: DE

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 18. Dezember 1953 Bekanntgemacht am 29. Dezember 1955

DEUTSCHES PATENTAMT

Die Erfindung bezieht sich auf Strahlungspyrometer, wie sie im allgemeinen zum Messen von Temperaturen von mehr als 800 bis 900⁰ C verwendet werden. Sie bestehen häufig aus· einer Platte, auf die mittels eines optischen Systems das BdId einer Wärmequelle projiziert wird, deren Temperatur !gemessen werden! soll. Diese Hatte ist derart mti einem Thermoelement verbunden, daß dessen eine Schweißstelle annähernd die Temperatur der Platte annimmt. Die andere Schweißstelle hat die Umgebungstemperatur, die beim Messen der Temperatur berücksichtigt werden muß. Es wurden bereits verschiedene Verfahren zur Kompensation der Umgebungstemperatur bekannt. Eines derselben besteht in der Verwendung temperaturabhängiger Widerstände, die parallel oder in Reihe mit dem Thermoelement geschaltet sind. Die Erfindung bedient sich eines anderen Verfahrens, bei dem eine nahezu vollständige Kompensation möglich ist.

Wenn mit Hilfe eines optischen Systems das Bild der Wärmequelle auf die Auffangplatte geworfen wird, dann kann die Beziehung zwischen, der Temperatur der Platte, der Temperatur der Quelle und der Umgebungstemperatur durch den , Ausdruck

wiedergegeben werden.

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Dabei bezeichnet T_p die Temperatur der Platte in Grad K, T_B die Temperatur der Quelle in Grad K, T₀ die Umgebungstemperatur in Grad K,

'.".;. ΦB den Brüchteil; der Strahlung, der nicht vom optischen System und der Glashülle der Vorrichtung ■s"3; absorbiert wird und.'zur-Abbildung der Platte beiträgt, Θ den halben Öffnungswinkel des optischen Systems und e den Absorptionskoeffizienten der Rückseite der Auffangplatte. Es wird dabei angenommen, daß die Strahlungsquelle ein schwarzer Körper und die Vorderseite der Platte praktisch ein schwarzer Körper ist, daß die Glashülle besonders gut evakuiert und die Wärmeableitung durch die Zuführungsdrähte des Thermoelements gegenüber dem StrahlungSVerli^st,-der Auffangplatte vernachlässigbar ist. .',. f, \. \ \ , "

Die Größe Φ B ist-fiicht-'kottstant, sondern nimmt mit der Temperatur der Quelle zu. Bei richtiger Wahl dieser Größe und des Öffnungswinkels des optischen Systems wird bei einer bestimmten Umgebungstemperatur die Beziehung "zwischen T_p und T_B linear, was ein wesentlicher Vorteil der beschriebenen Vorrichtung gegenüber vielen anderen Strahlungspyromeitern ist. In Fig. 2 ist diese lineare Beziehung zwischen der Temperatur T_B der Quelle «*·■· und der Temperatur^ der Platte dargestellt.

Der Einfluß der Umgebungstemperatur ist aus Fig. 3 ersichtlich:; Zwischen "20 und 100⁰C ist die Beziehung zwischen T₀ und T_p praktisch linear, wenn die Temperatur der Quelle konstant ist. Diese Figur zeigt die Beziehung zwischen der Temperatur

--·- der Platte und der Umgebungstemperatur für drei verschiedene Werte der Temperatur der Quelle.
Es ergibt sich daraus, daß zum Ausgleich des Einflusses derUmgebungstemperatur die Größe der dazu dienenden Wirkung auch von der zu messenden Temperatur abhängen muß, und zwar in dem Sinne, daß diese Wirkung bei höheren Quellentemperaturen geringer sein muß als bei niedrigeren, da die Steilheit der die Beziehung zwischen den Größen T₁, und T₀ angebenden Kurve bei 'höheren Quellentemperaturen wesentlich geringer ist als' bei niedrigeren. ^ηπα-Μ.-/, : ^;

. Gemäß der Erfindung wird in den Kreis des ersten Thermoelements mittels eines zweiten Thermoelements eine Ausgleichspannung eingeführt, die sowohl von der Umgebungstemperatur wie von der zu messenden Temperatur abhängig ist. . Es sei bemerkt, daß es bekannt ist, bei Thermoelementen zur direkten Messung einer Temperatur, wobei also die warme Schweißstelle in direktem Gleichgewicht mit "der zu messenden Temperatur

_or< ist, ein zweites Thermoelement zum Ausgleichen des Fehlers-der kalten Schweißstelle zu verwenden.

Das Kornpensationsyerfahren nach der Erfindung bewirkt keinen Ausgleich der kalten Schweißstelle; letzterer wird im.-.· ^allgemeinen noch zusätzlich

ρ,-, durchgeführt wenden, müssen.

Für die zuerst genannte Kompensation kann gemäß der Erfindung, das zweite Thermoelement in der Umgebung deSLersteren. angeordnet werden, so daß eine von der Umgebungstemperatur ab-

_c,.. hängige Spannung erhalten wird. Diese Spannung wird ganz oder -teilweise»,in· den.Kreis des Meßgeräts mittels eines"''Spannungsteilers eingeführt, wobei Mittel vorhanden sind, -duirch welche die Einstellung des Spannungsteilers von der zu messenden Temperatur abhängig gemacht wird. Vorzugsweise wird ein zweiter;. Spannungsteiler benutzt, an dem eine konstante Spannung wirksam ist und dessen G.leitkqntak|, niittels eines,., Servomotors gemeinsam mit¹''-eirierii ''Gleitkontakt des ersten Spannungsteilers bewegt wird, wobei die Speisespannung des Servomotors von dem Potentialunterschied zwischen den zwei Gleitkontakten abhängig ist und die Spannungsteiler in einen Kreis aufgenommen sind, in dem eine dem ersten Thermoelement entnommene Spannung wirksam ist.

Es kann auf diese Weise erreicht werden, daß die Lage jedes Gleitkontakts ein Maß· für die Quellentemperatur ist.

Fig. ι zeigt eine Ausführung eines Thermoelements mit Auffangplatte in einem Kolben, die bei dem Pyrometer nach der Erfindung verwendbar ist. Der Glaskolben ist mit 1 bezeichnet; die Platte 3, auf die mittels eines optischen Systems ein Bild der Wärmequelle geworfen wird, ist an den Drähten 4 des Thermoelements befestigt. Diese Drähte sind durch Bohrungen in einem Glimmerring 2 hindurchgeführt, der auf zwei Durchführungsleitern 5 und 5' ruht. Indem die Drähte des Thermoelements nicht an den oberen Enden der Leiter 5 und 5', sondern an niedriger liegenden Punkten befestigt sind, können die Verluste infolge der Wärme-Ableitung verringert werden. Die Bezugsziffer 6 bezeichnet einen Pumpstutzen.

Fig. 4 dient zur Erläuterung der Erfindung. In dieser Figur bezeichnet 1 den Kolben des Thermoelements. Mit Hilfe dieses Elements wird die Temperatur der Platte 3 gemessen, auf die ein Bild der Wärmequelle projiziert wird. Es wird angenommen, daß die Platte 3 auf die in Fig. 1 dargestellte Weise befestigt ist; sie ist vorzugsweise auf der Bildseite geschwärzt und auf der anderen Seite poliert und verspiegelt. Der eine Leiter des Thermoelements 4 kann unmittelbar mit dem Meßgerät 9 und der andere mit einem Spannungsteiler 8 verbunden sein, an dessen Enden ein zweites Thermoelement 7 angeschlossen ist. Dieses Thermoelement liegt am Kolben 1 des ersten Thermoelements an und liefert also eine Spannung, die bei Anwendung der an sich bekannten Kompensation der kalten Schweißstelle auf die gewünschte Weise von der Temperatur des Kolbens 1 abhängig ist. An einen beweglichen Kontakt des Spannungsteilers 8 ist die andere Klemme des Meßgeräts 9 angeschlossen. Wenn dafür gesorgt wird, daß mittels einer nicht dargestellten Vorrichtung die Lage des Kontakts am Spannungsteiler 8.derart von der Quellentemperatur abhängig ist, daß die sich aus Fig. 3 ergebenden Forderungen erfüllt werden, ergibt das Meßgerät 9 eine nahezu völlig genaue Anzeige der zu messenden Temperatur. Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß die in den Kreis des Geräts 9 einzuführende Ausgleichspannung um so kleiner sein muß, je höher die Quellentemperatur ist. Es muß also dafür gesorgt

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werden, daß bei höheren Temperaturen eine kleinere Spannung am Spannungsteiler 8 abgegriffen wird als bei niedrigeren Temperaturen.

Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform einer Vorrichtung nach der Erfindung. Dabei sind zwei Spannungsteiler 13 und 14 vorhanden, von denen der erstere an eine Gleichspannungsquelle 17 mit konstanter Spannung angeschlossen ist und der zweite über veränderliche Widerstände 15 und 16 von einem Thermoelement 7 gespeist wird, das eine Spannung liefert, die von der Temperatur der unmittelbaren Umgebung des Termoelements 4 abhängig ist. Letzteres ist zwischen dem nach dem Widerstand 16 führenden Stromleiter des Thermoelements 7 und dem Kreis des Spannungsteilers 13 eingeschaltet. Die Gleitkontakte der zwei Spannungsteiler sind durch eine mechanische Vorrichtung 12 miteinander gekuppelt, die mittels eines Servomotors 11 verschiebbar ist, und im übrigen an einen elektrischen Verstärker 10 angeschlossen,, in dem der Potentialunterschied zwischen diesen Kontakten verstärkt wird. Der Servomotor 11 wird durch die Ausgangsspannung des Verstärkers 10 gespeist und verschiebt die Gleitkontakte in dem Sinne und so lange, bis die Spannung auf Null herabgesunken ist.

Auf diese Weise wird eine sehr weitgehende Kompensation erzielt; die Lage der Gleitkontakte ist ein Maßstab für die Quellentemperatur. Es ist ersichtlich, daß die Kompensation nicht nur von der vom Thermoelement 7 gelieferten Spannung, sondern auch von der Spannung des Thermoelements 4 abhängig ist.

Mit Hilfe der Widerstände 15 und 16 kann die richtige Einstellung der Anfangs- und Endwerte der Ausgleichspannung erzielt werden.

Claims

Patentansprüche:

i. Strahlungspyrometer mit Thermoelement, von dem eine Schweißstelle der Strahlung der Wärmequelle ausgesetzt ist, deren Temperatur unter Kompensation des Einflusses der Umgebungstemperatur gemessen werden soll, dadurch gekennzeichnet, daß in den Kreis des Thermoelements eine Kompensationsspannung eingeführt ist, die von der zu messenden Temperatur abhängig ist.
2. Strahlungspyrometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationsspannung von einem zweiten Thermoelement geliefert wiird, das der Umgebungstemperatur ausgesetzt ist.
3. Strahlungspyrometer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Thermoelement, das eine von der Temperatur der unmittelbaren Umgebung des zum Messen der Temperatur der Strahlungsquelle dienenden Thermoelements abhängige Spannung liefert, an einen Spannungsteiler angeschlossen ist, mit dessen Hilfe in den Meßkreis eine von der Temperatur der Umgebung des ersten Thermoelements abhängige Spannung eingeführt wird, und Mittel vorhanden sind, durch welche die dem Spannungsteiler entnommene Spannung von der zu messenden Temperatur abhängig igemacht wird.
4. Strahlungspyrometer nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen zweiten Spannungsteiler, an dem eine konstante Spannung wirksam ist und dessen Gleitkontakt mittels eines Servomotors gemeinsam mit einem Gleitkontakt des ersten Spannungsteilers bewegt wird und die Speisespannung des Servomotors von dem Potentialunterschied zwischen den zwei Gleitkontakten abhängig ist und die Spannungsteiler in einen Kreis aufgenommen sind, in dem eine dem ersten Thermoelement entnommene Spannung wirksam ist, in der Weise, daß die Stellung der Gleitkontakte im abgeglichenen Zustand ein Maßstab für die zu messende Temperatur ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen