DER0016222MA - - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 17. März 1955 Bekanntgemacht am 11. Oktober 1956

DEUTSCHES PATENTAMT

Um mit Hilfe der Wärmestrahlung auf die Temperatur zu schließen, nimmt man bei glühenden Körpern, bei denen man nicht in der Lage ist, mit Hilfe von thermoelektrischen Messungen oder anderen temperaturanzeigenden Instrumenten, die Temperaturen zu registrieren, Strahlungspyrometer. Die im Handel befindlichen Strahlungspyrometer sind Instrumente, die mit Hilfe einer ,Linse die Wärmestrahlung sammeln und den .temperierten

ίο Körper oder glühenden Gegenstand auf eine Photozelle oder ein anderes wärmestrahlenempfindliches Element abbilden. Neuerdings sind Meßgeräte zur Bestimmung der Wärmestrahlung von lebenden Organismen entwickelt worden, die sich dadurch auszeichnen, daß die strahlenauffangende Öffnung von einem Wärmespeicher aus einem Werkstoff hoher Wärmeleitfähigkeit umgeben ist. Durch diese Maßnahme ist man gegen plötzliche Temperatur-Schwankungen von außen insofern geschützt, daß sich der Wärmespeicher erst langsam der Umgebungstemperatur anpaßt. Schließlich bedient man sich noch der von Lehrer 1936 eingeführten Wechsellichtmethode, so daß man hier den ModulationsflügeJ möglichst weit vorn in den Wärmekopf legt, und ordnet alle vor dem Flügelrad liegenden Teile so· an, daß möglichst wenig Eigenstrahlung von dem Wärmespeicher mitmoduliert wird. Diese entwickelten Geräte haben den Nachteil, daß sie ihre Empfindlichkeit in Abhängigkeit von der Raumtemperatur ändern.

609 6S7/225

R 162221X1'42ί

In jüngster Zeit treten Fragen nach absoluten Strahlungsmeßgeräten, auf, die unabhängig von· der Raumtemperatur absolute Messungen zu registrieren in der Lage sind.

5 Ordnet man, wie oben beschrieben, in einem Wärmekopf ein Flügelrad an, und setzt dahinter ein strahlungsempfindliches Element (Bolometer), so wird- von diesem eine Lichtfrequenz registriert, die sich an den Brückengliedern feines Bolometers

ίο als Wechselstrom bemerkbar macht. Die Intensität dieses Wechselstromes ist einerseits abhängig von der Temperaturstrahlung der lichtunterbrechenden Scheibe, die durch die Eigentemperatur Strahlung dann auf das Bolometer wirft, wenn sie gerade den Strahlengang des zu untersuchenden Körpers unterbrochen hat, andererseits von der Strahlung des zu untersuchenden Körpers, wenn diese durch das Flügelrad frei gegeben, auf die Bolometerfläche strahlen kann.

Wird z.B. ein Körper, der.während der Meßreihe seine konstante Temperatur behalten soll, untersucht und ändert sich während dieser Zeit die Raumtemperatur über Stunden so, daß sie am Anfang der Meß reihe unter der Temperatur des. zu untersuchenden Gegenstandes, am Ende über der Temperatur des zu untersuchenden Körpers liegt, so ist ein Zeitabschnitt in der Meßreihe zu beobachten, wo- die Empfindlichkeit des Gerätes gegeni ο geht. Die Empfindlichkeit ο ist dann erreicht, wenn die Strahlung des Gegenstandes auf der Bolometerfläche die gleiche Intensität aufweist, wiedieEigenstrahlühg des Flügelrades in dem Zeitpunkt, wenn' die Strahlung des Untersuchungskörpers vom Flügelrad unterbrochen wird. In diesem Augen-SS blick ist keine Wechselstrahlung an sich mehr vorhanden, weil die die Wechselstrahlung bestimmenden Teilstrahlungen gleich sind (Strahlung des Gegenstandes und Eigenstrahlung des Flügelrades, die wiederum eine Funktion der Raumtempera-.

tür ist).

Erwärmt sich nun das Flügelrad durch die Raumtemperatur weiter, so tritt allmählich wieder eine in seiner Intensität steigende Wechselstrahlung auf mit dem Unterschied, daß nun der zu untersuchende Körper relativ gesehen gegen das Flügelrad kälter wird. Dieser eben beschriebene Versuch würde also nichts über die Strahlungskonstanz des untersuchten Gegenstandes aussagen, sondern über das Wandern der Temperatur des Modulations oder Flügelrades Auskunft geben. Bei Untersuchungen mit den vorseits angeführten Geräten ist also auf absolute konstante Raumtemperatur zu achten.

Es ist bereits ein Strahlungspyrometer bekannt, das dadurch unabhängig von der Raumtemperatur ist, der das Gehäuse des Pyrometers und das den Strahlengang begrenzende Metallrohr auf konstante Temperatur mittels Thermostatregelung gehalten wird.

In der folgenden Erfindung wird ein weiterer Strahlungsmesser beschrieben, der von Temperatur-Schwankungen im Raum weitestgehend unabhängig ist. Der neue Gedanke liegt darin, daß das Flügelrad als Vergleichsstrahler konstanter Temperatur herangezogen wird, Dies wird erfindungsgemäß da-, durch erreicht, daß eine im Gehäuse befindliche Metalltrommel, die ein der Strahlenmodulation dienendes, an sich bekanntes Flügelrad enthält, auf konstanter Temperatur gehalten ist.

Eine Ausführungsform dieses Gerätes zeigt Fig. i. Der Modulationsflügel 1 wurde so in den Strahlengang gelegt, daß das Bild des durch die strahlensammelnde Einrichtung abgebildeten Flügels weit hinter der Bolometerfläche 2 liegt. Bei. Anordnungen in. Fig. 1 erwies es sich als günstig, das Flügelrad zwischen, dem ersten und zweiten Drittel der optischen, Achse 3, zwischen Linse 4 und Gegenstand 5 anzuordnen. Brennweite der Linse 4, Bild und Gegenstandsweite wurden so· gewählt, . daß man den, Gegenstand in stark verkleinertem Maßstab auf die Bolometerfläche abbildet, um eine möglichst hohe Strahlenkonzentration auf dem wärmeempfindlichen Element 2 zu erhalten. Das Flügelrad 1 wird in eine Metalltrommel 6 verkapselt, die so· in, das obere Rohr 7 gesetzt wird, daß die Bohrung durch die Mtälltrommel 8 den Strahlengang nicht weiter hindert. Der so gekapselte Flügel ι kann nun durch Rotation den Strahlengang mit einer bestimmten Frequenz unterbrechen (Wechsellichtmethode). Diese rhythmische Strahlenunterbrechung wird nun im strahlungsempfindlichen Element in einen Wechselstrom verwandelt, der nun wiederum mit Hilfe eines auf diese Frequenz abgestimmten Verstärkers verstärkt und durch einen an den Verstärker angeschlossenen Schreiber oder Instrumentes zur Anzeige gebracht wird.

In der Metalltrommel 6 sind die durch 10 angedeuteten Drahtwindungen untergebracht, die die Trommel 6 und damit das Flügelrad 1 auf konstante Temperatur halten. Die rechteckige Aussparung 11 in der Trommel 6 dient zur Unterbringung eines Kontaktthermometers.

Dieses Kontaktthermometer schaltet über Relais, die zweckmäßigerweise¹ im Verstärkergehäuse eingebaut sind, den Strom der Heizwicklungen in der Metalltrommel 6 so, daß die Haltung konstanter Temperatur bei Temperaturänderungen des Raumes gegeben ist. Die Höhe der Heiztemperatur richtet man so ein, daß diese Temperatur entweder höher als die Temperatur der zu untersuchenden Gegenstände, oder stes höher als die jemals bei der Messung vorkommenden Raumtemperatur liegt.

Das Flügelrad 1 selbst wird durch den Motor 13, dessen Gehäuse 14 exzentrisch so hinter dem Gehäuse 21 der Ablenkspiegel angeordnet ist, daß seine Achse, über dem Rohr 7 mittels einer Gummikupplung auf die Welle 15 des Flügelrades verlängert werden kann, angetrieben.

Um das Strahlungsmeßgerät handlich zu gestalten, wurde der Strahlengang mittels zwei Plan- spiegeln 16 in das Rohr 17 umgelenkt. In dem Rohr 17 befindet sich die Linse 4 und das strahlenempfindliche Element 18 (Bolometer). Zwischen · Linse 4 und Bolometer 18 ist dann noch eine Nut 19 angeordnet, die es gestattet, den Strahlengang zu unterbrechen, bzw. durch die Nut ein in der

657/225

R 16222IXI 42i

Optik bekanntes Filtermaterial zu schieben,' um auch mit diesem Gerät wie in der Spektroskopie bekannte große Spektralzeriegungen vorzunehmen. Die strahlensammelnde Einrichtung 4 sowie alle anderen Kristallmaterialien (Bolometer!enster), die in der Optik dieses Gerätes verwendet werden, sind aus Materialien hergestellt, die es gestatten, Wellenlängen bis zu 40 μ durchzulassen (KRS 5) ■

Die Öffnung des Rohres 7, die unmittelbar vor die zu untersuchende Temperaturfläche 5 gehalten wird, ist rechteckig ausgearbeitet, und zwar in einem bestimmten Verhältnis zur thermischen Empfangsfläche des Bolometers. Da die Randzonen der zu untersuchenden Fläche 5 von der Öffnung des Rohres 7 beeinflußt werden, wurde — damit diese Temperaturschwankung das Meßergebnis nicht stört — folgende Ausblendung der Randgebiete vorgesehen.

Fig. 2 zeigt schematisch die Mündung des Rohres 7, das Flügelrad 1, die Linse 4 und das Bolometer 18 mit der Bolometerfläche 2 und Ausblendblättchen 20. Alle weiteren Schaltelemente, die in Fig. 1 gezeichnet sind, wurden der Einfachheit halber weggelassen.

Der Gegenstand 5 wird von der Linse 4 auf die wärmeempfmdliche Fläche abgebildet. Das Bolometer oder Thermoelement üblicher Bauart 18 hat unmittelbar vor der wämeempfindlichen Fläche 2 ein Ausblendblättchen 20, das verhindert, daß die

3d Randzonen des Gegenstandes auf der wärmeempfindlichen Fläche wirksam werden. Dieses Blättchen kann unmittelbar in den Vakuumkolben der Strahlungsempfänger mit eingebaut werden, bzw. vor dem Fenster des Bolometers montiert werden (Fig. 2).

Claims (2)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Gerät zur Messung niedriger Temperaturstrahlung mit Bolometer oder Thermoelement, optischem Linsensystem und thermostatisch geregeltem Gehäuse, dadurch gekennzeichnet, daß eine im Gehäuse befindliche Metalltrommel (6) die ein der Strahlenmodulation dienendes, an sich bekanntes Flügelrad (1) enthält, auf konstanter Temperatur gehalten ist.

2. Gerät zur Messung niedriger Temperaturstrahlung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch Blende (20) das auf den Gegenstand (5) projezierte Bild der wärmeempfindlichen Fläche des Bolometers stets kleiner gemacht ist, als die innere Begrenzung der Mündung des Rohres (7).

in

In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschrift Nr. 640 711;
»Temperature, its measurement an control
science and industry«, 1941, S. 1121;

»Journal of the Optical Society of America«, (1939). S. 525;

Hoff mann und Tingwald, »Optische Pyrometrie«, 1938, S. 25 bis 27.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 609 657/225 10.56