DE19739338A1 - System for measuring thermal emissivity - Google Patents

Abstract

The system (10) has a first heat radiator (13) and a sensor (4), for measuring the emanating heat radiation (7) of at least one part of the sample surface (6) radiated with the heat radiator. A second heat radiator (14) is provided, which has a different temperature from the temperature of the first heat radiator. At least one of the two heat radiators is movable with respect to the sample surface. The movable heat radiator may be rotatable. A positionable drive or a sensor may be provided, to determine the position of the movable heat radiator. A stepper motor or a detector may be provided for the setting or the detection of the movable heat radiator.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Messung der thermischen Emissivität nach dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 15.The invention relates to an apparatus and a method for Measurement of thermal emissivity according to the generic term of Claims 1 and 15.

Für Sonnenkollektoren, beschichtetes Isolierglas usw. ist eine möglichst gute Qualitätskontrolle von großer Bedeutung. Insbesondere von der Güte sogenannter Absorberflächen hängt die Wärmebilanz eines Kollektors maßgeblich ab. Diese spektral selektiv beschichteten Oberflächen sollen ein hohes Absorptionsvermögen für Sonnenlicht, zugleich aber ein niedriges Emissionsvermögen für Wärmestrahlung aufweisen.For solar panels, coated insulating glass, etc. the best possible quality control is of great importance. It depends in particular on the quality of so-called absorber surfaces the heat balance of a collector significantly. This spectrally selectively coated surfaces are said to have a high Absorbance for sunlight, but at the same time a have low emissivity for heat radiation.

Die sogenannte Emissivität, das heißt das Verhältnis der Energie, die eine Oberfläche in Form von Wärmestrahlung abhängig von der Temperatur abgibt, zu der Energie, die ein sogenannter schwarzer Strahler unter gleichen Bedingungen abstrahlt, stellt hierbei die maßgebliche Größe dar. Allgemein kann festgestellt werden, daß die Bestimmung der Emissivität dann notwendig wird, wenn durch geeignete Oberflächenbeschaffenheit die Wärmeabstrahlung optimiert, das heißt in den meisten Fällen minimiert werden soll. Dies trifft unter anderem auch für die Beschichtung von Sonnenschutz- und Isolierglas sowie, wie oben angeführt, für die selektive Beschichtung von Solarkollektoren zu. The so-called emissivity, that is the ratio of Energy that is a surface in the form of heat radiation depending on the temperature emitted to the energy that a so-called black spotlights under the same conditions radiates represents the relevant size. In general, it can be stated that the determination of the Emissivity becomes necessary when appropriate Surface texture optimizes heat radiation, that means to be minimized in most cases. This also applies to the coating of Sun protection and insulating glass and, as mentioned above, for the selective coating of solar collectors.  

Bei bisherigen Meßverfahren, wie beispielsweise in der DE 28 39 107 beschrieben, wird die Meßoberfläche der Wärmestrahlung eines schwarzen Körpers mit definierter Temperatur ausgesetzt. Um hierbei eine vollständige, homogene Ausleuchtung der Meßfläche zu erhalten, ist der Strahler in Form eines sphärischen Halbraums gestaltet. Ein Teil der von der Meßoberfläche reflektierten Wärmestrahlung tritt durch eine Öffnung im Wärmestrahler hindurch und wird in einem Strahlungssensor nachgewiesen. Hierdurch ist Bestimmung der Emissivität beliebiger Oberflächen mit sehr kurzen Meßzeiten möglich. Auch strukturierte oder gekrümmte Oberflächen können damit vermessen werden.In previous measuring methods, such as in the DE 28 39 107 describes the measuring surface of the Heat radiation from a black body with a defined Exposed to temperature. To achieve a complete, homogeneous To get illumination of the measuring surface, the spotlight is in Shape of a spherical half-space. Part of the from heat radiation reflected from the measuring surface passes through an opening in the heat radiator and is in one Radiation sensor detected. This is the determination of Emissivity of any surface with very short measuring times possible. Structured or curved surfaces can also be used be measured with it.

Zur Bestimmung der Emissivität auf Grund der gemessenen Strahlungsleistung werden hierbei jedoch als Referenzwerte die Meßwerte von zwei Referenzoberflächen benötigt. Von diesen beiden Referenzoberflächen weist die eine eine niedrige und die andere eine höhere Emissivität auf.To determine emissivity based on the measured Radiant power are used here as reference values the measured values from two reference surfaces are required. From one of these two reference surfaces low and the other a higher emissivity.

Wesentliche Voraussetzung und zugleich ein Nachteil dieses Verfahrens nach dem Stand der Technik ist, daß die Referenzoberflächen und die Probenoberfläche die gleiche Temperatur besitzen müssen. Dünne und wärmeisolierende Proben erwärmen sich rasch und führen zu einem sich ständig zu kleineren Werten verändernden Meßwert. Die Abstrahlungsleistung hängt in vierter Potenz von der Temperatur ab, so daß kleine Temperaturschwankungen einen sehr großen Einfluß auf das Meßergebnis haben.Essential requirement and at the same time a disadvantage of this The prior art method is that the Reference surfaces and the sample surface the same Must have temperature. Thin and heat insulating samples warm up quickly and lead to oneself constantly measured values changing smaller values. The Radiation power depends on the fourth power Temperature from, so that small temperature fluctuations have a very large influence on the measurement result.

Demgegenüber hat die Erfindung die Aufgabe, ein Verfahren und eine Vorrichtung vorzuschlagen, bei der die Messungen an Referenzoberflächen, die die gleiche Temperatur wie die Probe aufweisen müssen, entfallen können. In contrast, the invention has the task of a method and propose a device in which the measurements on Reference surfaces that are the same temperature as the sample must have, can be omitted.  

Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Vorrichtung und einem Verfahren der einleitend genannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 und des Anspruchs 15 gelöst.This task is based on one device and one Procedure of the type mentioned by the characterizing features of claim 1 and claim 15 solved.

Durch die in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung möglich.By the measures mentioned in the subclaims advantageous embodiments and developments of the invention possible.

Dementsprechend zeichnet sich eine erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. ein erfindungsgemäßes Verfahren dadurch aus, daß wenigstens ein weiterer zweiter Wärmestrahler vorgesehen ist, der eine von der Temperatur des ersten Wärmestrahlers abweichende Temperatur aufweist. Durch Messung der Emission von der Probenoberfläche bei Einstrahlung mit verschiedenen Einstrahlungstemperaturen können die bisher notwendigen Referenzmessungen entfallen.Accordingly, one according to the invention is distinguished Device or a method according to the invention characterized in that that at least one further second radiant heater is provided is one of the temperature of the first heat radiator has a different temperature. By measuring the emission from the sample surface when irradiated with different Irradiation temperatures can be the previously necessary Reference measurements are omitted.

Die Erfindung beruht auf den folgenden physikalischen Grundlagen.The invention is based on the following physical Basics.

Die Strahlungsemission von der Probenoberfläche bei Einstrahlung mit zwei Wärmestrahlern unterschiedlicher Temperatur P₁ bzw. P₂ ergibt sich nach den Gleichungen:
The radiation emission from the sample surface when irradiated with two heat radiators of different temperatures P ₁ or P ₂ results from the equations:

P₁ = σ [ε₀ T₀ ⁴ + (1-ε₀) ε₁ T₁ ⁴]
P₂ = σ [ε₀ T₀ ⁴ + (1-ε₀) ε₂ T₂ ⁴]P ₁ = σ [ε ₀ T ₀ ⁴ + (1-ε ₀ ) ε ₁ T ₁ ⁴ ]
P ₂ = σ [ε ₀ T ₀ ⁴ + (1-ε ₀ ) ε ₂ T ₂ ⁴ ]

Hierbei wird vorausgesetzt, daß die Probentemperatur T₀ konstant ist und die Terme ε₁ T₁ ⁴ sowie ε₂ T₂ ⁴ bekannt sind. It is assumed that the sample temperature T _{0 is} constant and the terms ε ₁ T ₁ ⁴ and ε ₂ T ₂ ^{4 are} known.

Mit der Differenz dP = P₁-P₂ der beiden Gleichungen ergibt sich folgendes Ergebnis:
The difference dP = P ₁ -P _{2 of} the two equations gives the following result:

Durch die neuartige Verwendung zweier Wärmestrahler unterschiedlicher Temperatur erübrigt sich das aufwendige und unzuverlässige Aufnehmen von Referenzwerten an Referenzflächen, die, wie bereits erwähnt, die gleiche Temperatur aufweisen müssen wie die Probenfläche.Thanks to the novel use of two radiant heaters different temperatures, the time-consuming and unnecessary unreliable recording of reference values Reference surfaces, as already mentioned, the same Must be at the same temperature as the sample surface.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird wenigstens einer der beiden Wärmestrahler beweglich in Bezug zur Probenfläche angeordnet. Hierdurch ist es möglich, die gesamte übrige Meßanordnung, insbesondere die Position des Sensors in Bezug zur Probenfläche festzuhalten, und dennoch in zeitlicher Aufeinanderfolge mit den unterschiedlich warmen Wärmestrahlern die gleiche Probenfläche zu bestrahlen.In an advantageous development of the invention at least one of the two heat radiators is movable in relation arranged to the sample surface. This makes it possible to entire remaining measuring arrangement, in particular the position of the Hold sensor in relation to the sample area, and yet in chronological succession with the different warm ones Radiant heaters irradiate the same sample area.

In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird der bewegliche Wärmestrahler drehbar ausgeführt. Der Wärmestrahler schwenkt damit in einer Drehbewegung über die Probenfläche um diese zu bestrahlen und kann in einer Fortsetzung oder aber auch in einer Umkehrung dieser Drehbewegung von der Probenfläche wieder entfernt werden. Hierbei besteht die Möglichkeit, den ersten Wärmestrahler feststehend auszubilden, wie dies bereits bislang nach dem Stand der Technik der Fall war.In a particular embodiment of the invention, the Movable heat radiators can be rotated. Of the Radiant heater thus swivels in a rotary motion over the Sample area to irradiate this and can be in a Continuation or a reversal of this Rotational movement can be removed from the sample surface. It is possible to use the first radiant heater train firmly, as has been the case up to now State of the art was the case.

In einer Weiterbildung der Erfindung werden die Wärmestrahler nicht mehr sphärisch ausgebildet. Hierdurch ist das Eindringen des beweglichen Wärmestrahlers zwischen den feststehenden Wärmestrahler und die Probefläche ohne größeren Aufwand, beispielsweise durch die oben angeführte Drehbewegung möglich. In a development of the invention, the heat radiators no longer spherical. This is it Penetration of the moving heat radiator between the fixed heat radiators and the test area without major Effort, for example through the above Rotation possible.  

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die Position des beweglichen Wärmestrahlers zur Steuerung der Messung automatisch ausgewertet. Hierzu empfiehlt es sich, einen steuerbaren Antrieb für den beweglichen Wärmestrahler und/oder einen Sensor zur Erfassung der Position des beweglichen Wärmestrahlers vorzusehen. Bereits durch eine dieser Maßnahmen, jedoch auch durch Kombination beider Maßnahmen ist somit die genaue Lage des beweglichen Wärmestrahlers stets bekannt und kann zur Steuerung des zeitlichen Ablaufs eines Meßzyklus verwendet werden.In an advantageous development of the invention, the Position of the movable heat radiator to control the Measurement automatically evaluated. For this it is recommended a controllable drive for the mobile radiant heater and / or a sensor for detecting the position of the to provide movable heat radiators. Already by one of these measures, but also by combining both Measures is therefore the exact location of the moving Radiant heater always known and can be used to control the timing of a measurement cycle can be used.

Bevorzugt wird hierzu ein Schrittmotor und/oder ein Detektor für die Nullposition verwendet. Dieser Detektor, der beispielsweise in Form eines Optodetektors ausgeführt werden kann, erfaßt eine vorgegebene Nullposition in der Bewegung des beweglichen Wärmestrahlers und kann somit zur Überprüfung der mit dem Schrittmotor eingestellten Position beziehungsweise zur Korrektur von Abweichungen beim Durchgang durch diese Nullposition während einer periodisch sich wiederholenden Bewegung des beweglichen Wärmestrahlers verwendet werden. Auf diese Weise ist eine ausreichende Positionsgenauigkeit gegeben, ohne daß permanent die aktuelle Position des beweglichen Wärmestrahlers überwacht werden muß.A stepper motor and / or a detector is preferred for this purpose used for the zero position. This detector that for example in the form of an optodetector can, detects a predetermined zero position in the movement of the movable heat radiator and can thus be used for checking the position set with the stepper motor or to correct deviations in the passage through this zero position during a periodic yourself repetitive movement of the movable heat radiator be used. This way is sufficient Position accuracy given without the current Position of the movable heat radiator must be monitored.

Vorzugsweise wird der Meßablauf, das heißt die zeitliche Aufeinanderfolge der Aufnahme der verschiedenen Meßwerte der beiden Messungen mit den unterschiedlich temperierten Wärmestrahlern automatisch synchronisiert mit der Bewegung des beweglichen Wärmestrahlers durchgeführt.The measuring sequence, that is to say the temporal one, is preferred Sequence of recording the various measured values of the two measurements with the different temperature Radiant heaters automatically synchronized with the movement of the movable heat radiator.

In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform wird der zweite Wärmestrahler zwischen dem Sensor und der Probefläche beweglich ausgebildet. Auf diese Weise kann der Sensor in Bezug zur Probe feststehend ausgebildet werden, wodurch sich vergleichbare Meßbedingungen bei den aufeinanderfolgenden Messungen mit unterschiedlich temperierten Wärmestrahlern ergeben. Es ist somit beispielsweise gewährleistet, daß der Sensor immer unter dem gleichen Winkel auf die Probefläche schaut und zugleich immer die identische Probefläche vermißt.In a further particularly advantageous embodiment becomes the second heat radiator between the sensor and the Test area designed to be movable. In this way, the Sensor is made stationary in relation to the sample, which results in comparable measurement conditions for the  successive measurements with different tempered heat radiators result. So it is for example, ensures that the sensor is always below the looks at the same angle on the test surface and at the same time always the identical sample area is missing.

Weiterhin ist es von Vorteil, wenigstens einen der beiden Wärmestrahler, vorzugsweise jedoch beide Wärmestrahler so groß auszubilden, daß die zu vermessende Oberfläche weitläufig überdeckt wird. Hierzu empfiehlt es sich, eine Öffnung im jeweiligen Wärmestrahler vorzusehen, durch die hindurch die von der Probefläche abstrahlende Strahlung zum Sensor gelangen kann. Durch die großflächige Einstrahlung der Wärmestrahler auf die Probefläche werden auch strukturierte oder unebene Probeflächen gleichmäßig unter verschiedenen Winkeln bestrahlt.It is also advantageous to use at least one of the two Radiant heaters, but preferably both radiant heaters like this large that the surface to be measured is largely covered. It is advisable to do this Provide opening in the respective heat radiator through which through the radiation emitting from the sample surface to Sensor can reach. Due to the large-scale radiation of the Radiant heaters on the test surface are also structured or uneven test areas evenly under different Irradiated angles.

Vorteilhafterweise wird eine Heizvorrichtung für eine der beiden Wärmestrahler vorgesehen. Mittels dieser Heizvorrichtung, die in einer bevorzugten Ausführungsform auf den beweglichen Wärmestrahler einwirkt, kann der oben angeführte Temperaturunterschied hergestellt werden. Bevorzugt wird hierzu eine Heizlampe, beispielsweise eine Halogen-Lampe verwendet, die ohne unmittelbaren Wärmekontakt den entsprechenden Wärmestrahler aufheizt. Insbesondere bei feststehender Heizung des beweglichen Wärmestrahlers bietet diese kontaktlose Art der Heizung Vorteile. Andere Heizungen, z. B. mit IR-Strahler oder Heizflächen, sind jedoch ebenfalls verwendbar.A heating device for one of the provided two radiant heaters. By means of this Heater based on a preferred embodiment the movable heat radiator can act on the top mentioned temperature difference can be produced. A heating lamp, for example a Halogen lamp used without direct thermal contact heats up the corresponding radiant heater. Especially at offers fixed heating of the movable heat radiator this contactless type of heating benefits. Other heaters, e.g. B. with IR emitters or heating surfaces, however, are also usable.

Vorzugsweise wird die Heizvorrichtung gegenüber den anderen Komponenten und insbesondere gegenüber dem bei niedrigerer Temperatur verwendeten Wärmestrahler thermisch isoliert angebracht. Hierdurch wird der Aufwand zur Kühlung des Wärmestrahlers mit niedriger Temperatur erheblich verringert. Preferably, the heating device over the others Components and especially compared to that at lower The heat radiator used is thermally insulated appropriate. As a result, the effort for cooling the Heat radiator with low temperature significantly reduced.  

In einer besonders vorteilhaften Ausführung der Erfindung wird zur Messung der Temperatur des wärmeren Wärmestrahlers der gleiche Sensor verwendet, der die Intensität der von der Probefläche einfallenden Wärmestrahlung mißt. Dies ist im Falle des beweglichen Wärmestrahlers ohne größeren Aufwand dann möglich, wenn sich dieser zwischen Sensor und Probefläche befindet und die Öffnung des beweglichen Wärmestrahlers für die Durchsicht des Sensors noch nicht vor dem Sensor angeordnet ist.In a particularly advantageous embodiment of the invention is used to measure the temperature of the warmer radiant heater the same sensor that uses the intensity of the Measures heat radiation incident area. This is in Case of the movable heat radiator without much effort possible if this is between the sensor and Trial area is located and the opening of the movable Heat radiator for the inspection of the sensor is not yet available the sensor is arranged.

In einer weiteren besonderen Ausführungsform der Erfindung werden auf der dem Sensor zugewandten Seite des beweglichen Wärmestrahlers wenigstens eine Referenzfläche, bevorzugt auch zwei Referenzflächen mit unterschiedlicher, jedoch bekannter Emissivität ausgebildet. Hierdurch sind während des Durchfahrens des beweglichen Wärmestrahlers vor dem Sensor zusätzliche Korrekturmessungen möglich, die zur Eichung der Meßvorrichtung verwendet werden können. Diese Korrekturmessungen können bei Bedarf in jedem Meßzyklus durchgeführt werden.In a further special embodiment of the invention are on the side of the movable side facing the sensor Heat radiator at least one reference surface, preferably also two reference surfaces with different, but better known Emissivity trained. This means that during the Passing through the movable heat radiator in front of the sensor additional correction measurements possible for the calibration of the Measuring device can be used. This Correction measurements can be made in every measuring cycle if necessary be performed.

Vorzugsweise wird die Temperatur wenigstens eines der beiden Wärmestrahler regelbar ausgebildet.Preferably the temperature is at least one of the two Radiant heaters adjustable.

Um die Temperatur gleichbleibend konstant zu halten, wird bevorzugt nicht nur die Heizung für den wärmeren Wärmestrahler gegebenenfalls wie oben angeführt regelbar ausgeführt vorgesehen, sondern es wird zusätzlich eine Kühlung für den kälteren Wärmestrahler angebracht. Diese Kühlung kann zur Verbesserung der Temperaturregelung ebenfalls geregelt werden.In order to keep the temperature constant, prefers not only the heater for the warmer Heat radiators can be regulated as mentioned above if necessary provided, but there will be an additional Cooling for the colder radiant heater installed. This Cooling can improve temperature control also be regulated.

Weiterhin wird in einer Weiterbildung der Erfindung der Sensor in einem offenen Gehäuse angeordnet, wobei keine optische Elemente zwischen die Oberfläche und den Sensor gebracht werden. Dies hat den Vorteil, daß keine Fehlereffekte, die durch eine entsprechende Fokussierungsoptik, die ihrerseits ein gewisses Absorptions- bzw. Emissionsvermögen für die einfallende Strahlung aufweist, verursacht werden.Furthermore, in a further development of the invention Sensor arranged in an open housing, none optical elements between the surface and the sensor to be brought. This has the advantage that none  Error effects caused by a corresponding Focusing optics, which in turn have a certain absorption or Emissivity for the incident radiation has caused.

Der vom Sensor eingesehene Raumwinkel wird hierbei vorteilhafterweise durch einen entsprechenden Blendenaufbau vorgegeben. Ein derartiger Blendenaufbau vor dem Sensor kann mit Ausnahme einer Blendenöffnung weitgehend geschlossen ausgebildet werden, wodurch eine Luftströmung vor dem Sensor weitgehend unterbunden ist. Auch Verschmutzungen des Sensors kann durch einen solchen Blendenvorbau vorgebeugt werden.The solid angle viewed by the sensor is here advantageously by a corresponding aperture structure given. Such an aperture structure in front of the sensor can largely closed with the exception of one aperture be formed, creating an air flow in front of the sensor is largely prevented. Also contamination of the sensor can be prevented by such an aperture.

Falls auf Grund der Arbeitsbedingungen ein offener Blendenaufbau nicht möglich ist, beispielsweise auf Grund zu großer Verschmutzungen des Sensors, so empfiehlt es sich, ein entsprechendes optisches Bauelement in die Blendenöffnung einzusetzen.If an open due to the working conditions Aperture construction is not possible, for example due to large contamination of the sensor, it is recommended to corresponding optical component in the aperture to use.

Zur Ausblendung von Störstrahlung kann in diesem Bereich auch ein Frequenzfilter zum Einsatz kommen, das nur ein fest vorgegebenes Frequenzband durchläßt.This area can also be used to suppress interference radiation a frequency filter is used, which is only a fixed passes the predetermined frequency band.

Die gesamte beschriebene Vorrichtung kann als eine Baueinheit auf einem Basiskörper ausgeführt werden, der eine integrierte Kühlung für den kälteren Wärmestrahler bzw. auch für die Antriebsvorrichtung und weiteren Komponenten aufweist. An diesem Basiskörper kann thermisch isoliert die Heizvorrichtung, beispielsweise in Form der oben erwähnten Heizlampe, angebracht werden. Weiterhin ist an diesem Basiskörper bei Bedarf eine Halterung, beispielsweise ein Gewindebolzen sowie elektrische Steckverbindungen, bevorzugt in Form einer einzigen Mehrfachsteckverbindung vorzusehen, so daß die Meßvorrichtung als kompletter Meßkopf an beliebiger Stelle in Fertigungsanlagen oder Vorrichtungen zur Qualitätskontrolle einsetzbar ist. The entire device described can be constructed as one unit run on a base body that has an integrated Cooling for the colder heat radiator or for the Has drive device and other components. On this base body can be thermally insulated Heater, for example in the form of those mentioned above Heating lamp, be attached. Furthermore is on this Base body, if necessary, a holder, for example a Threaded bolts and electrical connectors, preferred to provide in the form of a single multiple connector, so that the measuring device as a complete measuring head on any Job in manufacturing plants or devices for Quality control can be used.  

Die Kühlung des Meßkopfs kann je nach Anwendungsfall durch ein Kühlgas oder durch eine Kühlflüssigkeit vorgenommen werden. In einfachen Ausführungen werden Kühlrippen am Basiskörper und gegebenenfalls ein Ventilator oder die Verwendung von Preßluft vorgesehen.The cooling of the measuring head can, depending on the application a cooling gas or by a cooling liquid become. In simple versions, cooling fins on Base body and optionally a fan or the Use of compressed air provided.

Als Sensor wird bevorzugt eine sogenannte Thermosäule eingesetzt, das heißt ein Bauelement mit einem absorbierenden Bauteil sowie einem Thermoelement. Diese Thermosäule kann als sogenanntes Array zur Erhöhung der Ausgangsspannung ausgebildet werden. Eine solche Thermosäule stellt einen linearen Umsetzer in einem sehr breiten Frequenzband, beispielsweise zwischen 0,1 µm und 500 µm dar.A so-called thermopile is preferred as the sensor used, that is, a component with an absorbent Component and a thermocouple. This thermopile can be used as so-called array to increase the output voltage be formed. Such a thermopile represents one linear converter in a very wide frequency band, for example between 0.1 µm and 500 µm.

Der Meß- und Bedienrechner für den Meßkopf kann separat vorgesehen und mit Eingabetasten und einem Monitor versehen werden. In diesem Fall werden vorteilhafter Weise die elektronischen Schaltungen in den Meßkopf integriert, die die Funktion der Motorsteuerung, des Sensorverstärkers, der Heizungsregelung, usw. übernehmen.The measuring and operating computer for the measuring head can be used separately provided and provided with input keys and a monitor become. In this case, the electronic circuits integrated in the measuring head, which the Function of the motor control, the sensor amplifier, the Take over heating control, etc.

Der Basiskörper wird bevorzugt aus gut wärmeleitenden Material gewählt. In Frage kommt hier beispielsweise Aluminium.The base body is preferably made of heat-conducting materials Material chosen. For example, here comes the question Aluminum.

Die Temperatur des wärmeren Wärmestrahlers wird vorzugsweise in einem Bereich gewählt, in der der Sensor noch in seinem linearen Bereich liegt. Temperaturen bis zu 100°C sind bei den bislang bekannten Sensoren gut einsetzbar. Je nach Sensortyp sind hier jedoch auch andere Temperaturbereiche vorstellbar.The temperature of the warmer heat radiator is preferred selected in a range in which the sensor is still in its linear range. Temperatures up to 100 ° C are at the sensors known so far can be used well. Depending on However, the sensor type are also other temperature ranges imaginable.

Die Temperaturwahl wird in der Regel bestimmt durch den Anwendungsfall (z. B. bei Glasbeschichtungen T ∼ 20°C, bei Solarkollektoren 60°C bis 100°C). Da Schwarzkörperstrahler einen nur geringfügigen spektralen Unterschied zwischen 20°C und 100°C aufweisen, werden bevorzugt 100°C gewählt, um einen möglichst guten Signal-Rauschabstand zu erreichen. Für spezielle Anwendungen muß die Temperatur verändert werden.The choice of temperature is usually determined by the Application (e.g. with glass coatings T ∼ 20 ° C, at Solar collectors 60 ° C to 100 ° C). Because black body emitters  only a slight spectral difference between 20 ° C and 100 ° C, 100 ° C are preferably chosen to a to achieve the best possible signal-to-noise ratio. For The temperature must be changed for special applications.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird an Hand der Figuren nachfolgend näher erläutert.An embodiment of the invention is in the drawing shown and will be explained in more detail below with reference to the figures explained.

Im Einzelnen zeigenShow in detail

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Meßkopf mit einem beweglichen Wärmestrahler in einer ersten Position und Fig. 1 shows a measuring head according to the invention with a movable heat radiator in a first position and

Fig. 2 eine Vorrichtung gemäß Fig. 1, in der sich der bewegliche Wärmestrahler in einer zweiten Position befindet. Fig. 2 shows a device according to FIG. 1, in which the movable heat radiator is in a second position.

Die Vorrichtung 1 gemäß den Fig. 1 und 2 umfaßt einen Basiskörper 2, beispielsweise aus Aluminium, dessen Unterseite von einem Ringvorsprung 3 begrenzt ist. Ein Sensor 4 ist in einer Bohrung 5 angeordnet, durch die eine von der Probefläche 6 ausgehende Strahlung 7 in den Sensor 4 einfällt.The device 1 according to FIGS . 1 and 2 comprises a base body 2 , for example made of aluminum, the underside of which is delimited by an annular projection 3 . A sensor 4 is arranged in a bore 5 through which radiation 7 emanating from the test surface 6 is incident on the sensor 4 .

Eine Scheibe 8 ist über eine Drehachse 9, die den Basiskörper 2 durchsetzt drehbar befestigt. Sie wird über einen Schrittmotor 10 angetrieben. Die Scheibe 8 weist eine Öffnung 11 auf, deren Abstand von der Drehachse sowie deren Umfang so bemessen ist, daß sie in einer Drehbewegung vor die Bohrung 5 und mit dieser zur Deckung gebracht werden kann.A disc 8 is rotatably attached via an axis of rotation 9 which passes through the base body 2 . It is driven by a stepper motor 10 . The disc 8 has an opening 11 , the distance from the axis of rotation and the circumference of which is dimensioned such that it can be made to coincide with the bore 5 and with it in a rotational movement.

Entlang dem äußeren Umfang des Basiskörpers sind Kühlrippen 12 angebracht. Cooling fins 12 are attached along the outer circumference of the base body.

Die Unterseite des Basiskörpers 2 im Bereich der zu vermessenden Probefläche 6 ist als erster Wärmestrahler 13 ausgebildet. Die Unterseite der Scheibe 8 ist als zweiter Wärmestrahler 14 ausgebildet. Die Scheibe 8 wird über eine Heizplatte 15 auf eine gegenüber dem Wärmestrahler 13 höhere Temperatur geheizt.The underside of the base body 2 in the area of the test surface 6 to be measured is designed as a first heat radiator 13 . The underside of the disc 8 is designed as a second heat radiator 14 . The disc 8 is heated via a heating plate 15 to a higher temperature than the heat radiator 13 .

Auf der Oberseite der Scheibe 8 sind zwei Referenzflächen 16, 17 ausgebildet.Two reference surfaces 16 , 17 are formed on the upper side of the disk 8 .

In der Position gemäß Fig. 1 wird die Probefläche 6 durch den Wärmestrahler 13 angestrahlt und die durch die Bohrung 5 zum Sensor 4 gelangende Strahlung mit ihrer Intensität aufgenommen. Die Temperatur T₁ dieses Wärmestrahlers 13 kann die Raumtemperatur sein. Sie kann auch anders eingestellt werden, sollte jedoch auf jeden Fall bekannt sein bzw. gegebenenfalls gemessen werden.In the position according to FIG. 1, the sample surface 6 is illuminated by the heat radiator 13 and the intensity of the radiation reaching the sensor 4 through the bore 5 is recorded. The temperature T _{1 of} this heat radiator 13 can be the room temperature. It can also be set differently, but should in any case be known or measured if necessary.

Durch den Motor 10 wird die Scheibe 8 im folgenden gedreht, bis der Wärmestrahler 14, der sich auf Grund der Heizung durch die Heizplatte 15 auf einer höheren Temperatur T₂ befindet, bis der Wärmestrahler 14 oberhalb der Oberfläche 6 angeordnet ist. Hierbei wird die Öffnung 11 so angeordnet, daß die von der Probefläche ausgehende Strahlung wiederum durch die Bohrung 5 zum Sensor 4 gelangen kann. Hiermit wird der zweite Meßwert beim wärmeren Wärmestrahler aufgenommen.By the motor 10, the pulley 8 is rotated in the following, is arranged to the heat radiator 14, which is due to the heating by the heating plate 15 at a higher temperature T ₂ to the heat radiator 14 above the surface. 6 Here, the opening 11 is arranged so that the radiation emanating from the sample surface can in turn reach the sensor 4 through the bore 5 . This records the second measured value for the warmer radiant heater.

Die Temperatur T2 muß ebenfalls bekannt sein. Sie wird entweder separat gemessen oder aber in einer Position der Scheibe 8, bei der die Öffnung 11 noch nicht vor der Bohrung 5 steht über den Sensor 4 bestimmt.The temperature T2 must also be known. It is either measured separately or in a position of the disk 8 in which the opening 11 is not yet in front of the bore 5 is determined by the sensor 4 .

Mit Hilfe der Referenzflächen 16, 17, die beim Drehen der Scheibe 8 vor der Bohrung 5 und somit vor dem Sensor 4 durchlaufen, können Referenzmessungen zur Eichung des Sensors bzw. dessen Auswerteelektronik vorgenommen werden. With the help of the reference surfaces 16 , 17 , which pass through the bore 5 and thus in front of the sensor 4 when the disk 8 is rotated, reference measurements for calibrating the sensor or its evaluation electronics can be carried out.

Im Betrieb der Vorrichtung 1 kann die Scheibe 8 dauerhaft rotieren. Die unterschiedlichen Messungen werden zeitlich abhängig von der jeweiligen Position der Scheibe 8 durch die Meßsteuerung aufgenommen. Die Position der Scheibe 8 ist durch die Ansteuerung des Schrittmotors 10 bekannt. Ein nicht näher dargestellter Optodetektor registriert bei jeder Umdrehung den Nulldurchgang der Scheibe 8, so daß gegebenenfalls mit jeder Umdrehung der Scheibe 8 eine Korrektur der Position bzw. eine Korrektur des Zeitpunkts für die jeweiligen unterschiedlichen Messungen erfolgen kann.During operation of the device 1 , the disk 8 can rotate continuously. The different measurements are recorded by the measurement controller as a function of the respective position of the disk 8 . The position of the disk 8 is known from the control of the stepping motor 10 . An optodetector, not shown, registers the zero crossing of the disk 8 with each revolution, so that, if necessary, with each revolution of the disk 8 a correction of the position or a correction of the time for the respective different measurements can be carried out.

Die Drehzahl der Scheibe 8 kann so gewählt werden, daß vergleichsweise kurze Meßzyklen in der Größenordnung von einer Sekunde oder kleiner erzielbar sind. In diesem Meßzyklus sind alle Messungen enthalten, die zur Bestimmung der Emissivität der Probefläche 6 notwendig sind. Dies sind vor allem die beiden Messungen mit Wärmestrahlern unterschiedlicher Temperatur, jedoch auch entsprechende Korrekturmessungen mit Hilfe der Referenzflächen 16, 17.The speed of the disk 8 can be selected so that comparatively short measuring cycles of the order of one second or less can be achieved. This measurement cycle contains all measurements which are necessary for determining the emissivity of the sample surface 6 . These are primarily the two measurements using heat radiators of different temperatures, but also corresponding correction measurements using the reference surfaces 16 , 17 .

Mit einer Vorrichtung 1 der dargestellten Art kann somit annähernd kontinuierlich die Emissivität einer Oberfläche vermessen werden. Diese Oberfläche muß nicht eben sein, sie kann auch Krümmungen oder Strukturen aufweisen. Sie kann beispielsweise in einem Fertigungs- oder Qualitätskontrollverfahren unter der Vorrichtung 1 durchgefahren und abgerastert werden. Durch Abrastern einer Oberfläche kann die Emissivität lokal aufgelöst bestimmt werden, was für die eingangs erwähnten Anwendungen von großem Vorteil ist. With a device 1 of the type shown, the emissivity of a surface can thus be measured approximately continuously. This surface does not have to be flat, it can also have curvatures or structures. For example, it can be run through and scanned under the device 1 in a manufacturing or quality control process. By scanning a surface, the emissivity can be determined locally resolved, which is of great advantage for the applications mentioned at the beginning.

BezugszeichenlisteReference list

11

Vorrichtung
contraption

22nd

Basiskörper
Base body

33rd

Ringvorsprung
Ring projection

44th

Sensor
sensor

55

Bohrung
drilling

66

Probefläche
Trial area

77

Strahlung
radiation

88th

Scheibe
disc

99

Drehachse
Axis of rotation

1010th

Schrittmotor
Stepper motor

1111

Öffnung
opening

1212th

Kühlrippen
Cooling fins

1313

Wärmestrahler
Radiant heater

1414

Wärmestrahler
Radiant heater

1515

Heizplatte
Hot plate

1616

Referenzfläche
Reference surface

1717th

Referenzfläche
Reference surface

Claims (18)

1. Vorrichtung 1 zur Messung der thermischen Emissivität mit einem ersten Wärmestrahler (13) und mit einem Sensor (4) zur Messung wenigstens eines Teils, der von einer mit dem Wärmestrahler (13) angestrahlten Probefläche (6) ausgehenden Wärmestrahlung (7), dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Wärmestrahler (14) vorgesehen ist, der eine von der Temperatur T1 des ersten Wärmestrahlers abweichende Temperatur T2 aufweist.1. Device 1 for measuring the thermal emissivity with a first heat radiator ( 13 ) and with a sensor ( 4 ) for measuring at least a part of the heat radiation ( 7 ) emanating from a sample surface ( 6 ) illuminated by the heat radiator ( 13 ), thereby characterized in that a second heat radiator ( 14 ) is provided which has a temperature T2 which deviates from the temperature T1 of the first heat radiator. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der beiden Wärmestrahler (13, 14) beweglich bezüglich der Probenfläche (6) ist.2. Device according to claim 1, characterized in that at least one of the two heat radiators ( 13 , 14 ) is movable with respect to the sample surface ( 6 ). 3. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Wärmestrahler (14) drehbar ist.3. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the movable heat radiator ( 14 ) is rotatable. 4. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein positionierbarer Antrieb und/oder ein Sensor zur Erfassung der Position des beweglichen Wärmestrahlers (14) vorgesehen ist.4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that a positionable drive and / or a sensor for detecting the position of the movable heat radiator ( 14 ) is provided. 5. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schrittmotor und/oder ein Detektor für die Einstellung und/oder Erfassung einer Referenzposition vorgesehen ist.5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that a stepper motor and / or Detector for the setting and / or detection of a Reference position is provided. 6. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zeitliche Abfolge der Meßwerterfassung mit der Position des beweglichen Wärmestrahlers (14) synchronisiert ist.6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the chronological sequence of the measured value acquisition is synchronized with the position of the movable heat radiator ( 14 ). 7. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Wärmestrahler (14) zwischen dem Sensor (4) und der Probefläche (6) beweglich angeordnet ist.7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the movable heat radiator ( 14 ) between the sensor ( 4 ) and the test surface ( 6 ) is arranged movably. 8. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der beiden Wärmestrahler (13, 14) eine Öffnung (5, 11) für den Durchtritt der von der Probefläche (6) ausgehenden Strahlung (7) aufweist.8. Device according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the two heat radiators ( 13 , 14 ) has an opening ( 5 , 11 ) for the passage of the radiation from the test surface ( 6 ) ( 7 ). 9. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Heizvorrichtung (15) vorgesehen ist.9. Device according to one of the preceding claims, characterized in that a heating device ( 15 ) is provided. 10. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung (15) thermisch isoliert befestigt ist.10. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the heating device ( 15 ) is attached thermally insulated. 11. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf der dem Sensor (4) zugewandten Seite des den beweglichen Wärmestrahler (14) umfassenden Bauteils (8) wenigstens eine Referenzfläche (16, 17) mit bekannter Emissivität vorgesehen ist.11. Device according to one of the preceding claims, characterized in that at least one reference surface ( 16 , 17 ) with known emissivity is provided on the side of the component ( 8 ) comprising the movable heat radiator ( 14 ) facing the sensor ( 4 ). 12. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur wenigstens eines Wärmestrahlers (13, 14) regelbar ist.12. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the temperature of at least one heat radiator ( 13 , 14 ) is adjustable. 13. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein offener Blendenvorbau zwischen der Probefläche (6) und dem Sensor (4) vorgesehen ist.13. Device according to one of the preceding claims, characterized in that an open diaphragm stem is provided between the test surface ( 6 ) and the sensor ( 4 ). 14. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kühlvorrichtung vorgesehen ist. 14. Device according to one of the preceding claims, characterized in that a cooling device is provided is.   15. Verfahren zur Messung der thermischen Emissivität mit Hilfe eines Wärmestrahlers sowie einem Sensor zur Aufnahme der von einer mit dem Wärmestrahler angestrahlten Probenfläche ausgehendem Wärmestrahlung, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein zweiter Wärmestrahler (14) mit gegenüber dem ersten Wärmestrahler (13) unterschiedliche Temperatur verwendet wird.15. A method for measuring the thermal emissivity with the aid of a heat radiator and a sensor for recording the heat radiation emanating from a sample surface irradiated with the heat radiator, characterized in that at least one second heat radiator ( 14 ) with a temperature different from that of the first heat radiator ( 13 ) is used becomes. 16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß alternierend die am Sensor (4) einfallende Strahlung unter Verwendung des ersten Wärmestrahlers sowie unter Verwendung des zweiten Wärmestrahlers zur Bestrahlung der Probefläche (6) gemessen wird.16. The method according to claim 15, characterized in that the radiation incident on the sensor ( 4 ) is measured alternately using the first heat radiator and using the second heat radiator for irradiating the sample surface ( 6 ). 17. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Wärmestrahler (14) bewegt wird und die Temperaturbestimmung des beweglichen Wärmestrahlers (14) durch den ohnehin vorhandenen Sensor (6) vorgenommen wird.17. The method according to any one of claims 15 or 16, characterized in that at least one heat radiator ( 14 ) is moved and the temperature determination of the movable heat radiator ( 14 ) is carried out by the already existing sensor ( 6 ). 18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15-17, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Korrekturmessung an wenigstens einer sensorseitigen Referenzfläche (16, 17) des den beweglichen Wärmestrahler (14) umfassenden Bauteils (8) vorgenommen wird.18. The method according to any one of claims 15-17, characterized in that at least one correction measurement is carried out on at least one sensor-side reference surface ( 16 , 17 ) of the component ( 8 ) comprising the movable heat radiator ( 14 ).