DE3445677A1 - Strahlungsmesssonde zur beruehrungslosen, emissionsgradunabhaengigen temperaturmessung - Google Patents
Strahlungsmesssonde zur beruehrungslosen, emissionsgradunabhaengigen temperaturmessungInfo
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Description
üranit GmbH Julien, den 10.12.1984
ANR: 1 811 908 PLA 8466 Gb/wk
Strahlungsmeßsonde zur berührungslosen , emissionsgrad-unabhängigen
Temperaturmessung
Strahlungsmeßsonde zur berührungslosen, emissionsgradunabhängigen Temperaturmessung
Die Erfindung betrifft eine Strahlungsmeßsonde gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Eine Strahlungsmeßsonde dieser Bauart ist aus der Zeitschrift "Metall", 26. Jahrgang, April 1972, Heft 4,
Seiten 342 - 346, bekannt. Dabei hat der Schirm die Form einer hohlen, polierten, über den Meßgegenstand
gestülpten Halbkugel, die im Zenith eine Öffnung für den Durchtritt der Strahlung zu einer Meßsonde aufweist.
Die Halbkugel ist mit einer Heizwicklung und einem Thermoelement ausgestattet, womit die Temperatur der
Halbkugel an die von der Meßsonde angezeigte Temperatur angeglichen werden kann; stimmen beide Temperaturanzeigen
überein, so entspricht der diesbezügliche Wert der zu messenden Temperatur des Gegenstandes (s. Abb.
auf Seite 343 mit zugehörigem Text). Die Halbkugel bedingt jedoch einen relativ großen Abstand zwischen Gegenstand
und Meßsonde, so daß Temperaturen unter 20 0° C nicht mehr mit ausreichender Genauigkeit zu erfassen
sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Strahlungsmeßsonde der gattungsgemäßen Bauart so zu modifizieren,
daß hiermit auch die Oberflächentemperatur von Gegenständen zwischen Raumtemperatur und etwa 200° C
emissionsgrad-unabhängig mit hoher Genauigkeit gemessen werden kann.
-S-
Zur Lösung dieser Aufgabe werden die im Kennzeichen der Patentansprüche enthaltenen Maßnahmen vorgeschlagen.
Durch die Anpassung des Schirms an die Geometrie des zu messenden Gegenstandes kann der Abstand zum Strahlungsempfänger
relativ kurz gehalten werden, so daß die gemessene Strahlungsintensität entsprechend hoch ist.
Die Schwärzung der dem Gegenstand zugewandten Seite des Schirms und der geringe Abstand zum Meßobjekt bewirken,
daß störende Umgebungsstrahlung vollständig absorbiert wird, bevor sie in den strahlungsempfindlichen Bereich
der Meßsonde gelangt, während die stark reflektierenden Innenwände des den Strahlungsempfänger umgebenden Sondengehäuses
eine strahlungsmäßige Rückkopplung zwischen letzterem und dem thermisch isoliert angebrachten Strahlungsempfänger
weitgehend verhindern. Die Erfindung ist besonders geeignet für die Messung der Oberflächentemperatur
bewegter, metallischer Gegenstände wie Rotoren, Wellen etc., die einen niedrigen Emissionsgrad haben.
Die Sonde arbeitet nahezu unabhängig vom Wert des Emissionsgrades der Oberflähce des zu messenden Gegenstandes.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden
anhand der Zeichnung erläutert:
Die Figur zeigt schematisch im Schnitt eine Strahlungsmeßsonde und einen rotierenden, metallischen Zylinder,
dessen Oberflächentemperatur gemessen werden soll. Das Sondengehäuse ist zusammengesetzt aus einem Schirm 1
und einem Sockel 2. Der Schirm ist mit seiner dem Zylinder 3 zugewandten Seite als geschwärzte zylindrische
Schale 1a ausgebildet, die zwischen sich und der Ober-
-fr.
fläche 3a des Zylinders 3 einen schmalen Ringspalt 4 beläßt. Der Schirm 1 weist in der Mitte der Schale 1a
eine schlitzförmige Öffnung 1b auf, durch die die von der Oberfläche 3a ausgehende Wärmestrahlung hindurchtritt,
um auf den mittleren Streifen 5a einer als Strahlungsempfänger dienenden Thermosäule 5 im Innern
des Sondengehäuses 1, 2 aufzutreffen. Der Referenzstreifen
5b der Thermosäule 5 liegt in einem gegen die Wärmestrahlung abgeschirmten Bereich; er ist über die
Thermosäulen-Grundplatte 5c gut wärmeleitend mit dem Sondengehäuse 1, 2 verbunden, während die Wärmeleitung
zwischen den Streifen 5a und 5b niedrig ist. Haben beide Streifen unterschiedliche Temperaturen, so resultiert
daraus eine Thermospannung ΛΤ, die zur Regelung (Regler
R) einer elektrischen Heizung (Heizspule 6) des Sondengehäuses 1, 2 benutzt wird. Die Heizleistung wird nun so
eingeregelt, daß die Thermospannung ΔΤ verschwindet. Bei diesem Betriebszustand entspricht die mit einem Temperaturfühler
7 am metallischen Sondengehäuse 1, 2 gemessene
Temperatur T der zu bestimmenden Temperatur an der Oberfläche 3a des Zylinders 3.
Die Weite des Ringspalts A1 d.h. also der Abstand zwischen
Schirm 1 und Zylinder 3, ist so gewählt, daß störende Umgebungsstrahlung von außen mehrfach reflektiert
und dabei von der geschwärzten Schale 1a vollständig absorbiert wird. Die die Thermosäule 5 umgebenden Wände
1c, 5d im Innern des Sondengehäuses 1, 2 sind durch eine Vergoldung stark reflektierend gemacht, womit eine
strahlungsmäßige Rückkopplung zwischen dem Meßstreifen 5a der Thermosäule 5 und dem Sondengehäuse 1, 2 (infolge
der niedrigen Emission) vermieden wird.
Der Schirm 1 und der Sockel 2 sind lösbar miteinander verbunden. Zur Anpassung an unterschiedliche Geometrien
der zu messenden Gegenstände kann daher der Schirm 1 gegen andere, an die jeweilige Oberflächenform der Gegenstände
angeglichene Schirme ausgewechselt werden.
Messungen mit der vorstehend beschriebenen Strahlungsmeßsonde ergaben auch an blanken, metallischen Oberflächen
mit entsprechend niedrigem Emissionsgrad lediglich Abweichungen von etwa 0,5° C im Vergleich zu direkten
Thermoelement-Messungen in einem Bereich zwischen Raumtemperatur und ca. 200° C.
-1'
- Leerseite -
Claims (2)
1. Strahlungsmeßsonde zur berührungslosen, emissionsgrad-unabhängigen
Temperaturmessung der Oberfläche von Gegenständen,
a) mit einem Meßsondengehäuse, dessen dem zu messenden Gegenstand zugewandte Seite als Schirm ausgebildet
ist;
b) der Schirm hat eine Öffnung durch die die vom Gegenstand ausgehende Strahlung auf einen thermisch
isoliert im Sondengehäuse angebrachten Strahlungsempfänger trifft;
c) das Sondengehäuse ist mit einer regelbaren Heizung ausgestattet, durch die die Temperatur des
Sondengehäuses einschließlich Schirm an die Temperatur des Strahlungsempfängers angleichbar ist,
gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
d) der Schirm (1) ist mit seiner dem Gegenstand (3) zugewandten Seite (1a) an dessen Oberflächenform
(3a) angepaßt, wobei diese Seite (1a) geschwärzt ist;
e) die den Strahlungsempfänger (5a) umgebenden Innenwände (1c 5d) des Sondengehäuses (1, 2)
sind stark reflektierend.
-JL
2. Strahlungsmeßsonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Schirm (1) lösbar mit dem übrigen Sondengehäuse (Sockel 2) verbunden ist.
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