DE954556C - Vorrichtung zur Messung der Temperaturen an bewegten Oberflaechen - Google Patents

Vorrichtung zur Messung der Temperaturen an bewegten Oberflaechen

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DE954556C
DE954556C DEZ3742A DEZ0003742A DE954556C DE 954556 C DE954556 C DE 954556C DE Z3742 A DEZ3742 A DE Z3742A DE Z0003742 A DEZ0003742 A DE Z0003742A DE 954556 C DE954556 C DE 954556C
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DE
Germany
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temperature
measuring
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thermocouple
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Expired
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DEZ3742A
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English (en)
Inventor
Dipl-Phys Heinz Krueger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zellsloff Fabrik Waldhof AG
Original Assignee
Zellsloff Fabrik Waldhof AG
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01KMEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K13/00Thermometers specially adapted for specific purposes
    • G01K13/04Thermometers specially adapted for specific purposes for measuring temperature of moving solid bodies

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radiation Pyrometers (AREA)

Description

  • Vorrichtung zur Messung der Temperaturen an bewegten Oberflächen Die Temperaturmessung an bewegten Oberflächen, z. B. an den Oberflächen rotierender Kalanderwalzen, Trockenzylindern von Papiermaschinen usw. oder an laufenden Papierbahnen, ist bei der Herstellung von Papier, Zellstoff, Kunststoff usw. von großer Bedeutung.
  • Solche Temperaturmessungen an Walzen können mit Hilfe von Fühlern vorgenommen werden, welche auf der Walzenoberfläche schleifen und deren Temperatur bzw. Thermospannung gegenüber dem Walzenmaterial gemessen wird. Diese Methode kann nur bei langsam rotierenden glatten Walzen verwendet werden und hat den Nachteil, daß sie zur Abnutzung der Fühler oder derWalzenoberfläche fül rt. Außerdem wird der Meßwert durch auftretende Reibungswärme oft verfälscht.
  • Eine weitere Möglichkeit ist durch ein mitrotierendes, auf elektrischem Wege arbeitendes Thermometer gegeben, welches über rotierende Kontakte an ein Anzeige- bzw. Registriergerät oder einen Regler angeschlossen ist. Diese Methode führt oft zu Fehlmessungen infolge veränderlicher Übergangswiderstände an den Kontakten oder erfordert zur Vermeidung dieser Fehler kostspielige Verstärker. Oft ist es aus konstruktiven Gründen nicht möglich, in eine Walze einen Fühler einzubauen.
  • Für Temperaturmessungen an laufenden Papier-, Kunststoffbahnen usw. sind diese Verfahren nicht geeignet.
  • Man hat auch bereits zur Messung der Oberflächentemperatur bewegter Körper Thermometer verwendet, die nicht unmittelbar an den zu messen- den Körper angelegt werden. Bei einer derartigen Temperaturmeßeinrichtung erfolgt die Messung über ein Zwischenmedium, und zwar Luft, welche in eine mit Wärmeschutzhülle umgebene Meßkammer eingeführt wird und nach dem zu messenden Körper austritt, wobei die Lufttemperatur von der Luftzuführungsgeschwindigkeit abhängig ist.
  • Eine andere Einrichtung dieser Art befaßt sich mit der Aufheizung eines auf die Temperatur des Meßorgans abgestellten Wärmeschutzes. Das Meßorgan muß zu diesem Zweck von sehr geringer Wärmekapazität sein, und durch eine elektrische Zusatzheizung ist die Schutzhülle ständig auf der Temperatur des Meßorgans zu halten. Der Wärmeschutz besteht aus einem Stoff hoher Wärmeleitfähigkeit. Irgendwelche Unterschiede zwischen der zu messenden Oberfläche und der Temperatur des Meßorgans werden bei dieser Meßeinrichtung nicht berücksichtigt, sondern nur allein durch Strahlung soll das Meßorgan von der Meßfläche unter Ausschaltung jeglicher Fehlerquellen beeinflußt werden. Unter anderem wird durch einen besonders engen Spalt angestrebt, das Meßorgan durch Luftwirbel, die von der sich drehenden Meßfläche mitgeführt werden, nicht beeinflussen zu lassen. Diese auch bei kleinstmöglichem Spalt niemals- zu vermeidende Luftschicht zwischen Meßorgan und Meßfläche wird als Fehlerquelle in Kauf genommen, was Fehlmessungen verursacht.
  • Die Erfindung besteht darin, daß die Differenz zwischen der Temperatur der Meßfläche und der Temperatur des Fühlers durch eine veränderliche, selbsttätig in Abhängigkeit von den Meßbedingungen gesteuerte oder eine eingeeichte konstante Korrektur vom Anzeigegerät, Registriergerät, Regler od. dgl. berücksichtigt ist. Eingeeichte konstante Korrekturberichtigungen waren für andere Zwecke bekannt, jedoch für vorliegende Meßvorrichtung ist diese Maßnahme noch vollkommen neu.
  • Für die Steuerung der veränderlichen Korrektur werden z. B. folgende Meßbedingungen herangezogen: Flächengeschwindigkeit, Raumtemperatur, Luftfeuchtigkeit, Temperatur des Fühlers, Temperatur der Halterung (Wurzeltemperatur).
  • Bei der erfindungsgemäßen Temperaturmeß anordnung wird keine Heizluft als Zwischenmedium verwendet, und kein Meßzylinder rollt auf der vorbewegten Meßfläche ab, während die bei der schon erwähnten Einrichtung durch die Luftwirbel oder besser gesagt durch die Grenzluftschicht des rotierenden Zylinders sich ergebenden Störungsfaktoren in vorliegender Erfindung als tatsächlich vorhanden zur Feststellung der wahren Temperatur am Meßgerät Berücksichtigung finden. Es wird nämlich neben der Strahlung noch die Wärmeleitung und Konvektion, d. h. unter anderem die Temperatur der Grenzluftschicht zur Messung dadurch ausgenutzt, daß die Differenz für die Korrekturberichtigung durch die Temperatur der Grenzluftschicht mitbestimmt wird. Durch diese Grenzluftschicht ergibt sich nämlich um den rotierenden Zylinder ein stationäres Temperaturfeld derart, daß jedem Punkt in der Nähe des Zylinders eine bestimmte Lufttemperatur zugeordnet ist. Das Temperaturfeld um einen Zylinder gegebener Abmessungen ist im wesentlichen eine Funl;tion der Oberflächentemperatur des Zylinders, der Raumtemperatur in größerem Abstand von dem Zylinder, des Abstandes von der Oberfläche und der Geschwindigkeit der rotierenden Oberfläche. Ein Thermometer, welches die Lufttemperatur an einem Punkt dieses Temperaturfeldes mißt, erfaßt somit all diese Funktionen, und bei deren Kenntnis läßt sich die gesuchte Oberflächentemperatur exakt ermitteln.
  • Der Erfindungsgegenstand gestattet somit die Ermittlung der Lufttemperatur an einer Stelle in der Nähe der Oberfläche sowie der einzelnen Einflußgrößen, und diese Meßwerte werden kombiniert, so daß das Meßgerät unabhängig von den Meßbedingungen die wahre Oberflächentemperatur angibt.
  • In einem besonders einfachen Spezialfall, beispielsweise bei geringem Temperaturmeßbereich oder bei wenig schwankenden Funktionswerten, kann man mit einer für die Praxis ausreichenden Genauigkeit eine eingeeichte Konstante einsetzen.
  • In solchen Fällen braucht die Meßanordnung zu der gemessenen Lufttemperatur lediglich eine konstante Korrektur zu addieren.
  • Die Messung der Fühlertemperatur kann im Rahmen der Erfindung mit einem Thermoelement erfolgen und die Anzeige des Meßgerätes durch ein zweites Thermoelement, welches die Temperaturdifferenz zwischen dem Fühler und der Halterung mißt und wobei unter gleichzeitiger Berücksichtigung der Differenz zwischen Anzeigeorgan od. dgl. und Meßfläche die Anzeige des Meßgerätes derart beeinflußt wird, daß das Meßinstrument die Temperatur der Meßfläche anzeigt.
  • Das Temperaturmeßgerät kann aus einem drei Lötstellen aufweisenden Thermoelement bestehen, wobei eine Lötstelle die Temperatur des Fühlers, die zweite die Temperatur der den Wärmeschutz -umgebenden Halterung und die dritte Lötstelle eine konstante Temperatur aufweist.
  • Das Material der Thermoelementenschenkel ist zweckmäßig so zu wählen, daß bei einer Abweichung der Temperatur der Wärmeschutzhalterung von derjenigen des Meßfühlers die Anzeige des Meßgerätes derart korrigiert wird, daß diese der wahren Temperatur der Fläche entspricht.
  • Bei mit einer heizbaren Schicht umgebenes Fühler kann die Trägheit der heizbaren Schicht durch Wärmeisolation so vergrößert werden, daß die Temperaturen mehrerer Fühlerheizungen über Umschalter mit einem Regler regelbar sind.
  • Die Unteransprüche sollen nur in Verbindung mjt dem Hauptanspruch Geltung besitzen.
  • Die Zeichnung zeigt drei beispielsweise Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes in schematischen Darstellungen.
  • In Abb. I ist die zu messende bewegte Oberfläche mit I bezeichnet. In kurzem Abstand von z. B.
  • I mm ist ein Fühler 2 vorgesehen, der von einem an sich bekannten Wärmeschutz 3 umgeben ist, der sich innerhalb einer Halterung 4 befindet. Zwischen dem Fühler 2 und der Halterung ist eine elektrisch leitende Verbindungsbrücke 5 vorgesehen. Von dem im Fühler 2 befindlichen Ende 6 dieser Verbindungsbrücke 5 führt eine Leitung 7 zu einer kalten Lötstelle 8 und von hier aus ein Leitungsstück g zu einem Meßinstrument 10, das über die Leitung II mit dem Ende 12 der Verbindungsbrücke 5 in der Halterung 4 verbunden ist.
  • Die Temperatur des Fühlers 2 wird somit mit einem Thermoelement gemessen, welches drei Lötstellen 6, I2 und 8 aufweist bzw. sich aus drei Schenkeln 5, 7 und 9/II zusammensetzt. Die eine Lötstelle, 6, nimmt die Temperatur des Meßfühlers 2 an. Die zweite Lötstelle, 12, die Temperatur der Wärmeschutzhalterung 4, und die dritte kalte Lötstelle besitzt wie üblich eine konstante Bezugstemperatur.
  • Sind die Temperaturen der Halterung 4 und des Fühlers 2 einander gleich, so ist der Temperaturgradient in der Umgebung des Zylinders gleich Null, und es fließt über die Halterung 4 keine Wärme ab. Die Temperatur des Fühlers ist dann gleich derjenigen der Außenfläche und wird praktisch vom Thermoelement 7/9 gemessen. Liegt die Temperatur der Halterung 4 tiefer als die Fühlertemperatur, so verursacht ein Wärmestrom einen Temperaturabfall zwischen Fühler 2 und Meßfläche I sowie einen Temperaturabfall zwischen Fühler 2 und II alterung 4. Das Anzeigeinstrument zeigt die Temperatur des Fiihlers 2 an, vermehrt um einen der Temperaturdifferenz zwischen Fühler 2 und Halterung 4 proportionalen Korrekturbetrag.
  • Bei geeigneter Wahl des Materials der Schenkel 5, 7, 9 und II entspricht die Anzeige des Meßinstrumentes 10 der Temperatur der Meßfläche I. So können beispielsweise die Verbindungsstücke 5 aus Eisen, dile Leitung 7 aus Konstantan und die Leitungen g und I I aus Kupfer bestehen. Es sind daneben auch folgende Materialien heranziehbar: Nickel, Platin, Nickelchrom, Platinrhodium sowie alle Werkstoffe, welche zur Herstellung von Thermoelementen geeignet sind.
  • In vielen praktischen Fällen ist die thermische Trägheit der zu messenden Fläche so groß, daß mit Fühlern hoher Trägheit gearbeitet werden kann.
  • Dort ist es möglich, bei Verwendung von Fühlern mit Wurzelheizung durch Wärmeisolierung der heizbaren Schicht die Trägheit des Fühlers ohne Einbuße an Meßgenauigkeit so zu erhöhen, daß mit einem Regler die Heizung mehrerer Fühler geregelt werden kann.
  • Ein solches Gerät zeigt Abb. 2. Mit 2a ist ein Fühler bezeichnet, in dem ein Thermometer I3 eingesetzt ist. Der Fühler ist mit einem Wärmeschutz 3a umgeben, um den innerhalb einer Halterung 4a Heizspiralen I4, 14a eingebaut sind. Darum befindet sich wieder ein Wärmeschutz 3o mit einer Halterung 4. Zwischen dem Fühler 2a und der Halterung 4a befindet sich eine Verbindungsbrücke 5a, deren Leitungen I5, I6 über einen automatischen Umschalter I7 an einen Regler I8 angeschlossen sind. Die Heizspiralen I4, 14a stehen über Verbindungsleitungen 19 und 20, Leitungen 2I, 22, Umschalter 23 und eine Stromquelle 24 ebenfalls mit dem Regler I8 in Verbindung. Der Regler I8 bringt die Temperatur der heizbaren Schicht in kurzer Zeit auf die Temperatur des Fühlers 2a. Dann werden durch die Umschalter die mit diesen in Verbindung stehenden nächsten Fühler angeschlossen. Während des Umlaufs des Umschalters werden beliebige weitere unter Umständen angeschlossene Fühler eingeregelt. Inzwischen findet eine Abkühlung der heizbaren Schicht des ersten Fühlers statt, diese ist jedoch so gering, daß keine nennenswerte Verringerung der Meßgenauigkeit verursacht wird. Nach einem Umlauf des Umschalters wiederholt sich das Spiel.
  • Bei dieser Einrichtung wird die Differenz zwischen der Temperatur des Fühlers 2a und der Temperatur der heizbaren Schicht unter Verwendung eines Reglers I8 für mehrere Fühler durch automatische Umschalter I7, 23 selbsttätig annähernd gleich Null gehalten.
  • Die Differenz zwischen der Temperatur der Meßfläche und der Temperatur des Fühlers kann auch durch eine konstante Korrektur von einem Anzeigeinstrument berücksichtigt werden, so z. B. bei der Messung mit einem Widerstandsthermometer durch einen konstanten Korrekturwiderstand in der Meßleitung. Eine solche Meßvorrichtung zeigt Abb. 3.
  • Im Abstand von der Meßfläche I ist innerhalb der Halterung 4 in den Fühler 25 ein Widerstandsthermometer 26 eingesetzt. Die Leitung 27 steht über einen Leitungsabgleichwiderstand 28 und die Leitung 29 über einen Korrekturwiderstand 30 mit einem Widerstandsmeßgerät 3I in Verbindung.
  • Dieses kann z. B. - gemäß Zeichnung aus einem Kreuzspulgerät oder aus einem T-Spulgerät, einer Brückenschaltung oder einem Kompensationsgerät bestehen, wie sie bei Temperaturmessungen mit Widerstandsthermometern üblich sind.
  • Der Wärmeschutz 3 besitzt eine sehr niedrige Wärmeleitfähigkeit und der Fühler 25 ebenso wie die Fühler 2, 2a bei den übrigen Ausführungsformen eine hohe Wärmeleitfähigkeit.

Claims (5)

  1. PATENTANSPRÜCHE I. Vorrichtung zur Messung von Temperaturen an bewegten Flächen, insbesondere der Oberflächentemperatur rotierender Walzen, Trockenzylinder von Papiermaschinen usw. oder der Temperaturen an laufenden Papier-, Kunststoff-, Zellstoff- oder sonstigen Bahnen mit in unmittelbarer Nähe der bewegten Fläche angeordneten, nach außen mit einer gegebenenfalls aufgelegten Wärmeschutzhülle ausgestatteten Meßorganen, deren Fühler aus gut wärmeleitendem, festem Material mit einem an ein Anzeige- oder Registrierinstrument oder an einen Regler angeschlossenes Thermometer, z. B. Thermoelement, Widerstandsthermometer, Tensionsthermometer od. dgl. in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz zwischen der Temperatur der Meßfläche und der Temperatur des Fühlers durch eine veränderliche, selbsttätig in Abhängigkeit von den Meßbedingungen gesteuerte oder eine eingeeichte konstante Korrektur vom Anzeigegerät, Registriergerät, Regler od. dgl. berücksichtigt ist.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung der - Fühlertemperatur mit einem Thermoelement erfolgt und die Anzeige des Meßgerätes durch ein zweites Thermoelement, welches die Temperaturdifferenz zwischen dem Fühler und der Halterung mißt unter gleichzeitiger Berücksichtigung der Differenz zwischen Anzeigeorgan od. dgl. und Meßfläche, derart beeinflußt ist, daß das Meßinstrument die Temperatur der Meßfläche anzeigt.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Temperaturmeßgerät aus einem drei Lötstellen aufweisenden Thermoelement besteht, wobei eine Lötstelle die Temperatur des Fühlers, die zweite die Temperatur der den Wärmeschutz umgebenden Halterung und die dritte Lötstelle eine konstante Temperatur aufweist.
  4. . Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Thermoelementenschenkel so gewählt ist, daß bei einer Abweichung der Temperatur der Wärmeschutzhalterung von derjenigen des Meßfühlers die Anzeige des Meßgerätes derart korrigiert ist, daß diese der wahren Temperatur der Fläche entspricht.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß bei mit einer heizbaren Schicht umgebenem Fühler die Trägheit der heizbaren Schicht durch Wärmeisolation so vergrößert ist, daß die Temperaturen mehrerer Fühlerheizungen über Umschalter mit einem Regler regelbar sind.
    In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. S69 562, S63 133.
DEZ3742A 1953-10-17 1953-10-17 Vorrichtung zur Messung der Temperaturen an bewegten Oberflaechen Expired DE954556C (de)

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Cited By (2)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3033605A1 (de) * 1980-09-06 1982-03-25 Diehl GmbH & Co, 8500 Nürnberg Temperaturfuehler mit einem thermoelektrischen wandler und dessen verwendung
DE9012823U1 (de) * 1990-09-06 1990-11-08 Siemens AG, 80333 München Temperaturfühler für rotierende Maschinenteile

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DE863133C (de) * 1951-07-19 1953-01-15 Schoppe & Faeser Feinmechanik Temperaturfuehler
DE869562C (de) * 1938-09-20 1953-03-05 Siemens Ag Einrichtung zur Messung der Oberflaechentemperatur, insbesondere von bewegten Gegenstaenden

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