DE1648179A1

DE1648179A1 - Strahlungspyrometer

Info

Publication number: DE1648179A1
Application number: DE19671648179
Authority: DE
Inventors: Barry Dynes
Original assignee: Associated Portland Cement Manufacturers Ltd
Current assignee: Associated Portland Cement Manufacturers Ltd
Priority date: 1966-03-15
Filing date: 1967-03-15
Publication date: 1972-02-24
Also published as: BE695543A; CH458782A; NL6703916A; US3454769A; LU53195A1; FR1514620A; SE330269B; GB1127944A

Description

DR. MDLLER-BORg DIPL.-ING. GRALFS DR. MANITZ PATENTANWÄLTE

München, den 15. März 1967

BQHHSXtKStKX Unser Zeichen: Ii/Sv - A

THE ASSOCIATED PORTLAND CEMENT MANUFACTURERS LIMITED Portland House, Stag Place, London S.W.1, England,

Strahlungspyrometer

Die Erfindung betrifft Strahlungspyrometer-, und insbesondere Quotientenpyrometer von der Art der Zweifarben-Pyrometer.

Es sind verschiedene Arten von Quotientenpyrometern bekannt, bei denen das Verhältnis der Strahlungsenergie von zwei Spektralbändern zur Anzeige der Oberflächentemperatur eines Strahlungskörpers ausgenutzt wird. Bei einigen Typen wird als Detektor ein Photoelektronen-Vervielfacher verwendet. Die Ausgangsgröße der Photoelektronen-Vervielfacherröhre wird gewöhnlich mit Bandpassfiltern abgestimmt und zunächst einem Verstärker mit einer logarithmischen Charakteristik und dann einem Differenzverstärker zugeführt, um eine Temperaturanzeige zu erhalten. Bei anderen Arten dieser Pyrometer werden Photozellen als Detektoren und ein "Strahlenteiler verwendet, um das Licht durch statische Filter

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auf diese Photozellen zu lenken. Diese Arten von Pyrometern arbeiten gewöhnlich im sichtbaren Teil des Spektrums oder in der Nähe des sichtbaren (Teils des Spektrums, und aus diesem Grunde müssen die Bandpassfilter für den Fall sehr sorgfältig ausgewählt werden, daß in einem Ofen, bei dem die Temperatur des sich in ihm befindenden Materials gemessen werden soll, λ eine Flamme vorhanden ist. Die Ursache dafür ist., daß der Kohlenstoff in der Flamme eine wesentlich höhere Temperatur als das Material in dem Ofen besitzt. Dieses Material xtfird daher einen Bruchteil dieses kurzwelligeren Lichtes reflektieren, wodurch sich ein zu hoher Ablesewert ergibt.

Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Quotientenpyrometers, das ohne komplizierte elektronische Kreise und ohne sich schnell bewegende Teile aufgebaut■ist, wodurch einer- " seits die bei elektronischen Kreisen auftretenden Fehler " vermieden werden und andererseits kein mechanischer Verschleiß auftritt, wie er beispielsweise bei den bisher benötigten oder verwendeten Drehfiltern oder Strahlenteilern in Kauf genommen werden mußte.

Gemäß der Erfindung' weist ein Quotientenpyrometer zwei Strahlungswandler auf, die derart angeordnet sind, daß sie von einer zu messenden Quelle die Strahlung gleichzeitig empfangen, wobei sie aufgrund ihres Aufbaus auf verschiedene Wellenlängenbänder der von der Quelle ausgesandten Strahlung ansprechen. 2 098 09/0419

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Vorzugsweise weist ein Strahlungswandler eine Thermosäule und der andere einen photoelektrischen Festkörper-Wandler auf, der vorzugsweise aus einer Silicium-Sperrschicht-Photozelle "besteht, obwohl"auch andere Sperrschicht-Photozellen wie Photowiderstände, beispielsweise Photodiodenoder Phototransistoren, verwendet werden können.

Im Gegensatz dazu kann jed®ch auch anstelle der Thermosäule ein Thermowiderstandselement oder Bolometer, beispielsweise ein Thermistor, oder eine Thermistorsäule verwendet werden, die in der Weise angeordnet ist, daß sie zusätzlich widerstandsfähig ist.

Des weiteren kann anstelle, der Thermosäule auch eine. Photo— zelle verxirendet werden.

Zur Erhöhung der Wirksamkeit der Strahlungswandler und zur Beseitigung unerwünschter Wellenlängen ist es möglich, den optischen Wandlern ein optisches Bandpassfilter oder mehrere optische Bandpassfilter oder andere FiItereinrichtungen zuzuordnen.

Obwohl es möglich ist, die zwei Strahlungswandler zur .Erreichung eines gleichzeitigen Empfangs der Strahlung nebeneinander anzuordnen, werden sie vorzugsweise in einem gemeinsamen optischen Weg hintereinander angeordnet, wobei der erste Strahlungswandler selbstverständlich derart auf-

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gebaut ist, daß er den zweiten nicht abdunkelt.

Zur Erläuterung des Zweckes und der Anordnung der gegebenenfalls vorgesehenen Filtereinrichtungen kann des weiteren angeführt werden, daß die Strahlungswandler, die unter Berücksichtigung der Tatsache ausgewählt sind, daß sie aufgrund ihrer inneren Spektralempfindlichkeit nur auf ausgewählte Spektralbänder ansprechen, in einem gewissen Masse bezüglich unerwünschter Wellenlängen empfindlich sind, wenn sie der Gesamtstrahlung von einer zu messenden Quelle ausgesetzt sind. Demgemäß können FiIt er einrichtungen vor beiden Wandlern angeordnet werden, um die unerwünschten Wellenlängen zu beseitigen. Für den Fall, daß die Wandler hintereinander angeordnet sind, ist natürlich nur eine Filtereinrich- - tung erforderlich. Die Anordnung derartiger Filtereinrichtungen wäre dann vorteilhaft, wenn das Pyrometer zur Messung der Temperatur eines Materials verwendet werden soll, das hohe Emissionsbänder in dem Empfindlichkeitsbereich des einen Wandlers oder beider Wandler besitzt, da dadurch der Eichfehler verringert wird.

Um die Wirksamkeit und Empfindlichkeit des Pyrometers zu erhöhen, ist es wünschenswert, daß der zweite Wandler nur auf ein sehr enges Spektralband anspricht. Vor diesem zweiten Wandler können daher entsprechende Filtereinrichtungen angeordnet werden. Es ist offensichtlich, daß die Filtereinrichtungen zwischen den zwei Wandlern und für den Fall,

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daß die Wandler nicht hintereinander angeordnet sind, nur vor dem für diesen Zweck vorgesehenen Wandler angebracht werden können, und zwar entweder bei Vorhandensein oder bei lehlen von anderen FiIt er einrichtungen, welche die von beiden Wandlern aufgenommene Gesamtstrahlung begrenzen.

Die Strahlungswandler sind vorzugsweise in einem luftdichten Gehäuse angeordnet, um Staub oder andere störende Elemente fernzuhalten und die Möglichkeit zu schaffen, daß dann, wenn es die Art der Wandler erfordert, Einrichtungen zur Steuerung der Temperatur der Wandler vorgesehen werden können, beispielsweise Einrichtungen zur Konstanthaltung der Temperatur der kalten Verbindungen der Thermosäule und- der Temperatur des photo elektrischen Wandlers. Zur Steuerung der Temperatur ist dem Gehäuse vorzugsweise ein Heizelement zugeordnet, das von einem Thermometer, beispielsweise einem in dem Gehäuse eingeschlossenen Widerstandsthermometer, gesteuert ist, und es sind Einrichtungen vorgesehen, die ein ständiges Umströmen des Gehäuses mit einem Kühlluftstrom gewährleisten, wobei das Gehäuse vorteilhafterweise mit Kühlrippen versehen ist. ₍ .

Es ist selbstverständlich, daß sich die verschiedenen Bänder der Wellenlänge der von der zu messenden Quelle ausgesandten Strahlung, für die die Strahlungswandler in der Weise ausgewählt sind, daß sie Jeweils getrennt auf eines dieser Bänder

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ansprechen., überlappen können oder daß das eine dieser Bänder völlig in das andere fallen kann.

Es muß besonders darauf hingewiesen werden, daß die für ein gemäß der Erfindung aufgebautes Pyrometer erforderliche elektronische Ausrüstung das einfachste, seIbstabgleichende, potentiometrische Aufzeichnungsgerät sein kann, bei dem die Mess- und Bezugsspanaungskreise weggelassen sein können. Des weiteren sind bei dem Pyrometer keine Drehfilter und Strahlenteiler erforderlich.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden im 'folgenden anhand der Zeichnung erläutert; in dieser zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Pyrometers,

Figur 2 ein Schaltbild der zu diesem Pyrometer gehörenden elektrischen Einrichtung,

Figur 3 eine Kurvendarstellung des Zusammenhangs zwischen der Ausgangs spannung des Pyrometers und der Temperatur »■

Figur 4 einen Längsschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäBen Pyrometers,

BADORtGtNAL

Figur 5 einen Schnitt entlang der Linie 5-5 von Fig. 4,

Figur 6 einen Schnitt entlang der Linie 6-6 von Fig. 4, und die

Fig» 7 "bis 9 schematische Darstellungen verschiedener Möglichkeiten der Zuordnung von FiIt er einrichtungen und Strahlungswandlern, welche in dem Pyrometer vorgesehen sind.

Nach den Fig. 4 bis 6 besitzt ein Qaotient enpyr omet er einen allgemein mit 1 bezeichneten Detektorkopf, der aus einem von einem Aluminiumblock 2 gebildeten Gehäuse besteht, das mit einer zylindrischen Bohrung 3 versehen ist, in der koaxial und mit gegenseitigem Abstand eine Thermosäule 4 und eine Siliciumzelle 5 angeordnet sind. Die Bohrung 3 in dem Block ist an ihrem vorderen Ende mittels eines Absperrorgans 6 verschlossen, das eine zentrisch angeordnete öffnung 7 aufweist, die durch ein G-lasfenster 8 verschlossen ist. Die Thermosäule 4 ist an der Rückseite 9 des Absperrorgans befestigt und mittels eines Halte-Abdichtringes 10 lagefixiert, welcher mittels Schrauben (nicht dargestellt) an dem Absperrorgan befestigt ist. Ein Teil des Absperrorganes 6 weist einen verringerten Durchmesser auf, und zwar derart, daß innerhalb der Bohrung 3 ein dichter Schiebesitz ausgebildet und ein Umfangsflansch 11 festgelegt wird, der an der vorderen Endfläche des Blockes 2 zur Anlage kommt, an dem das Absperrorgan 6 mittels Schrauben (nicht dargestellt) befestigt ist, welche durch den Flansch 11 gehen. Die mit

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12 bezeichneten. Zuleitungen zu der Thermosäule sind durch eine Bohrung 13 in dem Absperrorgan 6 geführt, welche mit einer ringförmigen Rille 14 in Verbindung steht, die in dem einen verringerten Durchmesser aufweisenden Teil des Absperrorgans 6 ausgebildet ist. Die Zuleitungen sind in = dieser Rille geführt, so daß sie in geeigneter Weise innerhalb des Absperrorganes eingeschlossen sind und somit bei der Einfügung oder bei der Herausnahme kein Hindernis darstellen. Das rückwärtige Ende der Bohrung 2 ist mittels eines Absperrorgans 15 verschlossen, das ein Teil 16 mit verringertem Durchmesser besitzt, welches innerhalb der Bohrung 3 einem dichten Schiebesitz gewährleistet und einen Umfangsf1ansch 17 festlegt, der an dem rückwärtigen Ende. des Blockes 2 anliegt, mit dem das Absperrorgan in ähnlicher Weise wie das Absperrorgan 6 mittels Schrauben befestigt ist. Eine diametral verlaufende Rille 18 mit gewölbtem Querschnitt ^ ist zur Aufnahme der Siliciumzelle 5 in der Innenseite des Absperrorgans 15 ausgebildet. Die Zuführungen 19 der Silicium-

* ■ ■ " ■

zelle sind durch eine Bohrung 20 in dem Absperrorgan 15 geführt, welche mit einem Ende der Rille 18 in Verbindung steht. In dem Absperrorgan 15 ist eine Bohrung 21 ausgebildet, in der ein Widerstandsthermometer 22 angeordnet ist und die kurz vor der Rille 18 endet. Ein sich vertikal erstreckender Schlitz 23 ist in der Rückseite des Blockes 2 angebracht. Die offene Seite des Schlitzes ist dabei derart angeordnet, daß sie von dem Umfangsflansch 17 des Absperrorgans 12 ver-

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schlossen wird, wenn der Detektorkopf zusammengebaut ist. Der Schlitz 2J dient dabei zur Aufnahme des Heizelementes 24. Die an das Heizelement 24 angrenzende Seite des Blockes 2 ist mit Kühlrippen 25 versehen.

In dem Raum, der innerhalt) der Bohrung 3 zwischen den inneren Enden der Ab sperr organe 6 und I5 freibleibt, ist ein optisches Bandpassfilter 26 angebracht. Dieses !Filter ist dabei so angeordnet, daß es dicht in der Bohrung 3 sitzt.

Der Detektorkopf ist innerhalb des'Gehäuses 27 auf einem zweiteiligen Schlitten angebracht, der allgemein mit 28 bezeichnet ist und ein erstes Teil 29 aufweist, an dem der Block 2 mittels Schrauben wie bei 30 befestigt ist. Das Teil 29. ist bezüglich des zweiten Teiles 31 <les Schlittens in Längsrichtung verschiebbar und kann in jeder gegebenen Stellung bezüglich dieses zweiten Teiles 31 mittels Madenschrauben, wie sie bei 32 angegeben sind, befestigt werden. Das Teil 31 ist in der quer zur Längsachse des Detektorkopfes verlaufenden Richtung verschiebbar, und zwar entlang einem Paar von Führungsstangen

in
33, die/der Seitenwand 34 des Gehäuses 27 mittels Muttern 35

befestigt sind. Der Schlitten 28 ist in der Weise angeordnet, daß er entlang der Führungsstangen 33 mittels eines Knopfes verschoben werden kann, der an dem freien Ende einer Welle 37 befestigt ist, die in der unteren Wandung 38 des Gehäuses 27

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gelagert ist und eine Scheibe 39 trägt, an der ein exzentrisch angeordneter Stift 4-0 befestigt ist, welcher in einen sich in Längsrichtung erstreckenden Schlitz 41 in der Unterseite des Teiles J1 des Schlittens eingreift.

Die Vorderwand 4-2 des Gehäuses 27 ist mit einer Öffnung 43 ver-P sehen. Kin diese Öffnung umschließendes und mit einem Innengewinde versehenes Kuppelstück 44· ist an der Wand 42 befestigt und dient zur Aufnahme einer Teleskopanordnung, die.allgemein mit 45 bezeichnet ist. Die Teleskopanordnung besteht aus einem Rohr 46, das an das Kuppelstück 44 geschraubt ist, und aus einer rohrförmigen Fassung 47 für eine Obgektivlinse 48. Die Fassung weist an ihrem hinteren Ende ein Teil 49 mit verringertem Durchmesser auf, durch das im Inneren der Fassung 47 eine Schulter ,

bestimmt 50 festgelegt wird, die die Lage der Linse 48 ■ Außer-

t dem sitzt dieses Teil 49 mit dem verringerten Durchmesser im Schiebesitz auf dem freien Ende des Rohres 46. Eine rohrförmige Abschirmung ist am vorderen Ende der Fassung 47 angeschraubt. Innerhalb des Eohres 46 skid ringförmige Anschläge 52 vorgesehen, um die Reflexion von den Innenwänden des Rohres auszuschalten.

Das Gehäuse 27, das ansonsten aus einem einzigen Stück besteht, ist mit einer abnehmbaren Seitenwandung 53 versehen, die an dem Gehäuse mittels Schrauben wie 54- unter Zwischenschaltung einer Dichtung 55 aus Gummi oder ähnlichem Material befestigt ist.

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Ein an der Seitenwand 51 "befestigtes Rohr 56 führt zu einer in dieser Wand vorgesehenen Öffnung 57·> die angrenzend an die Seite des Detektorkopfes 2 angebracht ist..

Eine Betrachtungseinrichtung 58 .ist an der Rückwand 59 cLes Gehäuses "befestigt, und zwar gegenüber der öffnung 4-3 in der Vorderwandung des Gehäuses. Mittels dieser Einrichtung kann ein Ziel, auf das das Pyrometer gerichtet ist, falls gewünscht, betrachtet werden. Zu diesem Zweck ist es erforderlich, daß der Detektorkopf in die in Fig. 6 dargestellte Lage schwenkbar ist, bei der der Sichtweg frei ist.

An der unteren Wand des Gehäuses 27 ist ein Bügel 60 befestigt, mittels dessen das Gehäuse an einem beliebigen Träger je nach Wunsch befestigt werden kann.

Die Leitungen 12 und 19 von der Thermosäule und der Silicium— zelle und ebenfalls die mit 61 und 62 bezeichneten Leitungen von dem Thermometer 22 und dem Heizelement 24- sind in geeigneter Weise zu einem in Fig. 4- mit 63 bezeichneten Sockel mit acht Stiften geführt, von dem ein achtadriges Kabel in geeigneter Weise zu den dem Pyrometer zugeordneten Steuer- und Aufzeichnungseinrichtungen geführt werden kann.

Die Thermo säule 4- kann aus 10 Pt/Pt-13% Rh Thermopaar'en bestehen, welche in Reihe geschaltet und symmetrisch um eine

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mit der Längsachse der Bohrung 3 zusammenfallenaen Achse ' angeordnet sind. Die Bohrung J ist natürlich bei sich in. Betrieb befindendem Pyrometer mit der Öffnung 42 in der Vorderwand des Gehäuses ausgerichtet, so daß die. Thermosäule 4 und die Photozelle 5 gleichzeitig der von einer zu messenden Quelle kommenden Strahlung ausgesetzt sind. Die in der Anordnung dargestellte Thermosäule erhält selbstverständlich die Gesamtstrahlung, aber diese Thermosäule ist derart gewählt, daß sie auf den Infrarotteil der Strahlung am meisten anspricht.

Das Filter 26 ist zur Begrenzung der von der Siliciumzelle 5 aufgenommenen Strahlung vorgesehen, und zwar auf ein schmales Band der Wellenlänge der von der Thermo säule 4 empfangenen Strahlung. Vorzugsweise ist das Filter von der Art der Interferenzfilter. Wenn der zweite Strahlungswandler eine Siliciumzelle aufweist, so wird ein Filter mit einer Bandbreite von

ο
4QO bis 800 A verwendet, dessen Mitte zwischen 0,7 und 1 Mikron

liegt. Gute Ergebnisse wurden bei Verwendung eines Filters mit

einer Bandbreite von 582 A, dessen Mitte bei 9711 A lag, erreicht. ■

Weist jedoch der zweite Strahlungsempfänger einen Phototransistor auf, so wird ein Filter mit einer Bandbreite

ο
von 400 bis 800 A verwendet, dessen Mitte zwischen 0,9

und 1,7 Mikron liegt. Die Linse 48 ist derart gewählt,

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daß sie ein enges Gesichtsfeld desjenigen Bereichs der Strahlungsquelle gewährleistet, die gemessen werden soll, "beispielsweise 9" "bei 4,8 m (I6ft). In dem "beschriebenen Ausführungs-"beispiel hatte die Linse einen Durchmesser von 4,76 cm (1*- inch) und eine Brennweite von 2751? cm (1Ow- inch)- Bei dieser Linsengröße ist es möglich, ein Linsenrohr zu verwenden, dessen Länge zur Anbringung eines StrahlungsSchildes geeignet ist.

Im Anwendungsfall wird das Pyrometer derart angeordnet, daß ein Strahlungsbündel von der zu messenden Quelle an einem Punkt fokussiert wird, der etwas hinter der Siliciumzelle liegt. Eine "Feineinstellung des Brennpunktes kann in einfacher Weise durch Einstellung der Lage der Passung 47 auf dem Eohr 46 und/oder durch·geeignete Bewegung des oberen Teiles 29 des Schlittens 28 auf dem unteren Teil 31 erreicht werden.

Um genaue Messungen zu erhalten, ist es erforderlich, die kalten Verbindungen der Thermosätile auf einer·vorgegebenen Temperatur zu halten, beispielsweise auf 26,7 + 0,05°C (80⁰F + 0,1⁰F), und es ist ebenfalls erforderlich, die Temperatur der Siliciumzelle innerhalb ähnlicher Grenzen konstant zu halten, da die von dieser Zelle erzeugte elektromotorische Kraft sich mit der Temperatur ändert. Die Temperatur des Blocks wird kontinuierlich durch das Widerstandsthermometer 22 gemessen, das mit einem tiran-

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sistorisierten Temperaturregler (nicht dargestellt) verbunden ist, welcher Jegliche Abweichung durch Aufheizung des Blockes mittels des Heizelementes 23 korrigiert«

Reinluft mit niedriger Temperatur wird mit einem zur Gewährleistung der Kühlung des Blockes ausreichenden Druck dem Gehäuse 27 kontinuierlich über das Rohr 56 zugeführt* Der Luftstrom dient ebenfalls dazu, das Innere des Gehäuses von Staub zu reinigen, und dazu wird die Luft von dem Gehäuse über die Öffnung 43 in das Rohr 46 geführt, das mit einem Anschlußstück 64 versehen ist, an dem ein flexibles Rohr 65 befestigt ist, welches zu einem Anschluß 66 führt, der an der Fassung angrenzend an die Vorderseite der linse 48 angebracht ist« Auf diese Weise wird das Linsensystem vom Staub befreit und die Linse bleibt kalt.

In der anhand der Fig. 4 bis 6 beschriebenen Aus führung s form ist zwischen der Thermosäule und der Siliciumcelle ein Bandpas sfilter angebracht, um zu gewährleisten, daß die Siliciumzelle nur einem schmalen Band der Wellenlänge der durch die Thermosäule empfangenen Strahlung ausgesetzt wird, aber dieses Merkmal ist nicht wesentlich. Wie in den Fig. 1 und 2 angegeben ist, kann das Filter weggelassen werden«

Wie bereits zu Beginn erläutert wurde, kann auch vor beiden Strahlungswandlern ein Filter angeordnet werden, um uner-

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wünschte Wellenlängen zu beseitigen. Drei mögliche alternative Ausführungsformen von Filtern sind in den Fig. 7 bis 9 .angegeben. Bei diesen Anordnungen sind nach der bevorzugten Ausführungsform die zwei Strahlungswandler koaxial und mit gegenseitigem Abstand angeordnet. FiItereinrichtungen, die zur Beseitigung unerwünschter Wellenlängen vorgesehen sind, bestehen geeigneterweise aus einem Glasfilter von der absorptiven Art. Ein Bandfilter mit einer Bandbreite von 0,7 bis 2,8 Mikron liefert gute Ergebnisse, wenn Wandler in Form einer Thermosäule und einer Siliciumzelle verwendet werden. Wird ein derartiges Bandpassfilter verwendet, so-kann es in der Weise angeordnet werden, daß es als Fenster dient, das die Öffnung 7 in dem Absperrorgan 6 des Detektorkopfes schließt.

Fig. 3 zeigt einen typischen Zusammenhang zwischen der Temperatur einer Quelle, deren Strahlung von einer Thermosäule und einer Siliciumzelle aufgenommen wird, und den von diesen gelieferten Ausgangspotentialen. Der Quotient entsprechend der Potentialwerte dieser Kurven bei einer beliebigen gegebenen Temperatur ist ein Bruchteil dieser Temperatur. Ähnliche Differentialcharakteristiken können erhalten werden, wenn einer der Wandler photoleitend ist oder wenn beide Wandler photoleitend sind.

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Um eine Temperaturanzeige zu erhalten, sind die Wandler mit Einrichtungen zum Vergleich des Verhältnisses der von der empfangenen Strahlung abhängigen Parameter der Wandler verbunden.

Wenn photovoltaische Wandler verwendet werden, beispielsweise gemäß der bevorzugten Ausführungsform eine Thermosäule und eine Siliciumzelle, so wird das Verhältnis der Ausgangspotentiale der Thermosäule und der Siliciumzelle geeigneterweise durch potentiometrische Einrichtungen bestimmt.

Diese Einrichtungen weisen vorzugsweise ein selbstabgleichendes Potentiometer auf, wie es in Fig. 2 dargestellt ist. Dem-" gemäß besitzt das Potentiometer einen Schleif dreht67 mit hohem Widerstand, welcher durch einen ersten Spannungsteiler 68 über das Thermoelement 4 geschaltet ist. Der Schleifer 69 des Potentiometers ist durch den Eingang eines Verstärkers 70 und einen zweiten Spannungsteiler 71 über die Siliciumzelle geschaltet. Der Ausgang des Verstärkers 70 liegt an einem Servomotor 72, der den Schleifer in einer Abgleichstellung hält. Der Schleifer 69 kann selbst als Zeiger dienen oder einen Zeiger tragen, um eine Anzeige auf der bei 73 angegebenen Skala zu gewährleisten. Jede gewünschte Anzeigeoder Aufzeichnungseinrichtung kann derart ausgebildet werden, daß sie durch den Schleifer 69 betätigt wird.

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Die Eichung des Instrumentes wird durch Einstellung der Spannungsteiler 68 und 71 erreicht. Ein Widerstand ?4- kann mit dem Schleif draht 67 i-Q- Reihe geschaltet werden, so daß das Instrument in einem gewünschten ^temperaturbereich anzeigt. Da die Ansprechzeit der Siliciumzelle im Vergleich mit derjenigen des {Dhermoelements kurz ist, wird parallel zu dem Spannungsteiler 72 ein Kondensator 75 geschaltet, dessen Kapazität derart gewählt ist, daß in Zusammenarbeit mit dem Widerstand des Spannungsteilers 71 die Ansprechzeit der Siliciumzelle 5 i& der Weise erhöht wird, daß sie der genigen des Thermoelements entspricht.

Wenn das Gesichtsfeld des Pyrometers durch Schmutz teilweise verdunkelt wird, so wird die von den zwei Wandlern aufgenommene Strahlungsintensität verringert. Es werden Jedoch die Intensitäten beider Bänder der Wellenlänge der Strahlung, auf die die Wandler ansprechen, um den gleichen Seil verringert. Aus diesem Grunde bleibt das Verhältnis der Ausgangspotentiale der zwei Wandler konstant. Wenn das Pyrometer von der Strahlungsquelle abgeschaltet ist, so bleibt der letzte Ablesewert erhalten. Der Grund dafür ist, daß das Ausgangspotential der beiden Wandler auf Null reduziert wird und somit ihr Verhältnis unbestimmt ist und das Instrument . vor einer Änderung des Ablesewertes auf ein anderes Verhältnis warten muß« Dies erfolgt, obwohl in der Praxis der Skalen-

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wert langsam wandern kann, und zwar aufgrund der Entladung des Kondensators in dem Ansprech-Korrekturkreis.

Wenn der zweite Wandler photoleitend 1st, beispielsweise wenn mit dem Widerstandsnetzwerk ein Phototransistor verbunden ist, um eine Änderung der Spannung entsprechend der t empfangenen Strahlungsintensität zu "bewirken, so ist die Hinzunahme einer geregelten Erregerspannung erforderlich, um zu gewährleisten, daß die sich entsprechend ändernde Spannung den potentiometrisehen Einrichtungen zum ■Verhältnisvergleich in der gleichen Weise zugeführt wird, wie wenn eine Siliciumzelle verwendet ist. In ähnlicher Weise ist eine Erregerspannung erforderlich, wenn der erste Wandler photoleitend ist, beispielsweise wenn dieser eine mit einem Widerstandsnetzwerk verbundene Thermistorsäule aufweist.

" Wird ein Phototransistor verwendet, so wird vorzugsweise

benutzt

ein Phototransistor -, der einen schmalen Farbempfindlichkeits-Spitzenwert von etwa 1,6 Mikron besitzt. Für den lall-, daß eine Thermistorsäule verwendet wird, so wird diese geeigneterweise in Form mehrerer Thermistorperlen angewandt, die in Reihe geschaltet und symmetrisch um eine Achse angeordnet sind, welche mit dem optischen Weg I. zusammenfällt. Die Oberfläche der Thermistorperlen kann derart behandelt sein, daß sie nur auf das geforderte Wellenbad ansprechen. 2038Q9/0419

- Patentansprüche -

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Claims

Pat entansprüche

1« Quotientenpyrometer mit zwei Strahlungswandlern, die derart angeordnet sind, daß sie die von der zu messenden Quelle kommende Strahlung gleichzeitig empfangen, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungswandler (4, J?) aufgrund ihres inneren Aufbaus auf verschiedene Bänder der Wellenlänge der von der Quelle ausgesandten Strahlung ansprechen.

2„ Pyrometer nach Anspruch. 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Strahlungswandler eine Thermosäule (4) und der andere einen photoelektrischen Festkörper-Wandler (5) aufweist.

3. Pyrometer nach Anspruch 1, dadurch g eke nnze i c h n e t, daß ein Strahlungswandler einen Thermistor oder eine Thermistorsäule und der andere einen photoelektrischen Festkörper-Wandler aufweist.

4. Pyrometer nach den Ansprüchen 2 oder J, dadurch gekennzeichnet, daß der photοelektrische Festkörper-Wandler ein Silicium-Photoelement (^) umfaßt.

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5. Pyrometer nach den Ansprüchen 2 oder 3, dadurch g e -

k e η η ζ ei chne.t, daß der photoelektrische Festkörper-Wandler einen Phototransistor oder eine Photodiode aufweist.

6. Pyrometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungswandler (4, 5) in einem gemeinsamen optischen Weg mit einem gegenseitigen axialen Abstand angeordnet sind.

7. Pyrometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g ekennz ei chnet, daß in dem optischen Weg der Strahlungswandler ein optisches Bandpassfilter (8) angeordnet ist.

8. Pyrometer nach den Ansprüchen 6 oder 7, dadurch ge kennzei chnet, daß je nach dem EaIl die Thermosäule, der Thermistor oder die [Thermistorsäule vor dem photoelektrischen Wandler. (5) angeordnet ist.

9· Pyrometer nach Anspruch 8, dadurch g e k e η η ζ e i c h n. e t, daß zwischen der Thermosäule (4-), dem Thermistor oder der Thermistorsäule und dem photoelektrischen Wandler (5) ein optisches Bandpassfilter (26) angeordnet ist.

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1ί·* , . . BAD ORIGINAL

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10. Pyrometer nacli einem, der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t, daß die Wandler (4-, 5) in

und einem luftdichten Gehäuse angeordnet sind /daß auf die Temperatur ansprechende Einrichtungen (22) mit dem Gehäuse verbunden sind, um Einrichtungen (24) zu steuern, die dazu dienen, die Temperatur des Gehäuses (2) und somit der Wandler (4, 5) im wesentlichen konstant zu halten.-

11. Pyrometer nach Anspruch 10, dadurch g e k e η η ζ e i c h η et, daß die Einrichtungen zur Eonstanthaltung der Tempera tür ein Heizelement (24) und Vorrichtungen zur; Steuerung eines Kühlluftströmes durch das Gehäuse aufweisen.

12. Pyrometer nach Anspruch 11, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t, daß das Gehäuse (2) in einer umhüllung (27) angeordnet ist, durch die ein Kühlluftstrom geführt ist, und daß das Gehäuse mit Kühlrippen (25) versehen ist.

13- Pyrometer mit zwei Strahlungswandlern, die derart angeordnet sind, daß sie eine von einer zu messenden Quelle kommende Strahlung gleichzeitig empfangen, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t, daß die Strahlungswandler eine Thermosäule (4) und einen photoelektrischen Festkörper-Wandler (5) aufweisen, welche in einem luftdichten' Gehäuse (2) angeordnet sind, daß Einrichtungen vorgesehen sind, die die von der Quelle kommende Strahlung gleichzeitig auf die Thermosäule (4) und den Wandler (5) richten, daß auf die

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Temperatur anspreckende Einrichtungen (22) mit dem Gehäuse verbunden sind und daß durch die auf die Temperatur ansprechenden Einrichtungen (22) gesteuerte Einrichtungen (24) vorgesehen sind, um die Temperatur der kalten Verbindungen der Thermosäule (4) und die Temperatur des photo elektrischen Wandlers (5) im wesentlichen konstant. zu halten.

14. Pyrometer nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Thermosäule (4) derart ausgewählt ist', daß sie am meisten auf den Infrarotteil des Spektrums anspricht,

15. Pyrometer nach den Ansprüchen 1$ oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß der photoelektrische Wandler (5) eine Silicium-Photozelle aufweist.

16. Pyrometer naGh den Ansprüchen I3, 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Thermosäule (4) und der photo elektrische Wandler (5) zueinander koaxial und mit gegenseitigem Abstand angeordnet sind.

17. Pyrometer nach Anspruch 16, dadurch g e ke η η ζ e 1 c h n et, daß die Thermosäule (4) 10 Pt/Pt-13% lh Thermopaare aufweist, die in Reihe geschaltet und symmetlrisch um eine Achse angeordnet sind, welche mit dem optischen Weg der die Strahlung führenden Einrichtungen (48) zusammenfällt.

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18o Pyrometer nach den Ansprüchen 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Thermosäule (4) und dem photoelektrischen Wandler (5) ein optisches Bandpassfilter (26) angeordnet ist, um zu gewährleisten, daß der photoelektrische Wandler nur einem engen Band der •Wellenlänge der Strahlung ausgesetzt wird, welches von der Thermo säule (4-) empfangen wird.

19= Pyrometer nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Bandpassfilter (26) zur Art der Interferenzfilter gehört und eine Bandbreite von 4-00 bis

ο
800 A besitzt, deren Mitte zxri.schen 0,7 und 1,0 Mikron

liegt ο

20= Pyrometer nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch g e ken η ζ e ichnet, daß ein optisches Bandpassfilter (8) vor der Thermosäule (4·) angeordnet ist, um unerwünschte Wellenlängen der Strahlung zu beseitigen^

21. Pyrometer nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das vor der Thermosäule (4) angeordnete Bandpassfilter (8) zur Art der absorptiven Filter gehört und eine Bandbreite von 0,7 bis 2,8 Mikron aufweist.

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BAU ORIGINAL

22. Pyrometer nach einem der Ansprüche 13 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2) in einer Ummantelung (27) angebracht ist, an der die die Strahlung führenden Einrichtungen (48) befestigt sind.

23. Pyrometer nach Anspruch 22,dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2) auf einem Schlitten .(28) angebracht ist, der es gestattet, 'das Gehäuse entlang des optischen Weges der die Strahlung führenden Einrichtungen (4-8) einzustellen, um den Brennpunkt der die Strahlung führenden Einrichtungen relativ zur Thermosäule (4-) und zu dem phot ο elektrischen Wandler (5) einzustellen.

24-. Pyrometer nach Anspruch 23, dadurch gekennz ei cnnet, daß mit dem Gehäuse (27) ein Betrachtungsgerät (58) verbunden ist, und zwar in einer Linie mit dem optischen Weg der die Strahlung führenden Einrichtungen (4-8), wobei der Schlitten (28) in der Weise angeordnet ist, daß das Gehäuse in Querrichtung so verschoben werden kann, daß es außerhalb der Sichtbahn des Betrachtungsgerätes liegt.

25. Pyrometer nach einem der Ansprüche 13 bis 24-, dadurch gekennzeichnet, daß die die Strahlung führenden Einrichtungen eine Linse (4-8) aufweisen, welche derart gewählt ist, daß sie ein schmales Gesichtsfeld des Bereiches der Strahlungsquelle schafft, die gemessen werden soll.

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26» Pyrometer nach einem der Ansprüche 13 bis 25, dadurch g e-k e η η ζ e i e h η e t, daß die auf die Temperatur ansprechende Einrichtung ein Widerstandsthermometer (22) aufweist, das kontinuierlich die Temperatur des Gehäuses (2) misst, und daß die zur Konstanthaltung der Temperatur des Gehäuses vorgesehenen Einrichtungen ein elektrisches Heizelement '(24) und Vorrichtungen zur Durchführung eines Kühlluftstromes durch das Gehäuse aufweisen.

27» Pyrometer nach den Ansprüchen 25 und 26, dadurch g e kennz eichnet, daß die Linse (48) in einer rohrförmigen Teleskopanordnung (46, 47) angeordnet ist, die derart ausgebildet ist, daß sie durch den Kühlluftstrom gekühlt und von Staub gereinigt wird.

28. Pyrometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Parameter der Strahlungswandler, das von der von den Wandlern aufgenommenen Strahlung abhängt, verglichen wird und die Anzeige des erhaltenen Wertes mittels einer Einrichtung mit einem Selbstabgleichs-Potentiometer (67, 69) erfolgt.

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