DE19549214C2 - Temperatursensoreinheit - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Temperatursensoreinheit.

Temperatursensoreinheiten werden in vielen Bereichen der Technik eingesetzt. Sie können beispielsweise als reines Meß­ glied oder als Bestandteil von Regel- und Überwachungsein­ richtungen in elektrischen Öfen (Glühöfen, Härteöfen usw.) oder auch in elektrischen Strahlungsheizkörpern eingesetzt werden, wo sie sowohl als Bestandteil der Temperaturregelung dienen können, als auch, alternativ oder zusätzlich, als Be­ standteil einer Temperaturbegrenzungseinrichtung (Übertem­ peratursicherung). Bei Anwendungen, bei denen typische Ar­ beitstemperaturen oberhalb ca. 600°C liegen und bei denen Wärmestrahlung einen zunehmend größeren Beitrag zur Wärme­ übertragung liefert, kann eine Temperatursensoreinheit auch als Hochtemperatur-Sensoreinheit bezeichnet werden.

Allgemein bekannt sind Temperatursensoreinheiten mit Thermo­ elementen, bei denen die temperaturabhängige Kontaktspannung zwischen zwei verschiedenen, sich berührenden Metallen zur Bestimmung der Temperatur der Berührungsstelle genutzt wird.

Vorteilhaft ist bei diesen, daß direkt ein Meßsignal ent­ steht, das für die Verarbeitung in einer elektrischen Auswer­ teeinrichtung geeignet ist. Je nach Anwendung kann es aller­ dings nachteilig sein, daß eine Temperaturmessung nur punktu­ ell, d. h. am Ort des Kontaktes der sich berührenden Metalle, möglich ist. Hochtemperaturgeeignete Thermoelemente, z. B. Platin/Platin-Rhodium-Elemente, sind wegen der Verwendung von Edelmetallen auch relativ teuer. Bekannt sind auch elektri­ sche Widerstandsfühler.

Ein Temperaturmesse zur punktuellen Temperaturerfassung ist aus der EP 0 505 147 A2 bekanntgeworden. Ein langgestreckter, hohler Metallmantel umgibt mit einem zylindrischen Abschnitt einen Lichtleiter, dessen vorderes Ende im Bereich einer konischen Spitze des Mantels angeordnet ist und dessen hinte­ res Ende an ein Faseroptikkabel stößt, das zu einem Infrarot­ sensor führt. Der konische Spitzenabschnitt bildet einen konischen Hohlraum, dessen Strahlung über den Lichtleiter und die gesonderte Glasfaseroptik zum Infrarotsensor geleitet wird.

Für eine punktuelle Temperaturmessung ist es auch schon vorgeschlagen worden, an einem Ende eines durch eine Saphir­ faser gebildeten Lichtleiters eine Beschichtung anzubringen, die bei Erwärmung Infrarotstrahlung emittiert oder eine eingespeiste Lichtstrahlung in Abhängigkeit von der Tempera­ tur reflektiert. Der Lichtleiter dient zur Leitung dieses aus einem Spektrum von Infrarotstrahlung bestehenden Signales zu einem vom Lichtleiter gesonderten, durch eine Niedertempera­ turfaser gebildeten Lichtleiter, der das Signal zu einem entfernt von dem emittierenden Material angeordneten Infra­ rotsensor leitet (Peter Hauptmann, "Sensoren: Prinzipien und Anwendungen", Carl Hanser Verlag München, Wien (1990), Seite 81, Abb. 82). Das von einem heißen Körper abgestrahlte Spektrum von Infrarotstrahlung wird auch in der Pyrometrie zur Bestimmung der Temperatur des Körpers ausgenutzt.

Bei Übertemperatursicherungen von z. B. Strahlheizkörpern werden häufig Stabfühler eingesetzt. Diese die unterschied­ lichen Wärmeausdehnungen von verschiedenartigen Materialien nutzenden Temperatursensoreinheiten sind jedoch nur mit Auf­ wand in Regeleinrichtungen einzusetzen, weil das eigentliche Meßsignal (Längenausdehnungsdifferenz zwischen einem Rohr und einem in diesem angeordneten Stab des anderen Materials) ein mechanisches ist, das erst in ein elektrisches Meßsignal umgewandelt werden müßte. Stabfühler werden daher vorwiegend in Temperaturbegrenzungseinrichtungen eingesetzt. Vorteilhaft kann es sein, daß jede entlang des Stabfühlers auftretende Temperaturänderung eine Längenänderung und damit ein Signal bewirkt. Stabfühler sind daher zur Temperaturüberwachung ent­ lang einer geraden Linie geeignet und liefern ein integrales Signal.

Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine Temperatursensoreinheit zu schaffen, die für den Einsatz bei hohen Temperaturen geeignet ist und bei Bedarf auch ein in­ tegrales, zur Verarbeitung in einer elektrischen Auswerteein­ richtung geeignetes elektrisches Meßsignal liefern kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung eine Tempera­ tursensoreinheit mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 vor.

Bei dieser Temperatursensoreinheit sind der Signalerzeugerab­ schnitt zur Erzeugung eines von der Temperatur des Meßortes abhängigen Signals und der dieses Signal vom Meßort weglei­ tende Signalleitungsabschnitt Teile des gleichen langge­ streckten Elementes, das aus hochtemperaturbeständigem, für Infrarotstrahlung transparentem Material besteht. Der Signal­ erzeugungsabschnitt kann auch als aktive Länge, der Signal­ leitungsabschnitt als Übertragungslänge für das Signal be­ zeichnet werden. Der Übergang zwischen beiden ist fließend und es kann auch im Signalerzeugungsabschnitt eine Signallei­ tung und im Signalleitungsabschnitt ein geringfügiger Teil der Signalerzeugung stattfinden. Die aktive Länge und die Übertragungslänge sind prinzipiell frei wählbar und können der entsprechenden Anwendung optimal angepaßt werden.

Das im Signalerzeugungsabschnitt erzeugte und durch den Si­ gnalleitungsabschnitt vom Meßort weggeleitete Signal besteht im wesentlichen aus einer für die Temperatur des Meßortes charakteristischen spektralen Energieverteilung von Infrarot­ strahlung. Dieses Signal wird von dem für Infrarotstrahlung empfindlichen Sensor, der entfernt vom Signalerzeugungsab­ schnitt derart angeordnet ist, daß er das durch den Signal­ leitungsabschnitt geleitete Signal aufnehmen kann, in ein elektrisches Meßsignal umgewandelt, das wiederum charakteri­ stisch für die am Meßort herrschende Temperatur ist. Dieses Meßsignal ist zur direkten Weiterverarbeitung in einer elek­ trischen Auswerteeinrichtung geeignet.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das langgestreckte Element durch mindestens eine Quarzglasfaser, vorzugsweise durch ein Bündel von Quarzglasfasern, gebildet. Quarzglas­ fasern können bis zu Temperaturen von ca. 2000°C temperatur­ beständig sein und unterliegen bei den typischen höchsten An­ wendungstemperaturen bei z. B. Strahlheizkörpern auch im Dauerbetrieb nur unwesentlichen Veränderungen ihrer Eigen­ schaften. Sie können sehr dünn sein, beispielsweise zwischen 1 µm und 250 µm. Die bei dünnen Fasern sehr geringe Wärmeka­ pazität fördert eine schnelle Anpassung an die tatsächliche Temperatur des Meßortes, so daß die Temperatursensoreinheit als Ganzes eine geringe Trägheit aufweisen kann. Der Einsatz eines Bündels von Quarzglasfasern kann insbesondere die Be­ triebssicherheit der Temperatursensoreinheit vergrößern, da der Betrieb der Temperatursensoreinheit durch einen möglichen Bruch einzelner Fasern praktisch nicht beeinträchtigt wird. Wegen der Biegsamkeit von Quarzglasfasern ist es auch mög­ lich, die Temperatursensoreinheit anders als geradlinig aus­ zubilden und insbesondere den Signalleitungsabschnitt durch eine gekrümmte Führung den geometrischen Bedingungen zwischen Meßort und Auswerteeinrichtung anzupassen.

Das langgestreckte Element kann auch durch einen einzelnen Quarzglasstab gebildet sein, dessen Durchmesser vorzugsweise zwischen 1 und 7 mm, insbesondere zwischen 3 und 5 mm, liegen kann.

Die Quarzglasfasern oder der Quarzglasstab können aus im we­ sentlichen reinen Siliziumoxid bestehen. Zur Veränderung der Temperatureigenschaften, also zur Veränderung der spektralen Energieverteilung des Signals bei gegebener Temperatur, kann das Material der Quarzglasfaser oder des Quarzglasstabes auch mit Fremdelementen dotiert sein. Bevorzugtes Dotierungsele­ ment ist Germanium.

Das langgestreckte Element kann auch durch mindestens eine Lichtleitfaser, vorzugsweise durch ein Bündel von Lichtleit­ fasern, gebildet sein. Im Unterschied zu einer vom Material her homogenen Quarzglasfaser wird unter Lichtleitfaser hier eine Faser verstanden, die einen Kern eines Materials mit einem Brechungsindex von ca. 1,5 aufweist, der von einem Man­ tel mit einem Material mit einem um ca. 0,5 bis 1% geringe­ ren Brechungsindex umgeben ist. Während bei der Quarzglas­ faser und dem Quarzglasstab die für die Signalleitung erfor­ derliche Totalreflexion an der Grenzfläche Quarzglas-Umge­ bungsatmosphäre stattfindet, werden die Totalreflexionsbedin­ gungen in der Lichtleitfaser durch die Brechungsindexvertei­ lung im Querschnitt dieser Faser beeinflußt. Dadurch kann die Lichtleitfaser für die Leitung bestimmter Lichtspektren opti­ miert werden. Bezüglich der geringen Wärmekapazität, der Biegsamkeit und der dadurch flexiblen Signalführung sowie der Bruchsicherheit können bei den Lichtleitfasern bzw. Licht­ leitfaserbündeln die gleichen Vorteile erreicht werden wie mit Quarzglasfasern. Das langgestreckte Element kann auch eine Kombination von Quarzglasfasern und/oder Quarzglasstäben und/oder Lichtleiterfasern aufweisen.

Zur Erreichung eines optimalen Wirkungsgrades der Temperatur­ sensoreinheit ist es erforderlich, daß einerseits im Signal­ erzeugungsabschnitt bei der Arbeitstemperatur ein möglichst intensives Infrarotsignal entsteht. Gleichzeitig darf das Ma­ terial aber bei der Temperatur des Arbeitsbereiches und bei den im Signalleitungsabschnitt herrschenden niedrigeren Tem­ peraturen nicht undurchlässig für Infrarotstrahlung sein, da­ mit das Signal den Sensor erreichen kann. Zweckmäßig ist es daher, wenn das Material des langgestreckten Elementes im Temperaturbereich zwischen 600°C und 1000°C ein Verhältnis von spektralem Emissionsgrad zu Transmissionsgrad zwischen 0,25 und 4, insbesondere zwischen 0,5 und 2, vorzugsweise von etwa 1, aufweist.

Unter dem Emissionsgrad ist hier das Verhältnis aus der von einer Einheitsfläche pro Zeiteinheit abgestrahlten Strah­ lungsenergie zu der von der gleichen Fläche eines "schwarzen Körpers" bei gleicher Temperatur pro Zeiteinheit abgestrahl­ ten Strahlungsenergie zu verstehen. Der Transmissionsgrad ist das Verhältnis aus durch einen Körper durchgelassener, also weder absorbierter noch reflektierter, Energie zur auffallen­ den Strahlungsenergie. Die Summe aus Transmissionsgrad, Emis­ sionsgrad und dem Reflexionsgrad, also dem Verhältnis aus re­ flektierter und auffallender Strahlungsenergie, beträgt eins. Alle drei definierten Größen sind stoff-, oberflächen- und wellenlängenabhängig.

Der Sensor muß geeignet sein, ein aus einer spektralen Ener­ gieverteilung von Infrarotlicht bestehendes Signal in ein elektrisches Signal umzuwandeln. Bei einer bevorzugten Aus­ führungsform ist der Sensor ein optoelektronischer Sensor und weist mindestens einen Photowiderstand und/oder minde­ stens eine Photodiode auf. Bevorzugt ist eine Photodiode, vorzugsweise eine Si-Photodiode. Diese kann planar diffun­ diert sein und einen Empfindlichkeitsbereich von ca. 0,35 bis 1,1 µm aufweisen. Je nach Anwendung sind auch Indium-Anti­ monid-Photodioden oder Blei-Selenid-Detektoren möglich. Mög­ lich ist auch der Einsatz sog. "Thermopile"-Sensoren, bei denen Serien von vielen, z. B. 40, Thermoelementen zur Messung verwendet werden. Durch ihren Aufbau können diese Sensoren eine besonders geringe Abhängigkeit der Empfindlichkeit von der Temperatur des Sensors aufweisen.

Ein Sensor kann auch eine eigene interne Temperaturreferenz aufweisen, z. B. einen eingebauten Thermistor, über den die Temperatur des Sensors gemessen und bei der Auswertung des Signals berücksichtigt werden kann. Dadurch sind besonders genaue Bestimmungen der Temperatur des Meßortes möglich und Temperaturdrift der Temperatursensoreinheit kann vermindert werden.

Der Sensor kann direkt an einem kalten Ende, also an einem entfernt von dem Signalerzeugungsabschnitt liegenden Ende des langgestreckten Elementes, angeordnet sein und dieses berüh­ ren. Vorzugsweise weist der Sensor einen Signaleinlaß auf und ist mit dem Signaleinlaß in einem Abstand gegenüber einer Stirnseite des langgestreckten Elementes angeordnet. Der Zwischenraum zwischen Signaleinlaß und dem Ende des langge­ streckten Elementes ist vorzugsweise materialfrei, könnte zur Vermeidung von Wärmeübertragung durch Wärmekonvexion auch evakuiert sein, ist aber in der Regel mit dem Gas der Umge­ bungsatmosphäre gefüllt. Der Abstand zwischen Signaleinlaß des Sensors und dem kalten Ende des langgestreckten Elementes bewirkt, daß eine direkte Wärmeleitung zwischen diesen beiden unterbleibt, so daß das von dem Sensor erzeugte Meßsignal weitgehend auf die von dem Signalleitungsabschnitt übertra­ gene Wärmestrahlung zurückzuführen ist. Dies läßt eine genau­ ere Zuordnung des Meßsignales zu der eigentlichen, am Meßort bestehenden Temperatur zu.

Für die Genauigkeit dieser Zuordnung kann es auch von Vor­ teil sein, wenn das langgestreckte Element und der Sensor derart relativ zueinander gehaltert sind, daß der Abstand unabhängig von der Temperatur im wesentlichen konstant ist. Dadurch kann erreicht werden, daß der durch Wärmekonvexion und ggf. direkter Wärmeleitung verursachte Wärmeleitungsbe­ trag zwischen dem kalten Ende des langgestreckten Elementes und dem Sensor von der Temperatur unabhängig im wesentlichen konstant bleibt, so daß die Änderungen des Meßsignales direkt auf Änderungen der Wärmestrahlung zurückführbar sind. Der Ab­ stand kann zwischen 2 und 6 cm, insbesondere zwischen 3 und 5 cm, vorzugsweise ca. 4 cm betragen. Mit Vorteil ist der Sensor im übrigen abgedunkelt, so daß nur Licht auf den Sen­ sor einwirkt, das durch den Signalleitungsabschnitt zum Sen­ sor gelangt.

Dem gleichen Zweck kann es auch förderlich sein, wenn der Sensor von dem langgestreckten Element durch eine die Wärme­ leitung vermindernde Isolierung getrennt ist. Der Sensor kann mit Vorteil auch temperaturstabilisiert sein, insbesondere durch eine Kühlung. Auch diese Maßnahme kann dazu beitragen, eine direktere Zuordnung zwischen der Temperatur am Meßort und dem von dem Sensor erzeugten Meßsignal zu ermöglichen. In diesem Fall kann der obengenannte Abstand auch weniger als 2 cm betragen, z. B. 2 bis 5 mm.

Es ist möglich, das langgestreckte Element, insbesondere den Signalerzeugungsabschnitt, in direkten "Sichtkontakt" mit dem zu überwachenden Element zu bringen. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, daß von dem überwachten Element ausgehende In­ frarotstrahlung in das langgestreckte Element einkoppelt und zum Signal beiträgt. Für den Fall, daß dies vermieden werden soll, so daß das Meßsignal im wesentlichen auf die Temperatur des Signalerzeugungsabschnittes zurückgeht - die von der Tem­ peratur des zu überwachenden Elementes abweichen kann - kann es vorteilhaft sein, wenn das langgestreckte Element von einer für Infrarotstrahlung undurchlässigen Ummantelung um­ geben ist. Diese kann, wenn beispielsweise an beiden Enden des langgestreckten Elementes ein oder mehrere Sensoren ange­ bracht werden sollen, beidseitig offen sein. Wenn nur an einem Ende ein Sensor vorgesehen ist, ist die Ummantelung vorzugsweise auf der dem Sensor abgewandten Seite geschlos­ sen. Die Ummantelung kann neben der bereits beschriebenen Funktion der optischen Sperre auch die Funktion des mechani­ schen Schutzes des langgestreckten Elementes ausfüllen.

Vorzugsweise liegt das langgestreckte Element nicht direkt an der Innenseite der Ummantelung an, sondern es besteht ein Ab­ stand zwischen der Außenseite des langgestreckten Elementes und der Innenseite der Ummantelung. Zur Aufrechterhaltung dieses Abstandes können ggf. Abstandshalter vorgesehen sein. Insbesondere bei für den Hochtemperatureinsatz vorgesehenen Temperatursensoreinheiten kann die Ummantelung mit Vorteil im wesentlichen aus Edelstahl bestehen, vorzugsweise aus eine Fe-Cr-Al-Basislegierung oder einer Cr-Ni-Basislegierung. Die Ummantelung kann zur Erreichung eines besseren Wärmeleitungs­ kontaktes zwischen zu überwachendem Element und dem Signaler­ zeugungsabschnitt direkt an dem zu überwachenden Element vor­ zugsweise materialschlüssig befestigt sein, beispielsweise angeschweißt oder angelötet.

Die Temperatursensoreinheit schafft die Möglichkeit, eine Temperatur zu messen, die an einem Meßort auftritt, der ir­ gendwo entlang einer durch das langgestreckte Element gebil­ deten geraden oder gekrümmten Linie auftritt. Über eine flä­ chenhafte Auffächerung von mehreren langgestreckten Elemen­ ten, beispielsweise Quarzglasfasern oder Quarzglasfaserbün­ deln, deren Enden in einem gemeinsamen Endbereich einem oder mehreren Sensoren gegenüberliegen, kann eine Temperaturmes­ sung in einer Fläche erfolgen, wobei die Fläche durch die Verläufe der mehreren langgestreckten Elemente festgelegt wird und sowohl eine ebene als auch eine gekrümmte Fläche sein kann. Auch ein flächenhaftes Netz mehrerer quer, ins­ besondere senkrecht zueinander verlaufender, langgestreckter Elemente, an deren Enden jeweils Sensoren angeordnet sein können, kann realisiert werden. Eine Temperatur, die zum Bei­ spiel am Kreuzungspunkt zweier quer zueinander verlaufender, langgestreckter Elemente vorherrscht, würde ein entsprechen­ des Temperatursignal in den den jeweiligen langgestreckten Elementen zugeordneten Sensoren erzeugen. Damit könnten die Koordinaten des heißesten Punktes in einer durch das Netz langgestreckter Elemente aufgespannten Ebene bestimmt werden.

Ein Ausführungsbei­ spiel der Erfindung wird in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform einer Temperatursensoreinheit.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Temperatursensoreinheit 1 ist das langgestreckte Element als Quarzglasfaserbündel 2 ausgebil­ det; bei einer anderen, nicht gezeigten Ausführungsform ist es als Quarzglasfaser bzw. Quarzglasstab, bei einer weiteren anderen als Faserbündel aus Lichtleiterfasern ausgebildet. Das Quarzglasfaserbündel 2 ist von einer rohrförmigen Umman­ telung 3 umgeben, die einseitig eine sich verjüngende und schließlich geschlossene Spitze 4 aufweist. Zwischen der Au­ ßenseite des Quarzglasfaserbündels 2 und der Innenseite der Ummantelung 3 ist ein rohrförmiger, gasgefüllter Zwischenraum 5 ausgebildet, so daß das Quarzglasfaserbündel 2 nur an den Stellen, an denen (nicht gezeigte) Abstandhalter angeordnet sind, mit der Ummantelung in Materialkontakt steht. Der Zwi­ schenraum 5 ist bei anderen Ausführungsformen mit einem Ein­ bettmaterial ausgefüllt. Es können thermische Einbettmateria­ lien verwendet werden. Vorzugsweise besteht das Einbettmate­ rial aus Siliziumoxid, insbesondere in gemahlener Form. Sili­ ziumoxid ist wegen der geringen Kosten und der chemischen Verträglichkeit mit dem Material des langgestreckten Elemen­ tes (und der Ummantelung) bevorzugt.

Die Ummantelung 3 ist als Edelstahlmantel aus einer Fe-Cr- Al-Basislegierung ausgebildet, die hochtemperaturbeständig und relativ schlecht wärmeleitend ist. Der der Spitze 4 gegenüberliegende Endbereich 6 der Ummantelung ist innerhalb einer im Querschnitt flaschenförmigen Halterung 7 aus Edel­ stahl derart angeordnet, daß die der Spitze 4 abgewandten Stirnseite 8 der Ummantelung 3 und die der Spitze 4 abgewand­ te Stirnseite 9 des Quarzglasfaserbündels 2 in einer gemein­ samen Ebene 10 liegen, die senkrecht zur Längsrichtung des Quarzglasfaserbündels 2 etwa mittig zwischen dem Boden 11 der Halterung 7 und der im Flaschenhals der Halterung 7 gebilde­ ten runden Öffnung 12 liegt. Die Ummantelung 3 sitzt paßgenau in der Öffnung 12 und schließt diese lichtdicht ab. Im Be­ reich der Öffnung 12 sind die Halterung 7 und die Ummantelung 3 miteinander verschweißt.

Das Quarzglasbündel 2 weist in der Nähe der Spitze 4 einen Signalerzeugungsabschnitt 13 zur Erzeugung eines von der Tem­ peratur des Meßortes abhängigen Signals auf. An den Signaler­ zeugungsabschnitt 13 schließt sich zum Endbereich 6, also zum "kalten Ende" des Quarzglasfaserbündels und der Ummantelung, ein langgestreckter Signalleitungsabschnitt 14 an, dessen Übergang zum Signalerzeugungsabschnitt 13 fließend ist und der im Bereich der Ebene 10 endet.

Innerhalb der Halterung 7 ist ein nur schematisch gezeigter optoelektronischer Sensor 15 angeordnet. Der Sensor 15 weist im gezeigten Ausführungsbeispiel eine planar diffundierte Silizium-Photodiode auf. Er dient zur Umwandlung des durch die Pfeile 16 symbolisierten Signals in ein elektrisches Meß­ signal, das an den Anschlüssen 17 abgegriffen und zur Verar­ beitung an eine elektrische Auswerteeinrichtung weitergelei­ tet werden kann. Zwischen dem in der symbolischen Darstellung nicht gezeigtem Signaleinlaß des Sensors und der Stirnseite 9 des Quarzglasfaserbündels 2 ist ein Abstand 18 gebildet, der einen "Sichtkontakt" zwischen Quarzglasfaserbündel 2 und dem Signaleinlaß des Sensors 15 erlaubt, eine direkte Wärme­ leitung zwischen diesen jedoch verhindert. Über den Abstand hinweg erfolgt die Signalübertragung im wesentlichen durch Wärmestrahlung.

Im Einsatz wird die Temperatursensoreinheit derart zu dem zu überwachenden Element, beispielsweise einem Strahlungsheiz­ körper, angebracht, daß der Signalerzeugungsabschnitt 13 nahe dem Ort liegt, dessen Temperatur bestimmt werden soll. Dazu kann beispielsweise die Ummantelung 3 im Bereich kurz ober­ halb der Heizwendeln eines Strahlungsheizkörpers angebracht sein. Bei anderen Anwendungen kann die Ummantelung im Bereich des Signalerzeugungsabschnittes 13 auch direkt auf das zu überwachende Element geschweißt oder gelötet sein. Bei Erwär­ mung entsteht in dem Signalerzeugungsabschnitt Infrarotstrah­ lung einer für die Temperatur des Signalerzeugungsabschnittes und für das Material des Signalerzeugungsabschnittes charak­ teristischen spektralen Energieverteilung. Dieses Infrarot­ lichtsignal wird unter Nutzung der an der Grenzfläche Quarz­ glasfaser-Umgebungsatmosphäre auftretenden Totalreflexion in Längsrichtung des Quarzglasfaserbündels 2 durch den Signal­ leitungsabschnitt in Richtung zum Sensor 15 geleitet. Die Übertragungslänge, also die Länge des Signalleitungsabschnit­ tes, ist grundsätzlich frei wählbar, praktisch jedoch durch die auftretenden Übertragungsverluste, z. B. Absorption, be­ grenzt. Die aktive Länge der Temperatursensoreinheit, die im wesentlichen der Länge des Signalerzeugungsabschnittes 13 entspricht, ist ebenfalls frei wählbar. Das Signal tritt an der Stirnseite 9 des Quarzglasfaserbündels 2 aus diesem aus und trifft nach Überwindung des Abstandes 18 auf den opto­ elektronischen Sensor 15, der das Signal in ein an den An­ schlüssen 17 abgreifbares elektrisches Meßsignal umwandelt.

Claims (13)

1. Temperatursensoreinheit (1) mit
mindestens einem aus hochtemperaturbeständigem, für Infrarotstrahlung transparenten Material bestehenden langgestreckten Element, das
mindestens einen an einem Meßort anordenbaren Signaler­ zeugungsabschnitt (13) zur Erzeugung eines von der Temperatur des Meßorts abhängigen Signals und mindestens einen sich an den Signalerzeugungsabschnitt (13) an­ schließenden, durch das gleiche langgestreckte Element gebildeten, langgestreckten Signalleitungsabschnitt (14) aufweist, sowie mit
mindestens einem entfernt von dem Signalerzeugungsab­ schnitt (13) angeordneten, zur Aufnahme des durch den Signalleitungsabschnitt (14) geleiteten Signals ausge­ bildeten, für Infrarotstrahlung empfindlichen Sensor (15) zur Umwandlung des Signals in ein zur Verarbeitung in einer elektrischen Auswerteeinrichtung geeignetes elektrisches Meßsignal.

2. Temperatursensoreinheit nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das langgestreckte Element durch minde­ stens eine Quarzglasfaser, vorzugsweise durch ein Bündel von Quarzglasfasern (2), gebildet ist.

3. Temperatursensoreinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das langgestreckte Element durch einen Quarzglasstab gebildet ist.

4. Temperatursensoreinheit nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Quarzglas des Quarzglasstabes oder der Quarzglasfaser mit Fremdelementen dotiertes Quarzglas ist, wobei als Fremdelemente vorzugsweise Germanium vorgesehen ist.

5. Temperatursensoreinheit nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das langgestreckte Element durch minde­ stens eine Lichtleitfaser, vorzugsweise durch ein Bündel von Lichtleitfasern, gebildet ist.

6. Temperatursensoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des langgestreckten Elementes im Temperaturbereich zwischen 600°C und 1000°C ein Verhältnis von spektralem Emis­ sionsgrad zu Transmissionsgrad zwischen 0,25 und 4, ins­ besondere zwischen 0,5 und 2, vorzugsweise von etwa 1, aufweist.

7. Temperatursensoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (15) ein optoelektronischer Sensor ist und mindestens ein Photowiderstand und/oder mindestens eine Photodiode aufweist.

8. Temperatursensoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (15) einen Signaleinlaß aufweist und daß der Sensor mit dem Signaleinlaß in einem Abstand (18) gegenüber einer Stirnseite (9) des langgestreckten Elementes angeordnet ist.

9. Temperatursensoreinheit nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das langgestreckte Element und der Sensor (15) derart relativ zueinander gehaltert sind, daß der Ab­ stand (18) unabhängig von der Temperatur im wesentlichen konstant ist.

10. Temperatursensoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (15) von dem langgestreckten Element durch eine die Wärmeleitung vermindernde Isolierung getrennt ist.

11. Temperatursensoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (15) tempe­ raturstabilisiert ist, insbesondere durch eine Kühlung.

12. Temperatursensoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das langgestreck­ te Element von einer für Infrarotstrahlung undurchlässi­ gen Ummantelung (3) umgeben ist.

13. Temperatursensoreinheit nach Anspruch 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Ummantelung (3) im wesentlichen aus Edelstahl besteht, vorzugsweise aus einer Fe-Cr-Al- Basislegierung oder einer Cr-Ni-Basislegierung.