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DE19643221B4 - Sensor for radiation pyrometric temperature measurement under conditions of high ambient temperatures - Google Patents

Sensor for radiation pyrometric temperature measurement under conditions of high ambient temperatures Download PDF

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DE19643221B4
DE19643221B4 DE19643221A DE19643221A DE19643221B4 DE 19643221 B4 DE19643221 B4 DE 19643221B4 DE 19643221 A DE19643221 A DE 19643221A DE 19643221 A DE19643221 A DE 19643221A DE 19643221 B4 DE19643221 B4 DE 19643221B4
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sensor
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temperature
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Abstract

Sensor zur strahlungspyrometrischen Messung der Temperatur von festen Werkstoffen, Materialien und Erzeugnissen unter Bedingungen hoher Umgebungstemperaturen am Sensor im Innern von Heißlufttrocknern und Wärmebehandlungsanlagen auf der Grundlage einer oder mehrerer in einem metallischen Gehäuse (1) hinter einem im langwelligen Infrarotbereich strahlungsdurchlässigen Fenster (2) befindlichen, gegenpolar in Reihe geschalteten Thermosäulen (3, 4), deren Drähte (5) aus gegenseitig thermoelektrisch aktivem Material achsparallel in einem zylindrischen Körper (6) aus schlecht wärmeleitendem und temperaturbeständigem, Material symmetrisch zueinander angeordnet sind, wobei sich die Lötstellen (7) auf den Grundflächen (61, 62) dieses Körpers (6) befinden und der Teil der Lötstellen (7), die die Vergleichs- oder Bezugslötstellen (72) bilden, durch einen strahlungsundurchlässigen Schild (8) vor oder hinter dem Fenster (2) gegenüber der zu messenden Strahlung abgeschirmt sind und ein erstes Thermoelement (9) zur Messung der Eigentemperatur des Sensors am Schild (8) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites Thermoelement (10) als Vergleichselement zum ersten Thermoelement (9) ausgebildet...sensor for the radiation pyrometric measurement of the temperature of solid materials, Materials and products in conditions of high ambient temperatures on the sensor inside hot air dryers and heat treatment plants based on one or more in a metallic housing (1) behind a radiation-permeable window in the long-wave infrared range (2), in opposite polarity in series thermopiles (3, 4), their wires (5) of mutually thermoelectrically active material axially parallel in a cylindrical body (6) from poorly heat-conducting and temperature resistant, material are arranged symmetrically to each other, wherein the solder joints (7) on the bases (61, 62) of this body (6) and the part of the solder joints (7) constituting the comparison or reference solder joints (72) a radiopaque Shield (8) in front of or behind the window (2) opposite the radiation to be measured are shielded and a first thermocouple (9) for measuring the Temperature of the sensor is attached to the shield (8), thereby characterized in that a second thermocouple (10) as a comparison element to the first thermocouple (9) trained ...

Figure 00000001
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Description

Die Erfindung ermöglicht die berührungslose Messung der Oberflächentemperatur von festen Werkstoffen, Materialien und Erzeugnissen insbesondere im Inneren von Heißlufttrocknern und Wärmebehandlungs-Anlagen unter Bedingungen hoher Umgebungstemperaturen und an Stellen, die visuell von außen nicht zugängig sind. Die mittels mehrerer auf diesem Verfahren beruhender und innerhalb der Anlage in unmittelbarer Nähe der zu messenden Oberfläche angeordneter Sensoren erhaltene Kenntnis des räumlichen und zeitlichen Temperaturprofils des zu behandelnden Materials ist neben anderen Prozeßparametern eine wichtige Voraussetzung zur optimierten Prozeßführung im Hinblick auf Wirtschaftlichkeit und Qualitätssicherung.The Invention allows the non-contact measurement the surface temperature of solid materials, materials and products in particular inside of hot air dryers and heat treatment equipment under conditions of high ambient temperatures and in places that visually from the outside not accessible are. By means of several based on this method and within the plant in the immediate vicinity the surface to be measured arranged sensors obtained knowledge of the spatial and temporal temperature profile of the Material to be treated is among other process parameters an important prerequisite for optimized process control in the In terms of cost-effectiveness and quality assurance.

Aus der GB 2 090 418 A ist ein Sensor mit Thermosäulen zur Messung von Infrarotstrahlung bekannt, bei dem der Einfluß der Raumtemperatur kompensiert wird. Die US 5,059,543 zeigt einen in Dünnschichttechnologie hergestellten Infrarotsensor mit Thermosäulen. Derartige Sensoren sind jedoch nicht zum Einsatz unter hohen Umgebungstemperaturen geeignet.From GB 2 090 418 A a sensor with thermopile for the measurement of infrared radiation is known in which the influence of the room temperature is compensated. The US 5,059,543 shows an infrared sensor with thermopiles manufactured using thin-film technology. However, such sensors are not suitable for use under high ambient temperatures.

Nach DE 4 991 257 A1 und WO 96/163118 A1 wird eine Vorrichtung zur strahlungs pyrometrischen Messung von Temperaturen mittels Thermosäulen unter Anwendung von Werkstoffen und Bauelementen vorgeschlagen, die gegenüber Temperaturen bis zu 400°C und mehr beständig sind, so daß dies Messungen unter Bedingungen hoher Umgebungstemperaturen ermöglicht, ohne daß Maßnahmen zur Kühlung des Sensors erforderlich sind.To DE 4 991 257 A1 and WO 96/163118 A1 discloses a device for radiation pyrometric Measurement of temperatures by means of thermopiles using materials and devices proposed to temperatures up to 400 ° C and more resistant are, so this Enables measurements under conditions of high ambient temperatures, without action for cooling of the sensor are required.

Das Prinzip dieser Meßvorrichtung beruht darauf, daß die Lötstellen 7 der Thermosäulen 3 und 4 auf den einander gegenüberliegenden Grundflächen 61 und 62 eines vorzugsweise zylindrischen Körpers 6 aus hitzebeständigem, schlecht wärmeleitenden Material angeordnet sind, daß die aus gegenseitig thermoelektrisch aktivem Material bestehenden Verbindungsdrähte 5 zwischen den Lötstellen 7 achsparallel durch den Körper 6 geführt werden, daß sich eine der beiden Grundflächen 61, 62 mit den Lötstellen 72 hinter einem strahlungsdurchlässigen Fenster 2 befindet, wobei die Bezugslötstellen 72 durch einen strahlungs undurchlässigen Schild 8 gegenüber der zu messenden Strahlung abgedeckt sind.The principle of this measuring device based on the fact that the solder joints 7 the thermopiles 3 and 4 on the opposite ground surfaces 61 and 62 a preferably cylindrical body 6 made of heat-resistant, poorly heat-conducting material are arranged that the existing of mutually thermoelectrically active material connecting wires 5 between the solder joints 7 paraxial through the body 6 be led that one of the two bases 61 . 62 with the solder joints 72 behind a radiation-permeable window 2 is located, with the reference solder joints 72 through a radiation-impermeable shield 8th are covered with respect to the radiation to be measured.

Die Kompensation nichtstrahlungsbedingter Temperaturunterschiede zwischen den Lötstellen 71, 72 wird dabei erreicht, indem die zweite, gegenüber der Thermosäule 3 gleich geartete Thermosäule 4 symmetrisch zur Säule 3 mit den strahlungssensitiven Lötstellen 7l hinter dem strahlungsundurchlässigen Schild 8 angeordnet und mit dieser gegenpolar in Reihe geschaltet wird. Zur weiteren Verbesserung der Kompensation von durch inhomogene Temperaturverteilung im Sensor verursachten Störungen werden die Säulen 3 und 4 weiter aufgeteilt in nacheinander angeordnete, wechselweise gegenpolar in Reihe geschaltete Komponenten 31, 41, 32 und 42, wobei die frontalen Lötstellen der Säulen 41 und 42 gegenüber der zu messenden Strahlung abgedeckt sind.The compensation of non-radiation-related temperature differences between the solder joints 71 . 72 is achieved by the second, opposite the thermopile 3 same type thermopile 4 symmetrical to the column 3 with the radiation-sensitive solder joints 7l behind the radiopaque shield 8th arranged and connected in series with this gegenpolar. To further improve the compensation of interference caused by inhomogeneous temperature distribution in the sensor, the columns become 3 and 4 further divided into successively arranged, alternately polarized in series components 31 . 41 . 32 and 42 , where the frontal solder joints of the columns 41 and 42 are covered with respect to the radiation to be measured.

Im Falle eines Temperaturunterschiedes zwischen dem Schild 8 und den unter diesem Schild befindlichen Lötstellen 72 der Kompensations-Thermosäule 4 verursacht ein Strahlungsaustausch eine Signalstörung in der Meßkette. Diese Störung wird gemäß der DE 196 15 244 A1 verhindert, indem das für die Messung der Eigentemperatur des Sensors vorgesehene Thermoelement 9 direkt am Schild 8 befestigt wird.In case of a temperature difference between the shield 8th and the solder joints under this plate 72 the compensation thermopile 4 Radiation exchange causes a signal disturbance in the electrode. This disorder is done according to the DE 196 15 244 A1 prevented by the provided for the measurement of the temperature of the sensor of the sensor thermocouple 9 right on the sign 8th is attached.

Trotz dieser Kompensationsmaßnahmen treten in der Praxis Signalstörungen in zweiter Ordnung auf, die ihre Ursache in einer zwar geringen, aber fertigungstechnisch nicht vermeidbaren Unsymmetrie zwischen der sensitiven Säule 3 und der Kompensations-Säule 4 sowie in Inhomogenitäten der Materialbeschaffenheit des Sensorkernes haben. Dies betrifft insbesondere den Fall der sprunghaften Änderung der Umgebungstemperatur des Sensors, wodurch im Sensor relativ steile Temperaturgefälle zustande kommen.In spite of these compensatory measures, second-order signal disturbances occur in practice, the cause of which is a small, but not technically unavoidable asymmetry between the sensitive column 3 and the compensation column 4 as well as in inhomogeneities of the material nature of the sensor core. This applies in particular to the case of the abrupt change in the ambient temperature of the sensor, as a result of which relatively steep temperature gradients occur in the sensor.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Störung auszuschalten und auch während einer sprunghaften Änderung der Umgebungstemperatur eine zuverlässige Funktion des Sensors zu gewährleisten.Of the Invention is based on the object to turn off this disorder and also while a sudden change the ambient temperature a reliable function of the sensor to ensure.

Dies wird erfindungsgemäß erreicht, indem das Temperaturgefälle zwisclien der Sensor-Peripherie und dem Sensorinneren mittels gegeneinander geschalteter Thermoelemente gemessen und dieses Signal direkt durch Reihenschaltung dem strahlungsrelevanten, aber gestörten Signal der Thermosäulen 3 und 4 überlagert wird. Dem liegt der Sachverhalt zugrunde, daß das zu kompensierende individuelle Störsignal eines Sensors linear dem Temperaturgefälle zwischen der Peripherie und der Achse des Sensors proportional ist.This is achieved according to the invention by measuring the temperature gradient zwisclien the sensor periphery and the sensor interior by means of mutually switched thermocouples and this signal directly by series connection the radiation-relevant, but disturbed signal of the thermopile 3 and 4 is superimposed. This is based on the fact that the individual interference signal to be compensated by a sensor is linearly proportional to the temperature gradient between the periphery and the axis of the sensor.

Als ein solches, das Kompensations-Signal liefernde Thermoelemente-Paar dient ein auf der Grundfläche 61 des Körpers 6 erfindungsgemäß unter dem Schild 8 angeordnetes Thermoelement 10 und das zur Messung der Eigentemperatur des Sensors bereits vorhandene am Schild 8 befestigte Thermoelement 9. Beide Thermoelemente 9, 10 werden gegeneinander geschaltet in Reihe in den Stromkreis der Thermosäulen 3 und 4 eingebunden; und zwar so, daß das am Schild 8 befestigte Thermoelement 9 je nach Polarität des Störsignals das erste bzw. letzte Glied dieser Meßkette bildet. Dadurch wird erreicht, daß nur drei Signalleitungen 14, 15 und 16 vom Sensor zur zentralen Auswerte-Elektronik benötigt werden, indem der Meßstromkreis für das Sensorsignal und derjenige für die Eigentemperatur des Sensors einen gemeinsamen Potentialanschluß 15, z.B. Masse besitzen. An welches der beiden Enden der Thermosäulen-Kette 3 und 4 das Thermoelemente-Paar 9 und 10 anzuschließen ist, hängt von der Polarität des Störsignals ab. Diese ist für jeden Sensortypus im allgemeinen einheitlich und einmalig experimentell bestimmbar.As such, the compensation signal supplying pair of thermocouples serves one on the ground plane 61 of the body 6 according to the invention under the sign 8th arranged thermocouple 10 and the already existing for measuring the temperature of the sensor on the shield 8th fortified Ther moelement 9 , Both thermocouples 9 . 10 are switched against each other in series in the circuit of the thermopile 3 and 4 involved; in such a way that that at the sign 8th attached thermocouple 9 depending on the polarity of the interfering signal forms the first or last member of this electrode. This ensures that only three signal lines 14 . 15 and 16 From the sensor to the central evaluation electronics are required by the measuring circuit for the sensor signal and the one for the temperature of the sensor a common potential terminal 15 , eg to own mass. To which of the two ends of the thermopile chain 3 and 4 the thermocouple pair 9 and 10 is to be connected, depends on the polarity of the interfering signal. This is generally uniform for each sensor type and can be experimentally determined once.

Das Kompensations-Signal des Thermoelemente-Paares 9 und 10 übertrifft im allgemeinen das zu kompensierende Störsignal. Zur Dezimierung des Kompensations-Signals im erforderlichen Maße dient ein, beiden Thermoelementen 9, 10 parallel geschalteter Shunt-Widerstand 12, der für jeden Sensor individuell zu bestimmen, ist. Um mit dieser Maßnahme das vom Thermoelement 9 gelieferte Meßsignal für die Eigentemperatur des Sensors nicht zu stören, macht sich die Erhöhung des Innenwiderstandes des Thermoelement-Paares 9 und 10 durch einen Widerstand 11 von mindestens 50 Ohm erforderlich.The compensation signal of the thermocouple pair 9 and 10 generally exceeds the interfering signal to be compensated. To decimate the compensation signal to the required extent is one, two thermocouples 9 . 10 parallel shunt resistor 12 which is to individually determine for each sensor. To do this with the thermocouple 9 Not to disturb supplied measuring signal for the sensor's own temperature, makes the increase of the internal resistance of the thermocouple pair 9 and 10 through a resistance 11 of at least 50 ohms required.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann das Kompensations-Signal alternativ erzeugt werden, indem anstelle des am Schild 8 befestigten, zur Messung der Eigentemperatur des Sensor bestimmten Thermoelementes 9 im Peripherie-Bereich des Sensor, z.B. am Gehäuse, in dessen Nähe, am Schild 8 oder am Fenster 2 ein zusätzliches Thermoelement 13 in Verbindung mit dem unter dem Schild 8 befindlichen Thermoelement 10 angeordnet wird, wobei gleichermaßen ein Shunt-Widerstand 12 zur Anpassung des Kompensations-Signals an das Störsignal dient.Alternatively, according to another feature of the invention, the compensation signal may be generated by substituting for the sign 8th attached, for measuring the temperature of the sensor specific thermocouple 9 in the peripheral area of the sensor, eg on the housing, in its vicinity, on the shield 8th or at the window 2 an additional thermocouple 13 in conjunction with the under the shield 8th located thermocouple 10 is arranged, with equally a shunt resistor 12 to adapt the compensation signal to the interfering signal.

Für den Fall, daß das Störsignal das mit einem Thermoelemente-Paar erzielbare Kompensations-Signal übertrifft, wird nach einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgeschlagen, daß sowohl im Peripherie-Bereich des Sensors als auch in dessen Achsnähe mehrere, und zwar in beiden Bereichen eine gleiche Anzahl von Thermoelementen angeordnet sind, die paarweise gegenpolig in Reihe geschaltet anstelle des Thermoelemente-Paares 10 und 13 in die gesamte Kette eingebunden sind, und daß parallel zu diesen ein Shunt-Widerstand geschaltet wird.In the event that the interference signal exceeds the achievable with a thermocouple pair compensation signal, it is proposed according to a further feature of the invention that both in the peripheral region of the sensor and in the vicinity of the axis more, in both areas an equal Number of thermocouples are arranged in pairs in opposite polarity connected in series instead of the thermocouple pair 10 and 13 are integrated into the entire chain, and that in parallel with these a shunt resistor is switched.

Zur Dämpfung starker Temperaturgefälle innerhalb des Sensors bei extremen Temperatursprüngen, z.B. bei Anblasen des kalten Sensors mit Heißluft oder umgekehrt, wird vorgeschlagen, das Sensorgehäuse mit einem Mantel aus wärmeisolierendem und temperaturbeständigen Material zu umkleiden.to damping strong temperature gradient within the sensor at extreme temperature jumps, e.g. when blowing the cold sensor with hot air or vice versa, it is proposed that the sensor housing with a coat of heat-insulating and temperature resistant To change the material.

Zur Ermittlung des optimalen Wertes für den Shunt-Widerstand 12 wird erfindungsgemäß an dessen Stelle außerhalb des Sensors ein regelbarer Widerstand angeschlossen, der Sensor in einem Wänneschrank auf z.B. 150°C aufgeheizt, nach Angleichen aus dem Schrank entnommen und bei Raumtemperatur mit freier Öffnung in den Raum blickend positioniert. Mit dem Regelwiderstand wird dann während des Abkühlens des Sensors ein solcher Wert eingestellt, daß der an die Meßelektronik angeschlossene Sensor Raumtemperatur anzeigt.To determine the optimal value for the shunt resistor 12 According to the invention, a controllable resistance is connected in its place outside the sensor, the sensor heated in a cupboard to eg 150 ° C, removed after matching from the cabinet and positioned at room temperature with free opening into the room looking. With the variable resistor is then set during the cooling of the sensor, such a value that the connected to the measuring electronics sensor displays room temperature.

An Hand der Bilder 1 bis 4 werden nachfolgend zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Es zeigenAt Hand of the pictures 1 to 4 are below two embodiments of the invention. Show it

1 schematisch den Aufbau eitles Sensors gemäß der Erfindung und die prinzipielle Schaltverbindung der einzelnen Elemente, 1 2 shows schematically the structure of the sensor according to the invention and the basic switching connection of the individual elements,

2 die Verteilung der Lötstellen der Thermosäulen 31, 41, 32 und 42 des Sensors nach 1 auf einer Grundfläche des Tragkörpers, 2 the distribution of the solder joints of the thermopiles 31 . 41 . 32 and 42 of the sensor 1 on a base of the support body,

3 in übersichtlicher Darstellung die prinzipielle Schaltverbindung der einzelnen Elemente, 3 in a clear representation the principal switching connection of the individual elements,

4 die Schaltverbindung der Elemente in einem alternativen Ausführungsbeispiel. 4 the switching connection of the elements in an alternative embodiment.

Auf einem zylindrischen Tragkörper 6 aus einem zementgebundenen leichten Silikat-Schaummaterial von 30 mm Höhe und 30 mm Durchmesser sind vier Thermosäulen 31, 41, 32 und 42 aus je 6 Thermopaaren NiCr/Ni angeordnet, deren 0,2 mm dicke Drähte 5 in achsparallelen Bohrungen in diesem Körper geführt werden. Über den einander gegenüberliegenden Grundflächen 61 und 62 des Körper 6 befinden sich je 24 in 4 Quadranten der Kreisfläche symmetrisch angeordnete Lötstellen 7, deren Verteilung aus 2 ersichtlich ist. Die Thermosäulen sind wechselweise gegenpolar in Reihe geschaltet, so daß sich an deren Verbindungsstellen zweier benachbarter Säulen jeweils Drahtelemente aus gleichem Material treffen. In 1 sind aus Gründen der Übersichtlichkeit schematisch nur zwei benachbarte Thermosäulen 3 und 4 dargestellt. Die strahlungssensitiven Lötstellen 71 und die Bezugslötstellen 72 befinden sich auf der dem Meßobjekt zugewandten Fläche des Körpers 6 hinter einem infrarot-durchlässigen Fenster 2 aus Bariumfluorid-Einkristall von 30 mm Durchmesser und 3 mm Dicke, wobei die Lötstellen 72 der zur Kompensation dienenden gleichgepolten 4 Thermosäulen durch einen strahlungsundurchlässigen Schild 8 gegenüber der äußeren Strahlung abgedeckt sind. Dieser Schild ist an der Innenseite mit einem Pigment geschwärzt, besteht aus 0,2-mm-Kupferblech und befindet sich in wärmeleitendem Kontakt mit dem Fenster 2.On a cylindrical supporting body 6 a cement-bonded light silicate foam material 30 mm high and 30 mm in diameter are four thermopiles 31 . 41 . 32 and 42 each consisting of 6 thermocouples NiCr / Ni, their 0.2 mm thick wires 5 be guided in axis-parallel holes in this body. Over the opposite ground surfaces 61 and 62 of the body 6 24 symmetrical solder joints are located in 4 quadrants of the circular area 7 whose distribution out 2 is apparent. The thermopiles are alternately connected in series polarity, so that meet at the junctions of two adjacent columns each wire elements made of the same material. In 1 For reasons of clarity, only two adjacent thermopiles are shown schematically 3 and 4 shown. The radiation-sensitive solder joints 71 and the reference solder joints 72 are located on the surface of the body facing the object to be measured 6 behind an infrared-transparent window 2 from barium fluoride single crystal of 30 mm diameter and 3 mm thickness, with the solder joints 72 the equalization pole used for the compensation th 4 Thermopiles through a radiopaque shield 8th are covered against the external radiation. This sign is blackened on the inside with a pigment, consists of 0.2 mm copper sheet and is in heat-conducting contact with the window 2 ,

Am Schild 8 ist ein Thermoelement 9 montiert, dessen Meßwert in Verbindung mit dem Signal der Thermosäulen 3, 4 auf der Grundlage der Strahlungsgesetze unter Berücksichtigung der temperaturabhängigen spektralen Transmissionskurve des Fensters 2 zur Bestimmung der Temperatur des Meßobjektes dient. Die Meßvorrichtung ist in einem zylindrischen Gehäuse 1 aus Aluminium mit einer Wandstärke von 2 mm untergebracht. Unter dem Schild 8 befindet sich auf der Frontfläche 61 des Körpers 6 in Achsnähe das Thermoelement 10, dem das Thermoelement 9 als Vergleichselement gegengeschaltet ist. Beide Thermoelemente befinden sich mit einem Widerstand 11 von 100 Ohm und den das strahlungsbedingte Meßsignal liefernden Thermosäulen 3 und 4 in Reihenschaltung, wobei das für die Messung der Eigentemperatur des Sensors bestimmte Thermoelement 9 das äußere Glied bildet. Für den Shunt 12, der den Widerstand 11 und die Thermoelemente 9 und 10 überbrückt, wurde beispielsweise nach dem im Patent beschriebenem Verfahren ein Wert von 20 Ohm ermittelt. Das strahlungsrelevante Meßsignal wird an den Leitungen 14 und 15 und das Signal für die Eigentemperatur des Sensors an den Leitungen 15 und 16 abgegriffen.At the sign 8th is a thermocouple 9 mounted, the measured value in connection with the signal of the thermopile 3 . 4 based on the laws of radiation taking into account the temperature-dependent spectral transmission curve of the window 2 for determining the temperature of the measurement object is used. The measuring device is in a cylindrical housing 1 made of aluminum with a wall thickness of 2 mm. Under the sign 8th is located on the front surface 61 of the body 6 near the axis the thermocouple 10 to which the thermocouple 9 is connected as a comparison element. Both thermocouples are located with a resistor 11 of 100 ohms and the radiation-related measuring signal supplied thermopile 3 and 4 in series, wherein the specific for the measurement of the temperature of the sensor sensor thermocouple 9 the outer limb forms. For the shunt 12 who is the resistance 11 and the thermocouples 9 and 10 bridged, for example, a value of 20 ohms was determined according to the method described in the patent. The radiation-relevant measuring signal is on the lines 14 and 15 and the signal for the temperature of the sensor on the lines 15 and 16 tapped.

4 zeigt das Schaltschema eines alternativen Ausführungsbeispieles. Anstelle des Thermoelementes 9 dient ein am Schild 8 montiertes zusätzliches Thermoelement 13 zusammen mit dem unter dem Schild angeordneten Thermoelement 10 als das zur Kompensation der Signalstörung vorgesehene Thermoelemente-Paar. Dieses ist in Reihenschaltung zwischen die beiden Säulen 3 und 4 eingebunden und wird vom Shunt 12 überbrückt. Das strahlungsrelevante Meßsignal wird an den Leitungen 14 und 15 und das Signal für die Eigentemperatur des Sensors an den Leitungen 16 und 17 abgegriffen. 4 shows the circuit diagram of an alternative embodiment. Instead of the thermocouple 9 serves one at the sign 8th mounted additional thermocouple 13 together with the thermocouple located under the shield 10 as the pair of thermocouples designed to compensate for the signal disturbance. This is in series between the two columns 3 and 4 involved and gets off the shunt 12 bridged. The radiation-relevant measuring signal is on the lines 14 and 15 and the signal for the temperature of the sensor on the lines 16 and 17 tapped.

Claims (7)

Sensor zur strahlungspyrometrischen Messung der Temperatur von festen Werkstoffen, Materialien und Erzeugnissen unter Bedingungen hoher Umgebungstemperaturen am Sensor im Innern von Heißlufttrocknern und Wärmebehandlungsanlagen auf der Grundlage einer oder mehrerer in einem metallischen Gehäuse (1) hinter einem im langwelligen Infrarotbereich strahlungsdurchlässigen Fenster (2) befindlichen, gegenpolar in Reihe geschalteten Thermosäulen (3, 4), deren Drähte (5) aus gegenseitig thermoelektrisch aktivem Material achsparallel in einem zylindrischen Körper (6) aus schlecht wärmeleitendem und temperaturbeständigem, Material symmetrisch zueinander angeordnet sind, wobei sich die Lötstellen (7) auf den Grundflächen (61, 62) dieses Körpers (6) befinden und der Teil der Lötstellen (7), die die Vergleichs- oder Bezugslötstellen (72) bilden, durch einen strahlungsundurchlässigen Schild (8) vor oder hinter dem Fenster (2) gegenüber der zu messenden Strahlung abgeschirmt sind und ein erstes Thermoelement (9) zur Messung der Eigentemperatur des Sensors am Schild (8) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites Thermoelement (10) als Vergleichselement zum ersten Thermoelement (9) ausgebildet und im mittleren Bereich des Sensors in dessen Achsnähe unter dem Schild (8) angeordnet ist, wobei die Thermoelemente (10; 9) ein Thermoelemente-Paar bilden und das Thermoelemente-Paar in Reihe mit den die Strahlung messenden Thermosäulen (3, 4) geschaltet und so gepolt ist, daß der durch das Thermoelemente-Paar verursachte Thermostrom der Wirkung einer in der Meßkette der Thermosäulen (3, 4) anliegenden Signalstörung entgegen gerichtet ist.Sensor for radiation pyrometric measurement of the temperature of solid materials, materials and products under conditions of high ambient temperatures at the sensor inside hot air dryers and heat treatment systems based on one or more in a metallic housing ( 1 ) behind a radiation-transmissive window in the long-wave infrared range ( 2 ), in opposite polarity in series thermopiles ( 3 . 4 ), whose wires ( 5 ) of mutually thermoelectrically active material axially parallel in a cylindrical body ( 6 ) are arranged from poorly heat-conducting and temperature-resistant, material symmetrical to each other, wherein the solder joints ( 7 ) on the bases ( 61 . 62 ) of this body ( 6 ) and the part of the solder joints ( 7 ) containing the reference or reference solder joints ( 72 ) through a radiopaque shield ( 8th ) in front of or behind the window ( 2 ) are shielded from the radiation to be measured and a first thermocouple ( 9 ) for measuring the temperature of the sensor on the shield ( 8th ), characterized in that a second thermocouple ( 10 ) as a comparison element to the first thermocouple ( 9 ) and in the middle region of the sensor in its axis near the sign ( 8th ), wherein the thermocouples ( 10 ; 9 ) form a thermocouple pair and the pair of thermocouples in series with the radiation measuring thermopile ( 3 . 4 ) and is poled so that the thermal current caused by the pair of thermocouples of the effect of a in the measuring chain of the thermopile ( 3 . 4 ) adjacent signal interference is directed against. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe zu dem Thermoelemente-Paar aus dem ersten Thermoelement (9) und dem zweiten Thermoelement (10) ein Widerstand (11) von mindestens 50 Ohm geschaltet ist, und daß parallel zu dieser aus dem Widerstand (11) und dem Thermoelemente-Paar gebildeten Kette ein Shunt-Widerstand (12) geschaltet ist.Sensor according to claim 1, characterized in that in series with the thermocouple pair of the first thermocouple ( 9 ) and the second thermocouple ( 10 ) a resistor ( 11 ) of at least 50 ohms, and that in parallel to this from the resistor ( 11 ) and the thermocouple pair formed a shunt resistor ( 12 ) is switched. Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Thermoelemente-Paar aus dem ersten Thermoelement (9) und dem zweiten Thermoelement (10) in Reihe an eines der beiden Enden der die Strahlung messenden Thermosäulen (3, 4) so geschaltet ist, daß das erste Thermoelement (9) das äußere Glied der gesamten Kette bildet.Sensor according to claim 1 or 2, characterized in that the pair of thermocouples consists of the first thermocouple ( 9 ) and the second thermocouple ( 10 ) in series at one of the two ends of the radiation measuring thermopile ( 3 . 4 ) is switched so that the first thermocouple ( 9 ) forms the outer link of the entire chain. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein drittes Thermoelement (13) im Peripheriebereich des Sensors, z.B. am oder in Nähe des Gehäuses (1), am Schild (8) oder am Fenster (2) angeordnet und in die gesamte Kette anstelle des zur Messung der Eigentemperatur des Sensors bestimmten ersten Thermoelements (9) eingebunden ist, und daß das aus dem dritten Thermoelement (13) und zweiten Thermoelement (10) gebildete Thermoelemente-Paar mit einem Shunt-Widerstand (12) überbrückt ist.Sensor according to claim 1, characterized in that a third thermocouple ( 13 ) in the peripheral region of the sensor, eg at or in the vicinity of the housing ( 1 ), on the sign ( 8th ) or at the window ( 2 ) and into the entire chain instead of the first thermocouple ( 9 ) and that from the third thermocouple ( 13 ) and second thermocouple ( 10 ) formed thermocouple pair with a shunt resistor ( 12 ) is bridged. Sensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl im Peripheriebereich des Sensors als auch in dessen Achsnähe mehrere, und zwar in beiden Bereichen eine gleiche Anzahl von Thermoelementen angeordnet ist, die paarweise gegenpolig in Reihe geschaltet anstelle des aus dem zweiten Thermoelement (10) und dem dritten Thermoelement (13) gebildeten Thermoelemente-Paares in die gesamte Kette eingebunden sind, und daß parallel zu diesen ein Shunt-Widerstand (12) geschaltet wird.Sensor according to claim 4, characterized in that a plurality of thermocouples is arranged both in the peripheral region of the sensor and in the vicinity of its axis, specifically in both regions, which are connected in pairs opposite polarity in series instead of from the second thermocouple ( 10 ) and the third thermocouple ( 13 ) formed thermocouple pair in the ge velvet chain are integrated, and that parallel to these a shunt resistor ( 12 ) is switched. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorgehäuse (1) außen mit einem wärmeisolierenden und temperaturbeständigen Mantel umkleidet ist.Sensor according to one of claims 1 to 5, characterized in that the sensor housing ( 1 ) is covered on the outside with a heat-insulating and temperature-resistant sheath. Verfahren zur Ermittlung des geeigneten Wertes des Shunt-Widerstands (12) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor in einem Wärmeschrank aufgeheizt, anschließend aus diesem Schrank entnommen, mit freier strahlungssensitiver Öffnung in den Raum blickend bei Raumtemperatur positioniert wird, und daß während dieses Abkühlens mit einem anstelle des Shunts (12) geschalteten regelbaren Widerstand ein solcher Wert eingestellt wird, daß der an die Meßelektronik angeschlossene Sensor die Raumtemperatur anzeigt.Method for determining the appropriate value of the shunt resistor ( 12 ) according to one of claims 2 to 5, characterized in that the sensor is heated in a heating cabinet, then removed from this cabinet, with free radiation-sensitive opening into the room looking at room temperature is positioned, and that during this cooling with a instead of the shunt ( 12 ) connected variable resistor is set such that the sensor connected to the measuring electronics indicates the room temperature.
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