DE3226145C2

DE3226145C2 - Einrichtung zur berührungslosen Temperaturmessung

Info

Publication number: DE3226145C2
Application number: DE19823226145
Authority: DE
Inventors: Franz Dr.-Ing. DDR 3090 Magdeburg Engel; Norbert Dipl.-Ing. DDR 3300 Schönebeck Kuntke; Siegfried Dipl.-Ing. DDR 8060 Dresden Riedel
Original assignee: VEB Meßgerätewerk "Erich Weinert" Magdeburg, DDR 3011 Magdeburg
Priority date: 1981-08-04
Filing date: 1982-07-13
Publication date: 1987-01-22
Also published as: BG47902A1; CS248273B1; HU186549B; FR2511150B1; CS570682A1; GB2107455B; RO85527A; DE3226145A1; RO85527B; FR2511150A1; DD219068A3; GB2107455A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur berührungslosen Temperaturmessung auf der Basis der Strahlungspyrometrie, wobei die Erfindung insbesondere als tragbares Pyrometer für ortsunabhängige Kontrollmessungen unter wechselnden Umgebungsbedingungen in der Industrie, in der Landwirtschaft und in der Veterinärmedizin angewendet werden kann. Das Ziel der Erfindung besteht darin, die erwähnten Nachteile der bekannten technischen Lösungen zu beseitigen, die hauptsächlich darin bestehen, daß vor jeder Messung beispielsweise eine Neujustierung vorgenommen werden muß oder thermische Ausgleichsvorgänge abgewartet werden müssen. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Einrichtung zur berührungslosen Temperaturmessung zu schaffen, die sofort einsatzbereit ist und den Zusatzfehler durch den Einfluß der Umgebungstemperatur auf das geringstmögliche Maß herabsetzt. Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß innerhalb eines Pyrometergehäuses der Einrichtung ein gekapselter, geschwärzter Hohlraum, dessen Begrenzung vorzugsweise metallisch und so angeordnet ist, daß zwischen Pyrometergehäuse und Hohlraum ein Luftpolster vorhanden ist und weiterhin die Verbindungsstelle zwischen Pyrometergehäuse und Hohlraum durch geeignete Maßnahmen so gestaltet ist, daß der Einfluß der wechselnden Umgebungstemperatur auf das Meßergebnis wesentlich abgeschwächt ist. Die Erfindung kann in der Industrie, in der Landwirtschaft und in der Veterinärmedizin angewendet werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur berührungslosen Temperaturmessung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. Die Erfindung kann insbesondere für tragbare Pyrometer für ortsunabhängige Kontrollmessungen unter wechselnden Umgebungsbedingungen in der Industrie, in der Landwirtschaft und in der Veterinärmedizin angewendet werden.
Es sind Pyrometer, sowohl tragbare als auch stationäre, bekannt, bei denen eine brauchbare Temperaturmessung erst nach dem Ausgleich der Gehäusetemperatur mit der Umgebungstemperatur, d. h. bei stabilen Temperaturverhältnissen in der Meßeinrichtung möglich ist.
Ferner sind tragbare und stationäre Wechselstrahlungspyrometer bekannt, die Bolometer, fotoelektrische Reflektoren und Thermosäulen als Strahlungsempfänger verwenden. Bei ihnen ist eine Kompensation der Umgebungstemperaturabhängigkeit der Empfindlichkeit des Strahlungsempfängers erforderlich, wodurch ebenfalls relativ lange Ausgleichvorgänge in Kauf genommen werden müssen.
Ferner sind Lösungen bekannt, die einen thermostatisierten Vergleichsstrahler oder/und einen thermostatisierten Strahlungsempfänger benutzen. Hierbei tritt ebenfalls eine relativ lange Einlaufzeit des Thermostaten nach dem Einschalten des Gerätes bis zum stabilen Erreichen der Solltemperatur des Thermostaten auf.
Die bisher bekannten Pyrometer mit pyroelektrischem Strahlungsempfänger benötigen ebenfalls eine Kompensation der Empfindlichkeitsänderung des Strahlungsempfängers in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur und besitzen eine noch unvertretbar lange Einlaufzeit.
Aus der US-PS 29 76 730 ist eine Pyrometeranordnung nach dem Wechselstrahlungsprinzip bekannt, die einen geschwärzten Hohlraum als Vergleichsstrahler und als Detektor zwei Thermistorbolometer besitzt. Nachteilig bei dieser Lösung ist, daß bei wechselnden Umgebungstemperaturen keine sofortige Einsatzbereitschaft des Pyrometers gewährleistet ist, da Vergleichsstrahler und Detektor in thermischem Kontakt zum Gehäuse stehen und zunächst ein Temperaturausgleich zur Umgebungstemperatur erfolgen muß. Die verwendeten Thermistorbolometer sind stark temperaturabhängig und erfordern zusätzliche Maßnahmen zur Temperaturkompensation. Aufgrund der gewählten Anordnung der Thermistorbolometer im Pyrometer werden diese durch das umgebende Rohr im direkten Kontakt mit dem Gehäuse fehlerhaft beeinflußt.
Weiterhin ist aus der CH-PS 5 47 487 bekannt, einen verspiegelten Strahlunterbrecher und einen Detektor im Hohlraum anzuordnen sowie einen Temperaturfühler für den Vergleichsstrahler zu verwenden. Nachteilig bei dieser Anordnung ist die zusätzliche Heizung, um ein Strahlungsgleichgewicht zum Meßobjekt herzustellen, was zusätzlichen Energieaufwand und eine Einschränkung des Meßbereiches bedeutet.
Das Ziel der Erfindung besteht darin, die erwähnten Nachteile der bekannten technischen Lösungen zu beseitigen. Der nützliche Effekt bei der Anwendung der vorliegenden Erfindung ist in der Hauptsache darin zu sehen, daß der Einfluß wechselnder Umgebungstemperaturen auf die Temperaturmessung gering bleibt. Dies ist insbesondere wichtig bei tragbaren Pyrometern, die ortsveränderlich eingesetzt werden. Die Erfindung ermöglicht die geforderte sofortige Einsatzbereitschaft des Gerätes nach dem Einschalten, ohne erst thermische Ausgleichsvorgänge abwarten zu müssen. Ferner ist der verbleibende Zusatzfehler während der Messung wesentlich geringer als bei den vergleichbaren bekannten Lösungen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur berührungslosen Temperaturmessung nach dem Wechselstrahlungsprinzip bei wechselnden Umgebungstemperaturen so zu schaffen, daß eine sofortige Einsatzbereitschaft des Gerätes und ein fast vernachlässigbar kleiner Zusatzfehler durch den Einfluß der Umgebungstemperatur erreicht werden.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Mittel gelöst. Vorteilhafterweise wird ein Lithiumniobat-Detektor verwendet.
Anhand eines Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher erläutert werden. Dabei zeigt
Fig. 1 die erfindungsgemäße Einrichtung,
Fig. 2 eine weitere Möglichkeit zur Erreichung des hohen Wärmeübergangswiderstandes.
Die erfindungsgemäße Einrichtung ist gemäß Fig. 1 aufgebaut. Innerhalb des Pyrometergehäuses 1 ist ein vorzugsweise durch ein Rohr gebildeter, gekapselter und geschwärzter Hohlraum 2 vorgesehen. Die Objektseite des Hohlraumes 2 ist durch eine Infrarotoptik, beispielsweise Linse 3, abgeschlossen.
Gegenüber der Linse 3 befindet sich ein Detektor 4. Unmittelbar hinter der Verbindungsstelle zwischen Pyrometergehäuse 1 und Rohr 2 ist eine Rille 5 zur Verringerung des Materialquerschnittes im Rohr 2 vorgesehen. Das Rohr 2 weist einen schräg angeordneten Schlitz 6 zur Aufnahme eines verspiegelten Choppers 7 auf. In Sehrichtung des Detektors 4 und in gutem Wärmekontakt zum Rohr ist ein Temperaturfühler 8 angeordnet. Im Hohlraum 2 befinden sich Blenden 9, die verhindern, daß die Strahlung der mit dem Pyrometergehäuse 1 und dem Rohr 2 fest verbundenen Optikfassung 10 außerhalb des Rohres 2 auf den Detektor 4 fällt.
Fig. 2 zeigt eine Ausführung der erfindungsgemäßen Einrichtung unter Verwendung von wärmedämmendem Material 11, wodurch ebenfalls ein hoher Wärmeübergangswiderstand erreicht wird.
Durch die Anordnung des Hohlraumes 2 mit seinem geringen Wärmeübergangswiderstand zum Pyrometergehäuse 1 wird der Einfluß der wechselnden Umgebungstemperatur auf das Meßergebnis abgeschwächt. In dem Schlitz 6 des Hohlraumes 2 bewegt sich der Chopper 7 und spiegelt im Zustand der Abdeckung der Objektstrahlung die von dem Temperaturfühler 8 erfaßte Hohlraumstrahlung auf den Detektor 4. Die Hohlraumstrahlung dient als Vergleichsstrahlung. Änderungen werden mittels des Temperaturfühlers 8 erfaßt und kompensiert, beispielsweise durch eine elektronische Schaltung.
Vorteilhafterweise wird ein pyroelektrischer Lithiumniobat- Detektor verwendet, dessen Abhängigkeit der Strahlungsempfindlichkeit von der Umgebungstemperatur so gering ist, daß sie nicht berücksichtigt zu werden braucht.

Claims

1. Einrichtung zur berührungslosen Temperaturmessung nach dem Wechselstrahlungsprinzip mit einem Temperaturfühler für den als Hohlraum ausgebildeten Vergleichsstrahler, der einen verspiegelten Strahlunterbrecher und einen Detektor in sich trägt, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (2) als Zylinder mit Blenden (9) ausgebildet ist, dessen Wand gegenüber dem Gehäuse (1) durch ein Luftpolster (12) isoliert ist, der an seinem Übergang zum Gehäuse (1) eine verringerte Wanddicke (5) oder ein Stück wärmedämmendes Material (11) aufweist, der mit der Optikfassung verbunden ist und der gegenüber der Optikseite durch den Detektor (4) begrenzt ist.

2. Einrichtung zur berührungslosen Temperaturmessung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor (4) ein Lithiumniobat-Detektor ist.