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Schaltungsanordnung für den Anzeigeteil eines einen Messkopf aufweisenden Strahlungspyrometers
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zum Speicherkondensator führenden Signalweg verbunden ist, und an deren Ausgang die Steuerseite eines parallel zum Speicherkondensator liegenden Schalterelementes angeschlossen ist, das dazu dient, unter Steuerung durch die Betätigungsimpulse der Schaltstufe den Kondensator kurzzeitig, gegebenenfalls über einen Entladewiderstand, kurzzuschliessen, sobald eine impulsartige Messspannung auftritt, und das bevor die Amplitude des betreffenden Messimpulses abfällt wieder öffnet.
Die am Speicherkondensator vorhandene Spannung, die für Anzeige-oder Regelzwecke zur
Verfügung steht, weist stets die Grösse der Maximalamplitude des jeweils vorangegangenen Messimpulses auf. Das Zeitintervall, während welchem die Spannung am Kondensator kurzgeschlossen ist, kann so klein gemacht werden, dass die entstehende Unterbrechung der Messspannung sich praktisch nicht auswirkt.
Auch dadurch, dass das kurzzeitige Kurzschliessen des Speicherkondensators bei der erfindungsgemässen Schaltungsanordnung vom Auftreten des jeweiligen Messimpulses, also von der Vorderflanke des Messimpulses, ausgelöst wird, ist die Zeitdauer der Unterbrechung der vom Kondensator abgegriffenen Spannung so gering als möglich gehalten.
Wird in dem die Zuführung der Messimpulse zum Speicherkondensator bewirkenden Signalweg bzw. Leitungszug ein Schaltelement, das Schaltereigenschaften aufweist, eingefügt, erhält man die Möglichkeit, die Messimpulse auch von niederohmigen Quellen abnehmen zu können, ohne während der zwischen den einzelnen Messimpulsen vorhandenen Impulspausen einen ungewollten Abfall der Spannung am Kondensator in Kauf nehmen zu müssen ; eine niederohmige Quelle bietet dabei den Vorteil, dass die Spannung am Kondensator, welcher ja während der Messimpulse auf den Scheitelwert des jeweiligen Impulses aufgeladen wird, bereits in sehr kurzer Zeit auf die Scheitelspannung ansteigt.
Es kann dabei auch ein gesteuertes Schalterelement in dem die Zuführung der Messimpulse zum Speicherkondensator bewirkenden Signalweg eingefügt sein ; eine diesbezüglich vorteilhafte Ausbildung des Erfindungsgegenstandes ist dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere, gleichfalls mit ihrem Eingang an den vom Eingang des Anzeigeteiles zum Speicherkondensator führenden Signalweg angeschlossene Schaltstufe vorgesehen ist, welche zur Betätigung eines zusätzlichen in den genannten Signalweg geschalteten Schalterelementes dient, vobei der Schliessbeginn des Schalterelementes beim Auftreten des jeweiligen Messimpulses, gegebenenfalls zeitlich verzögert, liegt.
Man kann aber auch nur eine der beiden Schaltstufen unmittelbar mit dem die Messspannung führenden Signalweg verbinden und die andere Schaltstufe mittelbar von der ersten Schaltstufe auslösen.
Um einen Abfall der Kondensatorspannung während der Impulslücken möglichst hintanzuhalten, werden zweckmässig die dem Kondensator unvermeidlich parallel liegenden Widerstände, als welche insbesondere die Widerstände anzusehen sind, die in der Einrichtung, die die Spannung am Kondensator zu Mess-oder Regelzwecken auswertet, enthalten sind, möglichst gross gehalten ; dadurch fällt aber die Spannung auch über längere Zeiträume nach dem Eintreffen des letzten Messimpulses nur unmerklich ab und täuscht einen Zustand vor, der einer Aufeinanderfolge von Messimpulsen praktisch gleicher Amplitude entspricht.
Aus letzterem Grunde wird zweckmässig neben den Kondensatorentladungen, die beim Auftreten jedes Messimpulses vorgenommen werden, auch eine Kondensatorentladung vorgesehen, welche nach einer bestimmten Zeitspanne, die grösser ist als die zu erwartenden Abstände der Messimpulse voneinander vorgenommen wird. Bei aufeinanderfolgend eintreffenden Messimpulsen wird dabei diese zusätzliche Entladung nicht wirksam, da die Zeitspanne, die bis zur Auslösung der zusätzlichen Entladung verstreichen muss, mit jedem eintreffenden Messimpuls immer von neuem zu laufen beginnt. Eine diesbezügliche Ausbildung der erfindungsgemässen Schaltungsanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass in die Verbindung zwischen der die Steuerseite des Schalterelementes anspeisenden Schaltstufe und der Steuerseite des Schalterelementes eine Einrichtung, z.
B. ein Zeitschalter, eingefügt ist, die nach einer bestimmten, vorher festgelegten Zeitspanne nach dem Auftreten eines Messimpulses zum Schliessen des Schalterelementes dient, soferne nicht innerhalb dieser Zeitspanne ein neuer Messimpuls auftritt, wobei die erwähnte Zeitspanne grösser ist als der zu erwartende Abstand der Messimpulse voneinander.
Es sei erwähnt, dass eine Vorrichtung bekannt ist, die dazu dient, aus einzelnen Messimpulsen dadurch eine die Impulspausen überbrückende Spannung herzuleiten, dass die Messimpulse einem Speicherkondensator zugeführt werden und die Spannung am Speicherkondensator abgenommen wird.
Das Zuführen der Spannungsimpulse geschieht dabei über ein in beiden Richtungen leitfähiges Schalterelement und es wird die am Kondensator herrschende Spannung jeweils auf die Amplitude des angelegten Messimpulses korrigiert. Die betreffende Vorrichtung weist einen komplizierten Aufbau auf, der unter anderem daher resuliert, dass das die Spannungszufuhr zum Speicherkondensator bewirkende Schalterelement in beiden Richtungen leitfähig sein muss. Das Schalterelement ist dabei als
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Brückengleichrichter ausgebildet, der von einer Hilfsspannungsquelle periodisch in den Leitzustand gebracht wird.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen Fig. l eine aus einzelnen Impulsen bestehende Messspannung, wie sie beim optischen Abtasten der
Oberfläche eines Werkstückes mit einem Pyrometer erhalten werden kann, wobei z. B. die Messfläche in den Impulspausen ausserhalb des Messobjektes liegt ; Fig. 2 einen aus der Spannung gemäss Fig. 1 abgeleiteten Spannungsverlauf, der frei von Unterbrechungen in den bei der Spannung nach Fig. l vorhandenen Impulspausen ist und der während der Impulspause der Spannung gemäss Fig. 1 den Wert des Maximums des jeweils letzteren Messimpulses besitzt.
Fig. 3 zeigt einen Spannungsverlauf, wie er durch eine erfindungsgemässe Ausbildung eines Pyrometers an dessen Speicherkondensator auftritt, sobald am strahlungsempfindlichen Element eine Spannung gemäss Fig. l wirksam ist, und der mit praktisch hinreichender Genauigkeit den Spannungsverlauf gemäss Fig. 2 annähert. Fig. 4 zeigt die Prinzipschaltung einer den Speicherkondensator und Schaltstufen und Schalterelemente umfassenden erfindungsgemässen Schaltungsanordnung, und Fig. 5 eine schematische Darstellung eines mit einer erfmdungsgemässen Schaltungsanordnung versehenen Pyrometers, bei welchem der Messkopf, in dem sich das strahlungsempfindliche Element befindet, zum Erzielen einer optischen Abtastung beweglich angeordnet ist.
Die in Fig. 1 dargestellte Messspannung besteht aus einzelnen Impulsen, wobei sowohl die Impulsdauer (die durch die Abschnitte tl'-tj", t2'-t2", t3'--t3", usw. gegeben ist) als auch die Impulsamplitude (ui, U2, U3, usw. ) von Impuls zu Impuls variieren und ausserdem auch die Pausen zwischen den einzelnen Impulsen verschiedene Werte annehmen. Eine solche Spannung tritt z.
B. bei der Abtastung von Walzgut mittels eines periodisch verschwenkten Pyrometers auf, wenn das Walzgut selbst in seitlicher Richtung nicht eng geführt ist ; in diesem Falle ist nämlich der Schwenkbewegung des Pyrometers die Eigenquerbewegung des Walzgutes überlagert, wodurch neben einer Veränderung der Amplituden der einzelnen Messimpulse, welche Amplituden ein Mass für die Oberflächentemperatur des Walzgutes darstellen, auch Veränderungen der Impulsdauer und der Impulsabstände auftreten, welchen Grössen jedoch hinsichtlich der zu bestimmenden Temperatur keine Bedeutung zukommt.
Zur Auslösung von Regelvorgängen und zur Anzeige mit Instrumenten, die eine relativ lange Einstellzeit besitzen, ist es nun zweckmässig, die Messspannung, wie sie in Fig. l dargestellt ist, in eine Spannung gemäss Fig. 2 umzuformen, welch letztere Spannung bis zum Eintreffen des nächsten Impulses jeweils die Amplitude des vorangegangenen Impulses aufweist. Diese Umformung erfolgt durch Speichern der Spannungswerte in einem Kondensator (wobei also am Kondensator bis zum Eintreffen des nächsten Impulses jeweils die Spannung der Impulsamplitude (ui, U2, u, usw.) des vorangehenden Impulses vorhanden ist).
Um dabei den Einfluss der im Kondensator vor dem Eintreffen des zu speichernden Spannungsimpulses vorhandenen Ladung zu beseitigen, wird der Kondensator bei Eintreffen eines jeden
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der den Kurzschluss herbeiführenden Schaltelemente so gering gemacht werden, dass die Unterbrechungen im Spannungszug keinen nachteiligen Einfluss auf die Regel-bzw. Anzeigefunktionen nachgeschalteter Anlageteile ausüben. Das Kurzschliessen selbst kann auch über einen Widerstand erfolgen, um unzulässig hohe Stromspitzen, die zu Störungen Anlass geben könnten, zu vermeiden. Eine Integration der Spannung nach Fig. 1 würde durch die wechselnde Dauer der Impulse unter Umständen zu stark verfälschten Ergebnissen führen.
Die in Fig. 4 dargestellte Baugruppe eines erfindungsgemässen Pyrometers weist einen Kondensator - auf, dem die am Eingang--l--auftretende Spannung, die vom nicht dargestellten strahlungsempfindlichen Element herrührt, über eine Diode-2-und einen Schalter--3--
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Ausgangsspannung der Vorrichtung auftritt. Um sicherzustellen, dass im Kondensator --4-- jeweils der Maximalwert der dem Eingang--l--zugeführten Spannungsimpulse gespeichert wird, ist die
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- - 2-- vorgesehen,Kondensator --4-- herrschende Spannung gesunken ist.
Ist der Speicherzeitraum, der der Pause zwischen einzelnen am Eingang--l--auftretenden Spannungsimpulsen entspricht, im Vergleich zu der Dauer der Spannungsimpulse sehr gross und weist die Diode nur einen relativ kleinen Sperrwiderstand auf, kommt dem Schalter-3-, der die an den Eingang-l-angeschlossene Quelle vom Kondensator trennt, besondere Bedeutung zu. Bei genügend hohem Sperrwiderstand der
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Diode-2-ist dieser Schalter aber auch gegebenenfalls entbehrlich.
Zum Kurzschliessen des
Kondensators ist der Schalter --5-- vorgesehen, welcher den Widerstand-6--, der den
Entladestrom auf ein zulässiges Ausmass beschränkt, zum Kondensator-4-parallelschaltet. Das
Schliessen des Schalterelementes --3-- erfolgt unmittelbar beim Auftreten eines Messimpulses, oder gegebenenfalls geringfügig gegenüber der Impulsvorderflanke verzögert, durch eine Schaltstufe--8-, die an den die Messspannung führenden Leitungszug angeschlossen ist, und die das Betätigungselement --9-- des Schalters --3-- steuert.
Die Betätigung des Schalters --5-- erfolgt in analoger Weise von einer gleichfalls an den die Messspannung führenden Leitungszug angeschlossenen Schaltstufe --10- und das für den Schalter --5-- vorgesehene Betätigungselement --11--. Das Schalterelement --5- kann als mechanischer Kontakt ausgebildet sein, in welchem Falle als
Betätigungselement --9-- z.B. eine Magnetspule vorgesehen sein kann ; der schalter --5-- kann aber auch als Elektronen- oder Ionenschalter, z. B. als Elektronenröhre, als Thyratron, als Transistor, oder als ein anderes Halbleiterelement ausgebildet sein.
Zur Bestimmung der Zeitdauer des Schliessens der Schalterelemente können zweckmässig entsprechende Netzwerke vorgesehen werden. Desgleichen kann in den Schaltstufen eine Einrichtung eingefügt werden, die ein Schliessen des Schalterelementes --5-- nach Ablauf einer bestimmten, vorher festgelegten Zeitspanne bewirkt, wenn während eines längeren Zeitraumes keine Messimpulse eintreffen.
Das in Fig. 5 dargestellte Pyrometer weist einen schwenkbaren Pyrometermesskopf-12-auf, der dazu bestimmt ist, einen bestimmten Bereich, in dem sich die Messobjekte bewegen können, optisch abzutasten. Die Ausgangsspannung des im Messkopf angebrachten strahlungsempfindlichen Elementes wird in inem Verstärker--13-verstärkt und dann über eine Diode-2--dem Kondensator - 4-zugeführt. In den Leitungszug, der die verstärkte Messspannung, die aus einzelnen Impulsen besteht, führt, iseine Schaltstufe --14-- angeschlossen,
die ihrerseits das Betätigungselement-9- des Schalters --5-- steuert. Der Schalter --5-- seinerseits schliesst jeweils beim Auftreten eines Messspannungsimpulses den Kondensator --4-- während eines sehr kurzen Zeitraumes über den Widerstand --6-- kurz. Die Spannullg am Kondensator-4--wird, ehe sie den Ausgangsklemmen des Pyrometers zugeführt wird, in einem weiteren Verstärker --17-- verstärkt.
In die Verbindung der Schaltstufe --14-- mit dem Betätigungselement-9-ist einerseits ein Netzwerk --15-- eingefügt, das die Zeit At, während der das Schalterelement --5-- nach dem Auftreten jedes Messimpulses geschlossen sein soll, festgelegt und anderseits auch eine Einrichtung - -16--, die ein Schliessen des Schalterelementes --5-- nach Ablauf einer bestimmten, vorher festgelegten Zeitspanne bewirkt, wenn während eines längeren Zeitraumes keine Messimpulse eintreffen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Schaltungsanordnung für den Anzeigeteil (der auch einen Verstärker einschliessen kann) eines einen Messkopf aufweisenden Strahlungspyrometers, insbesondere eines Pyrometers, das zur optischen Abtastung über den Bereich, in dem sich der Körper, dessen Temperatur gemessen wird, befindet, bewegt wird, bei welcher Schaltungsanordnung die vom Messkopf abgegebene Messspannung einem Speicherkondensator zugeführt wird, wobei die an diesem Messkondensator herrschende Spannung ein
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B.Schaltimpulsgeber der vom überschreiten eines festgelegten Schwellwertes einer ihm zugeführten Eingangsspannung auslösbar ist, vorgesehen ist, deren Eingang mit dem vom Eingang (1) des Anzeigeteiles zum Speicherkondensator (4) führenden Signalweg verbunden ist, und an deren Ausgang die Steuerseite (9) eines parallel zum Speicherkondensator (4)
liegenden Schalterelementes (5) angeschlossen ist, das dazu dient, unter Steuerung durch die Betätigungsimpulse der Schaltstufe den Kondensator (4) kurzzeitig, gegebenenfalls über einen Entladewiderstand (6), kurzzuschliessen, sobald eine impulsartige Messspannung auftritt, und das bevor die Amplitude des betreffenden Messimpulses abfällt wieder öffnet.
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