DD253741A3

DD253741A3 - Verfahren zur beruehrungslosen temperaturmessung mit einem mehrkanalpyrometer

Info

Publication number: DD253741A3
Application number: DD85279118A
Authority: DD
Inventors: Ulrich Kienitz; Christian Schiewe
Original assignee: Univ Dresden Tech
Priority date: 1985-07-30
Filing date: 1985-07-30
Publication date: 1988-02-03
Also published as: GB2179446B; GB8617769D0; JPS6285828A; DE3611567A1; GB2179446A; US4821219A; DE3611567C2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur beruehrungslosen Messung der Temperatur von Objekten mit einem sich veraendernden Anteil unterschiedlich emittierender Oberflaechen gleicher Temperatur mittels Mehrkanalpyrometer, z. B. fuer pyrometrische Messungen an rotierenden Walzen, an denen sich in unterschiedlichem Mass Reste von zu bearbeitendem Material befinden. Aufgabe der Erfindung ist es, die Objekttemperatur unter Beruecksichtigung der Strahlungsanteile der verschiedenen Oberflaechen zu messen. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass die spektralen Signalspannungen Uij in Abhaengigkeit von der Differenz UojUuj fuer die i1 bis m im Emissionsgrad unterschiedlichen Oberflaechen des Objekts festgestellt, wenigstens m spektrale Signalspannungen Uj gemessen und die Objekttemperatur aus der additiven Ueberlagerung der m Strahlungsquellen im Messfleck ermittelt wird. Fig. 2

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur berührungslosen Messung der Temperatur von Objekten mit einem sich verändernden Anteil unterschiedlich emittierender Oberflächen gleicher Temperatur mittels Mehrkanalpyrometer, z. B. für pyrometrische Messungen an rotierenden Walzen, an denen sich in unterschiedlichem Maß Reste von zu bearbeitendem Material befinden.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die pyrometrische Messung mit Gesamtstrahlungs- bzw. Bandstrahlungspyrometern verlangt bei.den im Anwendungsgebiet der Erfindung beschriebenen Meßfällen einen künstlichen Emissionsgradäusgleich mit Hilfe von Mattlacken oder dünnen Folien.

Diese Maßnahmen sind oftmals nur bedingt realisierbar. Die andere Möglichkeit des Einsatzes von Spitzenwertspeichern bei meßtechnischer Berücksichtigung des Stoffes mit dem höchsten Emissionsgrad setzt voraus, daß der Meßfleck während der Gesamtmeßzeit wenigstens einmal mit dem betreffenden Material ausgefüllt wird. Der Einsatz von Verhältnispyrometern erweist sich nur dann als sinnvoll, wenn alle Materialien in den spektralen Meßbereichen grau strahlen, so daß ihre Mischprodukte auch ein graues Emissionsgradverhalten zeigen

Dies ist aber bei vielen Anwendungsfällen nicht gegeben.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, für die o.g. Anwendungsfälle die Meßgenauigkeit einer pyrometrischen Temperaturmessung zu erhöhen. ~~~ ---..

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, die Objekttemperatur unter Berücksichtigung der Strahlungsanteile der verschiedenen Oberflächen zu messen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die spektralen Signalspannungen U,j in Abhängigkeit von der Differenz U₀-U_Uj für die i = 1 bis m im Emissionsgrad unterschiedlichen Oberflächen des Objekts festgestellt, wenigstens m spektrale Signalspannungen Uj gemessen und die Objekttemperatur aus der additiven Überlagerung der m Strahlungsquellen im Meßfleck ermittelt wird.

Die von einem nichttransparenten Stoff mit der Objekttemperatur T₀ und einem Emissionsgrad e^ ausgehende Temperaturstrahlung wird in den j = 1 bis η Kanälen bei der Umgebungstemperatur T_u als spektrale Signalspannung

Uij = e_g U_oi + (1 - SijlUuj - U_uj ' (1)

gemessen. Hierzu sind U_oj und U_Uj die den Temperaturen T₀ bzw. T_u entsprechenden spektralen Signalspannungen. Der Zusammenhang zwischen den Temperaturen und den Signalspannungen wird wie üblich für jedes Pyrometer am Schwarzen Strahler kalibriert.

Zusätzlich werden erfindungsgemäß für jedes beim Anwender an dem spektralen Objekt vorkommende Oberflächenmaterial die Beziehungen

ebenfalls kalibriert. Es werden der für den Einsatzfall zu erwartende Temperaturbereich und die ihm entsprechenden mittleren Temperaturen bestimmt.

Bei diesen mittleren Temperaturen werden für die i = 1 bis m im Emissionsgrad verschiedenen Oberflächenmaterialien die Signalspannungen U₁, bei bekannter Oberflächentemperatur gemessen und gespeichert.

Im Einsatzfall werden die Spannungen U,-für eine unbekannte Verteilung derm Materialien auf dem Objekt und unbekannte Objekttemperatur gemessen. Der Anteil des i-ten Materials an der Objektoberfläche sei a; mit

Σ a,= 1 . (3)

i = 1

Dann ergibt sich aus (1), daß ι

Uj = Ia₁SiJ + a₂s_2j +...+a_me_mj) (U₀, - U_uj) (4)

Die Gleichungen (3) und (4) stellen ein Gleichungssystem von η + 1 Gleichungen mit m unbekannten Oberflächenmaterialanteilen und der unbekannten Objekttemperatur dar. Es ist für m < η eindeutig lösbar, da die η unbekannten Signalspannungen U_Oj über die Kalibrierkurven für jeweils eine Objekttemperatur T₀ einander zugeordnet sind. Es ist also möglich, das Gleichungssystem nach den U_oj umzustellen und dabei die a, zu eliminieren, die aus der zweiten Kalibrierung für ε,, ermittelten Signalspannungen und die U_uj entsprechend der mittleren Umgebungstemperatur T_u einzusetzen und die so erhaltene Gleichung zu lösen, indem nacheinander die U₀, Wertpaare eingesetzt werden. Ein Wertepaar erfüllt die Gleichung am besten. Ihm entspricht die gesuchte Objekttemperatur. Mit ihm können aus Gleichung (4) ebenfalls die unbekannten Oberflächenanteile ai ermittelt werden.

Ausführungsbeispiel

In den Zeichnungen zeigen

Fig. 1: die Kalibrierkennlinie eines Zweikanalpyrometers;

Fig. 2: Die Fehlerkurven des Meßfehlers mit einem Bandstrahlungspyrometer nach dem bisherigen Verfahren (Kurve 2) und mit einem Zweikanalpyrometer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren (Kurve 1);

Ermittelt wurde die Temperatur eines „verschmutzten" Objekts aus blankem Aluminium (ε « 0,1) mit Ruß (ε = V).

Der Ruß wurde in unterschiedlichen Flächenanteilen a-, auf der Aluminiumoberfläche verteilt. Es wurde mit einem Zweikanalpyrometer gemessen. Die üblichen Kalibrierkurven gemäß Fig. 1 waren bereits bekannt. Direkt am blanken Aluminium und am Ruß wurden bei der bekannten Temperatur von 1Ö0°C die Signalspannungen U,j gemessen und daraus die spektralen Emissionsgrade Sn, ε₁₂, ε₂ι und ε₂₂ berechnet.

Das Zweikanalpyrometer war über einen A/D-Wandler an einen Mikrorechner angeschlossen. Die Wertepaare aus den Kalibrierkurven gemäß Fig. 1 waren im ROM gespeichert. Die berechneten Emissionsgrade wurden in einem zusätzlichen

(nichtflüchtigen) RAM gespeichert. . -

Die Logik der Gleichungen (3) und (4) ihre Auflösung nach U_Oj und a, einschließlich des iterativen Lösungsalgorithmus wurden programmiert. Die Auswertung der unterschiedlich" „verschmutzten" Materialproben ergab eine Objekttemperatur von 85°C und Flächenanteile gemäß Vorgabe mit dem in Fig. 2 in Kurve 1 dargestellten Fehler.

In Fig.2 sind im Vergleich zum erfindungsgemäßen Verfahren in Kurve 2 die Fehler bei Verwendung des herkömmlichen Bandstrahlungspyrometers mit fest eingestelltem Emissionsgrad dargestellt.

Claims

Verfahren zur berührungslosen Messung der Temperatur von Objekten mit einem sich ändernden Anteil unterschiedlich emittierender Oberflächen gleicher Temperatur durch die Messung der spektralen Signalspannungen Uj bei j = 1 bis η effektiven Wellenlängen bei einer bekannten mittleren Umgebungstemperatur T_u und einer durch Kalibrierung festgestellten Abhängigkeit der Differenz Uoj - U_UJ von den Temperaturen eines Schwarzen Strahlers, gekennzeichnet dadurch, daß die spektralen Signalspanniangen Uij in Abhängigkeit von der Differenz U_oj — U_uj für die i = 1 bis m im Emissionsgrad unterschiedlichen Oberflächen des Obiekts festgestellt, wenigstens m spektrale Signalspannungen Uj gemessen und die Objekttemperatur aus der additiven Überlagerung der m Strahlungsquellen im Meßfleck ermittelt wird.

Hierzu
2 Seiten Zeichnungen