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Strahlungspyrometer zur Farbtemperaturmessung Die Erfindung bezieht
sich auf ein Strahlungspyrometer zur Farbtemperaturbestimmung nach dem Prinzip des
Helligkeitspyrometers, bei dem nacheinander in zwei Spektralgebieten die beobachtete
Helligkeit des Meßobjektes und die Helligkeit einer Vergleichslichtquelle aufeinander
abgeglichen werden.
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Es ist ein Farbpyrometer bekannt, bei welchem in dem einen Spektralgebiet
auf gleiche Helligkeit dadurch abgeglichen wird, daß der Abstand der Vergleichslichtquelle
von der Meßstrecke geändert wird, während in dem anderen Spektralgebiet der Abgleich
auf gleiche Helligkeit durch in der Meßstrecke liegende Nicolsche Prismen erfolgt.
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Dabei wird der Abgleich so vorgenommen, daß Strahler und Vergleichslichtquelle
stets nur in der Farbe beobachtet werden können, in der gerade abgeglichen wird.
Ersetzt man bei diesem Farbpyrometer die Nicolschen Prismen durch einen Graukeil
und sieht einen weiteren Graukeil vor, der die bisher durch Abstandsänderung der
Vergleichslampe ausgeführte Lichtschwächung übernimmt, so kommt man zu einem Pyrometer,
das schematisch in Fig. r dargestellt ist und das folgende Arbeitsweise hat (es
sei vorausgesetzt,
daß Temperatur und Helligkeit der Vergleichslichtquelle
niedriger als die des Strahlers sind): Es wird zunächst in dem einen Spektralgebiet
(Rot) der Strahler I durch Verstellen des Graukeiles 2 für Rot auf die Helligkeit
des Glühfadens 3 im Roten abgeglichen.
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Nunmehr wird durch Verstellen des Zweifarbenfilters 4 auf Grün geschaltet
und unter Belassung des Keiles 2 in seiner eingenommenen Stellung der Helligkeitsabgleich
im Grünen durch die Verstellung des weiteren Keiles 5 durchgeführt. Die Stellung
dieses Keiles ist dann ein NIaß für die Farbtemperatur. Zu einer neuen Messung muß
der Keil 5 wieder in die Nullage, d. h. in die nicht schwächende Lage, zurückgeführt
werden. Daß die Verstellung des Graukeiles für Grün ein Maß der Farbtemperatur darstellt,
ergibt sich aus den bekannten Strahlungsgesetzen, wonach bekanntlich das Helligl;eitsverhältnis
zweier Spektralgebiete ein NIaß der Farbtemperatur ist.
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Ein derartiges Pyrometer ist nun für die Praxis noch nicht voll befriedigend,
da die Einstellzeit verhältnismäßig lang sein wird, insbesondere wenn man voraussetzt,
daß die Keile von einem Drehknopf aus durch ein Zahnradgetriebe verstellt werden.
Es ist nämlich erforderlich, den Keil 5 zwischen der Sullage und der LIeßlage hin
und her zu verstellen. was bei Zahnradgetrieben einen erheblichen Zeitaufwand bedeuten
kann, ganz abgesehen von den Verwechslungsmöglichkeiten bei der Bedienung der Keile.
Diese lange Zeit ist gerade bei Farbtemperaturpyrometern sehr unerwünscht, da sich
ja die Farbtemperatur zwischen den beiden Abgleichungen geändert haben kann, was
zu Fehlmessungen führt. Um sich davon zu überzeugen, ob diese Temperaturänderung
nicht eingetreten ist, müßte man also wieder auf die Rotstellung zurückschalten,
d. h. den Keil 5 auf Null drehen, um festzustellen, ob die Temperatur noch unverändert
ist. Sollte dabei eine Änderung festgestellt werden, so ist man dennoch nicht sicher,
falsch gemessen zu haben, da ja die Änderung erst nach der Messung, d. h. in der
Zeit, die man zum Zurückstellen des Keiles 5 benötigte, erfolgt sein kann.
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Diese Nachteile lassen sich grundsätzlich vermeiden, wenn man das
Pyrometer gemäß der Erfindung ausgestaltet, und zwar dadurch, daß man das von Strahler
und Vergleichslichtquelle beleuchtete Gesichtsfeld des Okulars in zwei nebeneinanderliegende
Flächen unterteilt, von denen jede in einer anderen Spektralfarbe beleuchtet ist,
so daß die Abgleichung gleichzeitig in beiden Spektralgebieten überwacht werden
kann. ÄVenn hier im übrigen von Rot und Grün als den beiden Spektralgebieten gesprochen
wird, so dient diese kurze Ausdruckssveise nur zur Vereinfachung, soll jedoch nicht
bedeuten, daß nur diese beiden Spektralgebiete zur Messung geeignet sind und daß
die Erfindung auf sie beschränkt ist.
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Die Erfindung läßt sich beispielsweise durch eine Anordnung verlvirlilichen,
wie sie Fig. 2 wiedergibt. Der Strahler, der wieder mit I bezeichnet ist, wird durch
eine Linse 6 in der Berührungsebene der Graukeile 2 und 5 abgebildet. Eine weitere
Linse 7 erzeugt ein reelles Bild in der Ebene der ergleichslichtquelle 3. Die Linse
8 bildet den Glühfaden auf die in einer scharfen Grenze aneinanderstoßenden Farbbereiche
des Zweifarhen filters 4 ab. Dieses Bild endlich wird durch das Okular g beobachtet,
wobei der Alessende also ein Bild ähnlich dem nach Fig. 3 vor sich haben wird. ÄVird
bei einem derartigen Pvrometer zuerst im Roten und dann im Grünen abgeglichen, so
ist ersichtlich, daß jede .Rnderung der Farbtemperatur während der Messung eine
Störung des Abgleiches im Roten zur Folge hat. daß also ein stets beobachtbares
Kriterium für die Unrerfälschtkeit der Messung durch Temperaturschmankungen gegeben
ist. Auch hier ergibt sich wiederum die Farbtemperatur als Ntaß der Verstellung
des Grünkeiles, der natürlich die Verstellung des Rotl;eiles vorausgegangen sein
mußte. Dabei wird durch den Rotkeil 2 zuerst das ganze Gesichtsfeld geschwächt.
während nachher durch den Grünkeil 5 nur die grün erscheinende Hälfte des Gesichtsfeldes
abgeglichen wird.
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Diese Ausführungsform hat für die Praxis noch einen gewissen Nachteil,
der vor allem darin liegt, daß die Trennungslinie des beobachteten Feldes in Rot
und Grün gerade an der Stelle des Glübfadens liegt. wo wegen seiner gleichmäßigen
Helligkeit gemessen werden muß. Die Messung unmittelbar neben der Trennungslinie
ist auch notwendig. weil andernfalls verschiedene Stellen des Strahlers bei Rot-
und Grünmessung anvisiert werdeii, wodurch wieder Farbtemperaturfehler entstehen
könnten. Andererseits dürfte aber gerade eine einwandfreie Abgleichullg an den Grenzen
der beiden Felder selbst bei einer scharfen Trennungslinie nur schlver möglich sein.
Es ist jedoch möglich. die autgezeichneten BiIängel durch Aufteilung des rom Strahler
kommenden Strahles in zwei Strahlen zu beheben. Man erhält dann zwei getrennte Gesichtsfelder,
in denen die Vergleicbslichtquelle in der Nfitte des Feldes erscheint, so daß eine
einwandfreie Rhgleichung möglich ist. Da beide Felder gleichzeitig sichtbar sind,
kann stets die Konstanz
der Farbtemperatur überwacht werden (dgl.
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Fig. 5 bis 7).
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Zwei Ausführungsbeispiele für ein derartig weiter entwickeltes Pyrometer
sind in den Fig. 4 bis 8 wiedergegeben. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4
fällt das vom Strahler I kommende Licht durch den Graukeil 2 für Rot auf eine halbdurchlässige
Fläche I0; dort teilt es sich. Ein Teil gelangt in gerader Richtung über die Vergleichs
lichtquelle 3 und ein Rotfilter II in das Okular. Der restliche Teil des Lichtes
wird an der Fläche 10 reflektiert und von einer total reflektierenden Fläche 12
über den Keil 5 für Grün, über eine zweite Vergleichslichtquelle I3 und ein Grünfilter
14 ebenfalls in das Okular geworfen. Man hat hierbei neben dem Vorteil, daß die
Abgleichung an der Stelle erfolgen kann, an der der Glühfaden gleichmäßig hell erscheint,
auch die Gewißheit, daß bei Rot und Grün derselbe Punkt des Strahlers anvisiert
wird, sofern die Lampen bei der Eichung richtig justiert wurden. Eine Fehlmessung
auf Grund der Vernachlässigung dieser Punkte ist also nicht möglich. Die Abgleichung
bei Rot erfolgt durch Verstellen des Keiles 2. Bei der darauffolgenden Grünmessung
wird Keil 5 verstellt.
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Auch hier bildet die Verstellung des Keiles 5 ein Maß der Farbtemperatur.
Die Rückführung des Keiles 5 in die Nullage vor der Abgleichung im Roten ist nun
nicht mehr erforderlich, er kann vielmehr in der jeweiligen Läge verbleiben.
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Schwierigkeiten könnten sich bei der Abgleichung dadurch ergeben,
daß man infolge der Konzentration auf die eigentliche Messung versehentlich den
falschen Keil verstellt. Obwohl dadurch keine Fehlmessung entstehen kann, würde
dieser Umstand doch eine unangenehme Verzögerung der Messung herbeiführen. Diese
Schwierigkeit läßt sich z. B. dadurch herabmindern, daß man einen Drehknopf vorsieht,
der abwechselnd mit dem einen oder anderen Keil gekuppelt wird, der also zur Verstellung
beider Keile dient, Bildet man das Gesichtsfeld gemäß Fig. 6 aus und gestaltet die
Umschaltung des Drehknopfes auf den einen oder anderen Keil so, daß beispielsweise
bei einer Aufwärtsbewegung der Drehknopf mit dem Keil für das obere Feld bei einer
Abwärtsbewegung mit dem Keil für das untere Feld gekuppelt wird, so wird die VerwechslungsmöglichIteit
geringer. Man kann das Pyrometer auch mit Blenden ausrüsten, derart, daß immer das
Feld groß erscheint, mit dessen zugehörigem Keil der Drehknopf gekuppelt ist (Fig.
7). Will man das andere Feld abgleichen, so wird man durch das kleine Gesichtsfeld
sofort daran erinnert, daß man den Drehknopf in seine andere Stellung umzulegen
hat.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 8 wiedergegeben.
Der vom Strahler I ausgehende Strahl gelangt hier in zwei Objektivlinsen I5, I6.
Für die Abgleichung im Roten ist dann ein Doppelgraukeil I7 vorzusehen, der die
Strahlungen in beiden Lichtwegen gleichmäßig schwächt. In dem einen Lichtweg ist
dann noch der Keil 5 für die Messung im Grünen angeordnet. 3 und I3 sind wieder
die Vergleichs lichtquellen, I I und I4 die beiden Farbfilter. Im übrigen gelten
für dieses Ausführungsbeispiel dieselben Überlegungen wie für das nach Fig. 4. Man
hat also auch hier die Möglichkeit, das Gesichtsfeld nach einer der Fig. 5 bis 7
auszubilden.
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Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele
beschränkt. So ist es beispielsweise möglich, bei der Ausführungsform nach Fig.
4 statt des Prismas mit den Flächen 10 und 12 Spiegel zu benutzen, von denen der
der Fläche 10 entsprechende Spiegel halbdurchlässig sein muß. Ferner ist es nicht
erforderlich, daß sowohl Temperatur als auch Helligkeit des Strahlers höher als
die entsprechenden Größen des Vergleichslichtquelle liegen. Es ergibt sich dann
lediglich die Abänderung, daß beispielsweise erst im Grünen und anschließend im
Roten abzugleichen ist bzw. daß nicht das Licht des Strahlers, sondern das Licht
der Vergleichslichtquelle geschwächt werden muß. Das bedeutet einige konstruktive
Abänderungen, die jedoch hier im einzelnen darzustellen nicht erforderlich erscheint,
da sie nach Bekanntsein des Grundprinzips leicht von jedem Fachmann durchgeführt
werden können. Das wesentliche Merkmal der Erfindung ist eben in der Unterteilung
der im Okular beobachteten Fläche in Rot- und Grüngebiete zu sehen, wodurch eine
wesentlich erhöhte Meßsicherheit erzielt wird.