DE1573204C

DE1573204C - Circuit arrangement for a device for non-contact temperature measurement

Info

Publication number: DE1573204C
Authority: DE
Inventors: Walter Dipl Ing 6000 Frankfurt GOIn 29 04 Hunsinger
Original assignee: Hartmann and Braun AG
Current assignee: ABB Training Center GmbH and Co KG
Publication date: 1971-07-29

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zur Messung der Oberflächentemperatur von bewegten oder ruhenden Körpern, wie es beispielsweise in der deutschen Patentschrift 1121 368 beschrieben ist. Derartige Geräte sind so konstruiert, daß ein in einer wärmeisolierenden Glocke untergebrachter Temperaturfühler, vorzugsweise ein Thermoelement, in geringem Abstand von der zu messenden Oberfläche gehalten wird. Durch besondere Maßnahmen, beispielsweise durch einen umlaufenden Ventilator innerhalb der Isolierglocke, wird ein möglichst guter Wärmeübergang zwischen der Meßfläche und der Meßstelle des Thermoelementes erzeugt, damit das Thermoelement die zu messende Oberflächentemperatur annimmt.The invention relates to a device for measuring the surface temperature of moving or bodies at rest, as described, for example, in German patent specification 1121 368. Such Devices are constructed in such a way that a temperature sensor housed in a heat-insulating bell, preferably a thermocouple, held a short distance from the surface to be measured will. By special measures, for example by a rotating fan inside the Isolation bell, the best possible heat transfer between the measuring surface and the measuring point of the Thermocouple generated so that the thermocouple assumes the surface temperature to be measured.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß kein vollkommener Temperaturausgleich zwischen der zu messenden Oberfläche und dem Thermoelement stattfindet, so daß die Geräte im allgemeinen eine etwas zu niedrige Temperatur anzeigen. Die Ursache des Anzeigefehler? ist offensichtlich der Temperaturunterschied zwischen der Meßfläche und dem umgebenden Medium bzw. dem Gerätegehäuse. Dies folgt auch daraus, daß der Anzeigefehler mit zunehmendem Temperaturunterschied anwächst. So wurde festgestellt, daß bei einem Gerät mit Ventilator für je 10 grd Unterschied zwischen Oberfläche und Umgebungstemperatur die Differenz zwischen der Oberflächentemperatur und der angezeigten Temperatur 0,65 grd betrug. Da für viele technische Anwendungsfälle', unter anderem in der Kunststoffindustrie, sehr genaue Temperaturmessungen an umlaufenden Walzen erforderlich sind, ist eine Einrich- ■ tung, welche eine selbsttätige Kompensation des Einflusses der Umgebungstemperatur auf die Anzeige des Meßgerätes bewirkt, sehr von Nutzen.However, it has been shown that there is no perfect temperature equalization between the surface to be measured and the thermocouple takes place, so that the devices generally have a slightly too low temperature Show. The cause of the display error? is obviously the temperature difference between the Measuring surface and the surrounding medium or the device housing. This also follows from the fact that the display error increases with increasing temperature difference. It was found that in one device with fan for every 10 degrees difference between surface and ambient temperature is the difference between the surface temperature and the displayed temperature Temperature was 0.65 degrees. As for many technical applications, including in the plastics industry, very precise temperature measurements on rotating rollers are required, is a device ■ device, which automatically compensates for the influence of the ambient temperature on the display of the Measuring device causes very useful.

In der schweizerischen Patentschrift 353 187 ist eine Vorrichtung zur Messung von Temperaturen an bewegten Oberflächen beschrieben, bei der zwei Möglichkeiten zur selbsttätigen Kompensation des Einflusses der Umgebungstemperatur vorgesehen sind. Als erste Möglichkeit wird vorgeschlagen, drei verschiedenartige Thermodrähte zusammenzuschalten, wobei hinsichtlich der Thermokräfte ganz bestimmte Bedingungen erfüllt sein müssen. Eine der Lötstellen erfaßt in einem im voraus bestimmten Abstand von zwei Thermodrähten auf der Oberseite der Halterung die dort herrschende Lufttemperatur. Die Temperaturanzeige erfolgt mit einem Drehspulinstrument. Bei dieser Schaltungsanordnung ergeben sich Schwierigkeiten hinsichtlich des exakten Abgleiches, da nur bestimmte, in ihren thermoelektrische!! Eigenschaften festgelegte Thermomaterialien zur Verfügung stehen. Der zweite Vorschlag sieht zwei gelrennte Thennoelementkreise vor, die auf zwei getrennte Wicklungen eines Drehspulinstrumentes einwirken. Jeweils eine Lötstelle der beiden Thennoelementkreise ist in unmittelbarer Nähe der zu messenden Oberfläche angeordnet.In Swiss patent 353 187 is a Device for measuring temperatures on moving surfaces described in the two possibilities are provided for automatic compensation of the influence of the ambient temperature. As the first Possibility is proposed to interconnect three different types of thermal wires, with regard to the thermal forces must meet very specific conditions. One of the soldering points is captured in one predetermined distance of two thermal wires on the top of the bracket which there prevailing air temperature. The temperature is displayed with a moving coil instrument. At this Circuit arrangement, difficulties arise with regard to the exact adjustment, since only certain in their thermoelectric !! Properties defined thermal materials are available. The second Proposal provides for two separate Thennoelementkreise on two separate windings of a moving coil instrument act. One soldering point for each of the two Thenno element circles is in the immediate vicinity arranged on the surface to be measured.

Die Erfindung vermeidet die Nachteile dieser bekannten Schaltungsanordnungen, die darin bestehen, daß im einen Fall ein exakter Abgleich der Schaltung nur sehr schwer und durch umständliches Manipulieren möglich ist und im anderen Fall ein relativ hoher Schaltungsaufwand sich ergibt. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung für ein Gerät zur berührungslosen Temperaturmessung der Oberfläche eines Körpers mit mehreren in Reihe geschalteten Thermoele- f.5 meiiten, wobei eine in unmittelbarer Nähe der Oberfläche angeordnete Lötstelle (Meßthermoelement) innerhalb einer Wärmeisolierglocke untergebracht is!The invention avoids the disadvantages of these known circuit arrangements, which consist in that in one case an exact adjustment of the circuit is very difficult and involves laborious manipulation is possible and in the other case a relatively high circuit complexity results. The inventive Circuit arrangement for a device for contactless temperature measurement of the surface of a body with several thermocouples connected in series, one in the immediate vicinity of the surface arranged soldering point (measuring thermocouple) is housed within a heat insulating bell!

und eine andere Lötstelle eine Temperatur des Gerätes außerhalb der Wärmeisolierglocke erfaßt (Korrekturthermoelement), ist dadurch gekennzeichnet, daß Meß- und Korrekturthermoelemente zwei gleichartige, gegeneinandergeschaltete Thermoelemente sind, von denen das letztere mit einem einstellbaren Spannungsteiler abgeschlossen ist und die Spannungsdifferenz des Meßthermoelementes und der Teilspannung des Korrekturthermoelemenies über einen einstellbaren Widerstand einem Drehspulmillivoltmeter oder einem hinsichtlich seiner Gegenkopplung einstellbaren, einem Anzeigegerät vorgeschalteten Meßverstärker zugeführt ist. Die Meßstelle des Korrektlirthermoelementes wird zweckmäßigerweise mit dem Gehäuse, insbesondere mit der Außenwand des Gerätes verbunden.and another solder joint a temperature of the device detected outside the thermal insulation bell (corrective thermocouple), is characterized in that measuring and correction thermocouples are two similar, counter-connected thermocouples of where the latter is completed with an adjustable voltage divider and the voltage difference of the Measuring thermocouple and the partial voltage of the corrective thermocouple via an adjustable Resistance of a moving coil millivoltmeter or one adjustable with regard to its negative feedback, a Display device upstream measuring amplifier is supplied. The measuring point of the corrective thermocouple is expediently connected to the housing, in particular to the outer wall of the device.

An Hand der Zeichnung wird die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung näher erläutert.The circuit arrangement according to the invention is explained in more detail with reference to the drawing.

Das in der Wärmeisolierglocke befindliche Meßthermoelement 1 gibt eine der Temperatur Im seiner Meßstelle entsprechende Spannung Em ab. Da kein vollständiger Temperaturausgleich zwischen der zu messenden Oberfläche und der Meßstelle des Thermoelementes stattfindet, ist diese Spannung etwas geringer als die Spannung Eo, die der Oberflächentemperatur zuzuordnen ist. Wird, wie bisher üblich, die Spannung dieses Thermoelementes zur Temperaturanzeige herangezogen, so besteht, wie bereits erwähnt, ein linearer Zusammenhang zwischen der Abweichung der Anzeige vom richtigen Wert und der Differenz zwischen Oberflächen- und Umgebungstemperatur. Dies rührt daher, daß der Wärmeaustausch zwischen Oberfläche und Thermoelement vorwiegend durch Konvektion erfolgt und die Wärmestrahlung in dem in Frage kommenden Bereich noch keine wesentliche Rolle spielt.The measuring thermocouple 1 located in the heat insulating bell emits a voltage Em corresponding to the temperature Im of its measuring point. Since there is no complete temperature equalization between the surface to be measured and the measuring point of the thermocouple, this voltage is somewhat lower than the voltage Eo, which is assigned to the surface temperature. If, as previously usual, the voltage of this thermocouple is used to display the temperature, there is, as already mentioned, a linear relationship between the deviation of the display from the correct value and the difference between surface and ambient temperature. This is due to the fact that the heat exchange between the surface and the thermocouple takes place predominantly by convection and the thermal radiation does not yet play an essential role in the area in question.

Dem Meßthermoelement 1 ist das Thermoelement 2 entgegengeschaltet, das die Umgebungstemperatur tu mißt und dementsprechend die Spannung Eu liefert.The thermocouple 2 is connected opposite the measuring thermocouple 1, which measures the ambient temperature tu and accordingly supplies the voltage Eu.

Ist ·-■ ein Verkleinerungsfaktor, mit dem Eo -Eu zur Korrektur der Anzeige zu berücksichtigen ist, so gilt:If · - ■ is a reduction factor with which Eo -Eu is to be taken into account for correcting the display, then the following applies:

Eu + ^τ (E₀-Eu)= E₀. (I) Eu + ^τ (E ₀ -Eu) = E ₀ . (I)

Daraus folgt:It follows:

C.0 ■C.0 ■

ist somit eine Zahl, die dem Anzeigefehler pro grdis thus a number that corresponds to the display error per grd

Unterschied zwischen Oberflächen- und Umgebungstemperatur entspricht. Sie wird experimentell ermittelt. Um den Fehler zu kompensieren, der durch die alleinige Anwendung des Thermoelementes 1 entsteht, muß also die Gleichung (2) erfüllt sein. Praktisch gelingt dies mit. Hilfe des erwähnten Thermoelementes 2, das mit einem Spannungsteiler 4 abgeschlossen wird. Mittels dieses Spannungsteilers wird von der Thermospannung Eu nur die am Teilwiderstand R₂ des Spannungsteilers abfallende Spannung der Spannung Em des Thermoelementes I entgegengeschaltet. Die Rechnung ergibt für R₂ den WertDifference between surface and ambient temperature. It is determined experimentally. In order to compensate for the error which arises from the sole application of the thermocouple 1, equation (2) must be fulfilled. In practice this succeeds with. With the help of the mentioned thermocouple 2, which is terminated with a voltage divider 4. By means of this voltage divider, only the voltage drop across the partial resistor R _{2 of} the voltage divider of the thermal voltage Eu is switched in opposition to the voltage Em of the thermocouple I. The calculation gives the value for R ₂

R₁ + RuR ₁ + Ru

η - 1 η - 1

Dabei ist Ru der Widerstand des Thermoelementes2. Die Differenz-Spannung Ru is the resistance of the thermocouple2. The difference voltage

1
η 1
η

ird dem Meßverstärker 5 zugeführt, an dessen Ausang das in ° C geeichte Meßinstrument 6 ange Alossen ist. Der Faktorird fed to the measuring amplifier 5, at whose output the measuring instrument 6 calibrated in ° C is attached Alossen is. The factor

n-ln-l

si Eo läßt sich durch Änderung des Gegenkopplungsiderstandes im Meßverstärker berücksichtigen. Es eribt sich dann, daß der das Anzeigeinstrument durchießende Strom J proportional Eo ist. Das Meßistrument zeigt somit bei beliebigen Umgebungs- :mperaturen stets die richtige Oberflächentempeitur Eo an. si Eo can be taken into account by changing the negative feedback resistance in the measuring amplifier. It then emerges that the current J flowing through the display instrument is proportional to Eo . The measuring instrument thus always shows the correct surface temperature Eo at any ambient temperature.

Die Vergleichsstellen der beiden Thermoelemente 1 nd 2 müssen auf konstanter Temperatur gehalten erden, damit sie eindeutige, von der jeweiligen Temeratur abhängige Spannungen abgeben, was gieichermßen für die Spannungsdifferenz beider Thermoemente gilt. Sie befinden sich deshalb in dem Thermostaten 3.The comparison points of the two thermocouples 1 and 2 must be kept at a constant temperature ground so that they are unique, of the respective temperature emit dependent voltages, which is equally important for the voltage difference between the two thermocouples is applicable. You are therefore in the thermostat 3.

ist ein Millivoltmeter ohne Meßverstärker zur An- :ige der Oberflächentemperatur vorgesehen, so wird ;i diesem durch Ändern des Vorvviderstandes dem weiligen Temperaturwert der Oberfläche der Span-Lingswert if a millivoltmeter without measuring amplifier is provided to indicate the surface temperature, then ; i this by changing the series resistance to the respective temperature value of the surface of the Span-Lingswert

jgeordnet.jordered.

-l
.fco -l
.fco

Claims

Patent claims:

1. Circuit arrangement for a device for non-contact temperature measurement of the surface a body with several thermocouples connected in series, with one in the immediate Soldering point (measuring thermocouple) located near the surface within a heat insulating bell is housed and another soldering point a temperature of the device outside of the heat insulating bell detected (correction thermocouple), characterized in that measuring and Correction thermocouple two similar, oppositely connected Thermocouples are, the latter of which has an adjustable voltage divider is completed and the voltage difference of the measuring thermocouple and the partial voltage of the correction thermocouple via an adjustable resistance of a rotary-coil voltmeter or to a measuring amplifier which can be adjusted with regard to its negative feedback and is connected upstream of a display device.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the measuring point of the Corrective thermocouple connected to the housing, preferably to the outer wall of the device is.

1 sheet of drawings