Prinzip, Vorteile, Grenzen und Einsatzmöglichkeiten von Quotienten-Pyrometern in thermischen Prozessen von Albert Book Ein Quotienten-Pyrometer erfasst die Wärmestrahlung eines nicht mehr wegzudenken. Der folgende Messobjektes in zwei unterschiedlichen Wellenlängenberei- Artikel erläutert die physikalischen Grundlagen, Vorteile, funktionellen und analytischen Möglichkeiten sowie die Grenzen der chen. Der Quotient der beiden spektralen Strahldichten φ ändert sich näherungsweise proportional zur Temperatur. Verbunden mit den spektralen Strahldichten ist der jeweilige Emissionsgrad ε der Messoberfläche für die beiden Wellenlängen (Bild 1). Quotienten-Pyrometrie. Anhand praktischer Anwendungen werden typische Einsatzbereiche vorgestellt. Bild 1 Quotienten-Pyrometer messen in zwei Wellenlängenbereichen die Strahlung und ermitteln aus dem Verhältnis der Strahldichten die Temperatur. Um den wellenlängenabhängigen Einfluss des Emissionsgrades der Messoberfläche gering zu halten, werden Wellenlängenbereiche ausgewählt, die nahe beieinander liegen. Dies bedeutet jedoch andererseits, dass sich die beiden Strahlungsdichten kaum unterscheiden. Der Quotient aus zwei nahezu identischen Werten ändert sich in Abhängigkeit der Objekttemperatur nur sehr gering. Daher ist die kleinste messbare Temperatur eines Quotienten-Pyrometers auf ca. 300 °C begrenzt. Um diese kleinen Signaländerungen über

Tabelle 1 Einfluss bei einer emissionsgradabhängigen Schwächung für das Spektral- und Quotienten-Messverfahren. können, bedarf es einer großen Verstärkung. An die Qualität der Sensoren, elektronischen Verstärker und A/D-Wandler werden daher höchste Ansprüche gestellt, um einen hohen Signal/Rauschabstand bzw. einen kleinen NETD (Noise Equi-valent Temperature Difference) und damit die für eine genaue Messung erforderliche hohe Temperaturauflösung zu erreichen. Zur Kontrolle des NETD ist das Gerät am Messbereichsanfang mit der kürzesten Einstellzeit zu betreiben und dabei die Stabilität des Messsignals...

Bild 2 Einfluss auf die angezeigte Temperatur bei Änderung des Emissionsgradverhältnisses vom Messobjekt für verschiedene Messwellenlängen bezogen auf eine Objekttemperatur von 800 °C. Bild 3 Metallen verringert sich der Emissionsgrad mit Bei steigender Messwellenlänge. sich der spektrale Emissionsgrad des Messobjektes verringert Vergleichsmessung das Thermoelement einen höheren Wert als das Quotienten-Pyrometer anzeigt. Dann liegt ein wellenlängenabhängiger Einfluss vor. Welche Möglichkeit bietet sich Diese beiden konträren Zusammenhänge sind bei dem prak- dennoch für den Anwender, etwaige fehlerhafte...

ner neutralen Signalschwächung durch ein Schauglas mit einer Transmission von 93 % und einem Fensterverbundglas mit einer wellenlängenabhängigen Transmission (Bild 4). Deutlich ist die Minderanzeige der spektralen Temperaturen für das Schutzglas (1) zu sehen. Dagegen bleibt der Quotienten-Wert nahezu konstant. Bei dem qualitativ minderwertigen Verbundglas (2) fallen die Spektralen noch erheblich stärker und zudem unterschiedlich stark ab. Dies führt auch für den Quotienten zu einer erheblichen Messabweichung. Bei Quotienten-Pyrometern ist bei der Messung durch Schaugläser daher unbedingt darauf...

Messfelddurchmesser in 20 Meter Abstand von 200 mm. Die Temperaturverteilung auf der Bramme ist aufgrund des Zunders extrem inhomogen. Bei einem Spektral-Pyrometer wird die Temperatur aus dem Mittelwert der gesamten im Messfeld empfangenen Strahlung ermittelt. Der Messwert ist daher von der Temperaturverteilung und dem Zunder abhängig. Da sich die Bramme auf dem Rollengang bewegt, würde dies bei ungefilterter Signalauswertung zu einem schwankenden Messwert führen. Seitens der Pyrometer Hersteller gibt es daher die Empfehlung, unter diesen Bedingungen ein Pyrometer mit einer Bild 6 Einfluss des...

Quotienten-Pyrometer zur Messungen von kälteren Objekten in heißer Ofenatmosphäre Oft diskutiert wird die Thematik der Temperaturmessung von kälteren Objekten innerhalb eines heißen Ofens. Kalte Schmiedeteile werden zur Erwärmung in heiße Öfen gelegt oder kalte Brammen durchlaufen die verschiedenen Heizzonen eines Stoßofens. Aufgrund der hohen sogenannten Hintergrundstrahlung der heißen Ofenwand, die vom Messobjekt reflektiert und damit auch vom Pyrometer mit erfasst wird, zeigt das Pyrometer immer eine zu hohe Temperatur an. Je näher sich die Temperatur des Werksstücks an die des Ofens angleicht,...

der Temperatur der gegenüberliegenden Wand. Ist die Wand durch Wärmetauscher-Rohre deutlich kühler als die Partikel im Luftstrom, erfasst ein Spektral-Pyrometer aufgrund der Mittelwertbildung eine zu niedrige und abhängig vom Lastzustand schwankende Temperatur. Hier kommt wieder der Vorteil des Quotienten-Pyrometers in Bezug auf den Teilausleuchtungseffekt und der Maximalwerterfassung zum Tragen. Gegenüber den üblicherweise eingesetzten Thermoelementen sind Quotienten-Pyrometer daher eine echte Alternative, da sie keinem Verschleiß oder einer altersbedingten Drift unterlegen sind. Allerdings...

len Kontrollaufwand und die Reduzierung der Produktion von Fehlteilen schnell wieder refinanziert. Bei extremen Messbedingungen durch starken Dampf, Schmutz und Staub kommen die messtechnischen Vorteile des Quotienten-Pyrometers klar zum Tragen. Bei Anwendungen, in denen sich der Emissionsgrad der Messobjekte ändern kann, ist es empfehlenswert beim Einsatz des Quotienten-Messverfahrens die Zuverlässigkeit der Messung zu überprüfen. Seitens der Gerätehersteller kann nur empfohlen werden, die zusätzlichen Schutz- und Analysemöglichkeiten des QuotienBild 10 Kompaktes Quotienten-Pyrometer mit LED-Pilotlicht...