Fritz Lieneweg

HANDBUCH der technischen Temperaturmessung «

Mit 329 Bildern

» vie weg

VII

Inhaltsverzeichnis

1.1. Anforderungen an Temperaturmeßgeräte

1 1

1.2. Fehler und Fehlergrenzen, Auswertung der Meßergebnisse Schrifttum

3 7

1 . Allgemeines (F. Lieneweg)

32 3.1.1.2. Fehler und Fehlerberichtigung 3.1.1.2.1. Fehlergrenzen und Meßunsicherheit 32 3.1.1.2.2. Der Fadenfehler und seine Berichtigung 32 3.1.1.2.3. Weitere Einflußgrößen, ihre Berichtigung und Maßnahmen zu ihrer Beseitigung

37

3.1.1.2.4. Anzeigeberichtigung bei der 2. G r u n d l a g e n der T e m p e r a t u r m e s s u n g (F. Lieneweg) 2.1.1. Die Thermometer 2.1.2. Die Temperaturskalen

8 8 8 9

2.2. Die Thermodynamische und die Internationale Praktische Temperaturskala

2

2.1. Geschichtliches

2.2.1. Temperatureinheiten, Formelzeichen sowie Umrechnungsgleichungen 2.2.2. Das Gasthermometer und die Verwirklichung der thermodynamischen Kelvin-Temperaturskala (TKTS) 2.2.3. Die Internationale Praktische Temperaturskala (IPTS) 2.2.4. Unterschiede zwischen den Internationalen Temperaturwerten (1TS-27, IPTS-48'und IPTS-68) und Meßunsicherheiten 2.2.5. Erweiterung der Internationalen Temperaturskala bis herab zu 0,2 К 2.2.6. Verfahren und Anordnungen zur Temperaturmessung unter 90 К bis10"2K Schrifttum

2

12 13

3.1.3.1. Stabausdehnungsthermometer 3.1.3.2. Bimetall-Thermometer 3.1.3.2.1. Dimensionierung der Bimetalle 3.1.3.2.2. Fertigung der Bimetalle und Ausführungsform 3.2. Elektrische Thermometer (F. Lieneweg) x

17 18

19 21

3. B e r ü h r u n g s t h e r m o m e t e r

24

3.1. Ausdehnungsthermometer (F. Lieneweg)

24

3.1.1. Flüssigkeits-Glasthermometer 3.1.1.1. Wirkungsweise und Bauformen 3.1.1.1.1. Anforderungen an die Glaseigenschaften 3.1.1.1.2. Anforderungen an die thermometrischen Flüssigkeiten 3.1.1.1.3. Einschluß- und Stabthermometer — konstruktiver Aufbau 3.1.1.1.4. Ausführungsformen

3.1.2. 3.1.2.1. 3.1.2.1.1. 3.1.2.1.2. 3.1.2.2. 3.1.2.2.1. 3.1.2.2.2. 3.1.2.3. 3.1.3.

Prüfung von zu eichenden Thermometern Federthermometer Flüssigkeits-Federthermometer Wirkungsweise und Bauformen Fehler und Fehlerberichtigung Dampfdruck-Federthermometer Wirkungsweise und Bauformen Fehler und Fehlerberichtigung Gas-Federthermometer Stabausdehnungs- und BimetallThermometer

24 24 24 25 25 27

38 39 39 39 43 44 47 47 47 48 48 49 49 51 51 _52_ 52

- 3.2.1. Thermoelemente 3.2.1.1. Wirkungsweise 3.2.1.1.1. Theorie der thermoelektrischen Eigenschaften von Thermopaaren Peltier- und Thompson-Effekte 52 3.2.1.1.2. Thermoelektrische Spannungsreihe 54 3.2.1.1.3. Anforderungen an die Auswahl der Legierungsbestandteile von Thermodrähten 55 3.2.1.1.4. Wesentliche Grundgesetze für die Temperaturmessung mit Thermoelementen 3.2.1.2. Allgemeine Anforderungen an die Werkstoffe für Thermopaare 3.2.1.2.1. Einfluß von Inhomogenitäten 3.2.1.2.2. Ausführung der Meßstellen 3.2.1.3. Kennlinien (Grundwertreihen) und zulässige Abweichungen 3.2.1.3.1. Grundwertreihen 3.2.1.3.2. Zulässige Abweichungen 3.2.1.3.3. Berücksichtigung bei Abweichungen der Vergleichsstellentemperatur von der Bezugstemperatur

55 56 57 57 57 57 68

68

VIM

Inhaltsverzeichnis

3.2.1.4. Zusammensetzung und Eigenschaften von Thermopaaren 3.2.1.4.1. Drahtdicken der Thermodrähte

70 70

3.2.1.4.2. Allgemeines über Zusammensetzung, Stabilisierung, Beständigkeit und Verwendungsgrenzen 3.2.1.4.3. Unedle metallische Thermopaare 3.2.1.4.4. Edle metallische Thermopaare 3.2.1.4.5. Hochschmelzende metallische Thermopaare 3.2.1.4.6. Nichtmetallische hochschmelzende (Halbleiter-) Thermopaare 3.2.1.4.7. Thermopaare für TieftemperaturMessungen 3.2.1.4.8. Thermopaare für Strahlungspyrometer 3.2.1.5. Bauarten von Thermoelementen 3.2.1.5.1. Armierte und nichtarmierte Thermoelemente 3.2.1.5.2. Isoliermaterial für Thermoschenkel 3.2.1.5.3. Mantelthermoelemente, Aufbau, Abmessungen, Anwendungen 3.2.1.5.4. Gerade Thermoelemente 3.2.1.5.5. Winkelförmige Thermoelemente 3.2.1.5.6. Weitere Ausführungsarten für verschiedene industrielle Anwendungen 3.2.1.6. Einfluß und Ausgleich der Vergleichstemperatur 3.2.1.6.1. Berechnung des Einflusses der Vergleichstemperatur 3.2.1.6.2. Ausgleichsleitungen (Werkstoffe, Aufbau und Meßfehler) 3.2.1.6.3. Ausgleich des Einflusses der Vergleichstemperatur 3.2.1.7. Berechnung und Abgleich des Einflusses der Leitungswiderstände 3.2.1.7.1. Ausschlagverfahren 3.2.1.7.2. Kompensationsverfahren und Meßverstärker 3.2.1.7.3. Ausschlagverfahren mit Teilkompensation 3.2.1.8. Sonderschaltungen 3.2.1.8.1. Temperatur-Differenz- und -Tendenzmessungen 3.2.1.8.2. Meßstellenumschaltung 3.2.1.8.3. Thermoelementbruchsicherungen 3.2.1.9. Fehler und Fehlergrenzen 3.2.1.9.1. Übersicht über mögliche Meßfehler 3.2.1.9.2. Weitere Störeinflüsse in technischen Anlagen ^LZJl__Widerstandsthermometer 3.2.2.1. Wirkungsweise und Werkstoffe

3.2.2.1.1. Metallene Widerstandsthermometer, ihre Grundwerte und zulässigen Abweichungen 107

3.2.2.1.2. Halbleiter-Thermometer und ihre Temperaturabhängigkeit 70 72 73 75

3.2.2.1.3. Werkstoffe für Halbleiter 3.2.2.2. Aufbau der Widerstandsthermometer

3.2.2.2.1. Der Meßwiderstand 3.2.2.2.2. Meßwiderstände für wissenschaftliche Zwecke und als Normalien

75 76

3.2.2.2.3. Hartglas-Meßwiderstände 3.2.2.2.4. Keramik-Meßwiderstände 3.2.2.2.5. Aufbau und Anforderungen an Meßeinsätze

77 77

3.2.2.2.6. Sonderausführungen von Wider-

77 77

3.2.2.2.7. 3.2.2.2.8.

80 80 82

3.2.2.2.9. 3.2.2.2.10.

83

3.2.2.2.11. 84

3.2.2.3. 84

3.2.2.3.1. 86

3.2.2.3.2. 89 94 94 101 101 102 102 103 103 103 104 104 106 106

3.2.2.4. 3.2.2.5.

standsthermometern für spezielle Meßaufgaben Formen und Aufbau von Heißleiterthermometern Meßtechnische Eigenschaften der Heißleiter Ausgleich der Streuungen und Linearisierung der Kennlinie Größe der Heißleiterwiderstände, ihre Anwendungen und Meßunsicherheiten Aufbau und Anwendung von Kaltleitern Einfluß und Abgleich der Zuleitungswiderstände Abgleich und Meßfehler bei Zweileiterschaltungen Abgleich und Meßfehler bei Dreiund Vierleiterschaltungen Erwärmungsfehler Fehler und Fehlergrenzen

3.3. Besondere Meßverfahren (H. Vanvor)

111 111 113 113 114 115 115 116

117 119 119 119

120 121 122 124 125 126 127 128

3.3.1. Temperatur-Meßfarben; Temperaturmeßstifte; flüssige Kristalle;

3.3.1.1. 3.3.1.2. 3.3.1.3. 3.3.1.4. 3.3.2. 3.3.2.1. 3.3.2.2. 3.3.3. 3.3.3.1. 3.3.3.2. Schrifttum

Temperatur-Papiere Temperatur-Meßfarben Temperatur-Meßstifte Flüssige Kristalle Temperatur-Papiere Temperatur-Kennkörper Segerkegel Schmelzkörper Kapazitive, induktive und magnetische Verfahren Kapazitive Verfahren Induktive Verfahren

128 128 128 130 131 132 132 132 133 133 134 134

IX

Inhaltsverzeichnis

4. Analoge und digitale Meßverfahren für Temperaturmessungen 4.1. Analoge Meßverfahren und Meßgeräte (W. Höhne) 4.1.1. Messung der Thermospannung 4.1.1.1. Ausschlagverfahen 4.1.1.1.1. Das dynamische Verhalten von Drehspulmeßwerken 4.1.1.1.2. Bemessung der Meßschaltung zur Thermospannungsmessung 4.1.1.2. Kompensationsverfahren 4.1.1.2.1. Kompensations-Meßgeräte nach dem Potentiometerverfahren 4.1.1.2.2. Bemessung der KompensationsBrückenschaltung für Thermospannungsmessungen 4.1.1.2.3. Kompensations-Meßgeräte nach dem Strommesserverfahren, Meßverstärker und Meßumformer

141 141 141 141 141 143 145 146

Quotientenverfahren Sonderschaltungen Temperaturdifferenzschaltung Meßstellenumschaltung

4.2. Digitale Meßverfahren (H. Breunig)

4.2.3.1. Kennlinien-Linearisierung von Widerstandsthermometern 4.2.3.2. Quarzkristallthermometer 4.2.4. Meßwertverarbeitung und Prozeßrechenanlagen Schrifttum

179

5.2. Prüfen durch Vergleich mit Normalthermometern 5.2.1. 5.2.2. 5.2.3. 5.2.4.

180 180 181

einem Thermoelement-Normal 5.2.5. Auswertung der Einzelmessungen

181 181

5.3. Prüfen bei Fixpunkten

148

5.3.4. Prüfen nach der Drahtabschmelzmethode

von Metallen

166 167 167 167 168

170 170 171 171 174 175 178

179

Prüfen in Flüssigkeitsbädern Prüfen in Rohröfen Prüfen in Luft Prüfen von Thermodrähten durch Aufheizen und Vergleich mit

146

4.2.1. Digitale Meßwertdarstellung und Zahlensichtgeräte 168 4.2.2. Analog-Digitalumsetzungsverfahren 169 4.2.2.1. Stufenumformer 170 4.2.2.2. Nachlaufende Umsetzer 4.2.2.3. Integrierende Umsetzer 4.2.3. Digitale Temperaturmeßeinrichtungen

179

5.1. Allgemeine Anforderungen

5.3.1. Prüfen beim Eis-oder Tripelpunkt 5.3.2. Prüfen beim Siedepunkt • 5.3.3. Prüfen beim Erstarrungspunkt

4.1.2. Messung des Widerstands von Widerstandsthermometern 152 4.1.2.1. Kompensationsverfahren 152 4.1.2.1.1. Spannungs-Kompensationsverfahren 152 4.1.2.1.2. Brücken-Nullverfahren 153 4.1.2.1.3. Selbstabgleichende Brückenschaltungen nach dem BrückenNullverfahren und ihre Bemessung 154 4.1.2.1.4. Meßumformer für Widerstandsthermometer 161 4.1.2.2. Ausschlagverfahren 163 4.1.2.2.1. Die Brückenschaltung mit Drehspulgalvanometer und ihre Bemessung 163 4.1.2.2.2. 4.1.2.3. 4.1.2.3.1. 4.1.2.3.2.

5. Prüfverfahren und -Einrichtungen für Berührungsthermometer (F. Lieneweg)

182 182 183

183 184

5.4. Überprüfen elektrischer Temperatur-Meßeinrichtungen Schrifttum

184 185

6. M a n t e l - und Schutzrohre für T h e r m o meter

186

6.1. Allgemeine Hinweise (F. Lieneweg)

186

6.2. Chemische Banspruchung von Thermometern (F. Lieneweg) 6.2.1. Metallene Werkstoffe 6.2.1.1. Kupferhaltige Werkstoffe 6.2.1.2. Stähle für Salz- und Metallschmelzen 6.2.1.3. Hitzebeständige und oxydationsfeste legierte Stähle 6.2.1.4. Werkstoffe für Meßeinsätze 6.2.1.5. Schutz gegen Erosionen 6.2.2. Keramische Werkstoffe 6.2.2.1. Allgemeine Anforderungen 6.2.2.2. Eigenschaften der verschiedenen keramischen Schutzrohrwerkstoffe 6.3. Die mechanische Beanspruchung von Thermometern (P. Dittrich) 6.3.1. Schutzrohr-Werkstoff 6.3.2. Energieträger 6.3.3. Festigkeitsberechnung des Tauchteils

189 189 189 189 189 198 198 198 198 199 200 200 201 203

Inhaltsverzeichnis

X

6.3.4. Stabilitätsrechnung 6.3.5. Belastungskurven und -diagramme 6.3.6. Festigkeitsberechnung des Einschraubzapfens 6.3.6.1. Dichtbare Drücke 6.3.6.2. Belastbarkeit des Gewindes 6.3.6.3. Belastbarkeit des Gewindehalses 6.3.7. Sicherheitszahlen 6.3.8. Strömungserregte Resonanzschwingung Schrifttum

205 205 208 208 209 209 211 211 213

7. Statische und dynamische Einflüsse a u f die Temperaturanzeige von T h e r m o m e t e r n (F. Lieneweg) 214 7.1. Einfluß der Wärmeübertragung auf den Thermometereinbaufehler

214

7.1.1. Berechnung des Einbaufehlers durch Wärmeleitung und Strahlung 215 7.1.1.1. Einbaufehler in Rohrleitungen, Schutzrohr ohne herausragende Teile 7.1.1.2. Einfluß des Wärmestroms durch die Bodenfläche auf den kleinstmöglichen Ableitungsfehler

215

218

7.1.1.3. Herabsetzung der Fehler durch Strahlungsschutz 220 7.1.1.4. Einbaufehler in Rohrleitungen mit teilweise herausragenden Schutzrohrteilen 221 7.1.1.5. Berechnungsgang der Einbaufehler nach dem Überlagerungsgesetz 7.1.2. Berechnung des Einbaufehlers in beliebigen Mitteln aus Thermometer-Kennzahlen 7.1.2.1. Die Thermometerkennzahl V T als Maß für den Wärmedurchgangsfehler 7.1.2.2. Berechnung der Kennzahl V j und des scheinbaren relativen Wärmeübergangskoeffizienten a'xs 7.1.2.3. Die Thermometerkennzahl Kx als Maß für den Wärmeableitungsfehler

223

228

228

229

230

7.1.2.4. Verlauf der Einbaufehler abhängig von Vj und K T 231 7.1.2.5. Experimentelle Bestimmung des Einbaufehlers in Luft und Wasser sowie im Betrieb 234 7.1.3. Folgerungen für Aufbau und Einbau von Thermometern 234

7.2. Einfluß der Wärmeübertragung bei Oberflächentemperaturmessungen 7.2.1. Berechnung der Fehler 7.2.2. Zu erwartende Meßfehler bei verschiedenen Anbauanordnungen elektrischer Thermometer 7.2.3. Oberflächentemperaturmessung durch Wurzelheizung 7.3. Einfluß der Wärmeübertragung auf das Zeitverhalten von Thermometern

237 237

238 240

240

7.3.1. Berechnung der Übergangsfunktion aus den Gesetzen der Wärmeübertragung 240 7.3.1.1. Zeitkonstante bei exponentieller Änderung der Übergangsfunktion 242 7.3.1.2. Berechnung der Übergangsfunktion für beliebige Thermometer und Schutzrohre 243 7.3.1.3. Thermometer mit Mitten- und Oberflächenwirkung 243 7.3.1.4. Charakterisierung der Übergangsfunktion in halblogarithmischer Darstellung 244 7.3.2. Folgerungen für den Aufbau schnell ansprechender Thermometer unter Berücksichtigung sekundärer Wärmeströmungen 247 7.3.3. Berechnung der Übergangsfunktion in beliebigen Mitteln 249 7.3.3.1. Berechnung der Übergangsfunktion aus der in einem einzigen Bezugsmittel 249 7.3.3.2. Berechnung der Übergangsfunktion aus der in zwei Bezugsmitteln 249 7.3.4. Aufnahme von Übergangsfunktionen 251 7.3.4.1. Allgemeine Anforderungen 251 7.3.4.2. Überprüfung in Luft und Wasser bei normierten Strömungsgeschwindigkeiten 251 7.3.4.3. Umrechnung von Übergangszeiten auf normierte Werte 251 7.3.4.4. Übergangszeiten und ThermometerKennzahlen Vj für verschiedene Thermometer 253 7.3.4.5. Prüfanordnung zur Aufnahme der Übergangsfunktion 255 7.3.5. Die Übergangsfunktion bei zeitabhängigen Temperaturänderungen 7.3.5.1. Linearer Temperaturanstieg 7.3.5.2. Exponentieller Temperaturanstieg 7.3.5.3. Periodische Temperaturänderungen

257 258 259 259

Inhaltsverzeichnis 7.3.6. Approximation der aufgenommenen Übergangsfunktionen mittels Zeitkonstanten 7.3.6.1. Darstellung von Übergangsfunktionen höherer Ordnung mit Ersatz-Zeitkonstanten 7.3.6.2. Bestimmung der Zeitkonstanten nach der Frequenzgangmethode 7.3.6.3. Kennzeichnung mittels Wendetangente durch Verzugs- und Ausgleichszeit 7.3.6.4. Graphische Ermittlung der Zeitkonstanten durch halblogarithmische Darstellung der Übergangsfunktion 7.3.6.5. Ermittlung weiterer Zeitkonstanten nach dem Verfahren der suczessiven Reduktion 7.3.6.6. Zeitkonstantenermittlung mit einem Kennfunktionsatlas 7.3.6.7. Algorithmische Bestimmung der Zeitkonstanten

XI 8.3.5. Stahlschmelzen und Buntmetallschmelzen 262

262 262

262

262

263 263

281

8.4. Temperaturmessung an Oberflächen 8.4.1. Temperaturmessung an ruhenden Oberflächen 8.4.2. Temperaturmessung an bewegten Oberflächen

284

289

8.5. Temperaturmessung in festen Körpern

293

8.6. Ausgewählte Meßanordnungen 8.6.1. Wicklungstemperatur von Transformatoren und elektrischen Maschinen 8.6.2. Temperaturbestimmung durch thermisches Abbild 8.6.3. Temperaturmessungen an elektrischen Kabeln 8.6.4. Temperaturmessung in explosionsgefährdeten Räumen Schrifttum

296

284

296 297 299 300 302

264

7.4. Einfluß der Wärmeübertragung auf den Erwärmungsfehler von Widerstandsthermometern Schrifttum

265 265

8. Technische Anordnungen und Anwendungen von Berührungsthermometern (H. Vanvor)

268

9. Strahlungsthermometer (F. Lieneweg)

8.1. Temperaturmessung in Gasen und Dämpfen 8.1.1. Lufttemperaturmessungen 8.1.2. Klimatisierung und Behaglichkeitsmeisverfahren 8.1.3. Messungen in Behältern, Kanälen und Rohrleitungen 8.1.4. Ausführungshinweise für Betriebsmessungen 8.1.5. Beseitigung von Wärmeableitungsfehlern durch Wurzelheizung 8.1.6. Durchflußthermometer 8.1.7. Messungen in schnell strömenden Gasen

268 268

277

8.2. Temperaturmessung in Flüssigkeiten

278

8.3. Temperaturmessung in Schmelzen 8.3.1. Kunststoffschmelzen 8.3.2. Salzbäder 8.3.3. Glasschmelzen 8.3.4. Leichtmetallschmelzen

279 279 279 280 281

268 269

9.2. Kennzeichnung von Strahlungspyrometern 270 271 273

304

9.1. Grundgesetze der Strahlung 304 9.1.1. Temperaturstrahlung, wichtige Begriffe und Konstanten 304 9.1.2. Kirchhoffsches Gesetz 305 9.1.3. Emissionsgrad 305 9.1.4. Strahlungsgesetze 307 9.1.5. Bruchteilfunktionen zum Planckschen Strahlungsgesetz 309 9.1.6. Graue Strahler und Selektivstrahler 311 9.1.7. Spektrale (Schwarze)-, Verteilungs-, Färb- und Verhältnis-Temperaturen (Ts, T v , T f und T r ) 312 9.1.8. Bandstrahlungs-und Gesamtstrahlungstemperaturen (T b undT t ) 313 9.3. Einfluß des Emissionsgrades auf die Temperaturanzeige von Strahlungspyrometern 9.3.1. Meßfehler durch spektralen Emissionsgrad 6 (X) 9.3.2. Meßfehler durch Gesamtemissionsgrad et 9.3.3. Meßfehler durch Bandemissionsgrad €b 9.3.4. Meßfehler durch Emissionsverhältnis £i/e 2

313 314 314 317 317 318

9.4. Effektive und charakteristische Wellenlängen von Strahlungspyrometern 319

Inhaltsverzeichnis

XII

9.4.1. Effektive Wellenlänge \ . 9.4.2. Charakteristische Wellenlänge X ch 9.5. Berechnung der Signal-Temperaturcharakteristik 9.5.1. Allgemeine Berechnungsgrundlagen

320 D1

322 322

9.5.2. Grenzwellenlängen Xcr von Pyrometern 323 9.5.3. Abhängigkeit des Signals von der Gehäusetemperatur des Pyrometers 323 323 9.5.4. Kompensation des Gehäusetemperatureinflusses 9.6. Weitere Einflüsse auf die Temperaturanzeige von Strahlungspyrometern 9.6.1. Einfluß von Fremdstrahlung 9.6.1.1. Einfluß der Umgebung bei Messungen in der Nähe der Bezugstemperatur des Pyrometers 9.6.1.2. Einfluß der Wandstrahlung bei Wärm prozessen 9.6.2. Einfluß ungleichmäßiger Oberflächentemperaturen 9.6.3. Einfluß von Zwischenmedien

325 328 328

328 330 332 332

9.7.1. Subjektive Vergleichs-(Spektral-) 9.7.1.1. 9.7.1.1.1. 9.7.1.1.2. 9.7.1.1.3. 9.7.1.1.4. 9.7.1.1.5. 9.7.1.2. 9.7.1.2.1. 9.7.1.2.2. 9.7.1.2.3.

9.7.1.2.4. .

9.7.2. 9.7.3. 9.7.3.1. 9.7.3.1.1.

9.7.3.1.2.

9.7.3.1.4. 9.7.3.1.5. 9.7.3.2. 9.7.3.2.1.

9.7.3.2.1.1. 9.7.3.2.1.2. 9.7.3.2.2. 9.7.3.2.2.1. 9.7.3.2.2.2. 9.7.3.2.2.3. 9.7.3.2.2.4.

Werkstoffen für Linsen und Fenster Lichtteiler Interferenzfilter Strahlungsempfänger Kennzeichnung der wesentlichen Eigenschaften von Strahlungsempfängern Strahlungsempfindlichkeit Güte und Detektivität von Strahlungsempfängern Thermische Detektoren Thermoelement-Empfänger Bolometer-Empfänger Pyroelektrische TGS-Empfänger Bimetall- und pneumatische Empfänger

347

347 349 350

351 351 351 355 355 357 358

358

9.7.3.2.3. Photoelektrische(Quanten-)

9.7. Ausführungsarten von Strahlungspyrometern 333 s

9.7.3.1.3. Transmissionseigenschaften von

I

Pyrometer (Optische Pyrometer) 333 Aufbau 333 Das Glühfadenpyrometer 334 Das Graukeilpyrometer 335 Die Glühlampen, Optik, Farbfilter und Schwächungsmittel 335 Die pyrometrische Schwächung 337 Mikro-und Teleobjektivpyrometer 337 Meßunsicherheiten, Fehler und Fehlergrenzen 338 Meßunsicherheit im Goldpunkt 338 Eigenschaften und Fehlergrenzen von Wolfram-Bandlampen 338 Fehler durch Strommesser, Unterschiedsschwelle des Auges, Kalibrierung und Abweichung von Xe 340 Zulässige Fehler visueller Spektralpyrometer nach Ol ML 341 Subjektive Verteilungspyrometer (Farbpyrometer) 342 Strahldichtepyrometer mit Strahlungsempfängern 343 Die Optik 344 Distanzverhältnis d = a/D von Blenden-, Linsen- und Hohlspiegelpyrometern 344 Lichtleitfaser 347

Detektoren 9.7.3.2.3.1. Photozellen und Photovervielfacher 9.7.3.2.3.2. Infrarotdetektoren 9.7.3.2.3.2.1. Undotierte Intrinsic-DetektorenPhotowiderstände 9.7.3.2.3.2.2. Störstellen-Extrinsic-Detektoren; Photodioden, -Transistoren, -Elemente

358 359 360 360

360

9.7.3.2.3.2.3. Photoelektromagnetische-(PEM)und optisch induzierte (OEN)Detektoren 360 9.7.3.3. Aufbau und Meßeigenschaften von technischen Strahldichtepyrometern 363 9.7.3.3.1. Thermoelementpyrometer zur Messung hoher Temperaturen 9.7.3.3.2. Photoelement-Pyrometer 9.7.3.3.3. Strahldichte-Pyrometer zur Messung niedriger Temperaturen 9.7.3.3.4. Selbsttätige Spektral-(Optische-) Pyrometer mit Vergleichslampe 9.7.4. Strahldichteverhältnispyrometer 9.7.4.1. Meßfehler bei unterschiedlichen Wellenlängen und Emissionsgraden

363 376 377 380 380

380

9.7.4.2. Meßverfahren und Meßanordnungen

381

9.7.5. Mittelwertbildner und Spitzenwertspeicher

384

9.7.6. Fehler und Fehlergrenzen von Strahldichtepyrometern

385

9.7.7. Ausschalten des Einflusses des Emissionsgrads

387

9.7.7.1. Berichtigen mit veränderbarem Widerstand

387

XIII

nhaltsverzeichnis 9.7.7.2. Ausschalten mit Polarisationsfiltern 9.7.7.3. Ausschalten durch Überlagerungsverfahren 9.7.7.4. Ausschalten bei Messungen mit Verhältnispyrometern

388 389 390

).8. Prüfverfahren und -einrichtungen für technische Strahlungspyrometer

392

9.8.1. Schwarzer Körper, Eichung von Normal-Standard-Pyrometern

392

9.8.2. Eichung von Pyrometern an Schwarzen Körpern 9.8.3. Prüfung von Spektralpyrometern an Wolframbandlampen Э.9. Technische Anwendungen

393 395 396

9.9.7. Messung niedriger Temperaturen unter 600 °C 9.9.7.1. Allgemeine Übersicht 9.9.7.2. Hochpolymere Kunststoffe 9.9.7.3. Überwachung von Trockenvorgängen und Messungen im Freien 9.9.7.4. Messungen an Aluminium-Strangpressen 9.9.7.5. Messungen an sehr dünnen Fäden und Drähten 9.9.7.6. Messungen von Rotortemperaturen 9.9.7.7. Messungen an Kalanderwalzen 9.9.7.8. Hauttemperaturmessung 9.9.7.8. Infrarotmikroskopie für Temperaturmessungen Schrifttum

413 413 414 417 418 418 419 420 420 420 421

9.9.1. Messung von Temperaturen über

600 °C 9.9.1.1. Allgemeine Hinweise, Einsatz von visuellen Spektralpyrometern 9.9.1.2. Anbauarmaturen für Strahlungspyrometer 9.9.2. Temperaturmessung in Eisenhüttenwerken

9.9.9.1. Hochofenanlage 9.9.2.2. Stranggußanlagen 9.9.2.3. Herdfrischverfahren 9.9.2.3.1. Siemens-Martin-Ofen 9.9.2.3.2. Konverter (Temperaturmessung der Schmelzen und Flammenstrahlung) 9.9.2.4. Tiefofen, Blockbrammenstraße, Normalisierofen 9.9.2.5. Gießerei (Messungen in der Abstichrinne) 9.9.2.6. Strahlungsanalyse und Gütegrad von Schmelzen 9.9.3. Weitere metallurgische Anwendungen 9.9.4. Temperaturmessung in der keramischen Industrie 9.9.5. Temperaturmessung in der Zementindustrie 9.9.6. Temperaturmessung in der Glasindustrie 9.9.6.1. Ausbildung von Strahlungspyrometern für Glas 9.9.6.2. Messung in Schmelzwannen 9.9.6.3. Messung im Feeder 9.9.6.4. Messung von Glastropfen 9.9.6.5. Messungen an Tafel-, Guß- und Flachglas 9.9.6.6. Messung in Infrarot-Trockenöfen

396 396 397

1 0 . Temperaturmessung in F l a m m e n (H. Tietze) 10.1. Messung mit Strahlungspyrometern

399

399 400 401 401

402 404

10.1.1. Gesamtstrahlungspyrometrie 10.1.2. Spektralpyrometrie 10.1.3. Farbpyrometrie (Verhältnispyrometrie)

All 427 427 429 430

10.2. Messung mit Thermoelementen

431

10.2.1. Temperaturmessung mit Thermoelementsonden 10.2.2. Absaugethermometrie Schrifttum

432 434 434

405 405 407 408 408 409 409 411 411 411 411 413

1 1 . T h e r m o g r a p h i c (W. Glockmann)

436

11.1. Thermographiegeräte 11.1.1. Photographie und Bildwandler 11.1.1.1. Photographie 11.1.1.2. Elektronenoptische Bildwandler 11.1.2. Fernsehtechnische Verfahren 11.1.2.1. Vidikon-Fernsehaufnahmeröhren 11.1.2.2. Pyroelektrische Wärmebildröhre 11.1.2.3. Optisch-mechanische Abtastsysteme

436 436 436 436 437 437 437

11.2. Temperaturmessungen mit IR-Kamera

439

11.3. I R-Kameramodelle

441

11.4. Anwendungsbeispiele

441

Schrifttum

444

437

Inhaltsverzeichnis

XIV

12.

Die Messung höchster T e m p e r a t u r e n (H.-P. Popp)

12.1. Abgrenzung des Temperaturbereichs, Anwendungen und Meßmethoden

446 446

12.1.1. Vorkommen und Anwendungen 12.1.2. Meßmethoden

446 446

12.2. Temperatur und Gleichgewichtsbetrachtungen

447

12.2.1. Thermodynamische Definitionen 12.2.2. Teilchensorten und ihre spektroskopischen Freiheitsgrade 12.2.3. Voraussetzungen für die Existenz des thermodynamischen Gleichgewichts 12.2.4. Gleichgewicht und Nichtgleichgewicht in realen Plasmen

447

12.3. Pyrometrische Meßmethoden

450

12.4. Temperaturbestimmung durch Messung an Spektrallinien

451

12.4.1. Moleküllinien 12.4.2. A t o m - u n d lonenlinien 12.5. Temperaturbestimmung durch Messungen am Kontinuum

451 451 454

12.6. Temperaturbestimmung aus Teilchendichtemessungen

455

Schrifttum

457

S c h r i t t u m , Zusammenfassende

458

447

448 449

Abhandlungen