Folgendes Problem:
Eine Probe liegt in einem Aufnehmer der von einer stromdurchflossenen Spule umhüllt ist. Durch Induktion wird der Aufnehmer und damit die Probe darin heiß (1000 - 1300°C). Der Aufnehmer hat ein Loch durch das über ein Pyrometer die Probentemperatur gemessen wird.
Meine Fragen: Welche Auswirkungen hat der Emissionskoeffizient (EK) der Probe auf das Ergebnis der Messung? Ist der EK der am Pyrometer eingestellt ist der physikalische EK der Probe? Wie kann ich sonst die Probentemperatur auf ± 10° (berührungslos) messen?
mit dem Pyrometer mißt Du die Strahlungsleistung. Der EK kann zwischen Nähe 0 und 1 liegen und geht als Proportionalfaktor heftig ins Meßergebnis ein. Was Du am Pyrometer als EK einstellst, ist ein ungefährer Erfahrungswert. Letztlich werden damit alle Messungen nur so gut wie dieser Erfahrungswert, d.h., Du bewegst Dich im Bereich der Schätzung. Weitere Ungenauigkeiten ergeben sich durch das Wien’sche Verschiebungsgesetz. Danach verschiebt sich die Wellenlänge des Strahlungsmaximum mit der Temperatur. Die Empfinglichkeit des Pyrometers ist aber bauartabhängig (Art des Detektors, des Objektivs und dessen Vergütung) ebenfalls eine Funktion der Wellenlänge.
Ferner ist der EK selbst Temperaturabhängig. Beispiel: Du ermittelst wie auch immer bei Zimmertemperatur den EK einer Stahloberfläche. Mit steigender Temperatur der Probe erhält die Oberfläche Anlaßfarben, die beim Abkühlen der Probe erhalten bleiben.
Eindeutige Verhältnisse gibt’s nur beim sog. schwarzen Strahler, wobei Du allgemein nicht davon ausgehen kannst, daß Oberflächen, die Dir im sichtbaren Bereich schwarz erscheinen, diese Eigenschaft auch im IR-Bereich besitzen.
Eine weitere Ungenauigkeit ergibt sich, wenn das Gesichtsfeld des Pyrometers nicht deutlich kleiner als die Oberfläche der Probe ist sowie durch die i.d.R. meist sehr mäßige Abbildungsqualität des Objektivs.
Ohne erheblichen Aufwand erzielst Du die von Dir gewünschte Genauigkeit nicht ansatzweise. Die Mindestvoraussetzungen wären eine gemessene Funktion der spektralen Empfindlichkeit des Pyrometers an einem schwarzen Strahler und die Messung des EK der Probe als Funktion der Temperatur.
Sonst gibts eben nur Schätzungen mit theoretisch beliebigem Fehler.
Ich würde parallel zur Pyrometermessung die Temperatur des Aufnehmers in der Nähe der Probe per Thermoelement messe. Nach einer gewissen Aufheizzeit dürften Aufnehmer und Probe ziemlich exakt die gleiche Temperatur haben,vorausgesetzt, der Aufnehmer wird nicht gekühlt.
Ich würde parallel zur Pyrometermessung
die Temperatur des Aufnehmers in der Nähe
der Probe per Thermoelement messe. Nach
einer gewissen Aufheizzeit dürften
Aufnehmer und Probe ziemlich exakt die
gleiche Temperatur haben,vorausgesetzt,
der Aufnehmer wird nicht gekühlt.
Geht leider nicht: Dazu müsste das Thermoelement in das Magnetfeld eingebracht werden–> es werden Spannungen induziert. Da die Temperaturmessung aber durch eine Messung der Potentialdifferenz am Element durchgeführt wird, würde das das Ergebnis verfälschen…
Eindeutige Verhältnisse gibt’s nur beim
sog. schwarzen Strahler, wobei Du
allgemein nicht davon ausgehen kannst,
daß Oberflächen, die Dir im sichtbaren
Bereich schwarz erscheinen, diese
Eigenschaft auch im IR-Bereich besitzen.
Soviel ich weiss nähert sich ein geschlossener Raum bei hoher Temperatur dem schwarzen Strahler an. Ist der Innenraum eines kleinen Aufnehmers (Innendurchmesser 3 cm, Länge ca. 10 cm) bei 1300 °C eine genügende Annäherung?
Stimmt!
Wie wär`s mit kurzzeitigem Abschalten der Spulen während der Messung? Alle 10 oder 20 sec. eine Messung oder so.
Oder Du mißt per Pyrometer am Aufnehmer, aber an einer definierten Stelle mit bekanntem Emissionsgrad…
Was für Proben sind das eigentlich? Kann man vorher Eichmessungen machen um den Emissiongrad bei Temperatur zu bestimmen?