Ein neues Meßgerät für hohe Temperaturen: das „Ardometer“. Von Oberingenieur G. Quaink. QUAINK, Ein neues Meßgerät für hohe Temperaturen: das „Ardometer“. Zum Messen hoher Temperaturen, soweit sie den Meßbereich der Widerstands-Fernthermometer (etwa 800° C) überschreiten, standen der Technik, beispielsweise der Eisen-, Glas- und keramischen Industrie, bisher die thermoelektrischen und die Lichtstrahlungspyrometer zur Verfügung. Beide haben ihre Vorzüge, u.a. den, daß ihre Meßgenauigkeit für die Bedürfnisse der Praxis, d.h. für betriebsmäßige Messungen, bei weitem ausreicht. Jede der beiden Instrument-Gattungen bietet darüber hinaus auch noch andere Vorteile, die mit der anderen nicht zu erreichen sind: die Thermoelemente z.B. den, daß man ihre Angaben in einfachster Weise durch ein Zeigermeßgerät sichtbar machen, auf beliebige Entfernungen übertragen und durch Registrierinstrumente aufzeichnen lassen kann, die Lichtstrahlungspyrometer, unter ihnen das weit verbreitete Holborn-Kurlbaumsche, z.B. den, daß sie für alle Glühtemperaturen, auch solche über 1600° C, brauchbar sind. Obendrein vermag man mit den Lichtstrahlungspyrometern, weil der Beobachter in genügender Entfernung bleiben kann, höchste Temperaturen auch an Stellen zu messen, die wie das Innere von Oefen oder glutflüssige Metallmassen in Mischern, Gießpfannen und Tiegeln, auf andere Weise nur unter größten Schwierigkeiten oder überhaupt nicht festzustellen wären. Die genannten Vorzüge der thermoelektrischen und der Lichtstrahlungs-Pyrometer vereinigt in sich das neue Ardometer von Siemens & Halske. Es ist im Gegensatz zum Holborn-Kurlbaumschen ein Gesamtstrahlungs-Pyrometer, d.h. auf seinen wärmeempfindlichen Teil wirken die Strahlen aller Wellenlängen ein, nicht blos die sichtbaren, die vom erhitzten Körper oder Raum, dem „Strahler“, ausgehen. Abb. 1 zeigt die wichtigsten Einzelteile des Ardometers. Die Objektivlinse des Fernrohrs vereinigt die Strahlen und wirft sie auf ein kreisrundes, geschwärztes Platinplättchen. An dieses sind zwei Paar ganz dünne Thermodrähte gelötet, und höchstmögliche Empfindlichkeit wird dadurch erzielt, daß Plättchen und Thermoelement in ein luftleer gemachtes Glasgefäß eingeschlossen sind. Damit sich die Temperatur schneller ausgleicht und das Glasgefäß gegen Beschädigungen geschützt ist, wird eine metallene Schutzkappe darübergestülpt, die natürlich Bohrungen zum Durchtritt der Strahlen hat. Gemessen wird die am Thermoelement entstehende elektromotorische Kraft in der bei Thermoelementen allgemein üblichen Weise durch ein Galvanometer. Textabbildung Bd. 336, S. 323 Abb. 1. Einzelteile des Ardometers. Wieso ist nun die im Thermoelement erzeugte E M K ein Maß für die Temperatur des Strahlers? Zunächst hängt von dieser Temperatur die Stärke der Strahlung- ab, nach den Strahlungsgesetzen ist sie proportional der 4. Potenz der absoluten, also der um 273° vermehrten Strahlertemperatur in Celsiusgraden. Die Strahlen werden vom Platinplättchen absorbiert, und dadurch entsteht an ihm eine Uebertemperatur, die ebenfalls der 4. Potenz der absoluten Temperatur des Strahlers proportional ist. Verwendet man ein Thermoelement, dessen E M K sich mit der Uebertemperatur geradlinig ändert, so ist auch die E M K des Thermoelementes proportional derselben 4. Potenz. Textabbildung Bd. 336, S. 324 Abb. 2. Ardometer an elektrisch geheizten Salzbad-Härteöfen. Zwar gilt dies nicht ganz genau, weil die Objektivlinse des Fernrohrs einen Teil der Strahlung absorbiert, aber die Abweichung wird dadurch ausgeglichen, daß man durch Versuche die Durchlässigkeit der Glassorte ermittelt, aus der die Linsen hergestellt werden. Die Messung ist dann vollständig zuverlässig. Vorauszusetzen ist nur, wie bei allen Strahlungspyrometern, daß der Strahler wie ein im physikalischen Sinne „schwarzer“, d.h. nicht reflektierender Körper Strahlen aller Wellenlängen aussendet. Sehr gut „schwarz“ strahlt z.B. das Innere von hocherhitzten Hohlräumen, deren Wände wärmeundurchlässig sind und nur kleine Oeffnungen besitzen, also mit vollauf genügender Annäherung die in der Industrie verwendeten Oefen. Weniger vollkommen schwarz ist die Strahlung, die von den Oberflächen glühender Metallmassen in offenen Gefäßen oder beim Ausfließen aus Oefen ausgeht. Die Messung mit dem Ardometer ergibt dann zu niedrige Temperaturen, doch ist die Abweichung von den wahren Werten unter gleichen Umständen immer gleich groß. Braucht man nicht die wahren, sondern nur Vergleichswerte – was bei betriebsmäßigen Messungen sehr oft vollständig ausreicht – so schaden die Abweichungen ja überhaupt nichts. Textabbildung Bd. 336, S. 324 Abb. 3. Ardometer an einer Flaschen-Blasemaschine, Meßinstrument neben Einrichtung zum Regeln der Gaszufuhr eingebaut. Das Hauptanwendungsgebiet des Ardometers ist demnach die Messung von Ofen-Innentemperaturen, und zwar mit ortfest eingebauten Instrumenten. Zwei Beispiele dafür sind in Abb. 2 und 3 dargestellt. Abb. 2 zeigt einen elektrisch geheizten Salzbad-Härteofen. Da an Oefen mit elektrischer Heizung Stichflammen nicht zu befürchten sind, ist es möglich gewesen, die Objektivlinse ohne weiteren Schutz vor die Schauöffnung zu setzen. Ist mit Stichflammen zu rechnen, z.B. bei gasgeheizten Oefen, wie der Flaschenblasemaschine nach Abb. 3, so setzt man in die Ofenwand ein Glührohr aus feuerfestem Stoff ein und richtet das Fernrohr, das in den rechts oben sichtbaren eisernen Schutztopf eingebaut ist, auf den in den Ofenraum hineinragenden, glühenden Rohrboden. Sehr vorteilhaft ist, daß das Meßinstrument nicht mit dem Fernrohr zusammengebaut zu sein braucht, sondern irgendwo an passender Stelle angebracht sein kann: im Falle der Abb. 2 hat man es mit auf die Schalttafel gesetzt, die die Vorrichtungen zum Ueberwachen und Regeln der elektrischen Heizung enthält, und bei dem gasgeheizten Ofen ist es, wie aus Abb. 3 zu ersehen, unmittelbar neben der Einrichtung zum Regeln der Gaszufuhr eingebaut. Bei elektrischer Heizung läßt sich auch noch eine andere wertvolle Eigenschaft des Ardometers, daß es nämlich Temperaturänderungen sehr rasch folgt, mit Vorteil ausnutzen, indem man es dazu verwendet, einen selbsttätigen Feuertemperaturregler zu steuern. Es ist auf diese Weise gelungen, eine normal 1300° C betragende Ofentemperatur auf ± 1°C konstant zu halten. Das Einstellen des Ardometers ist sehr einfach. Hat man das Fernrohr auf die glühende Fläche gerichtet und die Okularlinse so verschoben, daß man das Platinplättchen und die Thermodrähte scharf sieht – bei zu großer Helligkeit kann man das Auge durch ein vors Okular gesetztes Rotglas (s. Abb. 1) schützen – so hat man nur noch darauf zu achten, daß das Bild der Strahlungsfläche allzeitig etwa 1 mm über das des Plättchens hinausragt (Abb. 4). Wäre die Strahlungsfläche zu klein (Abb. 5), so würden zu niedrige Temperaturen angezeigt werden. Bei richtiger Größe der Fläche hat dann aber die Entfernung keinen Einfluß auf die Angaben des Instrumentes. – Die Bedienung des Ardometers beschränkt sich, wenn das Fernrohr richtig eingestellt ist, auf das Ablesen des Zeigermeßgeräts. Textabbildung Bd. 336, S. 325 Abb. 4. Richtige Einstellung des Ardometers. Da die Temperaturerhöhung des Platinplättchens mit einem Thermoelement gemessen wird, sind die von den thermoelektrischen Pyrometern her bekannten Schaltungen auch bei den Ardometern anwendbar. So kann man sie zu mehreren an ein einziges Meßgerät anschließen, wobei man die einzelnen Ardometer in bequemster Weise durch Druckknopf-Tastenschalter, die zusammen mit dem Meßgerät auf einer kleinen Schalttafel angebracht sind, wahlweise mit dem Meßgerät verbindet. Auch der Anschluß an selbsttätige Temperaturschreiber, einzeln an Einfarben- oder bis zu sechs an Mehrfarbenschreiber, ist ohne weiteres möglich, ebenso das Parallelschalten eines anzeigenden und eines schreibenden Meßgeräts. Die letzgenannte Anordnung bietet noch den besonderen Vorteil, daß man das anzeigende Instrument so anbringen kann, daß es der Ofenwärter ständig vor Augen hat, und das schreibende so, daß es der überwachende Meister oder Betriebsingenieur bequem zu beobachten vermag. Dann haben die beiden Stellen des Betriebs, die für die Einhaltung der richtigen Ofentemperatur in erster Linie verantwortlich sind, jederzeit die Möglichkeit, sich über deren augenblicklichen Stand zu unterrichten, abgesehen natürlich von den sonstigen, wohl allgemein bekannten Vorteilen, die die Registrierung von Meßergebnissen immer hat. Textabbildung Bd. 336, S. 325 Abb. 5. Beobachtungsbild am Ardometer bei zu kleiner Strahlungsfläche.