Titel: BERNDT: Untersuchung zweier Strahlungspyrometer.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1919, Band 334 (S. 269–274)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj334/ar334070

Untersuchung zweier Strahlungspyrometer.

Von Prof. Dr. G. Berndt, Berlin-Friedenau.

Mitteilung aus dem physikalischen Laboratorium der Optischen Anstalt C. P. Goerz A.-G., Berlin-Friedenau.

1. Die Messung hoher Temperaturen.

a) Thermoelement und Widerstandsthermometer. – Die Ueberwachung der im Betriebe auftretenden hohen Temperaturen – es sei nur an Rauchgase, Schmelz- und Härteöfen erinnert – ist in wissenschaftlich geleiteten Fabriken restlos durchgeführt. Meist wird hierzu das Thermoelement in Verbindung mit einem Millivoltmeter mit Temperaturskala benutzt, das in beliebiger Entfernung von der Meßstelle angebracht werden kann und so z.B. von dem Zimmer des Betriebsleiters aus eine dauernde Kontrolle ermöglicht. Die Meßapparate sind auch als selbstregistrierende Instrumente ausgebildet worden, so daß man den gesamten Temperaturverlauf eines oder auch mehrerer Oefen (auf demselben Blatt) fortlaufend aufzeichnen kann und damit eine dauernde objektive Unterlage erhält. Zu beachten ist hierbei indessen, daß das Thermoelement nicht direkt die Temperatur des betreffenden Ofens, sondern immer nur die Temperaturdifferenz zwischen den beiden Orten angibt, an welchen sich die Lötstelle seiner beiden Schenkel (im Innern des Ofens) und die Verbindungsstellen der Leitungsdrähte mit den aus dem Ofen herausragenden Enden des Thermoelementes (die sogenannte „kalte Lötstelle“) befinden. In der Praxis macht man sich mit genügender Annäherung unabhängig von ihrer Temperatur, wenn man die Thermoelementdrähte, evtl. durch Zwischenschaltung einer Kompensationsleitung1), soweit verlängert, daß die äußeren Anschlußstellen nicht mehr durch die Ofenstrahlung beeinflußt werden und somit auf einer nahezu konstanten Temperatur verharren2). Neben dem Thermoelement wird auch das Widerstandsthermometer verwendet; es besteht aus einer Spirale aus reinem Platindraht, die auf einen geeigneten Isolator (meist einen dünnen Quarzstab) gewickelt ist. Zum Schutz wird sie zweckmäßig in ein dünnwandiges Quarzrohr eingeschmolzen. Wegen seiner geringen Abmessungen (im allgemeinen 60 mm Länge bei 4 mm Durchmesser) kann man das Widerstandsthermometer auch bequem an die eigentliche Meßstelle bringen; es nimmt leicht die dort herrschende Temperatur an. Die bei der Erwärmung entstehende Widerstandsänderung des Platindrahtes wird in der Regel in der Wheatstoneschen Brückenschaltung gemessen. Ihre vier Widerstände sind dabei so gewählt, daß das Galvanometer stromlos ist, wenn sich das Widerstandsthermometer auf Zimmertemperatur (also 20°) befindet. Bei der Temperaturbestimmung verfährt man praktisch so, daß man nicht durch Verschieben des Gleitkontaktes an der Brücke (bzw. Aenderung der Vergleichswiderstände) wieder Gleichgewicht herstellt und daraus die erfolgte Widerstandsänderung des Platindrahtes berechnet, sondern daß man den hierbei erfolgenden Ausschlag des Galvanometers beobachtet, auf dem man direkt eine Temperaturteilung anbringt. Auch bei der Temperaturmessung durch Widerstandsthermometer kann man somit selbstregistrierende Apparate verwenden und die Meßinstrumente in beliebiger Entfernung aufstellen. Da der Ausschlag aber außer von den Widerständen des ganzen Meßkreises auch von der Spannung der Stromquelle abhängt, so muß diese von Zeit zu Zeit kontrolliert und gegebenenfalls von neuem eingestellt werden, was im praktischen Betriebe von ungeübten Arbeitern wohl nur selten mit der nötigen Sorgfalt wird durchgeführt werden können. Darin liegt eine bedenkliche Fehlerquelle. Unabhängig hiervon wird man bei einer besonderen von Hartmann & Braun3) angegebenen Galvanometerkonstruktion; |270| bei dieser befindet sich zwischen den zylindrisch ausgebohrten Polschuhen eines Hufeisenmagneten ein Eisenkern von ovalem Querschnitt, auf welchen zwei fest miteinander und mit der Drehachse verbundene Spulen gewickelt sind, die einen bestimmten Winkel miteinander bilden. Der Eisenkern mit den Spulen ist leicht drehbar zwischen Spitzen gelagert, unterliegt aber – im Gegensatz zu den üblichen Drehspulinstrumenten – keinen weiteren Richtkräften. Die Schaltung erfolgt ähnlich wie bei dem Differential-Galvanometer; es sind also die einen Enden der beiden Spulen miteinander verbunden und an dieselbe Batterie angeschlossen; ihr Strom verzweigt sich dann durch das Widerstandsthermometer und einem konstanten Vergleichswiderstand und führt über diese zu den anderen Enden der beiden Spulen. Es läßt sich leicht zeigen, daß der Ausschlag eine Funktion der Widerstandsänderung des Thermometers (also der Temperatur), dagegen innerhalb sehr weiter Grenzen unabhängig von der Spannung der Meßbatterie ist, so daß es vollauf genügt, wenn diese in bestimmten längeren Zeitabständen durch eine neue ersetzt (bzw. bei Akkumulatoren wieder aufgeladen) wird.

Es gibt nun eine ganze Reihe von Fällen, bei welchen die Benutzung des Thermoelementes und auch des Widerstandsthermometers ausgeschlossen ist. Dies gilt zunächst für alle Temperaturen über 1600°, bei welchen selbst die Platin-Platinrhodiumdrähte des bekannten Le Chatelierschen Thermoelementes beträchtlich angegriffen werden, so daß sich ihre Thermokraft stark ändert und die Temperaturangaben nicht mehr zuverlässig sind (bei dem Widerstandsthermometer liegt die obere Temperaturgrenze sogar schon bei 900°). Ferner ist ihre Benutzung in allen den Fällen unmöglich, wo die Drähte oder die Schutzhüllen der Thermometer von der betreffenden Schmelze angegriffen werden. Weiterhin ist dann noch zu beachten, daß das Thermometer häufig nicht die Temperatur des gewünschten Gegenstandes angibt; so zeigt es z.B. in einem Härteofen die Temperatur der Muffel bzw. des Luftraums, aber nicht die des eingebrachten, zu härtenden Stückes, da es praktisch nicht möglich ist, es ungeschützt mit diesem in Berührung zu bringen. Man weiß also nicht, wann das Stück wirklich die Temperatur der Muffel angenommen hat.

b) Optische Pyrometer. – Hier bieten die optischen Pyrometer einen geeigneten Ersatz. Die optische Temperaturmessung beruht auf den Strahlungsgesetzen des schwarzen Körpers, das ist eines Körpers, der die gesamte auf ihn fallende Strahlung völlig absorbiert und nichts reflektiert. Praktisch wird er verwirklicht durch einen überall auf gleicher Temperatur befindlichen Hohlraum, aus welchem die Strahlung nur durch eine kleine Oeffnung austritt, eine Forderung, welche die meisten technischen Oefen mit genügender Genauigkeit erfüllen. Die gesamte (Wärme- und Licht-) Strahlung des schwarzen Körpers ist nach dem Stefan-Boltzmann sehen Gesetz proportional der vierten Potenz seiner absoluten Temperatur. Seine Lichtstrahlung allein folgt als physiologischer Vorgang einem andren Gesetz, und zwar steigt sie bei Rotglut etwa mit der dreißigsten, bei heller Weißglut mit der zwölften Potenz der absoluten Temperatur an. Durch Messung seiner Helligkeit kann man also die Temperatur eines lichtaussendenden schwarzen Körpers mit großer Genauigkeit bestimmen. Ein Fehler von 1 v. H. bei der Photometrie würde bei 600° nur eine Abweichung von 0,2° und bei 1500° von 1,25° vom richtigen Werte bedeuten. Diese Genauigkeit des Meßverfahrens wird allerdings dadurch zum Teil illusorisch, daß die hier benutzten Spezial-Photometer mit größeren Fehlern behaftet sind.

Mit genügender Genauigkeit kann man für die Strahlung E eines schwarzen Körpers von der absoluten Temperatur S für die Wellenlänge λ das Plancksche Gesetz in der Form ansetzen

wo C und c Konstanten und e die Basis der natürlichen Logarithmen bedeuten. Da die Strahlung somit in komplizierter Weise von der Wellenlänge abhängt, so muß man den photometrischen Vergleich für eine bestimmte Wellenlänge vornehmen und dazu entweder durch spektrale Zerlegung des emittierten Lichtes oder durch ein vorgesetztes Filter einen bestimmten Spektralbezirk ausblenden. Um bis zu möglichst tiefen Temperaturen herunter messen zu können, verwendet man für diesen Zweck fast immer ein Rotfilter. Durch Logarithmieren der angeführten Gleichung ergibt sich die sogenannte „schwarze Temperatur“ S aus der Beziehung

Nach dem Kirchhoffschen Gesetz ist nun das Verhältnis des Emissionsvermögens eines nicht schwarzen Körpers zu seinem Absorptionsvermögen A gleich dem Emissionsvermögen E des schwarzen Körpers für dieselbe Wellenlänge und Temperatur; jenes ist also gleich EA. Bezeichnet man die absolute Temperatur des nicht schwarzen Körpers mit 7, so gilt für diesen die Gleichung

Durch Subtraktion ergibt sich

Hieraus folgt zunächst, da A stets < 1, daß die mit dem optischen Pyrometer bestimmte schwarze. Temperatur S eines nicht schwarzen Körpers stets kleiner ist als seine wirkliche Temperatur. Bei nicht schwarzen Körpern würde sich also die gemessene Temperatur stets zu klein ergeben; der Unterschied würde von dem Absorptionsvermögen abhängen und somit (bei konstanter Wellenlänge) selbst wieder eine Funktion der Temperatur sein. Nun hat sich aber für eine sehr wichtige Klasse von Körpern, nämlich für die Metalle, gezeigt, daß bei ihnen das Absorptionsvermögen unabhängig von der Temperatur ist4). Unter dieser Bedingung ist aber, wie sich sofort aus der letzten Gleichung ergibt, die Differenz zwischen den reziproken absoluten Temperaturen konstant. Es genügt also bei den Metallen zur Berechnung der Korrektion, welche an der gemessenen schwarzen Temperatur anzubringen ist, um die wahre Temperatur des strahlenden Körpers zu erhalten, eine einmalige Bestimmung des Absorptionsvermögens bei irgend einer beliebigen Temperatur (für die im optischen Pyrometer benutzte Wellenlänge).

Zur optischen Temperaturmessung sind im wesentlichen die Pyrometer von Wanner sowie von Holborn und Kurlbaum im Gebrauch. Bei dem ersteren vergleicht man das von dem Ofen ausgesandte Licht mit dem einer kleinen Glühlampe, welche mit konstanter Stromstärke gebrannt wird (für eine durch spektrale Zerlegung ausgesonderte bestimmte Wellenlänge) und bringt beide durch Drehen eines Nicols auf gleiche Helligkeit. Aus dem Drehwinkel kann man dann mit Hilfe einer Tabelle die schwarze Temperatur des Ofens entnehmen. Bei dem Pyrometer von Holborn und Kurlbaum beobachtet man den gewünschten Gegenstand (durch ein Schauloch im Ofen) mittels eines Fernrohres, in dessen Bildebene sich der Faden einer kleinen Glühlampe befindet, und reguliert die Stromstärke in dieser so lange, |271| bis der Faden sich nicht mehr von dem hellen Bilde des Gegenstandes abhebt. Die Temperatur entnimmt man mit Hilfe einer Tabelle aus, der am Amperemeter abgelesenen Stromstärke. Die Ausblendung einer bestimmten Wellenlänge erfolgt hier durch ein rotes Vorsatzglas. Mit dem Holborn- und Kurlbaum- Pyrometer kann man Beobachtungen von etwa 800° ab ausführen; um die Messungen auch auf tiefere Temperaturen ausdehnen zu können – etwa bis 650° –, verzichtet man auf das Filter und vergleicht den zu untersuchenden strahlenden Körper direkt mit der Glühlampe, da beide bei diesen Temperaturen praktisch nur rotes Licht aussenden. Bei dem Wanner-Pyrometer liegt die untere Temperaturgrenze bei etwa 900°, doch kann man auch bei diesen bis zu Temperaturen von 625° herunter beobachten, wenn man auf die spektrale Zerlegung verzichtet. Ein Nachteil des Wanner-Pyrometers liegt darin, daß es kein Bild des anvisierten Gegenstandes liefert, so daß man unter Umständen nicht genau weiß, ob man wirklich die Temperatur des gewünschten Gegenstandes oder etwa die eines anderen Ofenteiles mißt. Da die optischen Pyrometer bei jeder Beobachtung eine subjektive Einstellung auf gleiche Helligkeit erfordern, so sind Registrierungen mit ihm nicht auszuführen.

c) Strahlungspyrometer. – Im Gegensatz zu den optischen kann man mit den Strahlungspyrometern, die auf der Messung der gesamten Wärme- und Lichtstrahlung des Körpers beruhen, theoretisch bis zu beliebig tiefen Temperaturen heruntergehen; dafür sind sie jenen in anderer Hinsicht unterlegen. Da nämlich die Gesamtstrahlung nur proportional der vierten Potenz der absoluten Temperatur ist, so geht auch ein etwaiger Meßfehler der Gesamtstrahlung nicht wie bei den optischen Pyrometern nur mit einem Dreißigstel oder einem Zwölftel, sondern mit einem Viertel des Betrages in die Messung ein. Immerhin würde bei einer Meßgenauigkeit von 1 v. H. der Fehler bei 500° erst 1,25° und bei 1500° nur 3,75° betragen, so daß dieser größere Einfluß des Meßfehlers praktisch nicht in Frage kommt. Ein weiterer schon schwererer wiegender Nachteil liegt aber darin, daß bei nicht schwarzen Körpern die Korrektion wegen ihres Absorptionsvermögens nicht in einfacher Weise angegeben werden kann, da dieses ja auch selbst bei den Metallen, bei denen es zwar unabhängig von der Temperatur ist, noch eine Funktion der Wellenlänge bleibt. Man muß bei den Strahlungspyrometern somit strenger darauf achten, daß der zu untersuchende Körper die Voraussetzungen des schwarzen Körpers erfüllt; die Strahlungspyrometer sind also sehr empfindlich gegen selektive Strahlung.

Weiterhin lassen sich gegen die Verwendung der Strahlungspyrometer noch gewisse bei ihrem praktischen Gebrauch in Erscheinung tretende Bedenken erheben. Damit eine genügende Energiemenge zur Wirkung kommt, muß der zu untersuchende Ofen eine verhältnismäßig große Oeffnung haben, was leicht zu Störungen Veranlassung geben kann. Besonders wäre in dieser Hinsicht auf falsche Strahlung von Seitenwänden u.a. hinzuweisen; so geben Burgess und Le Chatelier5) an, daß, wenn man durch einen seiner ganzen Länge nach offenen Widerstandsofen von 75 mm jzf, der auf etwa 1000° angeheizt war, hindurch visierte, das Pyrometer einige hundert Grad zeigte. Im Gegensatz zu den optischen Pyrometern hängen die Angaben der Strahlungspyrometer ferner auch von der Natur des zwischen dem zu messenden Körper und dem Instrument befindlichen Mediums ab, da die Absorption mancher Gase, wie Wasserdampf und Kohlensäure, für ultrarote Wellen, die den Hauptteil der ausgestrahlten Energie enthalten, sehr groß ist; auch Rauchgase und Staub können in dieser Beziehung stark einwirken. Anderseits bieten aber die Strahlungspyrometer den Vorteil, daß sie, einmal aufgestellt, keiner subjektiven Einstellung mehr bedürfen, sondern die Temperatur direkt anzeigen, und somit auch eine Registrierung und Fernbeobachtung gestatten.

2. Das Féry-Pyrometer.

Als Typus der Strahlungspyrometer sei zunächst das Instrument von Féry6) genannt. Bei diesem wird durch eine Flußspatlinse ein Bild des zu untersuchenden Körpers auf die Lötstelle eines kleinen Thermoelementes aus Eisen-Konstantan geworfen, die durch eine kleine Silberscheibe verbreitert ist (die scharfe Einstellung wird hierbei mit Hilfe des Okulares beobachtet). Ihre Erwärmung und damit auch der Ausschlag eines mit dem Thermoelement verbundenen Millivoltmeters ist dann proportional der vierten Potenz der absoluten Temperatur. Nun sind genügend große Flußspatlinsen nur schwer zu erhalten; bei Glaslinsen würde aber infolge der Absorption der ultraroten Strahlen diese Gesetzmäßigkeit nicht mehr bestehen bleiben. Es werden deshalb in der Praxis meist Instrumente gebraucht, bei welchen die Linse durch einen auf der Oberfläche vergoldeten Hohlspiegel ersetzt ist. Die scharfe Einstellung bei diesem Instrument, welche übrigens nicht von großer Bedeutung ist, wird dadurch kontrolliert, daß man durch ein Loch durch den Spiegel hindurch das von ihm entworfene Bild beobachtet. Neben der Lötstelle sind zwei in bestimmter Weise gegeneinander geneigte kleine Spiegel angebracht, welche zwei unmittelbar übereinander liegende Teilbilder des Gegenstandes entwerfen. Bei nicht scharfer Einstellung erscheinen diese beiden Bilder gegeneinander verschoben und ergänzen sich nur bei richtiger Fokussierung zu einem einheitlichen vollständigen Bilde. Die Angaben des Instrumentes können selbstverständlich nur so lange richtig sein, als noch die ganze Lötstelle des Thermoelementes von der Strahlung getroffen wird; es ist also bei der Einstellung darauf zu achten, daß das vom Hohlspiegel entworfene Bild des glühenden Körpers größer als jene Lötstelle ist. Statt des Thermoelementes hat Féry bei einer anderen Konstruktion eine kleine Metallspirale aus zwei Metallen mit verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten benutzt; bei dieser Konstruktion beobachtet man die Temperatur, ähnlich wie bei dem Breguetschen Metallthermometer, direkt durch den Ausschlag eines mit der Spirale verbundenen Zeigers. In der Regel benutzt man dagegen das empfindlichere Thermoelement, welches mit einem geeigneten Millivoltmeter mit Temperaturskala in Verbindung steht. Die von dem Ofen auf das Thermoelement gestrahlte Energie ist streng proportional der Größe (T4t4), wo T und t die absoluten Temperaturen des zu messenden Körpers und des Thermoelementes sind. Damit also die vom Thermoelement angezeigte Temperatur angenähert proportional T4 bleibt, darf sich t nicht wesentlich ändern. Nach Angabe von Féry steigt auch die Temperatur des Thermoelementes im Pyrometer niemals über 100°. Will man höhere Temperaturen messen, so hilft man sich in einfacher Weise dadurch, daß man vor das Instrument eine Blende setzt, welche die auffallende Strahlung in einem bestimmten Verhältnis vermindert. Das dem Instrument beigegebene Millivoltmeter wird dann mit zwei verschiedenen Temperaturteilungen für volle und abgeblendete Oeffnung versehen.

|272|

Ein wunder Punkt des Féry-Pyrometers dürfte namentlich der Spiegel sein, da ja die auf das Thermoelement fallende Strahlung im wesentlichen durch sein Reflektionsvermögen bedingt ist. Nun besitzt Gold glücklicherweise im Ultrarot von 1 μ ab ein nahezu konstantes Reflexionsvermögen von 95 bis 98 v. H. Nach dem sichtbaren Spektrum hin dagegen verringert sich sein Reflexionsvermögen, so daß es bei 0,65 μ nur noch 89,6 v. H. beträgt. Da sich nun mit wachsender Temperatur das Maximum der ausgestrahlten Energie immer mehr vom Ultrarot nach dem sichtbaren Spektrum hin verschiebt und von diesem im Pyrometer ein kleinerer Teil zur Wirkung kommt, so kann die Skala nicht mehr ganz streng proportional der vierten Potenz der absoluten Temperatur bleiben; allerdings wären diese Fehler durch eine empirische Eichung zu beseitigen. Nicht so leicht zu erledigen ist dagegen die Frage nach dem Einfluß einer Aenderung der Oberfläche des Spiegels, etwa durch Zerkratzen oder durch Ablagerung von Staub. Burgess und Le Chatelier geben an, daß der Spiegel beträchtlich schlechter werden kann, ohne daß die Angaben des Pyrometers erheblich beeinflußt werden. Dieses wird sicherlich zutreffen, so lange die Unebenheiten des Spiegels nicht groß gegen die Wellenlänge der reflektierten Strahlung sind; sobald aber diese Grenze überschritten ist, muß die reflektierte Energie eine beträchtliche Verringerung erfahren, so daß die angezeigten Temperaturen zu tief ausfallen müssen. Das gilt naturgemäß auch, wenn der Spiegel durch irgend welche Umstände verschmutzt wird. Ein weiterer Nachteil des Féry-Pyrometers dürfte darin liegen, daß auch bei ihm naturgemäß der Ausschlag des Millivoltmeters nicht ein Maß für die Temperatur des Thermoelementes selbst ist, sondern nur für die Differenz zwischen seiner erwärmten Lötstelle und den am Gehäuse außen angebrachten Verbindungsklemmen. Man muß also darauf achten, daß das Instrument lange genug an seinem Ort bleibt, damit das unbestrahlte oder abgeschlossene Pyrometer außen und innen dieselbe Temperatur annimmt.

Aus den verschiedenen angegebenen Gründen scheinen Strahlungspyrometer im allgemeinen und somit auch das Féry-Pyrometer bisher noch keine wesentliche Verwendung in Deutschland gefunden zu haben. In der Literatur ist nur eine Stelle aufzufinden gewesen. Zschimmer7) gibt an, daß sich bei Messungen in der Jenaer Glashütte zwischen dem Wanner- und dem Féry-Pyrometer eine Differenz von etwa 50° ergab, während dieses nach Messung in der Physikalisch-Technischen Reichsanstalt bei 1000° gegenüber dem Wanner- Pyrometer (bei einer bestimmten Meßanordnung) um 35° zu niedrig an zeigte. Eine genaue Untersuchung des Pyrometers und der verschiedenen Einflüsse auf seine Angaben scheint bisher nicht vorgenommen zu sein. Es wurden deshalb im Physikalischen Laboratorium der Optischen Anstalt C. P. Goerz A.-G., Berlin-Friedenau, an einem Féry-Pyrometer eine Reihe von Versuchen angestellt, mit dem Zweck, ein Urteil über seine Verwendbarkeit im praktischen Betriebe (außerhalb des Laboratoriums) zu gewinnen. Die Messungen erfolgten zunächst an einem Silitrohrofen von etwa 50 mm innerem Durchmesser und 620 mm Länge, bei welchem die Temperatur auf einen mittleren Bereich von etwa 50 mm konstant war. Hierhin wurde ein Kohlezylinder gebracht, der von der Rückseite bis nahe an seine Vorderfläche angebohrt wurde. In diese hinein kam ein (geschütztes) Thermoelement, welches mit einem in der Physikalisch Technischen Reichsanstalt geeichten verglichen war, und bei welchem die Temperatur der kalten Lötstelle gemessen und berücksichtigt wurde. Dieser Ofen ist mit für die Praxis genügender Genauigkeit als schwarzer Körper anzusehen. Es wurde zunächst untersucht, wie weit das Thermoelement wirklich die Temperatur der vorderen strahlenden Fläche des Kohlestückes anzeigte, welche dazu mit einem Wanner-Pyrometer gemessen wurde. Der Vergleich der Angaben des Thermoelementes mit denen des Wanner-Pyrometers ist in Tab. 1 wiedergegeben.

Wie man daraus ersieht, bleiben die Abweichungen durchaus innerhalb der Meßgenauigkeit, die auf etwa ±10° zu veranschlagen ist; im Mittel ergibt sich eine vollständig zu vernachlässigende Differenz zwischen Thermoelement und Wanner-Pyrometer von 2 ½.

Tabelle 1.

Vergleich von Thermoelement und Wanner-Pyrometer.


Th.-El.

W.-Pyr.
Th.-El.
Korr.
874 874 0
918 908 – 10
936 925 – 11
1067 1065 – 2
1293 1265 + 2
1328 1334 + 6

Um von dem Einfluß einer Temperaturänderung der äußeren Anschlußstellen des kleinen Thermoelementes im Pyrometer unabhängig zu sein, wurde dieses in einen Hohlmantel gesetzt, welcher ständig von Wasser durchspült wurde. Wie die Messungen des inneren Luftraumes des Pyrometers in der Nähe des Thermoelementes und des ein- und austretenden Wassers zeigten, war die Temperatur innen und außen dieselbe und blieb auch während der Messung gut konstant. In Tab. 2 sind die als Mittel aus mehreren Beobachtungen erhaltenen

Tabelle 2.

Korrektionen des Féry-Pyrometers (1. Eichung); Ofen wagerecht.


Temp.
Volle Skala Abgeblend. Skala Diff.
Korr. Ausgegl. Korr. Ausgegl. Korr. Ausgegl.
400 (+ 37) + 30
500 + 27 + 29
600 + 29 + 28
700 + 23 + 27
800 + 23 + 26
900 + 23 + 25 + 26 + 32 + 3 + 7
1000 + 28 + 24 + 35 + 30 + 7 + 6
1100 + 27 + 23 + 31 + 29 + 4 + 6
1200 + 18 + 21 + 25 + 28 + 7 + 7
1300 + 21 + 20 + 26 + 27 + 5 + 7
1400 (+ 4) + 20
Mittel + 24 + 25 + 30 + 5,2 + 6,6

Korrektionen des Féry-Pyrometers, und zwar sowohl für die von 400 bis 1300° als auch für die von 900 bis 2000° reichende Skala für die Temperaturen von 400 bis 1400° wiedergegeben; von diesen gilt jene für das Pyrometer mit voller Oeffnung, die letztere für die auf einen bestimmten Betrag abgeblendete (demgemäß sollen die beiden Skalen als „volle“ und „abgeblendete“ Skala bezeichnet werden). Bei der Beurteilung der Korrektionen ist zu beachten, daß die Beobachtungen bei 400° nicht genau sind, und deshalb außer Betracht bleiben können, da hier die Skala nur die Teilstriche 400 und 450° enthält; selbst von 500° ab liegen indessen die Zehnerstriche noch so eng beieinander, daß kaum eine genaue Ablesung möglich ist. Wegen der mangelhaften Empfindlichkeit des Thermoelementes liegt danach die untere Grenze des Meßbereiches des Féry-Pyrometers nicht wesentlich tiefer als die der optischen Pyrometer, so daß sein Vorteil |273| in dieser Hinsicht nicht so groß ist, als daß dadurch seine sonstigen Mängel aufgehoben würden. Aehnlich sind die Verhältnisse für die Temperaturen von 900 und 1000° bei der zweiten Skala. Die Abweichungen der vollen Skala liegen zwischen 18 und 27°, so daß man hier wohl innerhalb der Fehlergrenze mit einem konstanten Mittelwert von 24° rechnen kann. Stellt man sie indessen graphisch dar (s. Abb. 1), so ergibt sich eine wellenförmige Kurve, die man angenähert durch die schräge (gestrichelte) Grade ersetzen kann. Die hiernach ausgeglichenen Korrektionen sind in Tab. 1 in Spalte 3 angegeben. Eine größere Zahl von Beobachtungen, auf deren Wiedergabe verzichtet ist, beweist indessen, daß der wellenförmige Verlauf der Korrektionen nicht nur durch die Beobachtungsfehler bedingt, sondern reell ist. Soweit die volle und die abgeblendete Skala miteinander zu vergleichen ist, zeigt sich zwischen beiden ein konstanter Unterschied von 5 bis 6°.

Textabbildung Bd. 334, S. 273

Nachdem das Féry-Pyrometer längere Zeit benutzt und auch der Spiegel verschiedentlich wieder gereinigt war, wurden seine Korrektionen von neuem bestimmt. Da sich inzwischen herausgestellt hatte, daß durch die Absorption von Kohlensäure die angezeigten Temperaturen erniedrigt werden (selbst bei starker Konzentration kann der dadurch hervorgebrachte Fehler, wie aus Tab. 9 (s. später) hervorgeht, allerdings nur etwa 10° betragen), so wurde diesmal, um gänzlich frei hiervon zu sein, ein Heraeus-Ofen mit Platinwicklung von etwa 40 cm Länge und 25 mm benutzt. Als schwarzer Körper diente in diesem Falle ein von hinten zur Aufnahme des Thermoelementes angebohrter Chamottezylinder, dessen Vorderseite mit chinesischer Tusche geschwärzt war. Im übrigen erfolgten die Beobachtungen genau in derselben Weise wie früher. Wie aus Tab. 3 folgt, steigen die Korrektionen mit der Temperatur an. Die Unterschiede der beiden Skalen betragen diesmal etwa 4° gegeneinander.

Tabelle 3.

Korrektion des Féry-Pyrometers (2. Eichung) Ofen wagerecht.


Volle Skala

Abgeblendete Skala

Ausgeglich.
Werte
(Volle
Skala)
102.
Temp. Korr. Temp. Korr. Diff. Temp. Korr. Korr./Temp.
478 + 22 400 + 17 4,3
573 + 27 500 + 22 4,4
660 + 40 600 + 28 4,7
768 + 32 700 + 33 4,7
862 + 38 800 + 38 4,8
952 + 48 948 + 52 + 4 900 + 43 4,8
1048 + 52 1048 + 52 0 1000 + 49 4,9
1153 + 47 1144 + 56 + 9 1100 +54 4,9
Mittel + 4 1200 +59 4,9
Mittel 4,7

Die gefundenen Werte sind in Abb. 2 eingetragen und aus dieser die Korrektionen für die von 100° zu 100° fortschreitenden Temperaturen des Féry-Pyrometers bestimmt; diese sind in der vorletzten Spalte in Tab. 3 mitgeteilt. Berechnet man das Verhältnis Korr./Temp. (s. letzte Spalte), so ergibt sich dafür ein mit wachsender Temperatur ansteigender Wert, der im Mittel 4,7 • 10–2 beträgt. Wie aus dem Vergleich mit Tab. 2 folgt, haben sich die Korrektionen vollständig geändert, was zum Teil auf die Verschlechterung des Spiegels, zum andern Teil aber auch auf die andere Strahlungsquelle zurückzuführen ist. Der Silitrohrofen glühte bei der hohen Temperatur in seiner ganzen Länge, wenn auch selbstverständlich mit von der Mitte nach außen abnehmender Intensität. Bei dem Platinofen fiel sie dagegen nach dem Rohrende hin wesentlich schneller ab. Bei der starken Empfindlichkeit des Féry-Pyrometers gegen falsche Strahlung sind die in den beiden Fällen beobachteten Unterschiede demnach leicht erklärlich. Für die Praxis ergibt sich daraus die Folgerung, die Eichung des Instrumentes möglichst an dem zu messenden Ofen (am besten durch Vergleich mit einem optischen Pyrometer) vorzunehmen, und zwar sowohl für die volle wie auch für die abgeblendete Skala, sowie diese von Zeit zu Zeit zu wiederholen. Letzteres gilt auch für den Fall, daß es sich nicht um Absolut-, sondern nur um Vergleichungsmessungen handelt. Die Vermutung, daß die früheren Beobachtungen durch die Kohlensäureentwicklung des Kohlestückes in dem Silitrohrofen gefälscht sind, kann leicht widerlegt werden: gerade bei den höheren Temperaturen hätte sich die größte Menge von Kohlendioxyd im Ofen bilden und demnach hätte auch bei diesen eine höhere Korrektion auftreten müssen, als bei dem vollständig kohlensäurefreien Platinofen; tatsächlich wurde gerade das Gegenteil beobachtet.

Tabelle 4.

Korrektion des Féry-Pyrometers (2. Eichung); Ofen senkrecht.


Volle Skala

Abgeblendete
Skala

Ausgeglichene
Werte
(Volle
Skala)
102
Temp. Korr. Temp. Korr. Diff. Temp. Korr. Korr./Temp.
371 + 29 400 + 32 8,0
557 + 43 600 + 45 7,5
744 + 56 800 + 59 7,4
982 + 68 947 + 53 – 15 1000 + 72 7,2
1135 + 65 1120 + 80 + 15 1200 + 85 7,1
Mittel 7,4
Textabbildung Bd. 334, S. 273

Bei den bisherigen Beobachtungen hatten Ofen und Pyrometer wagerecht gestanden. Vielfach, z.B. bei den Beobachtungen am Schmelzofen, wird es sich aber nicht vermeiden lassen, das Pyrometer von oben darauf zu richten. Es wurde deshalb weiterhin untersucht, wie sich seine Korrektionen hierbei gestalten. Auch in diesen |274| Falle ergibt sich ein linearer Anstieg der Korrektionen mit der Temperatur (s. Tab. 4, die im übrigen genau so

Tabelle 5.

Vergleich der Korrektionen des Féry-Pyrometers bei wagerechtem und senkrechtem Ofen.


Temp.
Korrektionen (volle Skala)
wagerecht senkrecht Differenz
400 + 17 + 32 15
500 + 22 + 39 17
600 + 28 + 45 17
700 + 33 + 52 19
800 + 38 + 59 21
900 + 43 + 65 22
1000 + 49 + 72 23
1100 + 54 + 79 25
1200 + 59 + 85 26

angeordnet ist wie Tab. 3, und Abb. 3), und zwar beträgt die Abweichung, die diesmal mit wachsender Temperatur abnimmt, im Mittel 7,4 v. H. gegenüber 4,7 v. H. bei wagerechter Stellung des Ofens. Bei abgeblendeter Skala ergaben sich in dem Falle Temperatur-Unterschiede von – 15 bis + 15° gegenüber der vollen Skala. In Tab. 5 sind die Korrektionen für wagerechten und senkrechten Ofen, und zwar nur für die volle Skala, da nur für diese eine genügende Anzahl von Messungen vorliegen, nebeneinander gestellt worden. Es ergibt sich zwischen beiden ein mit wachsender Ofentemperatur ansteigender Unterschied.

Textabbildung Bd. 334, S. 274

(Schluß folgt.)

|269|

Peake, Brit. Patent Specif. Nr. 370, A. D. 1909 (vgl. Nature, 92, S. 570, 1914).

|269|

Recht geeignet ist dafür etwa 1 m tiefes Eingraben in den Erdboden.

|269|

Brueger, E. T. Z. 27, 531, 1906.

|270|

F. Henning, ZS. f. Instrkd. 30, 61, 1910.

|271|

Ch. Burgess und H. Le Chatelier, Messung hoher Temperaturen. Deutsche Uebersetzung von G. Leithäuser, 1913, S. 270.

|271|

Ch. Féry, C. R. 134, 977, 1902. Journ. d. Phys. 6, 889, 1907. Referate in ZS. f. Instrkd. 22, 378, 1902; 27, 94, 1907; 28, 159, 1908.

|272|

E. Zschimmer in Doelter, Handbuch der Mineral-Chemie, I, 865, 1912.

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