Titel: BERNDT: Untersuchung zweier Strahlungspyrometer.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1919, Band 334 (S. 281–286)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj334/ar334073

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.

(Schluß von Seite 274.)

Nachdem somit die Korrektionen des Féry-Pyrometers für eine bestimmte Entfernung (bei wagerechter und senkrechter Lage) bestimmt worden waren, wurde eine Reihe von Versuchen bei verschiedenen Abständen zwischen Instrument und Ofen ausgeführt; zu diesen diente wieder der Platinofen. Er wurde zunächst in wagerechter Lage auf eine Reihe konstanter Temperaturen geheizt und dann das Pyrometer nacheinander in die Entfernungen 115, 85, 55, 85 und 115 cm gebracht (aus den entsprechenden Beobachtungen wurde das Mittel gegenommen). Diese waren selbstverständlich so gewählt, daß noch die ganze Lötstelle des Thermoelementes im Pyrometer von der Strahlung getroffen würde.

Tabelle 6.

Korrektionen des Féry-Pyrometers bei verschiedenen Abständen vom Ofen (wagerechte Lage).

Abstand . . . . 115 cm 85 cm 55 cm

Th.-El.
Temp.

Korrektion

Diff.

Korrektion

Diff.

Korrektion

Diff.
Differenz d. Korr. bei den Abständen
115 und 85 115 und 55
VI. Sk. Abg. Sk. A–VI. VI. Sk. Abg. Sk. A.–VI. VI. Sk. Abg. Sk. A–VI. VI. Abg. VI. Abg.
500 + 22 + 21 + 19 + 1 + 3
600 + 27 + 23 + 21 + 4 + 6
700 + 40 + 36 + 32 + 4 + 8
800 + 32 + 28 + 26 + 4 + 6
900 + 38 + 37 + 35 + 1 + 5
1000 + 48 + 52 + 4 + 47 + 37 – 10 + 44 + 32 – 12 + 1 – 15 + 4 – 20
1100 + 52 + 52 0 + 49 + 45 – 4 + 45 + 40 – 5 + 3 – 7 + 7 – 12
1200 + 47 + 56 + 9 + 44 + 49 + 5 + 42 + 46 + 4 + 3 – 7 + 5 – 10
Mittel + 4 – 3 – 4 + 2,6 – 10 +5,5 – 14

Wie man aus Tab. 6 ersieht, in welcher die Mittelwerte der Korrektionen für die einzelnen Entfernungen vermerkt sind, weichen diese nur unwesentlich von einander ab, und zwar zeigte sich, daß sie bei voller Oeffnung mit abnehmendem Abstande deutlich kleiner werden, und zwar bei 85 cm um 2,6°, bei 55 cm um 5,5° (gegenüber 115 cm). Es ist dies wohl auf die verschiedene Erwärmung des Pyrometergehäuses und damit der äußeren Anschlußstellen zurückzuführen. Benutzt man dagegen die vorgeschaltete Blende, so weisen die Korrektionen größere Unterschiede auf. Während nämlich bei großer Entfernung die abgeblendete Skala gegenüber der vollen um etwa 4° zu hohe Werte gibt, betragen die Unterschiede bei 85 cm Abstand – 3°, bei dem kleinsten benutzten Abstand – 4°, dabei schwanken die Einzelwerte in beiden Fällen aber um – 10° bis + 5° bzw. von – 12° bis + 4°. Vergleicht man dagegen die Korrektionen der abgeblendeten Skala für die verschiedenen Entfernungen unter sich, so nehmen sie mit abnehmenden, |282| Abstand zu, und zwar bei 85 cm um 10° und bei 55 cm um 14° (gegenüber 115 cm). Der Grund für dieses von dem bei der vollen Skala beobachteten abweichende Verhalten dürfte darin liegen, daß infolge der Abblendung der Strahlen eine verschiedene Erwärmung des Inneren, sowie des Gehäuses des Pyrometers erfolgt, und durch die von den Instrumentenwänden ausgesandte Strahlung das Thermoelement somit in anderer Weise beeinflußt wird als bei voller Oeffnung. Zweckmäßig wird man deshalb mit dem Pyrometer, soweit es mit der Größe der Schauöffnung irgend verträglich ist, von dem Ofen fortgehen, um von den Strahlungseinflüssen auf das Pyrometergehäuse nach Möglichkeit unabhängig zu werden.

Tabelle 7.

Korrektionen des Féry-Pyrometers bei verschiedenen Abständen vom Ofen (senkrechte Lage).

Abstand . . . . . 95 cm 65 cm

Th.-El.
Temp.

Korrektion

Diff.

Korrektion

Diff.
Differenz der Korr bei
den beiden Abstanden
VI. Sk. Abg. Sk. A–VI. VI. Sk. Abg. Sk. A–VI. VI. Abg.
400 + 29 + 29 0
600 + 43 + 43 0
800 + 56 + 58 + 2
1000 + 68 + 53 – 15 + 68 + 48 – 20 0 + 5
1200 + 65 + 80 + 15 + 57 + 75 + 18 – 8 + 5

Auch bei senkrechter Stellung des Ofens wurde das Pyrometer in zwei Abständen, 95 und 65 cm untersucht. In diesem Falle ergeben sich zwischen den Korrektionen für die beiden Abstände (s. Tab. 7) keine eindeutigen wesentlichen Unterschiede. Das schon vorher erwähnte eigentümliche Verhalten des abgeblendeten Instrumentes findet sich bei den beiden benutzten Entfernungen bestätigt.

Textabbildung Bd. 334, S. 282

Stillschweigende Voraussetzung bei allen bisherigen Messungen war, daß keine nicht durch die Messung selbst bedingte Temperaturdifferenz zwischen der warmen und kalten Lötstelle des Thermoelementes im Pyrometer vorhanden war. Es wurde deshalb das Instrument stets solange an seinem Platze belassen, bis es die durch die Temperatur der Luft und die allseitige Ofenstrahlung bedingte Temperatur angenommen hatte, und dann erst mit den Messungen begonnen. Um eine Schätzung über die durch unvollständigen Temperaturausgleich verursachten Fehler, wenigsten für einen Fall, zu erhalten, wurde so verfahren, daß das Instrument an einem kalten Wintertage nach draußen gebracht und dann schnell in einem bestimmten Abstande von einem großen Versuchsschmelzofen, dessen Temperatur mit einem (nicht geeichten) Thermoelement zu etwa 1400° gemessen wurde, fest aufgestellt wurde. Zugleich mit den Angaben des Pyrometers wurden auch die Temperaturen seines Innenraumes und seiner Außenwandung mit Quecksilber-Thermometern bestimmt.

Trägt man die in Tab. 8 wiedergegebenen Differenzen zwischen Innen- und Außenraum des Pyrometers und seine Korrektionen gegen das Thermoelement auf (siehe Abb. 4), so erhält man eine Gerade, welche die Ordinatenachse bei 13° schneidet. Diese 13° wären also (für die Temperaturdifferenz 0°) als Korrektion gegen das (nicht geeichte) Thermoelement anzusetzen. Zieht man diese von den beobachteten Korrektionen ab, so erhält man die in der Spalte 5 angegebenen Werte, welche, wie man sieht, fast genau gleich der Temperaturdifferenz zwischen den beiden Lötstellen des Thermoelements im Pyrometer sind. Bei 1400° wäre demnach die hiervon herrührende Korrektion gleich der Temperaturdifferenz zwischen kalter und warmer Lötstelle des Pyrometer-Thermoelementes. Man muß also mit den Beobachtungen solange warten, bis sich diese auf mindestens 5° verringert hat.

Der Einfluß des Zwischenmediums wurde an den beiden oben beschriebenen Oefen untersucht, und zwar begnügten wir uns hier mit mehr qualitativen Beobachtungen, da es nur darauf ankam, gewisse Extremwerte für die Praxis festzulegen. Sorgfältige Messungen wären hier zwecklos gewesen, da ja die in den verschiedenen Betrieben vorkommenden Verhältnisse in dieser Beziehung viel zu sehr voneinander abweichen.

Tabelle 8.

Einfluß einer Temperaturdifferenz der beiden Lötstellen des Féry-Pyrometers.


Temperatur des Pyrometers
Korrektur des Pyrometers
(nicht geeichtes Th.-El.)
innen außen Differenz Beobacht. korrigiert
42 10 32 – 45 – 32
42 20 22 – 40 – 27
42 24 17 – 30 – 17
42 30 12 – 23 – 10
42 30 12 – 25 – 12
42 35 7 – 20 – 7
42 37 5 – 20 – 7
0 – 13*)

*) Aus der Kurve entnommen.

Das Pyrometer wurde in einer bestimmten Entfernung aufgestellt, der Ofen auf eine konstante Temperatur geheizt und dann zwischen Ofen und Thermoelement aus einem Glastrichter von 10 cm Durchmesser ein Strahl von Kohlensäure, der aus einer Bombe entnommen wurde, oder von Wasserdampf gebracht. Bei dem Platinofen ergeben sich (s. Tab. 9) durch den Wasserdampf Temperaturerniedrigungen von 25 bis 65°, für Kohlensäure von 5 bis 10°, bei dem Silitrohrofen für Wasserdampf von 40 bis 120° und für Kohlensäure von 2 bis 10°. Qualmendes, stark schwelendes Papierfeuer bewirkte eine Erniedrigung von 30°. Daß die Unterschiede für den Wasserdampf bei den beiden Oefen verschieden sind, darf nicht weiter Wunder nehmen, da diese ja abhängen von der in der Zeiteneinheit entwickelten Dampfmenge und ferner von seiner Verteilung über eine mehr oder minder lange Strecke, und auf gleichmäßige Versuchsbedingungen bei den beiden Beobachtungen aus den erwähnten Gründen |283| nicht weiter geachtet wurde. Daß im übrigen der Einfluß des Wasserdampfes wesentlich größer als der der Kohlensäure ist, ist leicht verständlich, wenn man bedenkt, daß diese in dem in Betracht kommenden Bereich nur zwei starke Absorptionsbanden mit dem Maxima bei 4,3 und 14,7 μ hat, während der Wasserdampf Absorptionsmaxima bei 2,7; 6,1; 6,5; 11,6; 12,4; 13,4; 14,3; 15,7 und 17,5 μ aufweist. Der Größenordnung nach beträgt die Absorption des Wasserdampfes etwa 10 v. H. der Gesamtstrahlung.

Tabelle 9.

Einfluß des Zwischenmediums auf das Féry-Pyrometer.

Platinofen (35 cm Abstand) Silitrohrofen (100 cm Abstand)
Temperatur Verringerung durch Temperatur Verringerung durch Temperatur Verringerung durch

beob.

korrig.

Wasserd.

Kohlens.

beob.

korrig.

Wasserd.

Kohlens.

beob.

korrig.

Rauch
stark
schwelender
400 417 25 5
500 529 40 2
601 629 41 10 600 628 55 2
700 727 50 3
780 817 50 10 800 826 65 820 846 28
900 925 60 5
950 996 65 9 1000 1024 95 6 998 1022 18
1100 1123 115 8 1088 1111 15
1144 1200 49 7 1200 1221 120 10
1296 1316 6 21

Ebenso wie durch das Zwischenmedium werden natürlich die Angaben des Instrumentes auch durch Verschmutzung des Spiegels geändert. Um hierfür einige Werte zu erhalten, wurde so verfahren, daß das Pyrometer mit voller Oeffnung senkrecht in einen Raum gestellt wurde, in welchem kräftig Staub aufgewirbelt wurde, so daß sich auf den Spiegel eine Staubschicht absetzte. Mit dem bestaubten Spiegel ergaben sich dann die in Tab. 10 wiedergegebenen Korrektionen, die an den bereits korrigierten Angaben des Instrumentes mit blankem Spiegel wegen der Bestäubung anzubringen waren; sie steigen mit wachsender Temperatur von 20 bis 75° an.

Tabelle 10.

Einfluß der Bestäubung des Spiegels beim Féry-Pyrometer.

Pyrometer mit
blankem bestaubtem
Spiegel
Korrigierte Temperatur Korrektion
523 + 23
617 + 17
740 + 40
850 + 50
972 + 72
1079 + 72
1323 + 73

Eine Beschmutzung des Spiegels wird sich nun im praktischen Betriebe, namentlich in den Hütten, niemals vermeiden lassen. Es wird deswegen hier notwendig sein, um nicht recht falsche Angaben zu erhalten, den Spiegel vor jeder Benutzung wieder zu reinigen. Hiermit liegt aber wiederum die Gefahr einer Beschädigung der reflektierenden Goldschicht und damit eine Aenderung des Reflexionsvermögens vor. Das sind Bedenken, welche sehr stark gegen die Brauchbarkeit des Féry-Pyrometers im praktischen Betriebe sprechen; im Laboratorium, wo das Instrument von sachverständigen Händen sorgfältig behandelt wird, sind sie naturgemäß hinfällig.

Im Anschluß hieran wurden auch noch einige praktische Messungen an dem schon vorher erwähnten Versuchs-Glasschmelzofen des ehem. Labor. II der Optischen Anstalt C. P. Goerz angestellt und hier das Féry-Pyrometer mit dem Wanner-Pyrometer verglichen. Wegen des nur kleinen Schaulochs mußte verhältnismäßig nahe mit dem Pyrometer herangegangen werden; darin liegt insofern eine Gefahr, als dadurch leicht Unterschiede zwischen der warmen und der kalten Lötstelle eintreten können. Man muß deshalb unbedingt einige Zeit warten, bis diese verschwunden sind, bzw. die hierdurch verursachten Korrektionen mit in Rechnung stellen. Es ergab sich hierfür bei 1430° im Mittel eine Korrektion von 83° (s. Tab. 11); dabei war es ziemlich gleichgiltig, ob das Heizgas durch den Ofen hindurchstrich oder abgestellt war. Allerdings kann man hieraus noch nicht folgern, daß die Absorption des Heizgases zu vernachläßigen ist, da ja die Verbrennungsprodukte nach Abstellung des Heizgases im Ofen verbleiben. Nach Tab. 2 würde die Korrektion hier nur +71° betragen. Die 12° Unterschied gegenüber den beobachteten 83° dürften somit wohl auf die Absorption der Verbrennungsgase zurückzuführen sein.

Zum Schlusse wurde noch an dem zum Instrument gehörigen Galvanometer, welches außer den beiden vorher erwähnten Skalen noch eine Millivoltskala von 0 bis 4 Millivolt trägt, untersucht, ob die Teilungen nach dem Gesetz hergestellt sind, daß die thermoelektromotorische Kraft proportional der vierten Potenz der absoluten Temperatur T des strahlenden Körpers ist, oder ob dieselben nur empirisch angefertigt sind.

Tabelle 11.

Messung eines Glashafens im Ofen mit dem Féry-Pyrometer.

Wanner-
Pyro-
meter
Féry-
Pyro-
meter

Korr.
Temp.-
Diff. der
Lötstellen

Gesamt-
Korr.
Mit
Heizgas

Heizgas
abgestellt
1465
1432

1449
1380
1390
1379

1363
1290
+ 75
+ 53

+ 86
+ 90
12
16

0
0
+ 87
+ 69

+ 86
+ 90
Mittel + 83

Es wurde zu diesem Zweck auf die Temperaturen 527°, 627° . . . eingestellt (um eine bequeme Rechnung zu ermöglichen), und die dazu gehörige Spannung (E) in Volt abgelesen. Aus Tab. 14 ergibt sich, daß das Verhältnis E/T4 den Wert 6,53 • 10–16 hat. Dabei schwankten die Einzelwerte zwischen 6,25 und 6,74, was auf die recht roh ausgeführte, ungenaue Teilung zurückzuführen ist. Im wesentlichen ist also der Skalenteilung die theoretische Beziehung zugrunde gelegt.

|284|

3. Das Hirschsohn-Braunsche Pyrometer.

Die Hauptfehlerquelle, welche von dem aus verschiedenen Umständen veränderlichen Reflexionsvermögen des Spiegels herrührt, ist bei einem neuen, von Hirschsohn8) konstruierten und von der Firma P. Braun & Co. in den Handel gebrachten Strahlungspyrometer dadurch vermieden worden, daß die Strahlung direkt (ohne Vermittlung eines reflektierenden oder brechenden Systems) auf den wärmeempfindlichen Teil des Pyrometers fällt, der sich am Ende eines langen, engen Rohres befindet. Die Angaben des Instrumentes sind unabhängig von der Entfernung, solange der Strahlenkegel, welcher seine Spitze an dem Rohrende hat, und der durch die vordere Oeffnung des Pyrometers begrenzt ist, in seiner Verlängerung noch ungehindert durch die Schauöffnung des Ofens hindurchgeht (und auch noch der ganze Kegelmantel das zu messende Stück trifft).

Statt des Thermoelementes des Féry-Pyrometers verwendet Hirschsohn ein Bolometer; dieses kann man im Prinzip als ein Widerstandsthermometer ansehen, welches nicht direkt an den Ort gebracht wird, dessen Temperatur gemessen werden soll, sondern das nur der von ihm kommenden Strahlung ausgesetzt wird und seine Temperatur durch deren Absorption erhöht.

Man verwendet auch hier eine Wheatstonesche Brückenschaltung (Fig. 5), bestrahlt aber nicht nur den Widerstand 1, sondern, um eine stärkere Widerstandsänderung und damit einen größeren Galvanometerausschlag zu erzielen, auch den ihm diagonal gegenüberliegenden Widerstand 4. Die beiden Widerstände 2 und 3 werden gegen die Strahlung geschützt. Bekanntlich fließt durch den Galvanometerzweig kein Strom, wenn die Beziehung besteht

W1W4 = W2W3.

Textabbildung Bd. 334, S. 284

Damit diese (bei unbestrahltem Instrument) für beliebige Außentemperatur erfüllt ist, müssen die vier Widerstände aus demselben Material (mit gleichen Temperaturkoeffizienten) bestehen.

Durch die auffallende Strahlung erwärmen sich nun die aus kleinen Drahtspiralen bestehenden Zweige 1 und 4 und ändern damit ihren Widerstand, wodurch eine Störung des Gleichgewichts in der Brücke eintritt, welche in dem Galvanometer einen dem Strom i entsprechenden Ausschlag erzeugt. Ganz allgemein ist der Strom i, wenn man die Widerstände der einzelnen Kreise mit W1, W2, W3, W4, den des Elementenkreises mit W, den des Galvanometerkreises mit w und die Spannung der Meßbatterie mit E bezeichnet.

wo N den Wert hat

N = Ww (W1 + W2 + W3 + W4) + W (W1 + W2) (W3 + W4)

+ w (W1 + W3) (W2 + W4) + W1 W3 (W2 + W4)

+ W2 W4 (W1 + W3)

Setzt man die einander gleichen Widerstände W1 und W4 gleich R und W2 und W3 gleich r so wird

Da sich nun der Widerstand der Zweige 1 und 4 nur wenig ändert, so kann man setzen R = r + dr und es wird (ohne Berücksichtigung des Vorzeichens)

Bezeichnet man nun den Temperaturkoeffizienten des Materials mit α, seine Temperaturerhöhung mit t, so ist dr = rαt; für t = 5° (den höchsten bei den Braunschen Pyrometern vorkommenden Wert) und wird dr angenähert . Unter Vernachlässigung eines Fehlers von 2 v. H. kann man also in der obigen Gleichung das Glied r + dr durch r ersetzen, dann wird

Bei einem gegebenen Instrument sind nun die Widerstände W, w und r konstant, solange sich die Temperatur nicht ändert. Wird nun auch die Spannung konstant gehalten, so ist die Stromstärke i und damit auch der Galvanometerausschlag proportional der Widerstandsänderung und damit auch proportional zu der Temperaturerhöhung t des Bolometers. Nun ist ferner in erster Annäherung die Temperaturerhöhung eines geschwärzten Streifens nach dem Stefan-Boltzmannschen Gesetz proportional der vierten Potenz der absoluten Temperatur. Auch bei dem Bolometer muß somit der Galvanometerausschlag angenähert proportional der vierten Potenz der absoluten Temperatur sein, so daß die Skala dieses Instruments, ebenso wie die des Féry-Pyrometers, nicht linear, sondern mit nach höheren Temperaturen hin schnell wachsender Ausdehnung verlaufen muß. In der Tat zeigt die Skala des Braunschen Pyrometers auch erst von 500° ab eine, und zwar hier gleichfalls sehr eng beieinander liegende Zehnerteilung. Wird das Instrument als Ganzes auf höhere Temperaturen (etwa durch die von den Ofenwänden ausgehende Strahlung) erwärmt, so muß nach der letzten Gleichung, da alle Widerstände hierbei größere Werte annehmen, die Stromstärke i und, damit der Ausschlag abnehmen. Man wird praktisch unabhängig hiervon, wenn man die Widerstände W und w aus einem Material von sehr geringem Temperaturkoeffizienten herstellt und sie so groß und r so klein wählt, daß gegenüber dem Produkt 2 Ww die andern Glieder des Nenners zu vernachlässigen sind.

Voraussetzung für die richtigen Angaben des Instrumentes ist nun, daß die Spannung der Batterie konstant bleibt. Diese muß also (wie beim Widerstands-Thermometer) kontrolliert und von Zeit zu Zeit eingestellt werden, worin, wie oben erwähnt, eine Fehlerquelle liegt, die sich namentlich bei laufenden Beobachtungen bemerkbar machen wird. Weiterhin muß aber auch darauf geachtet werden, daß die vier Widerstände W1 bis W4 bei Abschluß des das eigentliche Bolometer (W1 und W4) enthaltenden Rohres stets gleiche Temperaturen haben. Dies ist in sehr einfacher Weise dadurch erreicht, daß die vier Widerstände in einen Kopf eingebaut sind und daß parallel zu dem die Strahlung aufnehmenden Rohre ein zweites Rohr angebracht ist, welches aber an seinem dem Ofen zugewandten Ende stets verschlossen bleibt; beide Rohre sind hochglanz poliert und vernickelt. Selbstverständlich ist auch noch darauf zu achten, daß die Leitungen vom Bolometer zum Ableseinstrument stets denselben Wert haben. Es werden zu diesem Zweck zwei in diese einzuschaltende Widerstandsspiralen mitgegeben, von denen soviel Widerstand abzunehmen ist, als dem Widerstände der Leitungsdrähte entspricht.

Um bei Aufbau des Instrumentes die Erfüllung der Bedingung leicht kontrollieren zu können, daß seine Vorderöffnung nichts von der strahlenden Fläche ab schirmt, wird ein kleines, an seinem einen Ende offen an seinem andern dagegen bis auf ein kleines Loch von |285| schlossenes Rohr mitgegeben. Blickt man durch dieses, so muß die anvisierte leuchtende Fläche des Ofens größer als die Vorderfläche des Rohres erscheinen. Man bringt darauf die vordere Oeffnung des Pyrometers an die Stelle des Rohres und visiert durch eine in seinem Kopfe vorgesehene Oeffnung, um es in die Strahlrichtung zu bringen.

Die Bestimmung der Korrektionen erfolgten bei dem Braunschen Pyrometer gleichfalls mit dem zuletzt benutzten Platinofen, und zwar zunächst bei wagerechter Ofen- und Instrumentenstellung. Zu beachten ist hierbei noch, daß stets die beiden Rohre des Pyrometers neben -und nicht übereinander liegen müssen. Da es aber eine wesentlich größere Ofenöffnung erfordert, mußte man mit dem Instrument unmittelbar an den Ofen herangehen und das als schwarzen Körper wirkende Chamottestück auch noch aus der Ofenmitte nach vorn schieben. Es blieb dann zwischen beiden nur eine Entfernung von etwa 16 cm bei 45 mm Durchmesser des Chamottezylinders. Der Ofen wurde auf eine Reihe von Temperaturen gebracht, hier eine genügende Zeit konstant gehalten und das Pyrometer zunächst bei abfallenden und darauf auch bei ansteigenden Temperaturen beobachtet. Im Mittel ergibt sich, wie aus Tabelle 12 hervorgeht, hierbei eine Korrektion von + 25°, die allerdings zwischen 16° und 39° im einzelnen schwankt. Die Differenzen sind auf kleine, bei der Messung unvermeidliche Störungen (z.B. Zugluft u.a.) zurückzuführen, die eine Aenderung der Temperaturgleichheit zwischen den vier Widerständen (bei geschlossenem Rohr) und damit eine Wanderung des Galvanometer-Nullpunktes verursachen. Hierin liegt, wie bei allen Bolometern überhaupt, eine starke Fehlerquelle des Braunschen Pyrometers.

Das Pyrometer wurde dann gleichfalls bei senkrecht stehendem Ofen geeicht (s. Tabelle 12). Hierbei ist zu beachten, daß man den Nullpunkt von neuem einstellen muß, da sich dieser bei Bewegung des Pyrometers aus der wagerechten in die senkrechte Lage stark ändert. In diesem Falle ergab sich eine mittlere Korrektion von – 14°, deren Einzelwerte zwischen + 17 und – 32° schwankten. Bei der senkrechten Stellung machen sich also die erwähnten Störungen noch stärker bemerkbar.

Tabelle 12.

Korrektionen des Braunschen Pyrometers.


Th.-El.
Temp.
Pyrometer
wagerecht

Mittel
Pyrometer
senkrecht

Mittel
Temp. Korr. Temp. Korr.
1000 978 + 22 + 23 1023 – 27 – 30
900
800 784 + 16 + 21 783 + 17 – 5
700 673 + 27
600 567 + 33 + 28 602 – 2 – 7
500 461 + 39
400 (431 – 31 – 31)
500
600 577 + 23 612 – 12
700
800 774 + 26 826 – 26
900
1000 977 +23 1032 – 32
M. + 26 + 24 – 16 – 14

Der Einfluß des Zwischenmediums wurde bei einem Ofen mit größerer Oeffnung untersucht, bei welchem man mit dem Pyrometer weiter abgehen konnte. Leider ließ sich dieselbe nur innerhalb eines engen Temperaturbereiches (790 bis 840°) durchführen. Sie ergab sich bei Wasserdampf bei 800° zu etwa 30°, bei Kohlensäure zu 8°. Die letzte stimmt mit dem Einfluß der Kohlensäure, wie er beim Féry-Pyrometer beobachtet wurde, vollkommen überein. Erstere ist etwas geringer, was wohl darauf zurückzuführen ist, daß hier ein geringerer Luftraum zwischen Ofen und Pyrometer vorhanden war, so daß der Wasserdampf sich auch nur in einer weniger ausgedehnten Schicht ausbreiten konnte.

Schließlich wurde ähnlich wie bei dem Féry-Pyrometer auch bei dem Braunschen Instrument noch untersucht, wie weit seine Skala dem Gesetz entspricht, daß der Ausschlag proportional der vierten Potenz der Temperatur sein sollte. Es wurde hierzu das Galvanometer mit einem sehr empfindlichen Instrument mit bekanntem Reduktionsfaktor hintereinander geschaltet und (ähnlich wie früher) die den Temperaturen 523, 623 . . . entsprechenden Stromstärken beobachtet. Wie man aus Tabelle 14 ersieht, ist im Mittel das Verhältnis i/T4 = 0,1225 • 10–16 und sehr gut konstant.

Tabelle 13.

Einfluß des Zwischenmediums auf das Braunsche Pyrometer.


Temperatur
Verringerung durch
Wasserdampf Kohlensäure
788 36
790 30 10
840 25 5
Mittel 30 8

Ein Einfluß der Bestäubung ist bei dem Braunschen Pyrometer weniger leicht zu befürchten, da sich bei diesem der temperaturempfindliche Teil am Ende eines langen, dünnen Rohres befindet (es besitzt eine Länge von 35 cm bei nur 22 mm Durchmesser gegenüber einer Länge von nur 15 cm und einen Durchmesser von 70 mm beim Féry-Pyrometer). Außerdem kommt es beim Braun sehen Pyrometer auch nicht auf das Reflexionsvermögen an, sondern nur auf das Absorptionsvermögen, das durch eine schwache Staubschicht nicht wesentlich geändert wird. Daß diese etwa auf der Drahtspirale festbrennt und dadurch ihre Strahlungseigenschaften ändert, ist bei den geringen, in Frage kommenden Temperaturerhöhungen gleichfalls nicht zu befürchten.

Tabelle 14.

Skalen des Féry- und Braunschen Pyrometers.


Temp.
Abs.
Temp. T
Féry-Pyrometer Braunsches
106E 1016E/T4 106i 1016i/T4
527 800 270 6,59 5,27 0,128
627 900 410 6,25 7,94 121
727 1000 660 6,60 12,55 126
827 1100 970 6,50 17,71 121
927 1200 1370 6,02 25,10 121
1027 1300 1920 6,74 34,90 122
1127 1400 2500 6,51 46,40 121
1227 1500 3260 6,45 60,80 120
Mittel 6,53 0,1225

Auf einen Punkt muß aber noch hingewiesen werden. Neben der schon früher erwähnten Kontrolle und Nachregulierung auf konstante Spannung der den Meßstrom liefernden Batterie muß noch der Nullpunkt von Zeit zu Zeit kontrolliert werden. Unbedingt notwendig ist dies nach jedem Transport des Instrumentes oder wenn es gar abwechselnd in wagerechter oder senkrechter Lage benutzt wird, zumal das Instrument außerordentlich empfindlich gegen Neigungen ist. Kippt man das geschlossene Instrument aus der wagerechten Lage um etwa 45°, so geht der Galvanometerzeiger entweder über den Nullpunkt der Skala hinaus bis zum Anschlag oder schlägt nach der andern Seite bis zu Temperaturen von 200 bis |286| 250° aus. Dreht man es nach oben oder unten in die senkrechte Stellung, so geht der Zeiger beide Male über den Nullpunkt hinaus. Bei Drehung um 180°, so daß das Instrument wieder wagerecht steht und nur nach der entgegengesetzten Seite zeigt, ergab sich gleichfalls ein Ausschlag von +250°, während nach einer vollständigen Drehung um 360° der Zeiger wieder auf den Nullpunkt zurückkehrte.

Geht man umgekehrt von der senkrechten Stellung aus und hat man bei dieser den Nullpunkt richtig eingestellt, so ergibt sich bei Neigung um 45° (bei welchem die beiden Rohre nebeneinander liegen) ein Ausschlag, der einer Temperatur von 650° entspricht. In den beiden wagerechten Stellungen zeigt es gleichfalls 650°, bei nach unten gerichteter senkrechter Stellung dagegen 470° an, während der Zeiger bei völliger Drehung um 360° wieder auf den Nullpunkt zurückkehrt.

Dreht man das Pyrometer schließlich von der senkrechten Stellung aus, aber so, daß die beiden Rohre übereinander zu liegen kommen, so erhält man bei schräger Lage sogar Ausschläge bis zu etwa 1000°, bzw. gehen sie über den Nullpunkt hinaus, während sie bei der Drehung um 90° 1200° betragen und bei solchen um 180° und 270° auf der andern Seite über den Nullpunkt hinaus erfolgen.

Dreht man schließlich das wagerechte Pyrometer aus der Ausgangsstellung, bei welcher beide Rohre nebeneinander liegen, um eine zu ihm parallele Achse, so erhält man gleichfalls Ausschläge bei Drehung um 45° bis 850, und bei Drehung um 90° bis zu etwa 1150°, falls der Ausschlag nicht nach der andern Seite erfolgt. Auch hier kehrt nach einer vollständigen Drehung (wie auch in den vorher besprochenen Fällen) der Zeiger wieder auf den Nullpunkt zurück. Das Instrument muß also sorgsam gegen Neigungen geschützt und der Nullpunkt jedesmal vor dem Gebrauch von neuem eingestellt werden.

Da die Lage des Nullpunktes somit sehr von der Stellung des Pyrometers abhängt, und sieh selbst bei Drehung von 180° stark ändert, so werden auch die Korrektionen des Pyrometers hiervon abhängen (wie ja auch schon aus dem Vergleich der bei wagerechtem und senkrechtem Ofen ermittelten hervorgeht). Bei transportablen Instrumenten wird man sich deshalb mit mittleren Korrektionen begnügen müssen, während man bei fest aufgebauten sie am besten wieder an Ort und Stelle durch Vergleich mit einem geeichten optischen Pyrometer bestimmt.

4. Zusammenfassung.

Der Hauptvorteil der Strahlungs- gegenüber den optischen Pyrometern liegt darin, daß sie Registrierung der Temperatur und Fernbeobachtung zulassen und nach einer einmaligen Aufstellung keiner subjektiven Einstellung (etwa auf gleiche Intensitäten) bedürfen. Von geringerer Bedeutung ist dagegen die Erweiterung des Meßbereiches zu den tiefen Temperaturen hin, da diese bei den bisher ausgeführten Konstruktionen nur etwa 100 bis 150° beträgt.

Diesen Vorteilen stehen nun aber eine Reihe von Nachteilen gegenüber, die für die beiden benutzten Instrumente getrennt besprochen werden müssen.

Beim Féry-Pyrometer liegt die gefährlichste Fehlerquelle in der Aenderung des Reflexionsvermögens des Spiegels, die von Verschmutzung oder Beschädigung (Zerkratzen bei der Reinigung u.a.) herrühren kann. Das Instrument muß also des öfteren gereinigt und von Zeit zu Zeit einer Neueichung unterzogen werden.

Bei absoluten Messungen ist ferner auf die Absorption des Zwischenmediums zu achten, die namentlich bei Wasserdampf größere Beträge annehmen kann.

Da das Instrument besonders bei geringem Abstand vom Ofen nicht nur von der Strahlung des anvisierten Stückes, sondern auch von falscher Strahlung von den Ofenwänden her getroffen wird, so wird es am besten an seinem Gebrauchsorte geeicht werden.

Weiterhin ist darauf zu achten, daß es so lange an seinem Gebrauchsorte verbleibt, bis das ganze Instrument auf gleichmäßige Temperatur erwärmt ist, damit nicht Temperaturdifferenzen zwischen der warmen und der kalten Lötstelle seines Thermoelementes auftreten.

Sein Gebrauch verbietet sich schließlich an all den Stellen, wo aus irgend welchem Grunde kein genügend großes Schauloch angebracht werden kann.

Das Braunsche Pyrometer hat gegenüber dem Féryschen den Vorteil, daß es keine optisch abbildenden Teile enthält und somit von den Aenderungen, welche bei diesem die Hauptfehlerquelle bilden können, frei ist.

Demgegenüber stehen aber eine Reihe von Nachteilen, die von der Benutzung des Bolometers als Strahlungsempfänger herrühren. Es sind dies einmal die Abhängigkeit des Ausschlages (und damit der Temperaturangabe) von der Spannung der Meßbatterie, die im praktischen Betriebe in der Hand ungeübter Arbeiter schwere Fehler verursachen kann, wodurch ein Hauptvorteil der Strahlungspyrometer, die objektive Einstellung an der Meßskala, zum großen Teil illusorisch wird.

Ferner die Nullpunktschwankungen, wie sie bei jedem Bolometer durch ungleichmäßige Beeinflussung der vier Widerstände der Wheatstoneschen Brückenschaltung durch temperaturerhöhende und -erniedrigende Umstände verursacht werden, und die niemals ganz zu vermeiden sind.

Deshalb muß bei dem Instrument vor jeder Beobachtung und unbedingt nach jedem Transport der Nullpunkt von neuem eingestellt und auch darauf geachtet werden, daß es in der ihm einmal gegebenen Stellung verharrt.

Von dem Zwischenmedium hängen die Angaben des Braunschen Pyrometers naturgemäß in ähnlicher Weise wie die des Féryschen Pyrometers ab.

Gegenüber diesem besitzt es noch den Nachteil, daß es einer wesentlich größeren Oeffnung bedarf, so daß seine Verwendungsmöglichkeit dadurch bis zu einem gewissen Grade beschränkt wird.

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F. Hirschsohn, Z. d. V. d. I. 62, 552, 1918.

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