"Méthode et appareil de mesure de la température superficielle
et de l'émissivité d'une matière chauffée" La présente invention est relative à une méthode et à un appareil pour la mesure d'une température de rayonnement en vue de pouvoir mesurer la température d'un objet chauffé, tel qu'une tôle métallique, etc., dont l'émissivité change, et elle se rapporte plus particulièrement à un procédé et à un appareil pour mesurer de façon précise la température superficielle de l'objet, et ce par une mesure simultanée de la température superficielle et de l'émissivité de l'objet.
La présente invention se rapporte plus particulièrement encore à la méthode suivante et à l'appareil décrit par la suite pour l'application de cette méthode.
Dans une mesure de température par une thermométrie à rayonnement dans un four industriel, tel qu'un four de recuit en continu ou appareil similaire, dans lequel une tôle d'acier ou autre objet est chauffé , ou encore dans un métal à une température atmosphérique ambiante ordinaire, où la température est mesurée par détection du rayonnement qui en provient, plusieurs facteurs, tels que l'énergie de rayonnement provenant de l'envi-
<EMI ID=1.1>
rieure à l'énergie de rayonnement provenant de l'objet à mesurer, et le changement du facteur de transmission de l'atmosphère entourant l'appareillage de mesure pour l'énergie de rayonnement, ainsi qu'un changement dans l'émissivité de l'objet à mesurer, nuiront à une telle mesure au point de dégrader une mesure traditionnelle de température de rayonnement ou de rendre impossible une telle mesure traditionnelle. Ces problèmes peuvent être résolus de façon efficace grâce à une méthode de mesure de la température de rayonnement, à laquelle la présente invention se rapporte plus particulièrement.
Pour la mesure de la température superficielle d'un objet chauffé, qui reste au repos ou est déplacé dans un four industriel, un radiomètre ou thermomètre à rayonnement, capable de mesurer la température de l'objet sans nécessiter de contact direct avec cet objet peut être utilisé de façon appropriée. En fait, ce type de dispositif est utilisé dans de nombreux domaines apparentés. Dans un four, comme l'énergie de rayonnement provenant de la paroi ou de la source thermique est réfléchie depuis l'objet à mesurer et est ensuite décelée par le radiomètre, une telle énergie de rayonnement parasite devient un important bruit ou interférence extérieur. Cette énergie de rayonnement parasite doit être exclue, sinon une mesure correcte de la température est impossible.
En outre, il est bien connu que, lorsque l'émissivité de L'objet à mesurer se modifie, la mesure par une thermométrie à rayonnement provoquera généralement une erreur importante. Les deux problèmes mentionnés ci-dessus rendent en fait très erronées les mesures de température de rayonnement à l'intérieur de fours. En particulier, lorsque l'objet à mesurer est constitué par une tale d'acier mince ou épaisse, placée dans un four à recuit, sa surface est normalement oxydée tandis qu'il est chauffé dans le four, de sorte que l'émissivité de la tOle d'acier se modifie avec le progrès de l'oxydation, ce qui crée ainsi une erreur importante dans la mesure de la température de rayonnement. Ce fait rend pratiquement non valable la mesure de la température.
Le même cas se produit lors d'une mesure de température de rayonnement d'un. métal ayant une température atmosphérique ambiante. La raison en est que, comme l'objet à mesurer (par exem�
<EMI ID=2.1>
res, l'énergie de rayonnement provenant de la surface du métal est souvent égale ou inférieure à l'énergie de rayonnement provenant de l'environnement.
De plus, lorsque L'atmosphère du système de mesure absorbe l'énergie de rayonnement dans la gamme des longueurs d'onde que le radiomètre utilisé peut déceler, et lorsque le facteur de transmission pour l'énergie de rayonnement est modifié par un changement dans la concentration de l'atmosphère, la mesure de la température de rayonnement sera à nouveau sujette à des erreurs importantes.
Du fait de ces sérieux problèmes rencontrés, un but de la présente invention est de prévoir une méthode et un appareil pour la mesure précise d'une température superficielle à tout moment en résolvant les, problèmes relatifs à la mesure d'une température de rayonnement, problèmes créés dans un environnement tel que mentionné précédemment.
L'un des inventeurs a proposé une méthode de mesure correcte de la température, grâce à. laquelle les problèmes précédents que l'on rencontre dans la mesure d'une température de rayonnement ont été évités dans une certaine mesure, cette méthode ayant été décrite dans la demande de brevet japonais n[deg.]
85078/1979.
Suivant cette méthode, un dispositif de rayonnement constitué par un corps noir, dont la température est variable, et un radiomètre qui peut déceler des rayons d'une bande choisie de longueurs d'onde sont disposés symétriquement et de manière spéculaire par rapport à la normale vis-à-vis d'une surface d'objet chauffé, de sorte que le radiomètre peut déceler le rayonne-ment provenant de la surface de l'objet chauffé et que la température du corps noir est modifiée de sorte que celui-ci donne des valeurs de sortie correspondant aux températures, valeurs qui sont utilisées pour calculer l'émissivité du corps chauffé et déterminer ensuite sa température superficielle.
Par conséquent, la caractéristique principale de la mé thode suivant l'invention est qu'un rayonnement d'une longueur d'onde à déceler par le radiomètre est choisi de manière à être réfléchi de façon spéculaire depuis la surface de l'objet à déceler. D'autre part, la présente invention propose de mesurer la température superficielle de l'objet à mesurer, avec une précision élevée, même dans les cas où la surface de l'objet à mesurer est rugueuse ou est une surface à réflexion spéculaire non parfaite, et où l'environnement de la mesure comprend des substances préjudiciables à la transmission de l'énergie de
<EMI ID=3.1>
De plus, un four formant corps noir idéal devrait être de dimensions importantes et devrait être chauffé et maintenu à une température constante. La présente invention propose en outre una mesure de température de rayonnement, utilisant une réflexion spéculaire qui peut omettre l'utilisation d'un tel four formant corps noir.
L'invention sera décrite plus complètement encore ciaprès avec référence aux dessins annexés.
La Figure 1 est une représentation schématique d'une première forme de réalisation suivant l'invention. La Figure 2 est. un schéma synoptique, de l'agencement mathématique.
Les Figures 3a et 3b sont des vues en plan schématiques.
La Figure 4 est une vue en élévation latérale schématique.
Les Figures 5a et 5b sont respectivement une vue en perspective schématique et une vue latérale schématique d'une autre forme de réalisation.
La Figure 6 est une vue latérale d'une forme de réalisation disposée à l'atmosphère. La Figure 7 est un graphique montrant la relation entre l'émissivité réelle et l'émissivité mesurée suivant la présente invention. La Figure 8 est un graphique montrant la relation entre la température réelle et la température mesurée suivant l'invention. La Figure 9 est une vue latérale du four dans lequel une mesure est réalisée. La Figure 10 est un schéma illustrant une expérience de détermination de la somme de bruit de fond.. La Figure 11 est un schéma illustrant la relation entre <EMI ID=4.1> La Figure 12 est un graphique illustrant la relation <EMI ID=5.1> La Figure 13 illustre la définition de l'angle d'in- <EMI ID=6.1> La Figure 14 est un schéma explicatif intéressant pour expliquer une. seconde forme de réalisation suivant la présente invention.
Les Figures 15a et 15b sont des dessins explicatifs
<EMI ID=7.1> La Figure 17 est une vue en plan suivant laquelle un radiomètre et un dispositif de rayonnement formant corps noir sont disposés sur une plaque de base ou une chambre à refroidissement par eau. La Figure 18 est un diagramme synoptique concernant l'unité mathématique appliquée pour l'invention.
Les Figures 19, 20 et 22 sont des vues latérales explicatives montrant le parcours du rayonnement lorsque l'objet à mesurer est amené à basculer.
La Figure 21 est une vue latérale explicative du cas où on utilise une surface* réfléchissante concave.
Lorsque la surface d'un objet à mesurer est, du point de vue optique, lisse et plane, c'est-à-dire qu'elle a une surface parfaite de réflexion spéculaire, l'équation suivante est satisfaite :
<EMI ID=8.1>
dans ce sens. Le principe de cette mathode sera décrit avec référence à la Figure 1. Un radiomètre 1 et un dispositif de rayonnement formant corps noir 2 sont disposés de manière spéculaire et symétrique suivant un angle [pound] par rapport à la normale N à la surface d'un miroir. Si un objet 3 à mesurer se trouve <EMI ID=9.1>
rayonnement E2 à déceler par le radiomètre 1 peut être exprimée par :
<EMI ID=10.1>
où Eb(T2) représente l'énergie de rayonnement provenant du dis-
<EMI ID=11.1>
Le premier terme de droite de l'équation (2) désigne l'énergie rayonnée depuis l'objet 3 à mesurer lui-même, tandis que le second terme est une composante de l'énergie de rayonnement Eb(T2). qui est réfléchie de manière spéculaire depuis la surface de
<EMI ID=12.1>
lée E3 est donnée par :
<EMI ID=13.1>
Comme les équations (2) et (3) sont des équations en-
<EMI ID=14.1>
(3) à partir de l'équation (2) donnera :
<EMI ID=15.1>
Une transposition de l'équation (4) sera réduite à :
<EMI ID=16.1>
Une substitution de l'équation (5) dans l'équation (3) et une nouvelle transposition donneront -
<EMI ID=17.1>
A partir de l'équation (6), on peut voir que la température T. peut être déterminée à partir de la caractéristique de sortie du radiomètre 1. La théorie susdite peut s'appliquer au cas
où l'objet 3 a une surface parfaite pour la réflexion spéculaire.
Cette méthode peut être mise en oeuvre d'après la demande de brevet japonais n[deg.] 85078/1979-
D'une façon générale, toutefois, comme la surface d'un objet présente un certain degré de rugosité, l'état de la mesure n'est pas idéal. Cette situation implique que le coefficient de
<EMI ID=18.1>
à la valeur idéale du fait de la réflexion diffuse. De ce fait, si on utilise un coefficient f (0 < f < 1) pour donner un coefficient de réflexion apparent tel que :
<EMI ID=19.1>
<EMI ID=20.1>
les équations (7) et (8) s'obtiennent alors comme suit :
<EMI ID=21.1>
Dans ce cas, f est désigné comme étant le "facteur de réflexion spéculaire", qui représente le degré de réflexion spéculaire.
Depuis les deux équations données ci-dessus, on détermine l'émissivité calculée par l'équation :
<EMI ID=22.1>
On trouve également la température au départ de l'expression :
<EMI ID=23.1>
Une première caractéristique de la présente invention est qu'une mesure précise de température peut facilement être réalisée par l'introduction du facteur de réflexion spéculaire f, même pour la caractéristique de réflexion spéculaire non parfaite de l'objet à mesurer, ou pour une surface rugeuse, pour les longueurs d'onde décelables par la radiomètre.
Dans la mesure d'une surface à reflexion spéculaire non parfaite, lorsqu'une paroi d'environnement 4 telle qu'illustrée par la Figure 1 se trouve à une température si élevée que le rayonnement qui en provient ne peut pas être négligé, il devient nécessaire de tenir compte de ce bruit de fond. Sous la température de paroi environnante T4 et sous une émissivité effective de 1,0, les équations (7) et. (8) sont réécrites de la façon suivante :
<EMI ID=24.1>
où p représente le degré de la réflexion diffuse provenant de la surface 3 à mesurer, ce degré étant désigné par les inventeurs sous le nom de "facteur de réflexion diffuse". Les troisièmes termes de gauche des équations (11) et (12) montrent l'énergie rayonnante à déceler par le radiomètre 1 après que
<EMI ID=25.1>
ronnement 4 a été réfléchie de façon diffuse depuis la surface 3 à mesurer.
Déterminons maintenant la relation entre p et f. Si
<EMI ID=26.1>
<EMI ID=27.1>
A partir de l'équation (13), on peut obtenir la relation suivante :
<EMI ID=28.1>
Une substitution de l'équation (14) dans les équations (11) et (12) donnera :
<EMI ID=29.1>
Une soustraction de ces deux équations l'une de l'autre et une nouvelle transposition donneront la même expression que l'équa-tion (9), à savoir :
<EMI ID=30.1>
<EMI ID=31.1>
<EMI ID=32.1>
Les équations (17) et (18) illustrent le principe de la mesure suivant l'invention. En d'autres termes, le dispositif de rayor nement formant corps noir 2 et le radiomètre 1 sont disposés de façon symétrique du point de vue spéculaire suivant des angles 6 par rapport à la normale N à. la surface de l'objet 3 à mesurer, et les mesures sont réalisées de la façon suivante. L'énergie de rayonnement provenant du dispositif de rayonnement formant
<EMI ID=33.1>
(17) en utilisant le facteur de réflexion diffuse p en association avec la surface d'objet 3, et la température T1 est déterminée à partir de l'équation (18) par l'utilisation de la valeur
<EMI ID=34.1>
La Figure 2 est un schéma synoptique du système de calcul permettant la mise en oeuvre efficace de la méthode suivant l'invention.
Pour permettre d'obtenir le fonctionnement de l'agan-
<EMI ID=35.1>
sitif de rayonnement formant corps noir 2 à deux températures différentes T2 et T3 séparément. A cette fin, deux dispositifs de rayonnement formant corps noirs 2<1> et 2" sont prévus séparément, comme illustré par la Figure 3a, et sont réglés respective-
<EMI ID=36.1>
le radiomètre unique 1 est fournie alternativement depuis les deux dispositifs de rayonnement 2' et 2". La Figure 3a montre ce système optique à double flux lumineux. Les flux d'énergie
i
<EMI ID=37.1>
recoupent entre eux au point A sur la surface d'objet 3 à mesurer et sont réfléchis depuis cette dernière. L'un des énergies de rayonnement réfléchies traverse un miroir M2 en direction
<EMI ID=38.1>
pour réaliser le système optique à double flux lumineux tel qu'illustré par la Figure 3b, bien que des points de mesure légèrement différents A' et A" doivent être pris en considération. Dans ce cas, il est évidemment nécessaire que l'objet 3 se dé-
<EMI ID=39.1>
sur une certaine zone.
Au lieu d'utiliser les deux dispositifs de rayonnement formant corps noirs 2' et 2", on peut prévoir un seul dispositif de rayonnement formant corps noir 2 et un sélecteur 5 qui est placé près de l'avant de l'ouverture du dispositif de rayonnement 2 et est mis en rotation grace à un moteur MT, et ce comme illustré par la Figure 4, pour réaliser ainsi le même système que le système optique mentionné précédemment. Le dispositif de rayonnement formant corps noir 2 est réglé à la tem-
<EMI ID=40.1>
est traitée de manière à être suffisamment noire pour absorber toute énergie quelconque de rayonnement, ou pour être une surface à peu près noire, et la température d'une telle surface noire est maintenue beaucoup plus basse que la température T.
<EMI ID=41.1>
dispositif de rayonnement formant corps noir 2 est recouverte par intermittence par le secteur rotatif 5 pour alimenter alternativement deux valeurs différentes d'énergie de rayonnement au radiomètre 1 où ces valeurs sont décelées. Si la valeur décelée en provenance du dispositif de rayonnement formant- corps
<EMI ID=42.1>
l'équation suivante au lieu de l'équation (16) :
<EMI ID=43.1>
Comme la valeur décelée E2 en provenance du dispositif de rayonnement formant corps noir non recouvert 2 est exprimée par l'équa-
<EMI ID=44.1>
(15) et (19) comme étant :
<EMI ID=45.1>
Une substitution de l'équation (20) dans l'équation (19) donne :
<EMI ID=46.1>
Les équations (20) et (21) sont plus simples que les équations
(17) et (18). En outre, dans le système optique à double flux
<EMI ID=47.1>
petit au point d'être négligeable. Les agencements des Figures
<EMI ID=48.1>
180784/79. Dans cette invention, la caractéristique est que le facteur de réflexion diffuse p est introduit dans les équations de sorte que La surface d'objet à mesurer ne doit pas nécessairement être une surface à réflexion spéculaire parfaite, ce qui permet la réalisation d'une mesure pratique.
Les Figures 5a et 5b illustrent une autre forme de réalisation, suivant laquelle la température d'un objet chauffé
dans un four et son émissivité sont mesurées de façon simultanée en utilisant un système à double flux lumineux correspondant à celui illustré par la Figure 3b.
L'effet de la présente invention sera décrit ci-après avec référence à une forme de réalisation et à des résultats expérimentaux. La Figure 6 illustre schématiquement l'agencement expérimental prévu dans l'atmosphère et sans effet de fond accompagnant. Comme illustré par la Figure 6, l'échantillon 3 à mesu-
<EMI ID=49.1>
ge 6. Le radiomètre 1 et le dispositif de rayonnement formant
<EMI ID=50.1>
à savoir de 56[deg.], par rapport à la normale N à la surface de l'échantillon. Le dispositif de rayonnement formant corps noir
2 est constitué par un cylindre en graphite creux avec un diamètre d'ouverture D de 50 mm et une longueur L de 125 mm, la température de paroi interne T2 de ce dispositif étant décelée par un thermocouple CA (Chromel-Alumel) 2-2 monté dans la surface inférieur. La température décelée T2 est réglée par un appareil de contrôle de température PID pour qu'elle soit maintenue à 368[deg.]C
<EMI ID=51.1>
utilise trois éléments différents de détection tels qu'illustrés par le Tableau suivant :
<EMI ID=52.1>
Le procédé expérimental est le suivant. La courbe caractéristique de chaque radiomètre 1 qui montre la relation
<EMI ID=53.1>
ture est réglée à 368[deg.]C. Ensuite, chaque échantillon 3 est chauffé sur le four de chauffage 6 grâce à un dispositif chauffant 7 et la température de chaque surface d'échantillon est mesurée par un thermocouple CA 8, qui est soudé par point sur la surface d'échantillon 3. Chaque surface d'échantillon est ré-
<EMI ID=54.1>
<EMI ID=55.1>
est noircie, est placé juste en avant de l'ouverture 2-1 du dispositif de rayonnement formant corps noir 2. De la sorte, à partir de la valeur décelée E, par le dispositif de rayonnement 1 à
<EMI ID=56.1>
<EMI ID=57.1>
où Eb(Tl) est une valeur connue car il s'agit de l'énergie de rayonnement provenant du dispositif de rayonnement formant
<EMI ID=58.1>
<EMI ID=59.1>
réelle de l'échantillon 3.
La valeur El peut être exprimée par :
<EMI ID=60.1>
Sur la base du principe de la méthode suivant la pré-
<EMI ID=61.1>
froidi par eau et noirci 5' est enlevé peut être exprimée par :
<EMI ID=62.1>
<EMI ID=63.1>
équations (23) et (24), on peut déterminer comme suit l'émissi-vité et la température :
<EMI ID=64.1>
La précision de mesure dans la méthode suivant l'invention peut être évaluée en comparant l'équation d'émissivité réelle (22) et l'équation d'émissivité (25) que l'on obtient par la méthode suivant l'invention.
Le Tableau 1 donne les résultats mesurés sur des écha tillons d'une tôle en acier laminé à froid, d'une tOle d'acier inoxydable et d'une tOle en aluminium à surface rendue rugueuse que l'on obtient suivant la méthode de l'invention. Dans le Ta bleau 1, la valeur f est déterminée de telle manière que les va
<EMI ID=65.1>
et (25) soient identiques, chaque échantillon étant réglé à un
<EMI ID=66.1>
Tableau 1
Les résultats mesurés pour chaque échantillon par la méthode suivant l'invention sont les suivants :
<EMI ID=67.1>
<EMI ID=68.1>
Dans ce Tableau :
<EMI ID=69.1>
f : facteur de réflexion spéculaire
f : f moyen
Af variation de f
<EMI ID=70.1>
température relative sont déterminées par les équations (25) et
(26) et en utilisant la valeur moyenne f de f et sa variation A l'erreur de température relative étant évaluée à T. = 400[deg.]C.
L'équation (25) est réarrangée par rapport à f de la façon suivante :
<EMI ID=71.1>
<EMI ID=72.1>
pondant à la variation f . En prenant le logarithme des deux côtés de l'équation (27) et en différenciant les deux côtés en question, on obtiendra :
<EMI ID=73.1>
A partir de l'équation (28) , on obtient :
<EMI ID=74.1>
A partir de l'équation (29), on comprendra que l'erreur relative d'émissivité dépend de l'erreur relative de f et de la va-leur de l'émissivité elle-même.
<EMI ID=75.1>
dérivée de la formule bien connue :
<EMI ID=76.1>
Une substitution de l'équation (29) dans l'équation (30) donnera:
<EMI ID=77.1>
<EMI ID=78.1>
les équations (29) et (30) . En considérant le Tableau 1, on peut voir que la valeur f du même échantillon se rapproche de 1 ou que la surface d'échantillon se rapproche d'une surface à réflexion spéculaire au fur et à mesure que la longueur d'onde
<EMI ID=79.1>
<EMI ID=80.1>
et la température déterminées par la méthode suivant la présente
<EMI ID=81.1>
illustré par les équations (29) et (31), la précision de la mesure à de grandes longueurs d'onde n'est pas nécessairement excellente. En considérant le Tableau 1, on peut voir que l'er-
<EMI ID=82.1>
La Figure 7 est un graphique mettant en évidence les résultats expérimentaux illustrant la relation entre l'émissivité [équation (22) directement obtenue par le thermocouple et <EMI ID=83.1>
f de 0,92 a été utilisée pour f. D'après la Figure 7, on peut voir que les deux émissivités prennent des valeurs similaires quel que soit le changement important d'émissivité en même temps que la formation d'une pellicule d'oxyde sur la surface de la tôle d'acier, à la suite du chauffage. La Figure 8 illustre de façon similaire la relation entre la température indiquée par
le thermocouple et celle obtenue par le calcul suivant l'inven-
<EMI ID=84.1>
En considérant le Tableau 1 et les Figures 7 et 8, on peut comprendre que, pour le môme type de tôle d'acier, la température
<EMI ID=85.1>
l'importance du changement d'émissivité.
La méthode suivant l'invention est excellente en particulier pour supprimer le bruit de fond, du fait de son utilisation de la réflexion spéculaire _ Par conséquent, la présente méthode est considérée comme étant très efficace pour une mesure de température dans un four. Un four simulé a été prévu et la température dans un tel four a été mesurée expérimentalement par la méthode suivant l'invention. La Figure 9 illustre schématiquement l'agencement expérimental. La paroi interne 4 du four simulé est faite en une tôle mince d'acier et elle est en forme de botte. La totalité de la surface de la paroi interne 4 est revêtue d'une peinture noire pour avoir une émissivité de 0,95.
La partie de plafond et la partie formant paroi latérale entre la paroi interne 4 et la paroi externe 4' comportent trois dispositif de chauffage distincts 9 prévus pour rayonner une énergie thermique vers la paroi interne. La température de paroi interne T peut être réglée indépendamment par des thermocouples à gaine C
<EMI ID=86.1>
dans le plafond et dans les parties formant la. paroi latérale) afin que cette température soit pratiquement uniforme sur la to talité de la surface. Les deux parois latérales du four sont pourvues chacune d'une ouverture 10, d'une largeur de 50 mm et d'une longueur de 100 mm. Par l'une des ouvertures 10, on introduit le dispositif de rayonnement formant corps noir 2, tandis que par l'autre ouverture la, l'intérieur du four II peut être vu par le radiomètre 1. Par la base du four, on peut introduire l'échantillon 3 et le four de chauffage d'échantillon 6 dans l'intérieur 11 du four. L'échantillon 3 peut être chauffé indépendamment et sa température peut être réglée sur le four de chauffage 6. De plus, l'échantillon 3 peut être refroidi par eau pour le maintenir à une température normale, au lieu de le chauffer depuis la base.
Devant la surface d'ouverture 2-1 du dispositif de rayonnement formant corps noir 2, on place un secteur noirci et refroidi par eau 5, qui est admis à recouvrir la surface d'ouverture 2-1 à certains intervalles d'une période de temps, et ce grâce à un moteur de commande 12.
Dans un tel four simulé, lorsque la température de paroi interne T4 est devenue uniforme sur la totalité de la surface, la paroi interne de four 4 peut être considérée comme étant un corps noir à cette température, condition qui semble être la plus sévère lors d'une thermométrie à rayonnement à l'intérieur du four.
Comme l'efficacité du principe a déjà. été confirmée par l'expérience à la température ambiante, la proportion de l'énergie de rayonnement qui est rayonnée depuis la paroi inte:
ne 4 dans le four et est réfléchie depuis la surface de mesure 3-1 vers le radiomètre 1 où elle est décelée, c'est-à-dire la proportion du bruit de fond, est quantifiée par voie expérimentale .
Comme illustré par la Figure 10, la température de p< roi interne T4 du four simulé est réglée de manière à atteindre
<EMI ID=87.1>
<EMI ID=88.1>
froidi. par eau 5' et ensuite chaque type d'échantillon 3 est ir troduit à l'intérieur depuis la base. Comme la face inférieure de l'échantillon 3 est refroidie par eau à tout moment, la température de la surface d'échantillon est maintenue à la tempéra ture ambiante dans le four. Sous ces conditions, l'énergie réfléchie [pound] est décelée par le radiomètre 1. La majeure partie
<EMI ID=89.1>
tion de l'énergie de rayonnement Eb(T4) quittent la paroi interne de four 4 et arrivant au dispositif de rayonnement 1 aprè rayonnement depuis la surface interne de four 4 et réflexion su la surface 3-1 à mesurer. Par conséquent , la somme du bruit de fond peut être déterminée.
<EMI ID=90.1>
<EMI ID=91.1>
Comme l'émissivité de l'échantillon 3 a été préalablement mesurée, le facteur de réflexion diffuse p peut être calculé au départ de l'équation (33).
Dans cette expérience, la valeur 8 est choisie comme étant de 67[deg.], et la distance entre le point mesuré et le secteur
<EMI ID=92.1>
secteur noirci et à refroidissement par eau 5 à partir du point mesuré.
La Tableau 2 énumère des résultats expérimentaux, comme échantillons, on a utilisé des tôles d'acier laminées à froid et des tOles en acier inoxydable dont l'émissivité change avec la progression de l'oxydation de l'échantillon.
Tableau 2
<EMI ID=93.1>
<EMI ID=94.1>
Tableau 2 (suite)
<EMI ID=95.1>
En changeant la distance Z depuis le point mesuré d l'échantillon jusqu'à la surface de secteur 5-1, un angle sol
<EMI ID=96.1>
teur (dont le diamètre est D) est prévu, pour lequel le facte de fond � est déterminé au départ de l'équation (32). Ce fac
<EMI ID=97.1> le Tableau 2 ou la Figure 11, on peut voir que, pour chaque échantillon, p se rapproche de 0 au fur et à mesure que la lor
<EMI ID=98.1>
faible va-leur. La relation entre p et f est donnée par l'équa tion (14). La valeur f mesurée du Tableau 1 est également don née dans le Tableau 2. Au départ des Tableaux 1 et 2, on peut comprendre que la relation entre p et f satisfait à l'équation
(14). De la sorte, la méthode suivant l'invention est évidem-
<EMI ID=99.1>
<EMI ID=100.1>
rayonnement formant corps noir.
Dans l'atmosphère ou dans un four, l'émissivité est donnée par l'équation (20) . L'erreur dans la mesure de tempe] ture est exprimée par l'équation (31) pour l'atmosphère. Par
<EMI ID=101.1>
liser, pour l'analyse de l'erreur, que l'équation (29) dans la quelle la variation de f de l'échantillon peut être remplacée
<EMI ID=102.1>
variation des émissivités dues au changement de p et à la temp rature de paroi interne T4 du four doit être prise en considéra
<EMI ID=103.1>
être choisi pour la tolérance est considéré de la façon suivani
Si une température de mesure apparente est considérée
comme étant T., l'équation (34) suivante est satisfaite dans
Cl
Inéquation. (19) :
<EMI ID=104.1>
0
<EMI ID=105.1>
(3 3) , %ce qui donne
\"
<EMI ID=106.1>
Une substitution de l'équation (35) dans l'équation
(34) et l'utilisation de la formule de Wien, à savoir
<EMI ID=107.1>
<EMI ID=108.1>
Si alors l'erreur admissible de mesure de température
<EMI ID=109.1>
de gauche de l'équation (36) est donnée par :
<EMI ID=110.1>
De la sorte, une substitution de l'équation (37) dans l'équation (36) et une transposition appropriée donneront la. tolarance maximale p max du facteur de réflexion diffuse p :
<EMI ID=111.1>
Dans l'équation (36), en donnant des valeurs spécifi-
<EMI ID=112.1>
<EMI ID=113.1> la Figure 11. Un calcul spécifique pour une tOle en acier laminée à froid et pour une tôle en acier inoxydable est décrit par la suite.
<EMI ID=114.1> la Figure 11, on peut voir que la valeur p diminue au fur et à mesure que la valeur X augmente, de sorte que le bruit de fond <EMI ID=115.1>
plus petite au fur et à mesure que \ diminue, et ce comme clair ment illustré par le Tableau 3. La possibilité d'une réduction
<EMI ID=116.1>
que. Pour des tôles en acier inoxydable, il est possible de re dre très petit l'angle solide. On décrira ci-après la méthode détermination de p par rapport à la rugosité de la surface d'ob jet à mesurer. La valeur p représente le degré de réflexion di:
fuse dans le sens des angles par rapport à la normale à la surface d'échantillon. Pour cette raison, on peut considérer qu'i:
y a une corrélation entre p et un angle d'inclinaison moyen % iJ lustrant la rugosité superficielle de la surface de l'échantillc
<EMI ID=117.1>
sultats du Tableau 2 est illustrée par la Figure 12.
Tableau 3
<EMI ID=118.1>
vision d'une erreur de mesure de température dans les limites
<EMI ID=119.1>
<EMI ID=120.1>
<EMI ID=121.1>
<EMI ID=122.1>
gure 13.
<EMI ID=123.1>
avec la ligne de symétrie à
<EMI ID=124.1>
Comme on l'a décrit en détails ci-dessus, si dans le four un angle solide nécessaire pour la rugosité superficielle de l'échantillon est déterminé et si on établit les dimensions de l'ouverture du dispositif de rayonnement formant corps noir et la distance Z jusqu'à la surface mesurée, il sera possible de mesurer la température et l'émissivité avec une précision prédéterminée. Si, dans ce cas, la forme de l'objet à mesurer et le changement de forme dû* à un transport ou à .un chauffage sont pris en considération, la précision de la mesure sera rehaussée.
La présente invention est particulièrement efficace
<EMI ID=125.1>
pérature et l'émissivité dans le cas où la surface de cet objet est d'allure générale rugueuse et a une caractéristique de réflexion non spéculaire. En plus de ce qui précède, comme le bruit de fond peut être éliminé simultanément, la température des tôles d'acier dans le four où l'émissivité varie largement avec la progression de l'oxydation, peut Atre mesurée de façon efficace.
Depuis récemment, des progrès- sont: faits dans la construction de nouveaux fours de recuit en continu. A l'encontre des fours traditionnels, les nouveaux fours tiennent compte de l'esprit d'économie d'énergie qui existe à L'heure actuelle et on y envisage d'abaisser le coût. de l'énergie par une amélioration du rendement thermique. A cette fin, au lieu d'utiliser des gaz réducteurs, on a adopté un système de chauffage rapide par des brûleurs à chauffage direct. Le four de ce système de chauffage est appelé NOF (four non oxydant). La tôle d'acier se trouvant dans le four est encore oxydée par l'atmosphère faiblement oxydante régnant dans le four durant son déplacement, de sorte que son émissivité est fortement modifiée.
La présente invention résout pleinement les problèmes à la fois du bruit de fond et de l'émissivité et, de la sorte, elle est remarquablement efficace pour la mesure d'une température à l'intérieur du système NOF . De plus, comme dans ce système une faible somme d'oxygène (0 ) non brûlé provoque une action délicate sur la for mation d'une pellicule d'oxyde sur la tale d'acier, la mesure de l'émissivité donnera au contraire une information intéressante sur la pellicule d'oxyde ou l'état d'oxydation.
En outre, suivant la présente invention, même si un filtre de verre existe dans le parcours optique du système de mesure, une mesure précise de température peut être faite par une mesure du coefficient de transmission. Si, par exemple,
<EMI ID=126.1>
par le radiomètre sont absorbées suivant un facteur de transmission K, on obtient les équations suivantes correspondant aux équations (15) et (16) :
<EMI ID=127.1>
Au départ des équations (41) et (42), on obtient
<EMI ID=128.1>
<EMI ID=129.1>
Une substitution de la valeur E( � ) dans l'équation (42) donnera :
<EMI ID=130.1>
Lorsque la valeur de K se modifie à tout moment, l'énergie de rayonnement provenant des dispositifs de rayonnement formant corps noirs ou d'un troisième dispositif de rayonnement formant corps noir de référence qui est nouvellement prévu, est décelée directement par l'intermédiaire d'un parcours optique constant et non pas par l'intermédiaire de la surface d'objet à mesurer, soit par le radiomètre, soit par un second radiomètre nouvellement prévu. De la sorte, K est déterminé par le changement de la valeur décelée et substitué dans les équations
<EMI ID=131.1>
température T1 avec une haute précision, quel que soit le changement de la valeur K.
La sélection d'un environnement approprié où l'agencement expérimental est localisé empêchera un changement dans
<EMI ID=132.1>
rayonnement par l'atmosphère. C'est ainsi qu'un gaz transparent (par exemple un gaz inerte) est introduit dans le parcours optique. Ceci permet l'établissement d'une valeur K connue stable, même dans l'atmosphère ou le facteur K se modifie largement, ce qui permet de la sorte une mesure correcte. Jusqu'à présent, les explications ont été données en considérant essentiellement la méthode utilisant un ou des dispositifs de rayonnement formant corps noirs mais, suivant le concept de base de la présente invention, l'utilisation d'un tel corps noir n'est pas absolument indispensable, le même effet pouvant être obtenu également en utilisant une surface réfléchissante, telle qu'un miroir plan.
Ce type de méthode et d'appareil, en tant que second aspect de la présente invention, sera expliqué ci-après. Sur la Figure 14, le numéro de référence 10 désigne un objet dont la température doit âtre mesurée, le numéro 12 désigne une surface réfléchissante, le numéro 14 est un secteur rotatif et le numéro 16 désigne un radiomètre . L'objet 10 est per exemple un feuillard en acier chauffé se déplaçant dans le four. Dans ce cas, la surface réfléchissante 12 et le secteur rotatif 14 sont placés à l'extérieur du four, l'objet 10 pouvant être observé à travers une fenêtre 18. Le radiomètre est également prévu à l'extérieur du four. La surface réfléchissante 12 et le radiomètre 16 sont disposés symétriquement suivant des angles 9 par rapport à la normale N-0 à la surface de l'objet.
La surface réfléchissante 12 est une surface plane perpendiculaire à la ligne droite qui relie le point 0 à cette surface réfléchissante. De la sorte, on forme le parcours de rayonnement suivant. L'objet 10 se trouvant à
<EMI ID=133.1> <EMI ID=134.1>
radiomètre 16 pénètre dans celui-ci, tandis que le rayonnement en direction de la surface réfléchissante 12 est réfléchi depui celle-ci et est ensuite réfléchi de façon spéculaire depuis la surface de l'objet au point 0 vers le radiomètre 16. Devant la surface 12 ou du côté 10 de l'objet, est disposé le secteur rotatif 14 qui comporte une portion d'aube 14a en tant que surface absorbant le rayonnement comme illustré par la Figure 15 (a) ,
un espace 14b étant défini entre les aubes 14a. Le secteur 14 est mis en rotation grace à un moteur afin d'absorber le rayonnement provenant de l'objet 10 et de couper le rayonnement provenant de la surface réfléchissante 12 lorsque son aube 14 recoupe la ligne L2-0. Comme la surface réfléchissante 12 et le secteur rotatif 14 sont maintenus à une température suffisamment plus basse que celle de l'objet 10, par exemple par un refroidissement par eau, l'énergie de rayonnement qui en résulte peut être négligée.
Lorsque le secteur 14 absorbe et arrête le rayon nement, l'énergie de rayonnement ayant pénétré dans le radiomètre 16 est uniquement l'énergie émise depuis l'objet 10 lui-même En d'autres termes, il y a une possibilité que l'énergie de rayoi nement provenant de la paroi du four soit réfléchie depuis la surface de l'objet vers le radiomètre 16, mais l'énergie réfléchie possible est arrêtée par le secteur 14 de manière à ne pas pouvoir entrer dans le radiomètre 16. Cet aspect constitue un point avantageux de ce type à réflexion spéculaire de thermométrie à rayonnement. Cette propriété de réflexion spéculaire devient plus efficace au fur et à mesure de l'augmentation de l'angle e . Comme l'énergie de rayonnement pénétrant dans le radio-- mètre 16 a été décrite précédemment, la relation suivante est satisfaite :
<EMI ID=135.1>
<EMI ID=136.1>
16 dans les cas où le secteur 14 est amené à former écran ou non, '5 est le facteur de transmission d'un filtre, dans le présent
<EMI ID=137.1>
facteur de réflexion efficace du miroir 12, et p est le facteur de réflexion diffuse de la surface d'objet. A partir des équations (45) et (46) , on obtient la relation suivante :
<EMI ID=138.1>
De .L'équation (45), on obtient :
<EMI ID=139.1>
<EMI ID=140.1>
<EMI ID=141.1>
<EMI ID=142.1>
<EMI ID=143.1>
tenus constants sous un contrôle strict. p est donc le facteur de réflexion diffuse de l'objet à mesurer et il est désagréable de mesurer chaque fois l'émissivité et la température de l'objet.
Par conséquent,.p est mesuré préalablement et sa valeur est utilisée pour les mesures ultérieures. De la sorte, pour réaliser cette mesure avec peu d'erreur, il est nécessaire que les valeurs mesurées ne dévient pas fortement des valeurs prédites. Si C
<EMI ID=144.1>
linéaire comme illustré par la Figure 16.
Dans le cas où l'objet à mesurer est un article chauffé dans un four, on dispose un radiomètre 16 et une surface réfléchissante 12 sur une chambre plane ou plaque de base refroidie par eau 17, comme illustré par la Figure 17, et cette chambre plane refroidie par eau est noyée dans la paroi du four de
<EMI ID=145.1>
construction, le rayonnement parasite (bruit de fond) provenant de la paroi environnante du four peut être arrêté et en outre le degré de rayonnement provenant de la chambre elle-même peut être négligé, de sorte que le principe de la présente invention est également applicable.
La Figure 18 illustre un ensemble mathématique pour le <EMI ID=146.1>
<EMI ID=147.1>
sées avec la rotation du secteur 14 pour apparaître comme valeurs El et E2 qui sont appliquées à un diviseur 22 de manière à don-
<EMI ID=148.1>
tante 1 et l'envoie à un dispositif soustracteur 24 où G-l est produit. Le générateur classique 34 engendre également une constante C et l'alimente à un multiplicateur 26 où C(G-l) est pro-duit. Dans un soustracteur 28, la valeur C(G-l) est soustraite de la constante 1 de manière à avoir l-C(G-l) ou l'émissivité
<EMI ID=149.1>
température T de l'objet est déterminée par un convertisseur d'énergie de rayonnement-température 36.
Si l'objet 10 est un feuillard qui est supporté dans le four, la surface de l'objet est déplacée vers le haut et vers le bas ou basculée de temps en temps et, dans certains cas, le rayonnement réfléchi depuis la surface de l'objet de façon spéculaire ne pénètre pas dans le radiomètre: Pour empêcher ceci, la surface réfléchissante ou miroir doit avoir une largeur prédéterminée. Cet exemple, sera décrit avec référence à la Figure 19.
<EMI ID=150.1>
<EMI ID=151.1>
miroir 12, de nouveau par la surface de l'objet 0, vers le radiomètre 16, déviera à l'écart de ce radiomètre 16 comme indiqué par une ligne en trait interrompu. A contraire, le rayonnement pro- venant d'un point lOa de l'objet 10 pénétrera dans le radiomètre
16 comme indiqué par une ligne en trait plein. De la sorte, la largeur du miroir 12 peut être déterminée de manière inverse du fait de la relation mentionnée précédemment. En particulier, comme la longueur et l'angle illustrés ont une relation de
<EMI ID=152.1>
les dimensions de la surface réfléchissante peuvent alors être déterminées de manière que la valeur a. existe pour la valeur maximale prédite de �.
<EMI ID=153.1>
trée par la Figure 20, est également efficace, en particulier lorsque l'objet à mesurer est fortement incliné ou basculé.
C'est parce que, comme illustré par la Figure 20, une telle surface à réflexion diffuse 12" réfléchira le rayonnement incident provenant de n'importe quelle direction, vers toutes les directions, sans défaillance, qu'il y aura toujours une composante de rayonnement qui se réfléchit sur le point de mesure 0 de la surface de l'objet 10 et va vers le radiomètre 16, même si la surface de l'objet 10 est fortement inclinée ou basculée. En conséquence, une telle surface à réflexion diffuse peut être
<EMI ID=154.1>
opératoires où l'objet à mesurer est soumis à une vibration et/ou à un basculement indésirables.
L'utilisation d'un miroir concave ou d'une surface réfléchissante concave, au Lieu d'une surface réfléchissante plane, amène un effet intéressant, pouvant réduire les dimensions de l'ouverture pratiquée dans la paroi d'un four et à travers laquelle passe le rayonnement.
Comme illustré par la Figure 21, lorsque l'objet 10 à mesurer est placé dans un four et qu'un miroir concave 12" est placé à l'extérieur, une ouverture 18 pratiquée dans la paroi du four peut être prévue petite car le rayonnement est focalisé au point 0 sur la surface de l'objet 10.
La Figure 22 prévoit l'utilisation d'un miroir réflec-teur du type à cavité. Lorsque l'objet 10 est basculé d'un angle �, une réflexion multiple se produit comme illustré par les lignes fléchées et de ce fait le facteur de réflexion efficace
<EMI ID=155.1>
lent comme surface réfléchissante.
Le secteur rotatif 14 peut être un disque rotatif for mé d'une surface réfléchissante 14c et d'une surface absorbante
<EMI ID=156.1>
Dans ce cas, la surface réfléchissante 14c sert en même temps d miroir réflecteur 12. La surface absorbante 14a peut être cons tituée par un intervalle d'air (ou cavité). Dans certains cas, le radiomètre 16 est d'un type à balayage et, pour l'utilisatio:
d'un tel type de radiomètre à balayage, la surface absorbante est disposée au voisinage du miroir réfléchissant 12 de manière que le radiomètre 16 balaye alternativement ce miroir et la sur.
<EMI ID=157.1>
saire .
Suivant la première forme de réalisation de l'inventi<
<EMI ID=158.1>
sont disposés symétriquement et de façon spéculaire par rapport à la normale à la surface à mesurer, et deux sommes différentes d'énergies de rayonnement sont alternativement émises depuis le dispositif de rayonnement formant corps noir vers la surface à mesurer, de manière à mesurer de la sorte la température et l'émissivité de l'objet à mesurer, cas dans lequel le facteur de réflexion diffuse p est introduit dans la méthode, ce qui n'est originellement applicable qu'à une surface à réflexion spéculaire parfaite. De la sorte, l'objet à mesurer est d'un
"Method and apparatus for measuring surface temperature
and the emissivity of a heated material "The present invention relates to a method and an apparatus for measuring a radiation temperature in order to be able to measure the temperature of a heated object, such as a sheet metallic, etc., the emissivity of which changes, and it relates more particularly to a method and to an apparatus for precisely measuring the surface temperature of the object, and this by a simultaneous measurement of the surface temperature and of the emissivity of the object.
The present invention relates more particularly to the following method and to the apparatus described below for the application of this method.
In a temperature measurement by radiation thermometry in an industrial oven, such as a continuous annealing oven or similar device, in which a steel sheet or other object is heated, or in a metal at an atmospheric temperature ordinary room, where the temperature is measured by detecting the radiation coming from it, several factors, such as the radiation energy coming from the environment
<EMI ID = 1.1>
the radiation energy from the object to be measured, and the change in the transmittance of the atmosphere surrounding the meter for radiation energy, as well as a change in the emissivity of the object to be measured, will hinder such a measurement to the point of degrading a traditional measurement of radiation temperature or making such a traditional measurement impossible. These problems can be effectively solved by a method of measuring the radiation temperature, to which the present invention relates more particularly.
For the measurement of the surface temperature of a heated object, which remains at rest or is moved in an industrial oven, a radiometer or radiation thermometer, capable of measuring the temperature of the object without requiring direct contact with this object can be used appropriately. In fact, this type of device is used in many related fields. In an oven, as the radiation energy from the wall or from the thermal source is reflected from the object to be measured and is then detected by the radiometer, such stray radiation energy becomes a significant external noise or interference. This stray radiation energy must be excluded, otherwise a correct temperature measurement is impossible.
Furthermore, it is well known that when the emissivity of the object to be measured changes, the measurement by radiation thermometry will generally cause a large error. The two problems mentioned above in fact make the radiation temperature measurements inside ovens very erroneous. In particular, when the object to be measured consists of a thin or thick steel sheet, placed in an annealing oven, its surface is normally oxidized while it is heated in the oven, so that the emissivity of the steel sheet changes with the progress of oxidation, thereby creating a significant error in the measurement of the radiation temperature. This fact makes the measurement of temperature practically invalid.
The same case occurs during a radiation temperature measurement of one. metal having an ambient atmospheric temperature. The reason is that, like the object to be measured (eg �
<EMI ID = 2.1>
res, the radiation energy from the metal surface is often equal to or less than the radiation energy from the environment.
In addition, when the atmosphere of the measurement system absorbs radiation energy in the range of wavelengths that the radiometer used can detect, and when the transmission factor for radiation energy is changed by a change in the concentration of the atmosphere, the measurement of the radiation temperature will again be subject to major errors.
Because of these serious problems encountered, an object of the present invention is to provide a method and an apparatus for the precise measurement of a surface temperature at all times by solving the problems relating to the measurement of a radiation temperature, problems created in an environment as previously mentioned.
One of the inventors has proposed a correct method for measuring the temperature, using. which the previous problems encountered in measuring a radiation temperature have been avoided to some extent, this method having been described in Japanese patent application n [deg.]
85078/1979.
According to this method, a radiation device consisting of a black body, the temperature of which is variable, and a radiometer which can detect rays of a selected band of wavelengths are arranged symmetrically and in a specular manner with respect to the normal. vis-à-vis a surface of a heated object, so that the radiometer can detect radiation from the surface of the heated object and the temperature of the black body is changed so that it gives output values corresponding to the temperatures, values which are used to calculate the emissivity of the heated body and then determine its surface temperature.
Consequently, the main characteristic of the method according to the invention is that radiation of a wavelength to be detected by the radiometer is chosen so as to be reflected specularly from the surface of the object to be detected. . On the other hand, the present invention proposes to measure the surface temperature of the object to be measured, with high precision, even in cases where the surface of the object to be measured is rough or is a surface with imperfect specular reflection. , and where the measurement environment includes substances harmful to the transmission of energy from
<EMI ID = 3.1>
In addition, an ideal blackbody oven should be large and should be heated and kept at a constant temperature. The present invention further provides a measurement of radiation temperature, using specular reflection which may omit the use of such a black body furnace.
The invention will be described more fully below with reference to the accompanying drawings.
Figure 1 is a schematic representation of a first embodiment according to the invention. Figure 2 is. a block diagram, of the mathematical arrangement.
Figures 3a and 3b are schematic plan views.
Figure 4 is a schematic side elevation view.
Figures 5a and 5b are respectively a schematic perspective view and a schematic side view of another embodiment.
Figure 6 is a side view of an embodiment disposed in the atmosphere. Figure 7 is a graph showing the relationship between actual emissivity and measured emissivity according to the present invention. Figure 8 is a graph showing the relationship between the actual temperature and the temperature measured according to the invention. Figure 9 is a side view of the furnace in which a measurement is made. Figure 10 is a diagram illustrating an experiment for determining the sum of background noise. Figure 11 is a diagram illustrating the relationship between <EMI ID = 4.1> Figure 12 is a graph illustrating the relationship <EMI ID = 5.1> Figure 13 illustrates the definition of the angle of in- <EMI ID = 6.1> Figure 14 is an interesting explanatory diagram to explain one. second embodiment according to the present invention.
Figures 15a and 15b are explanatory drawings
<EMI ID = 7.1> Figure 17 is a plan view in which a radiometer and a black body radiation device are arranged on a base plate or a water-cooled chamber. Figure 18 is a block diagram concerning the mathematical unit applied for the invention.
Figures 19, 20 and 22 are explanatory side views showing the path of the radiation when the object to be measured is caused to tilt.
Figure 21 is an explanatory side view of the case where a concave reflecting surface * is used.
When the surface of an object to be measured is, from the optical point of view, smooth and planar, i.e. it has a perfect surface of specular reflection, the following equation is satisfied:
<EMI ID = 8.1>
in this direction. The principle of this method will be described with reference to Figure 1. A radiometer 1 and a black body radiation device 2 are arranged specularly and symmetrically at an angle [pound] relative to the normal N on the surface of a mirror. If there is an object 3 to be measured <EMI ID = 9.1>
E2 radiation to be detected by radiometer 1 can be expressed by:
<EMI ID = 10.1>
where Eb (T2) represents the radiation energy from the dis-
<EMI ID = 11.1>
The first term on the right of equation (2) designates the energy radiated from the object 3 to be measured itself, while the second term is a component of the radiation energy Eb (T2). which is reflected specularly from the surface of
<EMI ID = 12.1>
The E3 is given by:
<EMI ID = 13.1>
Since equations (2) and (3) are equations between-
<EMI ID = 14.1>
(3) from equation (2) will give:
<EMI ID = 15.1>
A transposition of equation (4) will be reduced to:
<EMI ID = 16.1>
A substitution of equation (5) in equation (3) and a new transposition will give -
<EMI ID = 17.1>
From equation (6), we can see that the temperature T. can be determined from the output characteristic of the radiometer 1. The above theory can be applied to the case
where object 3 has a perfect surface for specular reflection.
This method can be implemented according to Japanese patent application n [deg.] 85078 / 1979-
Generally speaking, however, since the surface of an object has a certain degree of roughness, the state of the measurement is not ideal. This situation implies that the coefficient of
<EMI ID = 18.1>
to the ideal value due to diffuse reflection. Therefore, if we use a coefficient f (0 <f <1) to give an apparent reflection coefficient such as:
<EMI ID = 19.1>
<EMI ID = 20.1>
equations (7) and (8) are then obtained as follows:
<EMI ID = 21.1>
In this case, f is designated as the "specular reflection factor", which represents the degree of specular reflection.
From the two equations given above, the emissivity calculated by the equation is determined:
<EMI ID = 22.1>
We also find the temperature at the start of the expression:
<EMI ID = 23.1>
A first characteristic of the present invention is that an accurate measurement of temperature can easily be carried out by the introduction of the specular reflection factor f, even for the non-perfect specular reflection characteristic of the object to be measured, or for a surface. rugged, for wavelengths detectable by the radiometer.
In the measurement of an imperfect specular reflection surface, when an environment wall 4 as illustrated in FIG. 1 is at a temperature so high that the radiation which comes from it cannot be neglected, it becomes necessary to take this background noise into account. Under the surrounding wall temperature T4 and under an effective emissivity of 1.0, equations (7) and. (8) are rewritten as follows:
<EMI ID = 24.1>
where p represents the degree of the diffuse reflection coming from the surface 3 to be measured, this degree being designated by the inventors under the name of "diffuse reflection factor". The third terms on the left of equations (11) and (12) show the radiant energy to be detected by the radiometer 1 after
<EMI ID = 25.1>
Reason 4 has been reflected diffusely from the surface 3 to be measured.
Now determine the relationship between p and f. Yes
<EMI ID = 26.1>
<EMI ID = 27.1>
From equation (13), we can obtain the following relation:
<EMI ID = 28.1>
A substitution of equation (14) in equations (11) and (12) will give:
<EMI ID = 29.1>
A subtraction of these two equations from each other and a new transposition will give the same expression as equation (9), namely:
<EMI ID = 30.1>
<EMI ID = 31.1>
<EMI ID = 32.1>
Equations (17) and (18) illustrate the principle of the measurement according to the invention. In other words, the black body radiation device 2 and the radiometer 1 are arranged symmetrically from the specular point of view at angles 6 relative to the normal N to. the surface of the object 3 to be measured, and the measurements are carried out as follows. The radiation energy from the radiation device forming
<EMI ID = 33.1>
(17) using the diffuse reflection factor p in association with the object surface 3, and the temperature T1 is determined from equation (18) by the use of the value
<EMI ID = 34.1>
Figure 2 is a block diagram of the calculation system allowing the effective implementation of the method according to the invention.
To allow the agan-
<EMI ID = 35.1>
radiation object forming a black body 2 at two different temperatures T2 and T3 separately. To this end, two radiation devices forming black bodies 2 <1> and 2 "are provided separately, as shown in Figure 3a, and are set respectively-
<EMI ID = 36.1>
the single radiometer 1 is supplied alternately from the two radiation devices 2 'and 2 ". Figure 3a shows this optical system with double light flux. The energy fluxes
i
<EMI ID = 37.1>
intersect with each other at point A on the surface of the object 3 to be measured and are reflected from the latter. One of the reflected radiation energies passes through an M2 mirror towards
<EMI ID = 38.1>
to realize the optical system with double luminous flux as illustrated by Figure 3b, although slightly different measurement points A 'and A "must be taken into account. In this case, it is obviously necessary that the object 3 is-
<EMI ID = 39.1>
over a certain area.
Instead of using the two black body radiation devices 2 ′ and 2 ″, a single black body radiation device 2 and a selector 5 can be provided which is placed near the front of the opening of the radiation device. radiation 2 and is rotated by an MT motor, as illustrated in Figure 4, to thus achieve the same system as the optical system mentioned above. The black body radiation device 2 is adjusted to the
<EMI ID = 40.1>
is treated so as to be black enough to absorb any radiation energy, or to be an approximately black surface, and the temperature of such a black surface is kept much lower than the temperature T.
<EMI ID = 41.1>
black body radiation device 2 is intermittently covered by the rotary sector 5 to alternately supply two different radiation energy values to the radiometer 1 where these values are detected. If the value detected from the body radiation device
<EMI ID = 42.1>
the following equation instead of equation (16):
<EMI ID = 43.1>
As the detected value E2 from the uncovered black body radiation device 2 is expressed by the equa-
<EMI ID = 44.1>
(15) and (19) as:
<EMI ID = 45.1>
A substitution of equation (20) in equation (19) gives:
<EMI ID = 46.1>
Equations (20) and (21) are simpler than equations
(17) and (18). In addition, in the dual flux optical system
<EMI ID = 47.1>
small to the point of being negligible. Arrangements of Figures
<EMI ID = 48.1>
180784/79. In this invention, the characteristic is that the diffuse reflection factor p is introduced into the equations so that the surface of the object to be measured does not necessarily have to be a surface of perfect specular reflection, which allows a measurement to be made. convenient.
Figures 5a and 5b illustrate another embodiment, in which the temperature of a heated object
in an oven and its emissivity are measured simultaneously using a double light flux system corresponding to that illustrated in Figure 3b.
The effect of the present invention will be described below with reference to an embodiment and experimental results. Figure 6 schematically illustrates the experimental arrangement planned in the atmosphere and without accompanying background effect. As illustrated in Figure 6, sample 3 measured
<EMI ID = 49.1>
ge 6. The radiometer 1 and the radiation device forming
<EMI ID = 50.1>
namely 56 [deg.], with respect to the normal N at the surface of the sample. The black body radiation device
2 consists of a hollow graphite cylinder with an opening diameter D of 50 mm and a length L of 125 mm, the internal wall temperature T2 of this device being detected by a thermocouple CA (Chromel-Alumel) 2-2 mounted in the lower surface. The detected temperature T2 is adjusted by a PID temperature control device so that it is maintained at 368 [deg.] C
<EMI ID = 51.1>
uses three different detection elements as illustrated in the following table:
<EMI ID = 52.1>
The experimental procedure is as follows. The characteristic curve of each radiometer 1 which shows the relationship
<EMI ID = 53.1>
ture is set to 368 [deg.] C. Then, each sample 3 is heated on the heating furnace 6 by means of a heating device 7 and the temperature of each sample surface is measured by a thermocouple CA 8, which is spot welded on the sample surface 3. Each sample surface is re-
<EMI ID = 54.1>
<EMI ID = 55.1>
is blackened, is placed just in front of the opening 2-1 of the black body radiation device 2. In this way, from the value detected E, by the radiation device 1 to
<EMI ID = 56.1>
<EMI ID = 57.1>
where Eb (Tl) is a known value because it is the radiation energy from the radiation device forming
<EMI ID = 58.1>
<EMI ID = 59.1>
actual sample 3.
The El value can be expressed by:
<EMI ID = 60.1>
Based on the principle of the method according to the pre-
<EMI ID = 61.1>
water-cooled and blackened 5 'is removed can be expressed by:
<EMI ID = 62.1>
<EMI ID = 63.1>
equations (23) and (24), the emissivity and the temperature can be determined as follows:
<EMI ID = 64.1>
The measurement accuracy in the method according to the invention can be evaluated by comparing the real emissivity equation (22) and the emissivity equation (25) which are obtained by the method according to the invention.
Table 1 gives the results measured on samples of a cold-rolled steel sheet, of a stainless steel sheet and of an aluminum sheet with a roughened surface which is obtained according to the method of l 'invention. In Table 1, the value f is determined in such a way that the values
<EMI ID = 65.1>
and (25) are identical, each sample being adjusted to a
<EMI ID = 66.1>
Table 1
The results measured for each sample by the method according to the invention are as follows:
<EMI ID = 67.1>
<EMI ID = 68.1>
In this table :
<EMI ID = 69.1>
f: specular reflection factor
f: f medium
Af variation of f
<EMI ID = 70.1>
relative temperature are determined by equations (25) and
(26) and using the mean value f of f and its variation A the relative temperature error being evaluated at T. = 400 [deg.] C.
Equation (25) is rearranged with respect to f as follows:
<EMI ID = 71.1>
<EMI ID = 72.1>
responding to variation f. By taking the logarithm of the two sides of equation (27) and differentiating the two sides in question, we will obtain:
<EMI ID = 73.1>
From equation (28), we obtain:
<EMI ID = 74.1>
From equation (29), it will be understood that the relative emissivity error depends on the relative error of f and on the value of the emissivity itself.
<EMI ID = 75.1>
derived from the well known formula:
<EMI ID = 76.1>
A substitution of equation (29) in equation (30) will give:
<EMI ID = 77.1>
<EMI ID = 78.1>
equations (29) and (30). By considering Table 1, it can be seen that the value f of the same sample approaches 1 or that the sample surface approaches a specular reflection surface as the wavelength
<EMI ID = 79.1>
<EMI ID = 80.1>
and the temperature determined by the method according to the present
<EMI ID = 81.1>
illustrated by equations (29) and (31), the accuracy of the measurement at long wavelengths is not necessarily excellent. Considering Table 1, we can see that the er-
<EMI ID = 82.1>
Figure 7 is a graph highlighting the experimental results illustrating the relationship between emissivity [equation (22) directly obtained by the thermocouple and <EMI ID = 83.1>
f of 0.92 was used for f. From Figure 7, it can be seen that the two emissivities assume similar values regardless of the significant change in emissivity at the same time as the formation of an oxide film on the surface of the steel sheet, as a result of heating. Figure 8 similarly illustrates the relationship between the temperature indicated by
the thermocouple and that obtained by the calculation according to the invention
<EMI ID = 84.1>
By considering Table 1 and Figures 7 and 8, it can be understood that, for the same type of steel sheet, the temperature
<EMI ID = 85.1>
the importance of the change in emissivity.
The method according to the invention is excellent in particular for suppressing background noise, due to its use of specular reflection. Consequently, the present method is considered to be very effective for temperature measurement in an oven. A simulated oven was provided and the temperature in such an oven was measured experimentally by the method according to the invention. Figure 9 schematically illustrates the experimental layout. The internal wall 4 of the simulated oven is made of a thin sheet of steel and it is in the form of a boot. The entire surface of the internal wall 4 is coated with a black paint to have an emissivity of 0.95.
The ceiling part and the side wall part between the internal wall 4 and the external wall 4 ′ have three separate heating devices 9 provided for radiating thermal energy towards the internal wall. The internal wall temperature T can be independently adjusted by sheath thermocouples C
<EMI ID = 86.1>
in the ceiling and in the parts forming the. side wall) so that this temperature is practically uniform over the entire surface. The two side walls of the oven are each provided with an opening 10, a width of 50 mm and a length of 100 mm. Through one of the openings 10, the radiation device forming a black body 2 is introduced, while through the other opening la, the interior of the oven II can be seen by the radiometer 1. By the base of the oven, one can introduce the sample 3 and the sample heating oven 6 into the interior 11 of the oven. Sample 3 can be heated independently and its temperature can be set on the heating oven 6. In addition, sample 3 can be water cooled to keep it at normal temperature, instead of heating it from the base.
In front of the opening surface 2-1 of the radiation device forming a black body 2, a blackened and water-cooled sector 5 is placed, which is allowed to cover the opening surface 2-1 at certain intervals of a period of time, thanks to a control motor 12.
In such a simulated oven, when the internal wall temperature T4 has become uniform over the entire surface, the internal wall of oven 4 can be considered to be a black body at this temperature, a condition which seems to be most severe during '' a radiation thermometry inside the oven.
As the effectiveness of the principle already has. has been confirmed by experience at room temperature, the proportion of radiation energy that is radiated from the inte wall:
ne 4 in the oven and is reflected from the measurement surface 3-1 to the radiometer 1 where it is detected, that is to say the proportion of the background noise, is quantified experimentally.
As illustrated in Figure 10, the temperature of p <internal king T4 of the simulated oven is adjusted so as to reach
<EMI ID = 87.1>
<EMI ID = 88.1>
chilled. by water 5 'and then each type of sample 3 is produced inside from the base. As the underside of the sample 3 is water cooled at all times, the temperature of the sample surface is maintained at room temperature in the oven. Under these conditions, the reflected energy [pound] is detected by the radiometer 1. The major part
<EMI ID = 89.1>
tion of the radiation energy Eb (T4) leaving the internal wall of the oven 4 and arriving at the radiation device 1 after radiation from the internal surface of the oven 4 and reflection on the surface 3-1 to be measured. Therefore, the sum of the background noise can be determined.
<EMI ID = 90.1>
<EMI ID = 91.1>
As the emissivity of sample 3 has been previously measured, the diffuse reflection factor p can be calculated from equation (33).
In this experiment, the value 8 is chosen to be 67 [deg.], And the distance between the measured point and the sector
<EMI ID = 92.1>
blackened and water-cooled sector 5 from the measured point.
Table 2 lists experimental results, as samples, cold-rolled steel sheets and stainless steel sheets were used, the emissivity of which changes with the progress of the oxidation of the sample.
Table 2
<EMI ID = 93.1>
<EMI ID = 94.1>
Table 2 (continued)
<EMI ID = 95.1>
By changing the distance Z from the measured point of the sample to the area of sector 5-1, a ground angle
<EMI ID = 96.1>
tor (whose diameter is D) is planned, for which the background fact � is determined from equation (32). This fac
<EMI ID = 97.1> Table 2 or Figure 11, we can see that, for each sample, p approaches 0 as the lor
<EMI ID = 98.1>
weak go to them. The relation between p and f is given by equation (14). The value f measured in Table 1 is also given in Table 2. From Tables 1 and 2, we can understand that the relation between p and f satisfies the equation
(14). In this way, the method according to the invention is obviously
<EMI ID = 99.1>
<EMI ID = 100.1>
radiation forming a black body.
In the atmosphere or in an oven, the emissivity is given by equation (20). The error in temperature measurement is expressed by equation (31) for the atmosphere. By
<EMI ID = 101.1>
read, for the analysis of the error, that equation (29) in which the variation of f of the sample can be replaced
<EMI ID = 102.1>
variation in emissivities due to the change in p and the internal wall temperature T4 of the furnace must be taken into consideration
<EMI ID = 103.1>
being chosen for tolerance is considered in the following way
If an apparent measurement temperature is considered
as T., the following equation (34) is satisfied in
Cl
Inequality. (19):
<EMI ID = 104.1>
0
<EMI ID = 105.1>
(3 3),% which gives
\ "
<EMI ID = 106.1>
A substitution of equation (35) in the equation
(34) and the use of the Wien formula, namely
<EMI ID = 107.1>
<EMI ID = 108.1>
If then the permissible temperature measurement error
<EMI ID = 109.1>
on the left of equation (36) is given by:
<EMI ID = 110.1>
In this way, a substitution of equation (37) in equation (36) and an appropriate transposition will give the. maximum tolarance p max of the diffuse reflection factor p:
<EMI ID = 111.1>
In equation (36), by giving specific values
<EMI ID = 112.1>
<EMI ID = 113.1> Figure 11. A specific calculation for a cold rolled steel sheet and for a stainless steel sheet is described below.
<EMI ID = 114.1> Figure 11, we can see that the p value decreases as the X value increases, so that the background noise <EMI ID = 115.1>
smaller as \ decreases, as clearly illustrated in Table 3. The possibility of a reduction
<EMI ID = 116.1>
than. For stainless steel sheets, the solid angle can be made very small. The method for determining p with respect to the roughness of the object surface to be measured will be described below. The value p represents the degree of reflection di:
fuse in the direction of the angles with respect to the normal to the sample surface. For this reason, it can be considered that i:
there is a correlation between p and an average tilt angle% iJ showing the surface roughness of the sample surface
<EMI ID = 117.1>
The results in Table 2 are illustrated in Figure 12.
Table 3
<EMI ID = 118.1>
vision of a temperature measurement error within the limits
<EMI ID = 119.1>
<EMI ID = 120.1>
<EMI ID = 121.1>
<EMI ID = 122.1>
gure 13.
<EMI ID = 123.1>
with the line of symmetry at
<EMI ID = 124.1>
As described in detail above, if in the oven a solid angle necessary for the surface roughness of the sample is determined and if the dimensions of the opening of the black body radiation device and the distance are established Z up to the measured surface, it will be possible to measure the temperature and the emissivity with a predetermined precision. If, in this case, the shape of the object to be measured and the shape change due to transport or heating are taken into account, the accuracy of the measurement will be increased.
The present invention is particularly effective
<EMI ID = 125.1>
temperature and emissivity in the case where the surface of this object has a rough general appearance and has a characteristic of non-specular reflection. In addition to the above, since background noise can be eliminated simultaneously, the temperature of the steel sheets in the furnace where the emissivity varies widely with the progress of oxidation can be effectively measured.
Recently, progress has been made in the construction of new continuous annealing furnaces. Unlike traditional ovens, the new ovens take into account the spirit of energy saving that exists today and there are plans to lower the cost. energy by improving thermal efficiency. To this end, instead of using reducing gases, a rapid heating system has been adopted by direct heating burners. The oven in this heating system is called NOF (non-oxidizing oven). The steel sheet in the oven is further oxidized by the weak oxidizing atmosphere prevailing in the oven during its movement, so that its emissivity is greatly modified.
The present invention fully solves the problems of both background noise and emissivity and thereby is remarkably effective in measuring a temperature inside the NOF system. In addition, as in this system a small amount of unburned oxygen (0) causes a delicate action on the formation of an oxide film on the steel sheet, the measurement of the emissivity will on the contrary give a interesting information about the oxide film or the oxidation state.
Furthermore, according to the present invention, even if a glass filter exists in the optical path of the measurement system, an accurate measurement of temperature can be made by measuring the transmission coefficient. If, for example,
<EMI ID = 126.1>
by the radiometer are absorbed according to a transmission factor K, the following equations are obtained corresponding to equations (15) and (16):
<EMI ID = 127.1>
From equations (41) and (42), we get
<EMI ID = 128.1>
<EMI ID = 129.1>
A substitution of the value E (�) in equation (42) will give:
<EMI ID = 130.1>
When the value of K changes at any time, the radiation energy from the black body radiation devices or from a third reference black body radiation device which is newly provided, is detected directly through d 'a constant optical path and not through the surface of the object to be measured, either by the radiometer, or by a second newly planned radiometer. In this way, K is determined by the change in the value detected and substituted in the equations
<EMI ID = 131.1>
temperature T1 with high precision, regardless of the change in the K value.
Selecting an appropriate environment where the experimental layout is located will prevent a change in
<EMI ID = 132.1>
radiation from the atmosphere. This is how a transparent gas (for example an inert gas) is introduced into the optical path. This allows the establishment of a stable known K value, even in the atmosphere where the K factor changes widely, thereby allowing correct measurement. Hitherto, the explanations have been given by essentially considering the method using one or more radiation devices forming black bodies but, according to the basic concept of the present invention, the use of such a black body is not absolutely essential, the same effect can also be obtained by using a reflective surface, such as a plane mirror.
This type of method and apparatus, as a second aspect of the present invention, will be explained below. In FIG. 14, the reference number 10 designates an object whose temperature must be measured, the number 12 designates a reflecting surface, the number 14 is a rotary sector and the number 16 designates a radiometer. The object 10 is for example a strip of heated steel moving in the oven. In this case, the reflecting surface 12 and the rotary sector 14 are placed outside the oven, the object 10 being observable through a window 18. The radiometer is also provided outside the oven. The reflecting surface 12 and the radiometer 16 are arranged symmetrically at angles 9 with respect to the normal N-0 at the surface of the object.
The reflecting surface 12 is a flat surface perpendicular to the straight line which connects the point 0 to this reflecting surface. In this way, the following radiation path is formed. Object 10 located at
<EMI ID = 133.1> <EMI ID = 134.1>
radiometer 16 penetrates therein, while the radiation towards the reflecting surface 12 is reflected from the latter and is then reflected specularly from the surface of the object at point 0 towards the radiometer 16. In front of the surface 12 or on the side 10 of the object, is arranged the rotary sector 14 which comprises a portion of blade 14a as a surface absorbing the radiation as illustrated by FIG. 15 (a),
a space 14b being defined between the blades 14a. The sector 14 is rotated by a motor in order to absorb the radiation coming from the object 10 and to cut the radiation coming from the reflecting surface 12 when its blade 14 intersects the line L2-0. As the reflecting surface 12 and the rotary sector 14 are kept at a temperature sufficiently lower than that of the object 10, for example by water cooling, the resulting radiation energy can be neglected.
When the sector 14 absorbs and stops the radiation, the radiation energy having penetrated into the radiometer 16 is only the energy emitted from the object 10 itself In other words, there is a possibility that the radiation energy from the oven wall is reflected from the surface of the object to the radiometer 16, but the possible reflected energy is stopped by the sector 14 so that it cannot enter the radiometer 16. This aspect constitutes an advantageous point of this type with specular reflection of radiation thermometry. This specular reflection property becomes more effective as the angle e increases. As the radiation energy entering the radio meter 16 has been described previously, the following relationship is satisfied:
<EMI ID = 135.1>
<EMI ID = 136.1>
16 in the case where the sector 14 is brought to form a screen or not, '5 is the transmission factor of a filter, in the present
<EMI ID = 137.1>
effective reflection factor of the mirror 12, and p is the diffuse reflection factor of the object surface. From equations (45) and (46), we obtain the following relation:
<EMI ID = 138.1>
From .Equation (45), we get:
<EMI ID = 139.1>
<EMI ID = 140.1>
<EMI ID = 141.1>
<EMI ID = 142.1>
<EMI ID = 143.1>
kept constant under strict control. p is therefore the diffuse reflection factor of the object to be measured and it is unpleasant to measure the emissivity and the temperature of the object each time.
Therefore, .p is measured beforehand and its value is used for subsequent measurements. In this way, to carry out this measurement with little error, it is necessary that the measured values do not deviate greatly from the predicted values. If C
<EMI ID = 144.1>
linear as illustrated in Figure 16.
In the case where the object to be measured is an article heated in an oven, there is a radiometer 16 and a reflecting surface 12 on a flat chamber or water-cooled base plate 17, as illustrated in FIG. 17, and this chamber plane cooled by water is embedded in the wall of the furnace
<EMI ID = 145.1>
construction, stray radiation (background noise) from the surrounding wall of the furnace can be stopped and further the degree of radiation from the chamber itself can be neglected, so that the principle of the present invention is also applicable .
Figure 18 illustrates a mathematical set for the <EMI ID = 146.1>
<EMI ID = 147.1>
entered with the rotation of the sector 14 to appear as values El and E2 which are applied to a divider 22 so as to give
<EMI ID = 148.1>
aunt 1 and sends it to a subtracting device 24 where G-1 is produced. The conventional generator 34 also generates a constant C and feeds it to a multiplier 26 where C (G-1) is produced. In a subtractor 28, the value C (G-l) is subtracted from the constant 1 so as to have l-C (G-l) or the emissivity
<EMI ID = 149.1>
temperature T of the object is determined by a radiation-temperature energy converter 36.
If the object 10 is a strip which is supported in the oven, the surface of the object is moved up and down or tilted from time to time and, in some cases, the radiation reflected from the surface of the object. The specular object does not enter the radiometer: To prevent this, the reflecting or mirror surface must have a predetermined width. This example will be described with reference to Figure 19.
<EMI ID = 150.1>
<EMI ID = 151.1>
mirror 12, again by the surface of the object 0, towards the radiometer 16, will deviate away from this radiometer 16 as indicated by a dashed line. On the contrary, the radiation coming from a point 10a of the object 10 will penetrate into the radiometer
16 as indicated by a solid line. In this way, the width of the mirror 12 can be determined inversely due to the relationship mentioned above. In particular, as the length and the angle illustrated have a relation of
<EMI ID = 152.1>
the dimensions of the reflecting surface can then be determined so that the value a. exists for the maximum predicted value of �.
<EMI ID = 153.1>
trée by Figure 20, is also effective, especially when the object to be measured is tilted or tilted.
This is because, as illustrated in Figure 20, such a 12 "diffuse reflection surface will reflect incident radiation from any direction, to all directions, without failure, that there will always be a component of radiation which is reflected on the measurement point 0 of the surface of the object 10 and goes towards the radiometer 16, even if the surface of the object 10 is strongly inclined or tilted. Consequently, such a diffuse reflection surface can be
<EMI ID = 154.1>
where the object to be measured is subjected to undesirable vibration and / or tilting.
The use of a concave mirror or a concave reflecting surface, instead of a flat reflecting surface, brings an interesting effect, which can reduce the dimensions of the opening made in the wall of an oven and through which passes the radiation.
As illustrated in Figure 21, when the object 10 to be measured is placed in an oven and a concave mirror 12 "is placed outside, an opening 18 made in the wall of the oven can be made small because the radiation is focused at point 0 on the surface of object 10.
Figure 22 provides for the use of a reflector mirror of the cavity type. When the object 10 is tilted by an angle �, multiple reflection occurs as illustrated by the arrow lines and therefore the effective reflection factor
<EMI ID = 155.1>
slow as a reflective surface.
The rotary sector 14 can be a rotary disc formed from a reflecting surface 14c and an absorbent surface
<EMI ID = 156.1>
In this case, the reflecting surface 14c simultaneously serves as a reflecting mirror 12. The absorbing surface 14a can be constituted by an air gap (or cavity). In some cases, the radiometer 16 is of a scanning type and, for use:
of such a type of scanning radiometer, the absorbing surface is arranged in the vicinity of the reflecting mirror 12 so that the radiometer 16 alternately scans this mirror and turns it on.
<EMI ID = 157.1>
to be.
According to the first embodiment of the inventi <
<EMI ID = 158.1>
are arranged symmetrically and specularly with respect to the normal to the surface to be measured, and two different sums of radiation energies are alternately emitted from the black body radiation device towards the surface to be measured, so as to measure the so the temperature and emissivity of the object to be measured, case in which the diffuse reflection factor p is introduced into the method, which is originally only applicable to a surface with perfect specular reflection. In this way, the object to be measured is of a