JP2001147162A - 放射温度計の校正用空洞形黒体炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 放射温度計の校正の誤差要因となる空洞形黒
体の空洞壁面の温度分布を可及的に小さくし、所望の校
正を精度よく行うことができる放射温度計の校正用空洞
形黒体炉を提供すること。 【解決手段】 内部に空洞３を有する空洞形黒体２を備
えた黒体炉１において、前記空洞３の開口部４の下部内
周または上部内周に１または複数の孔２３を設け、この
孔２３から空洞壁面の制御温度とほぼ等しい温度の不活
性ガスまたは空気Ｇを吹き出すようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、放射温度計の校
正用空洞形黒体炉（以下、単に黒体炉という）に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】上記黒体炉としては、空洞形黒体の空洞
における温度分布を少なくするため、３００℃未満の温
度校正を行うのに用いる黒体炉においては、空洞形黒体
をオイル内に浸漬し、これをオイルによって加熱してお
り、３００℃以上の高温の温度校正を行うのに用いる黒
体炉においては、空洞形黒体の外周にヒータを設けて、
直接加熱するようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記い
ずれのタイプの黒体炉においても、図５に示すように、
空洞形黒体５０の外部から空洞５１の開口５２を経て冷
たい空気５３が流れ込み、この空気５３は空洞５１内に
おいて適宜加熱されて温かい空気５４となって開口５２
から空洞５１外に流れ出る。つまり、前記空気５３，５
４の流れによって空洞５１内に対流が生じ、空洞形黒体
５０の空洞壁面（空洞を囲む壁面）５５に温度分布が生
じ、このため、空洞壁面５５が所望の均一な温度に維持
されないことがあり、これに起因して放射温度計の校正
を精度よく行えないことがあった。

【０００４】上述のような不都合を解決するため、例え
ば、空洞形黒体５０の下部側を加熱して、空洞５１内に
おける温度差をなくすことが試みられているが、この手
法によっても温度差が生ずることは完全に避けることが
できてない。

【０００５】この発明は、上述の事柄に留意してなされ
たもので、その目的は、放射温度計の校正の誤差要因と
なる空洞形黒体の空洞壁面の温度分布を可及的に小さく
し、所望の校正を精度よく行うことができる黒体炉を提
供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明では、内部に空洞を有する空洞形黒体を備
えた黒体炉において、前記空洞の開口部の下部内周また
は上部内周に１または複数の孔を設け、この孔から空洞
壁面の制御温度とほぼ等しい温度の不活性ガスまたは空
気を吹き出すようにしている（請求項１）。この場合、
室温以上の温度校正を行う黒体炉においては、前記不活
性ガスまたは空気を吹き出すための孔を、空洞の開口部
の下部内周に設け、室温未満の温度校正を行う黒体炉
（低温黒体炉）においては、前記孔を、空洞の開口部の
上部内周に設ける。

【０００７】上記特徴的構成よりなる黒体炉において
は、空洞形黒体の空洞の開口部に形成された孔から、空
洞壁面の制御温度とほぼ等しい温度の不活性ガスまたは
空気が吹き出されるようにしており、この吹き出された
不活性ガス（または空気）が開口部の外方においてその
下方から上方（または上方から下方）に向かう強制流と
なる。このため、この強制流がガスカーテンとして機能
し、空洞の外部から空洞内への冷たい（または温かい）
空気の侵入が効果的に防止され、また仮に前記空気の侵
入があったとしてもこの空気は前記強制流によって開口
部の外方に導出され、結果的に空洞内における対流の発
生が大幅に抑制される。その結果、放射温度計の校正の
誤差要因となる空洞壁面に温度分布が生ずるのが防止さ
れる。

【０００８】そして、この発明の黒体炉においては、空
洞形黒体が加熱用のオイル内に浸漬されてこのオイルに
よって所定の温度になるように加熱される場合、孔から
吹き出される不活性ガスまたは空気が前記オイルによっ
て加熱されるようにすれば（請求項２）、不活性ガスま
たは空気を加熱する手段を別途設けたりする必要がな
い。

【０００９】また、この発明の黒体炉においては、空洞
形黒体がその外周に設けられたヒータによって所定の温
度になるように加熱される場合、孔から吹き出される不
活性ガスまたは空気が前記ヒータによって加熱されるよ
うにすれば（請求項３）、不活性ガスまたは空気を加熱
する手段を別途設けたりする必要がない。

【００１０】

【発明の実施の形態】この発明の実施の形態を、図面を
参照しながら説明する。図１〜図３は、この発明の第１
の実施の形態を示している。まず、図１において、１は
黒体炉１で、次のように構成されている。すなわち、図
１において、２は空洞形黒体で、例えば炭素、銅、ステ
ンレスなど熱伝導率の良好な素材で形成されている。３
はこの空洞形黒体２の内部に形成される空洞で、図２に
示すように、その開口部４に対向する底壁面５を開口部
４側に突出するように形成してあり、底壁面５の中央部
５ｃが開口部４側に突出し、その周囲の斜面部５ａ，５
ｂによって円錐面が形成されるようにしてある。６ａ，
６ｂは底壁面５の外周部と開口部４の外周との間に形成
される側壁面である。底壁面５および側壁面６ａ，６ｂ
の表面は黒化処理が施されてあって、放射率を十分に大
きくしてある。

【００１１】上記空洞形黒体２は、フランジ７を介して
例えばステンレス鋼製の内槽８の壁面に、開口部４が壁
面に対向するように取り付けられる。そして、内槽８の
内部には、空洞形黒体２を浸漬するようにしてオイル９
が所定深さに充填してあるとともに、オイル９を加熱す
るヒータ１０およびモータ１１によって回転駆動されオ
イル９を攪拌する羽根１２がオイル９に浸漬されるよう
にして収容されている。

【００１２】そして、図１において、１３ａ，１３ｂは
内槽８内に着脱自在に設けられる内蓋、１４は例えばス
テンレス鋼製の外槽、１５は内槽８と外槽１４との間に
設けられる断熱材、１６は外槽１４の上部に着脱自在に
設けられる外蓋である。

【００１３】また、図１において、１７は空洞形黒体２
の開口部４に対応するように、内槽８、外槽１４および
断熱材１５の所定部分を貫通するように設けられた孔
で、この孔１７の左方に設けられた放射温度計１８によ
り空洞形黒体２の空洞３内を測定できるようにしてあ
る。ここまでの構成は、例えば特公平５−８３８５１号
公報（第１図）に示される従来のこの種の黒体炉と変わ
るところがない。

【００１４】この実施の形態の黒体炉１が従来のものと
変わる点は、空洞３の開口部４の下部内周に複数の孔を
設け、この孔から空洞壁面の制御温度とほぼ等しい温度
の不活性ガスまたは空気を吹き出すようにしたことであ
る。以下、この構成について、図３をも参照しながら説
明する。

【００１５】図１〜図３において、１９は空洞形黒体２
の開口部４に設けられる気体吹き出し部材で、内部に適
宜広さの中空部２０が形成されるとともに、平面視形状
が円弧状（例えば半円形より円弧部分がやや長い）に形
成され、その円弧部分２１のほぼ中間に不活性ガス（例
えば窒素ガス）Ｇを中空部２０に導入するためのガス導
入用パイプ２２が接続されるとともに、円弧部分２１の
内面側（曲率面側）には、ガス導入用パイプ２２の接続
位置およびこれを中心にして左右両側に複数（図３にお
いては５つ）の孔２３が開設されている。これらの孔２
３は、ガス導入用パイプ２２によって気体吹き出し部材
１９の内部に導入された窒素ガスＧを吹き出すための孔
であり、図３に示すように、開口部４の全体をカバーす
るように窒素ガスＧが下方から上方に向かって吹き出る
ようにしてある。この場合、空洞３内の温度差に起因し
て生ずる対流による空気の量とほぼ同じ量またはやや多
い量の窒素ガスＧを吹き出すのが好ましく、これに適合
するように、孔２３の径や個数およびその開設位置を決
めるのがよい。

【００１６】上記気体吹き出し部材１９は、図３に示す
ように、空洞形黒体２のフランジ７の外側面に、孔２３
が空洞形黒体２の開口部４の最下端を中心にして左右に
振り分けた状態で位置し、各孔２３が上方またはほぼ上
方を向くように、ねじ止めなど適宜の手段で着脱自在に
取り付けられる。

【００１７】そして、前記ガス導入用パイプ２２の他端
側は、図１および図２に示すように、熱交換のために内
槽８内に入り、オイル９内を通り、空洞形黒体２の底面
側から上方に延びて、さらに、外蓋１６の外部に導出さ
れ、窒素ガスボンベ２４にバルブ（図示していない）な
どを介して接続されている。そして、このガス導入用パ
イプ２２は、オイル９に浸漬されている部分の適宜の位
置に多重に折り曲げられた葛折れ部２５が形成され、熱
交換が十分に行われるように構成してあり、ガス導入用
パイプ２２内を気体吹き出し部材１９方向に向かう窒素
ガスＧが適宜の温度に加熱され、空洞壁面の制御温度と
ほぼ等しい温度の窒素ガスＧが、気体吹き出し部材１９
に形成された孔２３から吹き出されるようにしてある。

【００１８】また、図１において、２６は外槽１４の気
体吹き出し部材１９の上方に設けられる排気装置で、気
体吹き出し部材１９の孔２３から吹き出された窒素ガス
Ｇが外部に一度に拡散しないようにするものであって、
必要に応じて排気ファンとフィルタを備えた排気口２７
が設けられている。そして、２８は気体吹き出し部材１
９および排気装置２６の外周を覆うように設けられる断
熱部材である。なお、この断熱部材２８には、開口部４
および放射温度計１８に対応する部分に、赤外線の通過
を妨げないように開口が形成されていることはいうまで
もない。

【００１９】以上のように構成された黒体炉１において
は、空洞形黒体２の空洞３の開口部４の下部内周に設け
られた気体吹き出し部材１９における５つの孔２３か
ら、空洞壁面の制御温度とほぼ等しい温度の窒素ガスＧ
が吹き出される。この場合、５つの孔２３は、吹き出さ
れた窒素ガスＧが開口部４の全体をカバーするように設
けられているので、前記窒素ガスＧは、開口部４の外方
においてその下方から上方に向かう強制流となり、ガス
カーテンとして機能する。その結果、空洞３の外部から
空洞３内冷たい空気が侵入しようとしても、これが効果
的に防止される。また仮に前記空気の侵入があったとし
てもこの空気は前記強制流によって開口部４の外方に導
出され、結果的に空洞３内における対流の発生が大幅に
抑制される。その結果、放射温度計の校正の誤差要因と
なる空洞壁面に温度分布が生ずるのが防止される。

【００２０】そして、上記第１の実施の形態において
は、前記複数の孔２３から吹き出される窒素ガスＧは、
ガス導入用パイプ２２内を気体吹き出し部材１９方向に
流れる過程において、空洞形黒体２を加熱するためのオ
イル９によって加熱されるので、窒素ガスＧを予め加熱
するための手段を別途設ける必要がなく、黒体炉１全体
の構成が大型化したり複雑になるといったこともない。
また、ガス導入用パイプ２２の途中には、葛折れ部２５
が形成されているので、内槽８内で窒素ガスＧを効率よ
く加熱することができる。

【００２１】また、気体吹き出し部材１９の上方には排
気装置２６が設けられているので、気体吹き出し部材１
９の孔２３から吹き出された窒素ガスＧが外部に一度に
拡散されることがない。また、気体吹き出し部材１９お
よび排気装置２６の外側は断熱部材２８で被覆されてい
るので、気体吹き出し部材１９などからの熱によって放
射温度計１８の温度測定が影響を受けるといったことも
ない。

【００２２】さらに、前記気体吹き出し部材１９は、空
洞形黒体２のフランジ７に着脱自在に設けられているの
で、そのメンテナンスが容易であるとともに、既存の黒
体炉に対して改良を施すことも簡単に行うことができ
る。

【００２３】図４は、この発明の第２の実施の形態を示
すもので、この実施の形態における黒体炉３０は、空洞
形黒体の外周にヒータを設けて、空洞形黒体を直接加熱
するようにしたものである。すなわち、図４において、
３１は空洞形黒体で、前記空洞形黒体２と同様の素材よ
りなり、その断面形状も空洞形黒体２と同様であるが、
空洞形黒体３１の側壁部３２が空洞形黒体２のそれに比
べて肉厚で、例えば２５ｍｍ程度である。３３，３３Ａ
は空洞形黒体３１を均一に加熱するためのヒータで、空
洞形黒体３１の外側部全体を覆うように設けられてい
る。

【００２４】そして、この実施の形態においても、空洞
形黒体３１に形成される空洞３４の開口部３５側におい
て、前記気体吹き出し部材１９と同様構成の気体吹き出
し部材３６がフランジ３７に着脱自在に設けられてい
る。そして、この気体吹き出し部材３６に窒素ガスＧを
導入するためのガス導入用パイプ３８は、空洞形黒体３
１の肉厚の側壁部３２の外側部分に側壁部３２の外周に
螺旋状に複数回巻回するように形成された溝３９に嵌め
込まれ、空洞形黒体３１とともにヒータ３３によって加
熱されるように構成されている。

【００２５】なお、図４では省略しているが、上記黒体
炉３０は、ヒータ３３，３３Ａの外側に絶縁性の断熱部
材が被覆され、適宜の金属容器内に収容されている。ま
た、この黒体炉３０においても、気体吹き出し部材３６
側において、第１の実施の形態と同様の構成がなされて
いる。

【００２６】この第２の実施の形態における黒体炉３０
においても、空洞形黒体３１の空洞３４の開口部３５に
設けられた気体吹き出し部材３５における複数の孔４０
から、空洞壁面の制御温度とほぼ等しい温度の窒素ガス
Ｇが吹き出される。この場合、複数の孔３９は、吹き出
された窒素ガスＧが開口部３５の全体をカバーするよう
に設けられているので、前記窒素ガスＧがガスカーテン
として機能する。したがって、図５に示した従来のもの
と異なり、空洞３４の外部から開口部３５を経て空洞３
４内に冷たい空気が侵入するのが効果的に防止され、放
射温度計１８の校正の誤差要因となる空洞壁面に温度分
布が生ずるのが可及的に防止される。

【００２７】そして、上記実施の形態においては、前記
複数の孔４０から吹き出される窒素ガスＧは、ガス導入
用パイプ３８内を気体吹き出し部材３５方向に流れる過
程において、空洞形黒体３１を加熱するためのヒータ３
３によって加熱されるので、窒素ガスＧを予め加熱する
ための手段を別途設ける必要がなく、黒体炉３０全体の
構成が大型化したり複雑になるといったこともない。ま
た、ガス導入用パイプ３８は、空洞形黒体３１の外周に
複数回巻回されているので、窒素ガスＧを効率よく加熱
することができる。

【００２８】上記実施の形態における黒体炉１，３０
は、いずれも室温以上の温度校正を行う黒体炉であった
が、黒体炉はこれに限られるものではなく、室温未満や
０℃〜零下５０℃といった低温領域における温度校正を
行う黒体炉（低温黒体炉）もある。このような低温黒体
炉においては、図示は省略するが、窒素ガスＧを吹き出
すための孔２３を、空洞３の開口部４の上部内周、すな
わち、開口部４の最上部またはこれに近い部位に設け、
窒素ガスＧを上方から下方に向かって吹き出すようにす
ればよい。また、必要に応じて、前記排気装置２６と同
様構成の排気装置を下方に設けてもよい。

【００２９】そして、前記気体吹き出し部材１９，３５
に形成される孔２３、４０は一つであってもよいが、孔
２３、４０から吹き出される窒素ガスＧによって切れ目
のないガスカーテンが形成される必要があり、２以上の
適宜の個数が好ましい。また、孔２３，４０を空洞形黒
体２，３１のフランジ７，３７に形成し、気体吹き出し
部材１９，３５を省略することもできる。

【００３０】また、前記孔２３、４０から吹き出すガス
Ｇとしては、窒素ガス以外のアルゴンガスなど人体など
に危害を加えない不活性ガスを用いることができるが、
空気を用いてもよい。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の黒体炉
は、空洞形黒体の空洞の開口部に形成された１または複
数の孔から、空洞壁面の制御温度とほぼ等しい温度の不
活性ガスまたは空気が吹き出されるようにしているの
で、この吹き出されたガス等がガスカーテンとして機能
し、空洞の外部から空洞内への冷たい（または温かい）
空気の侵入が効果的に防止され、放射温度計の校正の誤
差要因となる空洞壁面に温度分布が生ずるのが防止され
る。したがって、この発明によれば、温度精度の高い黒
体炉を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態における黒体炉の構成を示す
縦断面図である。

【図２】前記黒体炉における空洞形黒体近傍の構成を概
略的に示す図である。

【図３】前記空洞形黒体の開口部近傍の構成を示す概略
的に示す図で、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は正面図であ
る。

【図４】第２の実施の形態における黒体炉の要部の構成
を概略的に示す縦断面図である。

【図５】従来技術の問題点を説明するための図である。

【符号の説明】

１，３０…校正用空洞形黒体炉、２，３１…空洞形黒
体、３，３４…空洞、４…開口部、９…オイル、１８…
放射温度計、２３，４０…孔、３３…ヒータ、Ｇ…不活
性ガス（または空気）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中野 英明 大阪府守口市金田町２丁目12番６号 株式 会社サーミックス内 Ｆターム(参考） 2G066 AC02 BA30 CA01 CB01

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部に空洞を有する空洞形黒体を備えた
   放射温度計の校正用空洞形黒体炉において、前記空洞の
   開口部の下部内周または上部内周に１または複数の孔を
   設け、この孔から空洞壁面の制御温度とほぼ等しい温度
   の不活性ガスまたは空気を吹き出すようにしたことを特
   徴とする放射温度計の校正用空洞形黒体。
2. 【請求項２】 空洞形黒体が加熱用のオイル内に浸漬さ
   れてこのオイルによって所定の温度になるように加熱さ
   れるとともに、孔から吹き出される不活性ガスまたは空
   気が前記オイルによって加熱されるようにしてある請求
   項１に記載の放射温度計の校正用空洞形黒体炉。
3. 【請求項３】 空洞形黒体がその外周に設けられたヒー
   タによって所定の温度になるように加熱されるととも
   に、孔から吹き出される不活性ガスまたは空気が前記ヒ
   ータによって加熱されるようにしてある請求項１に記載
   の放射温度計の校正用空洞形黒体炉。