JP2538639B2 - 黒体炉の昇温及び温度維持方法 - Google Patents
黒体炉の昇温及び温度維持方法Info
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/52—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using comparison with reference sources, e.g. disappearing-filament pyrometer
- G01J5/53—Reference sources, e.g. standard lamps; Black bodies
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- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Radiation Pyrometers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は放射温度計校正用基準放射部である黒体炉に
関するものである。
関するものである。
近年、通信技術の進歩と共に光ファイバーが急速に普
及している。この光ファィバーはデータ通信のみなら
ず、放射温度計にも光りを温度計に導くことを目的にし
た応用が広がりつつある。光ファイバーは当初、石英を
主体としたものが多く、その波長域から高温用のSiセン
サーに適用が限定されていた。しかし、最近では赤外用
の長波長用の光ファイバーの開発が進むに連れて、光フ
ァイバーを利用した放射温度計が、ますます普及しつつ
ある。光ファイバー温度計は、見通しの利かない場所
や、狭い場所での測温に適している。また、光ファイバ
ーの口径は数mm程度で、一般の放射温度計に比べて視野
サイズは非常に小さい。
及している。この光ファィバーはデータ通信のみなら
ず、放射温度計にも光りを温度計に導くことを目的にし
た応用が広がりつつある。光ファイバーは当初、石英を
主体としたものが多く、その波長域から高温用のSiセン
サーに適用が限定されていた。しかし、最近では赤外用
の長波長用の光ファイバーの開発が進むに連れて、光フ
ァイバーを利用した放射温度計が、ますます普及しつつ
ある。光ファイバー温度計は、見通しの利かない場所
や、狭い場所での測温に適している。また、光ファイバ
ーの口径は数mm程度で、一般の放射温度計に比べて視野
サイズは非常に小さい。
基準放射部としての黒体炉は古くから使用され、市中
に広く普及している。しかし、例えば昭和57年1月の発
行の計測自動制御学会論文集の第18巻第1号のP.52「実
用形定点黒体炉の試作」に記載されているような従来の
黒体炉は光ファイバーが普及する以前に開発さてたもの
が多い。光ファイバーに比べて大きな視野を有する温度
計用の黒体炉の口径は大きく、結果として加熱用のヒー
ターも大容量であり、電源は商用電源を使用するものが
ほとんどである。
に広く普及している。しかし、例えば昭和57年1月の発
行の計測自動制御学会論文集の第18巻第1号のP.52「実
用形定点黒体炉の試作」に記載されているような従来の
黒体炉は光ファイバーが普及する以前に開発さてたもの
が多い。光ファイバーに比べて大きな視野を有する温度
計用の黒体炉の口径は大きく、結果として加熱用のヒー
ターも大容量であり、電源は商用電源を使用するものが
ほとんどである。
したがって、従来の黒体炉は商用電源あるいは、それ
に代わるも大容量の電源が常に必要であり、かつ持ち運
びにくいという難点を有している。
に代わるも大容量の電源が常に必要であり、かつ持ち運
びにくいという難点を有している。
例えば、光ファイバー応用の放射温度計を黒体炉で厳
密に校正しようとする場合、いくつかの問題点がある。
まず、温度計を校正するのに、現場に取り付けた温度計
の取り付け取り外しの手間が掛かる。つぎに、光ファイ
バーは同一仕様のものでも、その透明率に数%のばらつ
きがあり、それによる誤差を除くためには使用中のファ
イバーを付けたまま黒体炉による校正を行わなければな
らないが、実作業ではその取り付け取り外しには、非常
に困難を伴うことが多い。いま、波長1μmのSi検出器
を持った温度計で800℃の物体を測温している場合、フ
ァイバーの透過率が90±5%変動したときの温度誤差
は、約4.4℃となり無視できない大きさである。
密に校正しようとする場合、いくつかの問題点がある。
まず、温度計を校正するのに、現場に取り付けた温度計
の取り付け取り外しの手間が掛かる。つぎに、光ファイ
バーは同一仕様のものでも、その透明率に数%のばらつ
きがあり、それによる誤差を除くためには使用中のファ
イバーを付けたまま黒体炉による校正を行わなければな
らないが、実作業ではその取り付け取り外しには、非常
に困難を伴うことが多い。いま、波長1μmのSi検出器
を持った温度計で800℃の物体を測温している場合、フ
ァイバーの透過率が90±5%変動したときの温度誤差
は、約4.4℃となり無視できない大きさである。
本発明は、上記の校正業務や黒体炉に関する問題を解
決しようとするものである。即ち、光ファイバー温度計
のような小さな視野を有する温度計の、校正用黒体炉に
関し、その温度を希望する値に保ちながら、商用電源と
切り離して自由に持ち運びが出来る黒体炉を提供しよう
とするものである。
決しようとするものである。即ち、光ファイバー温度計
のような小さな視野を有する温度計の、校正用黒体炉に
関し、その温度を希望する値に保ちながら、商用電源と
切り離して自由に持ち運びが出来る黒体炉を提供しよう
とするものである。
即ち、本発明の特徴は、電熱ヒーターを熱源とする
黒体炉に於て、前記熱源として急速加熱用の交流電流と
保温用の蓄電池とを備え、急速加熱時には前記交流電源
を使用して急速加熱して、基準熱放射部即ち、黒体炉の
コアが目標温度付近に達せしめ、しかるのち、前記交流
電源を蓄電池に切り替えることにより、黒体炉の温度を
目標値に維持しながら、持ち運び可能にしたことを特徴
とする黒体炉の昇温及び温度維持方法であり、又、上記
黒体炉において、黒体炉のコア外周に配置した断熱材を
コアと同時に加熱して昇温時間の短縮を図る方法であ
る。
黒体炉に於て、前記熱源として急速加熱用の交流電流と
保温用の蓄電池とを備え、急速加熱時には前記交流電源
を使用して急速加熱して、基準熱放射部即ち、黒体炉の
コアが目標温度付近に達せしめ、しかるのち、前記交流
電源を蓄電池に切り替えることにより、黒体炉の温度を
目標値に維持しながら、持ち運び可能にしたことを特徴
とする黒体炉の昇温及び温度維持方法であり、又、上記
黒体炉において、黒体炉のコア外周に配置した断熱材を
コアと同時に加熱して昇温時間の短縮を図る方法であ
る。
第2図は、既に公知である黒体炉の内部構造図の例で
ある。1は黒体炉、1−1はヒーターを設けたコア、1
−2,1−3は断熱材である。コア1−1の深さLと、口
径Dの比が3以上であれば、黒体炉の実効放射率は0.99
以上になる。また、例えば小視野用として口径Dを5mm
φとし、コア温度が1000℃としても、断熱材1−2,1−
3を外径120mmφにすれば、後述の如く、定常状態で約1
2W(ワット)程度の熱損失に抑えることが出来る。ここ
で、電熱材の選定は重要であり、具体例として断熱材1
−2はアルミナファイバー、断熱材1−3は硅酸カルシ
ュームなどがある。
ある。1は黒体炉、1−1はヒーターを設けたコア、1
−2,1−3は断熱材である。コア1−1の深さLと、口
径Dの比が3以上であれば、黒体炉の実効放射率は0.99
以上になる。また、例えば小視野用として口径Dを5mm
φとし、コア温度が1000℃としても、断熱材1−2,1−
3を外径120mmφにすれば、後述の如く、定常状態で約1
2W(ワット)程度の熱損失に抑えることが出来る。ここ
で、電熱材の選定は重要であり、具体例として断熱材1
−2はアルミナファイバー、断熱材1−3は硅酸カルシ
ュームなどがある。
第1図は、本発明の実施例である。黒体炉1のコア1
−1は、ヒーター2で加熱され、コアの温度は熱電対4
で検出される。5は温度制御器で、コアの温度が設定値
に一致するように、接点10を自動的にON−OFFする。9
は切り替えスイッチで、急速加熱するときはa側に倒
し、保温状態ではbに倒す。6は変圧器、7は整流器、
8は充電可能な蓄電地である。また、3は断熱材に埋め
込まれたヒータで、11は一旦コア温度が目標値に達する
と、温度制御器5によりOFFにされ、コア温度が常温近
くまで低下しないと再びONにならない。
−1は、ヒーター2で加熱され、コアの温度は熱電対4
で検出される。5は温度制御器で、コアの温度が設定値
に一致するように、接点10を自動的にON−OFFする。9
は切り替えスイッチで、急速加熱するときはa側に倒
し、保温状態ではbに倒す。6は変圧器、7は整流器、
8は充電可能な蓄電地である。また、3は断熱材に埋め
込まれたヒータで、11は一旦コア温度が目標値に達する
と、温度制御器5によりOFFにされ、コア温度が常温近
くまで低下しないと再びONにならない。
黒体炉1を昇温するには、コンセント12を交流電源
(商用電源)に接続する。スイッチ9をa側に選択して
おくと、コア1−1は商用電源で急速加熱され、温度が
目標値に達する。その後、スイッチ9をb側に選択する
と、商用電源から切り離しても蓄電池8からエネルギー
が供給されるので、温度制御器5の働きでコア温度は目
標値に維持できる。したがって、この状態で黒体炉1を
現場に持ち運び、温度計や光ファイバーを取り外すこと
なく容易に校正作業を行うことが出来る。このとき、コ
ア1−1から流れ出る熱量が大きければ、蓄電池8が大
きくなって実現的に持ち運びが困難になる。しかし、定
常熱損失が小さければ電池で保温することは現実的に可
能である。
(商用電源)に接続する。スイッチ9をa側に選択して
おくと、コア1−1は商用電源で急速加熱され、温度が
目標値に達する。その後、スイッチ9をb側に選択する
と、商用電源から切り離しても蓄電池8からエネルギー
が供給されるので、温度制御器5の働きでコア温度は目
標値に維持できる。したがって、この状態で黒体炉1を
現場に持ち運び、温度計や光ファイバーを取り外すこと
なく容易に校正作業を行うことが出来る。このとき、コ
ア1−1から流れ出る熱量が大きければ、蓄電池8が大
きくなって実現的に持ち運びが困難になる。しかし、定
常熱損失が小さければ電池で保温することは現実的に可
能である。
第3図は、本発明の方法をシミュレーションした結果
の1例である。15φ×25Lの円筒に5φの開口を有する
コアを、高温用1−2および低温用断熱材1−3で覆
い、約120mmφ程度に仕上げた黒体炉1に於て、第1図
のコア用ヒーター2を100Wとし、ヒーター3には電力を
供給していない。また、蓄電池のパワーを12Wとした。
このような条件の基に、コア温度の目標を1000℃にした
時の諸量の時間的変化を示したのが第3図である。同図
で、TCはコア温度、T2,T3は第1図に示す断熱材1−2,1
−3の外面温度である。また、QCはコアから流れでる熱
移動量(W)、QLOSSは黒体炉の熱損失(W)である。
第3図において、通電開始後90秒でコア温度TCは目標値
の1000℃に達し、その直後に12Wの電池による給電に切
り替えた結果、温度が目標値より低下している。これ
は、定常状態の熱損失は12W弱であるが、昇温初期の非
定常状態に於いては、QCは定常熱損失より大きく、12W
の電池ではパワーが不足したことによる。したがって、
電池のパワーをQCに見合う程度に大きくするか、しばら
く安定するまで商用電源で供電を続ける必要がある。
の1例である。15φ×25Lの円筒に5φの開口を有する
コアを、高温用1−2および低温用断熱材1−3で覆
い、約120mmφ程度に仕上げた黒体炉1に於て、第1図
のコア用ヒーター2を100Wとし、ヒーター3には電力を
供給していない。また、蓄電池のパワーを12Wとした。
このような条件の基に、コア温度の目標を1000℃にした
時の諸量の時間的変化を示したのが第3図である。同図
で、TCはコア温度、T2,T3は第1図に示す断熱材1−2,1
−3の外面温度である。また、QCはコアから流れでる熱
移動量(W)、QLOSSは黒体炉の熱損失(W)である。
第3図において、通電開始後90秒でコア温度TCは目標値
の1000℃に達し、その直後に12Wの電池による給電に切
り替えた結果、温度が目標値より低下している。これ
は、定常状態の熱損失は12W弱であるが、昇温初期の非
定常状態に於いては、QCは定常熱損失より大きく、12W
の電池ではパワーが不足したことによる。したがって、
電池のパワーをQCに見合う程度に大きくするか、しばら
く安定するまで商用電源で供電を続ける必要がある。
第3図のQCを小さく抑えるためには、断熱材の温度分
布をできるだけ速く定常状態に近付ければよい。第1図
に示すヒーター3を、断熱材の間に埋め込み、コアを商
用電源で加熱する間、同時に断熱材も加熱すると第4図
の結果が得られた。この図から明らかなように、第3図
に比べてQCはずっと小さくなっており、過渡状態から定
常状態に至るまで12W弱で、ほぼ一定に推移している。
この結果、12Wの電池でもコア温度を目標の1000℃に保
つことが出来る。
布をできるだけ速く定常状態に近付ければよい。第1図
に示すヒーター3を、断熱材の間に埋め込み、コアを商
用電源で加熱する間、同時に断熱材も加熱すると第4図
の結果が得られた。この図から明らかなように、第3図
に比べてQCはずっと小さくなっており、過渡状態から定
常状態に至るまで12W弱で、ほぼ一定に推移している。
この結果、12Wの電池でもコア温度を目標の1000℃に保
つことが出来る。
電池は12W程度あれば、1.2Vのニッケル・カドミュー
ム電池を6ケ直列に接続すれば、電流は1.7Aであるから
30分程度の連続放電する小型の電池は容易に入手でき
る。
ム電池を6ケ直列に接続すれば、電流は1.7Aであるから
30分程度の連続放電する小型の電池は容易に入手でき
る。
このように、黒体炉のコアの他に断熱材を加熱する
と、断熱材の内部温度を短時間で定常温度分布に近付け
ることができるので、昇温時間の短縮あるいは保温用蓄
電池の容量を小さくすることができる。
と、断熱材の内部温度を短時間で定常温度分布に近付け
ることができるので、昇温時間の短縮あるいは保温用蓄
電池の容量を小さくすることができる。
以上、本発明の方法によれば、黒体炉を商用電源で急
速加熱した後、商用電源から切り離してどこにでも持ち
運べて、電源の無い場所に於いても放射温度計の高精度
な校正作業を効率よく実施することが出来る。また、こ
こでの説明は主として光ファイバー温度計を対象として
述べたが、光ファイバーを用いない放射温度計に対して
も、本発明の効果が及ぶことは明らかである。
速加熱した後、商用電源から切り離してどこにでも持ち
運べて、電源の無い場所に於いても放射温度計の高精度
な校正作業を効率よく実施することが出来る。また、こ
こでの説明は主として光ファイバー温度計を対象として
述べたが、光ファイバーを用いない放射温度計に対して
も、本発明の効果が及ぶことは明らかである。
第1図は本発明の実施例を示す概略図、 第2図は従来例の黒体炉の断面図、 第3図は本発明を実施した場合の時間と温度との関係を
示した図、 第4図は本発明の他の方法で実施した場合の時間と温度
との関係を示した図である。 1……黒体炉、1−1……コア、 1−2,1−3……断熱材、4……熱電対、 5……温度制御器、6……変圧器、 7……整流器、8……蓄電池、 9……切替えスイッチ。
示した図、 第4図は本発明の他の方法で実施した場合の時間と温度
との関係を示した図である。 1……黒体炉、1−1……コア、 1−2,1−3……断熱材、4……熱電対、 5……温度制御器、6……変圧器、 7……整流器、8……蓄電池、 9……切替えスイッチ。
Claims (2)
- 【請求項1】電熱ヒーターを熱源とする黒体炉に於て、
前記熱源として急速加熱用の交流電源と保温用の蓄電池
とを備え、急速加熱時には前記交流電源を使用して急速
加熱して、基準熱放射部即ち、黒体炉のコアを目標温度
付近に達せしめ、しかるのち、前記交流電源を蓄電池に
切り替えることにより、黒体炉の温度を目標値に維持し
ながら、持ち運び可能にしたことを特徴とする黒体炉の
昇温及び温度維持方法。 - 【請求項2】黒体炉のコアと断熱材を同時に加熱するこ
とを特徴とする請求項1記載の黒体炉の昇温及び温度維
持方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63104302A JP2538639B2 (ja) | 1988-04-28 | 1988-04-28 | 黒体炉の昇温及び温度維持方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63104302A JP2538639B2 (ja) | 1988-04-28 | 1988-04-28 | 黒体炉の昇温及び温度維持方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01276032A JPH01276032A (ja) | 1989-11-06 |
JP2538639B2 true JP2538639B2 (ja) | 1996-09-25 |
Family
ID=14377130
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP63104302A Expired - Lifetime JP2538639B2 (ja) | 1988-04-28 | 1988-04-28 | 黒体炉の昇温及び温度維持方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2538639B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
TWI312861B (en) * | 2007-02-13 | 2009-08-01 | Ind Tech Res Inst | Standard radiation source |
CN106153200B (zh) * | 2016-08-05 | 2023-05-26 | 哈尔滨国铁科技集团股份有限公司 | 便携式黑体标定仪 |
-
1988
- 1988-04-28 JP JP63104302A patent/JP2538639B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH01276032A (ja) | 1989-11-06 |
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