JP2566952Y2 - 鋼帯の表面温度分布測定装置 - Google Patents

鋼帯の表面温度分布測定装置

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JP2566952Y2
JP2566952Y2 JP1991079249U JP7924991U JP2566952Y2 JP 2566952 Y2 JP2566952 Y2 JP 2566952Y2 JP 1991079249 U JP1991079249 U JP 1991079249U JP 7924991 U JP7924991 U JP 7924991U JP 2566952 Y2 JP2566952 Y2 JP 2566952Y2
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智 鈴木
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Nisshin Steel Co Ltd
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Description

【考案の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本考案は、焼鈍中の鋼帯などのよ
うな物体の測定波長放射率を補正して、真の温度分布に
可及的に近い温度分布を求めることができるようにした
鋼帯の表面温度分布測定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】物体であるたとえば鋼帯の表面温度分布
を測定するための装置は、各測定点を走査するために回
転ミラーや振動ミラーが使われており、また温度検出器
としてPbSまたはSiを使用するなど、測定温度範囲
によって各種のものが用いられている。しかしながら、
その原理は、ある波長区間の熱エネルギから温度を求め
るものがほとんどである。
【0003】すなわち、温度T°Kの黒体から放射され
る熱エネルギの波長分布は、プランクの放射則によって
数1によって求められる。
【0004】
【数1】
【0005】また物体の放射率ελは、数2に示される
ように、ある波長λにおいて、同温度の黒体放射の比と
して定義される。
【0006】
【数2】
【0007】さらに放射温度計では、それぞれの波長に
対する放射率ではなく、その放射温度計に予め設定され
ている波長区間の放射率εΔλによって温度が求められ
る。
【0008】この特定の波長区間にわたる放射率εΔλ
は、数3によって求められる。
【0009】
【数3】
【0010】すなわち放射温度計とは、
【0011】
【数4】
【0012】の関係から、温度Tを求めるものであり、
条件として放射率εΔλが既知であることが必要とな
る。
【0013】
【考案が解決しようとする課題】しかしながら、測定物
体の放射率εΔλは、その特定が困難であり、放射率デ
ータについて多くの資料があるのもかかわらず、実際の
計測においてはそれらの値は参考値の域を出ず、多くの
場合、確実な値を見い出すことができないのが実状であ
る。
【0014】したがって本考案の目的は、前記放射率ε
Δλが不明であっても、自動的に補正して温度分布を求
めることができるようにした表面温度分布測定装置を提
供することである。
【0015】
【課題を解決するための手段】本考案は、物体表面の熱
放射エネルギ分布を、被写界深度の範囲内で測定し、こ
の測定値と物体の測定波長放射率とから、プランクの放
射則によって物体の表面温度を計算して、温度を求める
第1の温度測定手段と、第1の温度測定手段によって測
定される物体表面の測定領域内の任意の点の温度を、波
長区間Δλ1とΔλ2とを極力近い波長に選択して極小
波長区間において各波長区間Δλ1,Δλ2の各放射率
εΔλ1,εΔλ2の比がεΔλ1/εΔλ2=一定と
なる関係が成立するようにした2色温度計によって測定
する第2の温度測定手段とを含み、第2の温度測定手段
によって測定された温度を真の温度として、第1の温度
測定手段の測定波長放射率を補正することを特徴とする
鋼帯の表面温度分布測定装置である。
【0016】また本考案は、前記補正された測定波長放
射率が、物体表面の前記第1の温度測定手段によって測
定される全ての測定領域で同一値であるとして、各測定
領域の熱放射エネルギから、プランクの放射則によって
物体の表面温度を計算して、温度分布を求めることを特
徴とする。
【0017】
【0018】
【作用】本考案に従えば、鋼帯などの物体などの放射率
を、第1の温度測定手段によって測定された表面温度分
布の任意の一点と同一場所を、放射率比が一定であるこ
とが確認されている2色温度計である第2の温度測定手
段によって測定し、その測定値を物体の真温度とみなし
て、その点の放射率を計算して求め、前記第1の温度測
定手段の測定面における放射率を全ての前記放射率とし
て、表面温度分布を求める。
【0019】また本考案に従えば、前述のようにして求
められて補正された測定波長放射率が第1の温度測定手
段によって測定される全ての物体表面の測定領域で同一
値であるとして、各測定領域の熱放射エネルギ分布か
ら、プランクの放射則によって物体の表面温度を計算し
て、温度分布が求められる。
【0020】
【0021】
【実施例】図1は、本考案の一実施例の全体の構成を示
す系統図である。たとえば焼鈍ラインにおいて物体であ
る鋼帯1は、矢符A方向に走行されて焼鈍され、この鋼
帯1の表面温度を測定するために、本考案に従う表面温
度分布測定装置が用いられる。この表面温度分布測定装
置は、基本的に、鋼帯の表面の熱放射エネルギ分布を被
写界深度の範囲内で測定し、この測定値と物体の測定波
長放射率ελとから、プランクの放射則によって鋼帯の
表面温度を計算して、温度分布を求める第1の温度測定
手段である走査形放射温度計2と、走査形放射温度計2
によって測定される鋼帯の表面の測定領域内の任意の点
の温度を測定する第2の温度測定手段である2色温度計
3と、各温度計2,3からの出力を演算処理する演算処
理手段4と、演算処理手段からの出力によって温度分布
を表示する、たとえば陰極線管などによって実現される
表示手段5とを含む。前記鋼帯1は、たとえば焼鈍後の
ステンレス鋼帯である。
【0022】前記走査形放射温度計2は、鋼帯1の走行
経路上に設けられる検出部6と、検出部6からの出力が
入力される処理回路7とを有し、この処理回路7におい
て、放射率εΔλ=1として温度換算されて、平面的温
度分布データとして出力される。すなわち測定波長λが
既知であることから、後述する数5によって温度Tを求
める。また前記2色温度計3は、鋼帯1の走行経路に近
接して設けられる検出部8と、この検出部からの出力を
受信して温度換算する処理回路9とを有する。前記検出
部8は、走査形放射温度計2の測定範囲S内でその中央
部の測定点S1の熱放射エネルギを測定して、前記処理
回路9において温度換算する。
【0023】図2は、走査形放射温度計2の構成を簡略
化して示す系統図である。前記走査形放射温度計2は、
鋼帯1から放射される赤外線を、レンズ10にいわば機
械光学的な手段によって走査して入射し、その集光され
た赤外線を検出素子11によって検出して電気信号に時
系列的に変換し、その信号を増幅器12によって増幅し
た後、信号処理回路13によって可視光領域に波長変換
し、この信号処理回路13からの可視光領域に波長変換
された出力信号によって、前記表示手段5に温度分布を
表示するように構成されている。
【0024】前記鋼帯1の表面とレンズ10との間にお
ける光経路長には、図3に示されるように、集光レンズ
17と、走査手段14を構成する垂直走査用プリズム1
5と、水平走査用プリズム16とが介在される。垂直走
査用プリズム15は水平な回転軸線まわりに回転駆動さ
れ、また水平走査用プリズム16は垂直な回転軸線まわ
りに回転駆動されて、鋼帯1の表面を鋼帯1の幅方向お
よび走行方向に走査するように構成されている。
【0025】図4は、2色温度計3の構成を簡略化して
示す系統図である。この2色温度計3は、互いに異なる
2つの測定波長λ1,λ2における放射輝度比を求める
温度計であって、測定面が灰色体のときに放射率に関係
なく真温度を示すように構成されている。すなわち、前
記測定点S1からの光をレンズ20を介して集光し、絞
り21を経て入射した光を反射鏡22,23によって反
射され、接眼レンズ24を介して肉眼で前記測定点S1
を確認することができる。またこの2色温度計3に入射
した赤外線は回転板25に設けられる波長の異なる波長
フィルタ26,27を通って検出素子28によって検出
され、その検出信号はAGC(オートゲインコントロー
ル)増幅器29によって、増幅される。前記一方の波長
フィルタ26は波長λ1帯域の光を通過させ、また他方
の波長フィルタ27は波長λ2帯域の光を通過させる。
すなわち、図5に示されるように、前記フィルタ26を
通過する光の透過量が最大値Gとなる波長がλ1である
とき、その最大値Gのたとえば1/2で弁別したときの
波長区間がΔλ1である。同様に、フィルタ27を通過
する光の透過量が最大値となる波長λ2に関しても、波
長区間Δλ2が特定される。
【0026】前記AGC増幅器29の出力は、分離回路
30に入力され、同期信号発生器31からの前記同期信
号に基づいてAGC増幅器29によって利得制御した
後、2つ信号成分V1,V2に分離し、一方の信号V1
は放射率比補正回路32によってその利得が補正され、
ゼロクランプ回路33を経て比較回路34の一方の入力
端子に入力される。この比較回路34の他方の入力端子
には、弁別レベル信号V0が入力されて、前記信号V2
がレベル弁別され、再びAGC増幅器29に入力されて
利得制御する。測定温度が下限を下まわるとき、入射束
不足によって比率演算が不安定になるので、信号レベル
を検出して強制的に出力を零点にクランプし、このクラ
ンプされなかった信号は出力端子35に導出される。
【0027】前記2色温度計3は、互いに異なる2つの
測定波長帯域がλ1,λ2における熱放射エネルギ比R
(T)から物体である鋼帯1の温度を求めることがで
き、その関係式は、数5によって示される。
【0028】
【数5】
【0029】この数5において、鋼帯1の放射率εΔλ
1,εΔλ2が未知数であっても、波長区間Δλ1,Δ
λ2が既知で、かつεΔλ1/εΔλ2が一定であれ
ば、熱放射エネルギ比R(T)は常に温度Tの関数とな
り得ることを示している。すなわち、熱放射エネルギ比
R(T)を測定すれば、温度Tを逆算することによって
求めることができる。そこで2色温度計3は、波長区間
Δλ1とΔλ2とを極力近い波長に選択して、極小波長
区間においてεΔλ1/εΔλ2=一定となる関係を成
立させている。
【0030】この検証のために、第1の材料特性、すな
わち結晶粒度または硬さと2色温度計の指示値とを1コ
イルあたり数回チェックして、管理範囲内にあることを
確認している。前記温度と硬さHv との関係は図6に示
されており、ラインL1,L2間が管理範囲内にあるこ
とが確認される。また材質温度と結晶粒度との関係は図
7に示されており、ラインL3とラインL4とに挟まれ
た管理範囲内にあることが確認される。このように温度
と硬さあるいは温度と結晶粒度との関係が一定の相関性
を有して管理範囲内にあれば、2色温度計3の指示値は
ほぼ真値に近いと考えることができる。
【0031】次に、2色温度計3の指示値を鋼帯1の真
の温度として、走査形放射温度計2の放射率εΔλを数
6によって求める。
【0032】
【数6】
【0033】また数6において分母は、温度T1に2色
温度計3の測定温度を代入することによって求めること
ができる。したがって数6は数7のように示される。
【0034】
【数7】
【0035】数7において、τλ,aλおよびΔλは、
固有値であることから、放射率εΔλを導くことができ
る。
【0036】前記演算処理手段4において、放射率εΔ
λ=1として温度換算されて保存されている平面的温度
データとなっている全ての温度値T2と、数5によって
求められた放射率εΔλとを、次の数8に代入して、温
度T3を求めることができる。
【0037】
【数8】
【0038】このようにして数8によって導かれる鋼帯
1の測定面全体の温度T3をそれぞれ演算して求めるこ
とによって、補正された温度分布を得ることができる。
【0039】このようにして、本考案によれば、物体の
温度分布の変位をほぼ真値に近い状態で管理が可能とな
るので、たとえば焼鈍炉の温度分布の異常、あるいは直
火焚き焼鈍炉のバーナの異常を早期に発見することがで
きる。また鋼帯1の表面材温分布を小さくするために、
直火焚き焼鈍炉のフレーム長を調整することによって、
幅方向に均一な鋼帯の焼鈍が可能となり、しかも鋼帯の
温度分布と板形状との関連を解析することができ、鋼帯
品質の向上および安定に寄与することが可能である。
【0040】
【考案の効果】このように本考案によれば、第1の温度
測定手段によって測定される物体表面の測定領域内の任
意の点の温度を第2温度測定手段によって測定し、第2
の温度測定手段によって求められた温度分布と、第2の
温度測定手段によって測定された温度とによって、第1
の温度測定手段の測定波長放射率を補正するようにした
ので、たとえば鋼帯などの物体の表面温度分布を可及的
に真の表面温度分布に近い値として求めることができ、
物体の温度分布の異常などを早期に発見することが可能
となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本考案の一実施例の概略的構成を示す系統図で
ある。
【図2】走査形放射温度計2の構成を示す系統図であ
る。
【図3】走査手段14の具体的構成を示す図である。
【図4】2色温度計3の具体的構成を示す系統図であ
る。
【図5】フィルタ26を通過する波長λ1の光とその波
長区間Δλ1との関係を示すグラフである。
【図6】2色温度計3の放射率比εΔλが一定であるこ
とを示すための温度と硬度との関係を示すグラフであ
る。
【図7】2色温度計3の放射率比が一定であることを示
す温度と結晶粒度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
1 鋼帯 2 走査形放射温度計 3 2色温度計 4 演算処理手段 5 表示手段 6,8 検出部 7,9 処理回路

Claims (2)

    (57)【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項1】 物体表面の熱放射エネルギ分布を、被写
    界深度の範囲内で測定し、この測定値と物体の測定波長
    放射率とから、プランクの放射則によって物体の表面温
    度を計算して、温度を求める第1の温度測定手段と、 第1の温度測定手段によって測定される物体表面の測定
    領域内の任意の点の温度を、波長区間Δλ1とΔλ2と
    を極力近い波長に選択して極小波長区間において各波長
    区間Δλ1,Δλ2の各放射率εΔλ1,εΔλ2の比
    がεΔλ1/εΔλ2=一定となる関係が成立するよう
    にした2色温度計によって測定する第2の温度測定手段
    とを含み、 第2の温度測定手段によって測定された温度を真の温度
    として、第1の温度測定手段の測定波長放射率を補正す
    ることを特徴とする鋼帯の表面温度分布測定装置。
  2. 【請求項2】 前記補正された測定波長放射率が、物体
    表面の前記第1の温度測定手段によって測定される全て
    の測定領域で同一値であるとして、各測定領域の熱放射
    エネルギから、プランクの放射則によって物体の表面温
    度を計算して、温度分布を求めることを特徴とする請求
    項1記載の鋼帯の表面温度分布測定装置。
JP1991079249U 1991-09-30 1991-09-30 鋼帯の表面温度分布測定装置 Expired - Lifetime JP2566952Y2 (ja)

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