JP2897496B2 - Consumable optical fiber thermometer - Google Patents

Consumable optical fiber thermometer

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JP2897496B2
JP2897496B2 JP3300862A JP30086291A JP2897496B2 JP 2897496 B2 JP2897496 B2 JP 2897496B2 JP 3300862 A JP3300862 A JP 3300862A JP 30086291 A JP30086291 A JP 30086291A JP 2897496 B2 JP2897496 B2 JP 2897496B2
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健夫 山田
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、光ファイバを導波路
とし光ファイバの先端から入射する放射光を他端の赤外
線検出器を用いて光ファイバの先端部の温度を計測する
消耗形光ファイバ温度計に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a consumable optical fiber which uses an optical fiber as a waveguide and measures the temperature of the optical fiber at the distal end by using an infrared detector at the other end of the radiation incident from the distal end of the optical fiber. It relates to a thermometer.

【0002】[0002]

【従来の技術】溶融金属の温度計測方法として古くから
用いられているのは消耗形浸漬熱電対である。図16は
消耗形熱電対のセンサープローブの構成を示す断面図で
あり、図示のように先端の熱電対を含むセンサ・プロー
ブが着脱式になっていて、これを1回の測定毎に交換す
る。このプローブは使い捨てであり高価なため測定回数
を増やすことが困難であった。また、プローブ径が30
mm以上と大きく、長さも1m以上もあり、狭い空間で
の測定が出来ないという制約もあった。
2. Description of the Related Art A consumable immersion thermocouple has long been used as a method for measuring the temperature of molten metal. FIG. 16 is a cross-sectional view showing the configuration of a sensor probe of a consumable thermocouple. As shown, a sensor probe including a thermocouple at the tip is detachable, and is replaced every time measurement is performed. . Since this probe is disposable and expensive, it has been difficult to increase the number of measurements. Also, if the probe diameter is 30
There is also a restriction that the measurement cannot be performed in a narrow space because the measurement is as large as not less than mm and as long as not less than 1 m.

【0003】溶融金属の温度計測を連続的に行うニーズ
は強く、最近ではセラミックの保護管を溶鋼中に浸漬
し、保護管の中に挿入した熱電対で温度を連続計測する
方法が実用化されている。図17は熱電対で温度を連続
計測する装置の構成を示した図である。この方法の問題
点は保護管の耐久性にあり、計測時間が40から50時
間程度しか持続できない。ヒートショックやスラグによ
る溶損が寿命低下の原因となっている。また、保護管が
高価な点もこの測定方法の問題点となっている。
There is a strong need to continuously measure the temperature of molten metal. Recently, a method of immersing a ceramic protective tube in molten steel and continuously measuring the temperature with a thermocouple inserted in the protective tube has been put to practical use. ing. FIG. 17 is a diagram showing a configuration of an apparatus for continuously measuring a temperature with a thermocouple. The problem with this method lies in the durability of the protection tube, and the measurement time can last only about 40 to 50 hours. Melting due to heat shock or slag causes a reduction in service life. Further, the point that the protective tube is expensive is also a problem of this measuring method.

【0004】この問題点を解決する方法として特開昭6
2−19727号公報において溶融金属の浸漬温度計が
提案されている。この温度計は光ファイバを連続的に溶
融金属中に挿入して光ファイバ中を導波してくる赤外光
を検出して温度を連続的に測定するものである。しか
し、この測定方法には下記の問題点があり実用上は高温
度の計測が困難である。 a)一般の単色放射温度計を用いる場合には光ファイバ
の長さが短くなると伝送損失が低下し、指示温度が上昇
し、誤差を生じる。Si(0.9μm)の検出器で通信
用の石英光ファイバGIファイバ(60/125μm)
を用いた試験で誤差は約10℃/100m(1200
℃)である。このような大きな誤差を生じては±2℃と
いう高精度の要求を満たすことが出来ない。 b)前記の公開公報においては、光ファイバを例えば3
00mm/時間で連続的に供給することが記載されてい
るが、溶鋼面の近くは高温であり、通常のビニール被覆
光ファイバでは被覆が燃え出し光ファイバの芯線だけに
なる。この場合には光ファイバの強度が著しく低下し簡
単に光ファイバは折れてしまう。溶鋼表面上にはスラグ
やパウダがあり、その層を突き破って溶鋼に光ファイバ
を浸漬する事は通常の光ファイバでは困難である。この
ように比較的高い温度で光ファイバを用いる場合には、
光ファイバの強度が低下するので何らかの改善が必要で
ある。
As a method for solving this problem, Japanese Patent Laid-Open No.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-19727 proposes an immersion thermometer for molten metal. This thermometer continuously inserts an optical fiber into a molten metal, detects infrared light guided through the optical fiber, and continuously measures the temperature. However, this measurement method has the following problems, and it is practically difficult to measure a high temperature. a) In the case of using a general monochromatic radiation thermometer, when the length of the optical fiber becomes short, the transmission loss decreases, the indicated temperature increases, and an error occurs. Silica optical fiber GI fiber for communication with Si (0.9 μm) detector (60/125 μm)
Is about 10 ° C./100 m (1200
° C). If such a large error occurs, it is not possible to satisfy the requirement of high accuracy of ± 2 ° C. b) In the above publication, the optical fiber is, for example, 3
Although it is described that the liquid is continuously supplied at a rate of 00 mm / hour, the temperature is high near the molten steel surface, and the coating burns out with a normal vinyl-coated optical fiber, and only the core wire of the optical fiber is formed. In this case, the strength of the optical fiber is significantly reduced, and the optical fiber is easily broken. There are slag and powder on the surface of the molten steel, and it is difficult to immerse the optical fiber in the molten steel by piercing the layer and with the ordinary optical fiber. When using an optical fiber at such a relatively high temperature,
Some improvement is needed because the strength of the optical fiber is reduced.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、光フ
ァイバを用いた消耗形赤外線温度計の光ファイバの長さ
の影響を除くことを可能にし、0−1kmの光ファイバ
で±2℃程度の高精度の計測を可能とし、また、長さ補
正の経過から光ファイバ長を求めることを可能した消耗
形光ファイバ温度計を提供することにある。また、本発
明の他の目的は、高温で高強度の光ファイバとして金属
管被覆の光ファイバを使用して溶鋼中への挿入を可能と
し、連続的な挿入では消費量が増大するが、間欠的な測
定で十分な精度が得られる消耗形光ファイバ温度計を提
供することにある。更に、本発明の目的は、光ファイバ
を用い高温溶融金属などの温度を高精度で、高速応答
で、安価に計測できる消耗形光ファイバ温度計を提供す
ることにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to make it possible to eliminate the influence of the length of an optical fiber in a consumable infrared thermometer using an optical fiber. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a consumable optical fiber thermometer capable of performing measurement with a high degree of accuracy and obtaining an optical fiber length from the progress of length correction. Another object of the present invention is to use a metal tube-coated optical fiber as a high-strength optical fiber at a high temperature so that the optical fiber can be inserted into molten steel. It is an object of the present invention to provide a consumable optical fiber thermometer capable of obtaining sufficient accuracy by basic measurement. A further object of the present invention is to provide a consumable optical fiber thermometer capable of measuring the temperature of a high-temperature molten metal or the like with high accuracy, high speed response, and low cost using an optical fiber.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明の一つの態様によ
る消耗形光ファイバ温度計は、測定対象物に先端が導入
され、先端から入射する放射光の導波路となる光ファイ
バと、光ファイバの後端側に配置され、光ファイバが受
光した光を異なった波長の光に2分する分波器と、分波
器からの異なった波長の光の輝度に基づいて指示温度を
それぞれ求める第1及び第2の温度計と、第1及び第2
の温度計の指示温度と、分波器により分波された光の実
効波長及びその実効波長に対応した伝達損失指数とに基
づいて、光ファイバの長さの変化を補正して真温度を求
める演算手段とを有する。
A consumable optical fiber thermometer according to one aspect of the present invention comprises: an optical fiber having a tip introduced into an object to be measured and serving as a waveguide for radiation emitted from the tip; A splitter that is disposed on the rear end side and splits the light received by the optical fiber into two lights of different wavelengths; and a second splitter that determines the indicated temperature based on the luminance of the light of the different wavelength from the splitter. 1st and 2nd thermometers, 1st and 2nd
An instruction temperature thermometer, based on the transmission loss exponent corresponding to the effective wavelength and the effective wavelength of the light demultiplexed by the demultiplexer, to correct for changes in length of the optical fiber determine the true temperature Computing means.

【0007】本発明の他の態様による消耗形光ファイバ
温度計は、真温度Toを求めるに際し下記の演算式のい
ずれかを用いる。 To=Ta−{λaDa/(λaDa−λbDb)}*(Ta−Tb) To=Tb−{λbDb/(λaDa−λbDb)}*(Ta−Tb) To=(−λbDbTa+λaDaTb)/(λaDa−λbDb) 但し、Ta,Tb:指示温度、 λa,λb:実効波長 Da,Db:伝送損失
A consumable optical fiber thermometer according to another aspect of the present invention uses one of the following arithmetic expressions when determining the true temperature To. To = Ta− {λaDa / (λaDa−λbDb)} * (Ta−Tb) To = Tb− {λbDb / (λaDa−λbDb)} * (Ta−Tb) To = (− λbDbTa + λaDaTb) / (λaDa−λbDb) Here, Ta, Tb: indicated temperature, λa, λb: effective wavelength Da, Db: transmission loss

【0008】本発明の他の態様による消耗形光ファイバ
温度計は、真温度Toを求めるに際し実験により係数を
求め下記のいずれかの式を用いる。 To=Ta−K1 *(Ta−Tb) To=Tb−K2 *(Ta−Tb) To=K3 Ta+K4 Tb 但し、K1 ,K2 ,K3 ,K4 :実験により求めた係数
In a consumable optical fiber thermometer according to another aspect of the present invention, a coefficient is obtained by experiment when obtaining the true temperature To, and one of the following equations is used. To = Ta−K1 * (Ta−Tb) To = Tb−K2 * (Ta−Tb) To = K3 Ta + K4 Tb where K1, K2, K3 and K4 are coefficients obtained by experiments.

【0009】本発明の他の態様による消耗形光ファイバ
温度計は、光ファイバ長(X)を次式のいずれかを用い
て求める。 X=Xo−C2 (Ta−Tb)/{To2 (λaDa−λbDb)} X=Xo−K5 (Ta−Tb) 但し、Xo:温度を校正したファイバ基準長 Ta,Tb:指示温度 λa,λb:実効波長 Da,Db:伝送損失 To:真温度 C2 :物理定数 K5 :実験により求めた係数
In a consumable optical fiber thermometer according to another aspect of the present invention, an optical fiber length (X) is obtained by using one of the following equations. X = Xo-C2 (Ta- Tb) / {To 2 (λaDa-λbDb)} X = Xo-K5 (Ta-Tb) where, Xo: fiber standards to calibrate the temperature length Ta, Tb: indicated temperature [lambda] a, [lambda] b : Effective wavelength Da, Db: Transmission loss To: True temperature C2: Physical constant K5: Coefficient obtained by experiment

【0010】本発明の他の態様による消耗形光ファイバ
温度計は、光ファイバとして通信用石英光ファイバを用
いる。本発明の他の態様による消耗形光ファイバ温度計
は、1つの実効波長を光通信石英ファイバの最も伝送損
失の小さい1.5μmから1.6μmの間とする。そし
て、他の1つの実効波長を0.8μmから1.0μmの
間とする。本発明の他の態様による消耗形光ファイバ温
度計は、光ファイバの芯線として通信用石英光ファイバ
を用い、被覆材としてSUSなどの金属管を用いた金属
管被覆光ファイバを用いる。そして、溶鋼などの溶融金
属の温度を測定する。
A consumable optical fiber thermometer according to another aspect of the present invention uses a quartz optical fiber for communication as an optical fiber. In a consumable optical fiber thermometer according to another aspect of the present invention, one effective wavelength is between 1.5 μm and 1.6 μm where the transmission loss of the optical communication quartz fiber is the smallest. Then, another effective wavelength is set between 0.8 μm and 1.0 μm. A consumable optical fiber thermometer according to another embodiment of the present invention uses a quartz optical fiber for communication as a core wire of the optical fiber, and uses a metal tube-coated optical fiber using a metal tube such as SUS as a coating material. Then, the temperature of the molten metal such as molten steel is measured.

【0011】本発明の他の態様による消耗形光ファイバ
温度計は、光ファイバの芯線として通信用石英光ファイ
バを用い、被覆材としてSUSなどの金属管を用いた金
属管被覆光ファイバを用い、光ファイバの先端温度と光
ファイバ長を同時に求める。本発明の他の態様による消
耗形光ファイバ温度計は、金属管被覆光ファイバを高炉
炉頂部から挿入し、装入物と同時に降下させ、金属管被
覆光ファイバの溶融位置と溶融温度を同時に計測するこ
とにより高炉溶融帯レベルの計測装置として用いられ
る。
A consumable optical fiber thermometer according to another aspect of the present invention uses a quartz optical fiber for communication as a core wire of the optical fiber and a metal tube coated optical fiber using a metal tube such as SUS as a coating material. The temperature of the tip of the optical fiber and the length of the optical fiber are simultaneously determined. In a consumable optical fiber thermometer according to another aspect of the present invention, a metal tube-coated optical fiber is inserted from the top of a blast furnace, lowered at the same time as a charge, and simultaneously measures a melting position and a melting temperature of the metal tube-coated optical fiber. By doing so, it is used as a measuring device for the blast furnace melting zone level.

【0012】[0012]

【実施例】本発明の消耗形光ファイバ温度計の計測原理
は下記の点に集約される。 (1) 光ファイバを導波してきた赤外光を2分し波長の異
なる2個の単色放射温度計を用いて測温し、2個の指示
温度から演算により真温度を求める。また、演算により
光ファイバ長も求める。 (2) 光ファイバとして、通信用の石英光ファイバを用
い、被覆材とてSUS管などの金属管を用いた金属管被
覆光ファイバをセンサとすることにより、高温での機械
強度を増し、溶鋼中への挿入を可能にしている。 まず、第1に光ファイバ長の影響を除く方法について説
明する。黒体の分光放射輝度はブランクの法射則により
次式で表される。 L(λ,T)=2C1 /{λ5 *(EXP(C2 /λT)−1)} (1) λT≦λmT (λmT=2.8978*10-3・k)
の領域ではウィーンの式で近似できる。 L(λ,T)=2C1 *EXP−(C2 /λT)/λ5 (2)
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The measurement principle of the consumable optical fiber thermometer of the present invention can be summarized as follows. (1) The infrared light guided through the optical fiber is divided into two, and the temperature is measured using two monochromatic radiation thermometers having different wavelengths, and the true temperature is obtained from the two indicated temperatures by calculation. Further, the length of the optical fiber is also obtained by calculation. (2) By using a quartz optical fiber for communication as the optical fiber and using a metal tube coated optical fiber using a metal tube such as a SUS tube as the coating material as a sensor, the mechanical strength at high temperatures is increased, Insertion into it is possible. First, a method for eliminating the influence of the optical fiber length will be described. The spectral radiance of a black body is expressed by the following equation according to the blank rule. L (λ, T) = 2C1 / {λ 5 * (EXP (C2 / λT) -1)} (1) λT ≦ λmT (λmT = 2.8978 * 10 -3 · k)
Can be approximated by the Wien equation. L (λ, T) = 2C1 * EXP- (C2 / λT) / λ 5 (2)

【0013】図1は消耗形光ファイバ温度計の構成を示
す図である。図において、1は金属管被覆光ファイバ、
2は光コネクタ、3は消耗形光ファイバ温度計、4は分
波器、5は光検出器(波長λa)、6は光検出器(波長
λb)、7,8は温度変換器(Ta,Tb)、9は演算
部、10は真温度出力であり11は光ァイバ長出力で
ある。12は光ファイバ供給ドラム、13は金属管被覆
光ファイバ挿入装置、14はモールド、15は溶鋼、1
6は浸漬ノズル、17はパウダである。
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a consumable optical fiber thermometer. In the figure, 1 is a metal tube coated optical fiber,
2 is an optical connector, 3 is a consumable optical fiber thermometer, 4 is a demultiplexer, 5 is a photodetector (wavelength λa), 6 is a photodetector (wavelength λb), and 7 and 8 are temperature converters (Ta, Tb) and 9 are operation units, 10 is a true temperature output, and 11 is an optical fiber length output. 12 is an optical fiber supply drum, 13 is a metal tube coated optical fiber insertion device, 14 is a mold, 15 is molten steel, 1
6 is an immersion nozzle and 17 is a powder.

【0014】消耗形光ファイバ温度計において、光ファ
イバの先端から進入した赤外光は、光ファイバの伝送損
失により減衰する。減衰特性は波長の関数になってい
る。最近の通信用の石英光ファイバの伝送損失は著しく
小さくなっているが、波長0.9μmで2−3dB/k
m、1.5μmで0.2−0.5dB/kmと言われて
いる。公表されている測定例を図2及び図3に示す。
In the consumable optical fiber thermometer, infrared light entering from the tip of the optical fiber is attenuated by the transmission loss of the optical fiber. The attenuation characteristic is a function of wavelength. Although the transmission loss of a recent quartz optical fiber for communication has become extremely small, it is 2-3 dB / k at a wavelength of 0.9 μm.
It is said to be 0.2-0.5 dB / km for m and 1.5 μm. Published measurement examples are shown in FIGS.

【0015】図2は通信用の石英光ファイバの伝送損失
(島田,林田:『光ファイバケーブル』P52、オーム
社、昭和62年発行)の特性図であり、図3も通信用の
石英光ファイバの伝送損失(島田,林田:『光ファイバ
ケーブル』P56、オーム社、昭和62年発行)の特性
図である。この図からも予想されるように、消耗形光フ
ァイバ温度計の出力はファイバ長の影響を受ける。実際
に0.9μmの波長の単色温度計でGIファイバ(50
/125μm)を用いて黒体炉で検定したところ、ファ
イバ長100mの基準値に対しファイバ長10mでは約
+10℃高めの指示値を示した。消耗形光ファイバ温度
計を使用するためには、ファイバ長が短くなっても指示
値が変動しない高精度な温度計測法が開発されなければ
ならない。
FIG. 2 is a characteristic diagram of transmission loss of a quartz optical fiber for communication (Shimada, Hayashida: "Optical Fiber Cable" P52, Ohmsha, published in 1987), and FIG. 3 is also a quartz optical fiber for communication. FIG. 6 is a characteristic diagram of transmission loss (Shimada, Hayashida: "Optical Fiber Cable" P56, Ohmsha, published in 1987). As expected from this figure, the output of the consumable optical fiber thermometer is affected by the fiber length. In practice, a GI fiber (50
/ 125 μm), the indicated value was about + 10 ° C. higher at a fiber length of 10 m than a reference value of a fiber length of 100 m. In order to use the consumable optical fiber thermometer, a highly accurate temperature measurement method in which the indicated value does not fluctuate even when the fiber length becomes short must be developed.

【0016】図1の実施例はこのような観点から開発さ
れたものであり、波長の異なる2波長の単色放射温度計
を用いている。この実施例では光ファイバの伝送損失が
波長によって異なることを積極的に利用している。基準
長で校正した2個の単色放射温度計の指示値が、ファイ
バ長が短くなるに従い指示値に差が生じることを利用
し、2個の指示値から真温度を演算によって求める。ま
た、この実施例ではファイバ長も同時に演算により求め
ている。
The embodiment shown in FIG. 1 has been developed from this point of view, and uses a monochromatic radiation thermometer having two different wavelengths. In this embodiment, the fact that the transmission loss of the optical fiber differs depending on the wavelength is positively used. Using the fact that the indicated values of the two monochromatic radiation thermometers calibrated with the reference length are different as the fiber length becomes shorter, the true temperature is calculated from the two indicated values. Further, in this embodiment, the fiber length is also obtained by calculation at the same time.

【0017】下記に単色放射温度計の2出力から真温度
を求める演算方法を示す。ここで、単色放射温度計の実
効波長をλa,λb(μm)とする。分光放射輝度はウ
ィーンの式で表される。 L(λa,T)=2C1 *EXP(−C2 /λaT)/λa5 (3) L(λb,T)=2C1 *EXP(−C2 /λbT)/λb5 (4) ここでC1 、C2 は物理定数である。 C1 = 2 h=5.9548*10-17 W・m2 C2 =Ch/k=0.014388m・k=14388μm・k
The calculation method for obtaining the true temperature from the two outputs of the monochromatic radiation thermometer will be described below. Here, the effective wavelengths of the monochromatic radiation thermometer are λa and λb (μm). The spectral radiance is expressed by the Wien equation. L (λa, T) = 2C1 * EXP (-C2 / λaT) / λa 5 (3) L (λb, T) = 2C1 * EXP (-C2 / λbT) / λb 5 (4) where C1, C2 are It is a physical constant. C1 = C 2 h = 5.9548 * 10 -17 W · m 2 C2 = Ch / k = 0.014388m · k = 14388μm · k

【0018】次に、光ファイバ長X(km)の変化によ
る減衰を次式で表す。 R(X)=EXP(−DX) (5) 一般にファイバの伝送損失は下記のように表される。 10*LOGR(X)=10*(−DX)LOG(e) =−10LOG(e)*DX 例えば損失が3dB/kmというような場合は下記の通
りである。 −10LOG(e)*D*1=−3 D=0.3/LOG(e) (dB/km) (6) ファイバ長Xの時の波長λa,λbの単色放射温度計の
輝度出力Va,Vbは(3)、(4)式と(5)式を掛
け合わせて表せる。 Va=A*{2C1 *EXP(−C2 /λaT)/λ5 } *EXP(−DX) Va=A*2C1 *EXP{(−C2 /λaT)−DX}/λa5 (7) Vb=B*{2C1 *EXP(−C2 /λbT)/λb5 } *EXP(−DX) Vb=B*2C1 *EXP{(−C2 /λbT)−DX}/λb5 (8) ここでA,Bは個々の機器の定数であり、Da,Dbは
波長λa,λbの伝送損失指数である。
Next, the attenuation due to the change in the optical fiber length X (km) is expressed by the following equation. R (X) = EXP (−DX) (5) In general, the transmission loss of a fiber is expressed as follows. 10 * LOGR (X) = 10 * (− DX) LOG (e) = − 10LOG (e) * DX For example, when the loss is 3 dB / km, it is as follows. −10 LOG (e) * D * 1 = −3 D = 0.3 / LOG (e) (dB / km) (6) Luminance output Va of monochromatic radiation thermometer of wavelength λa, λb at the fiber length X, Vb can be expressed by multiplying the expressions (3), (4) and (5). Va = A * {2C1 * EXP (-C2 / λaT) / λ a 5} * EXP (-DX) Va = A * 2C1 * EXP {(- C2 / λaT) -DX} / λa 5 (7) Vb = B * {2C1 * EXP (-C2 / λbT) / λb 5} * EXP (-DX) Vb = B * 2C1 * EXP {(- C2 / λbT) -DX} / λb 5 (8) where A, B Is a constant of each device, and Da and Db are transmission loss indices of wavelengths λa and λb.

【0019】ファイバ長Xo(km)の時に温度校正を
行う。この時の指示温度は測定温度範囲内で2個の単色
放射温度計の指示値Ta(Xo),Tb(Xo)は等し
い。 Ta(Xo)=Tb(Xo) ファイバ長がXoよりも短くなると伝送損失が減るの
で、両者とも指示温度が高くなる。この時両者の指示温
度に差が生じる。真温度をToとしたときの両者の指示
温度をTa,TbとXの関係を前述した式から計算し真
温度Toを求める。 A*2C1 *EXP{(−C2 /λaTo)−DaX}/λa5 =A*2C1 *EXP{(−C2 /λaTa)−DaXo}/λa5 これから (−C2 /λaTo)−DaX=(−C2 /λaTa)−DaXo −1/To+1/Ta=Da(X−Xo)*λa/C2 (Ta−To)=−TaTo*Da(X−Xo)*λa/C2 (Ta−To)がToに比べて十分小さいときは下記の式で近似できる。 Ta−To=−To2 *Da(X−Xo)*λa/C2 (9)
Temperature calibration is performed when the fiber length is Xo (km). At this time, the indicated values Ta (Xo) and Tb (Xo) of the two monochromatic radiation thermometers are equal within the measurement temperature range. Ta (Xo) = Tb (Xo) When the fiber length is shorter than Xo, the transmission loss is reduced, and the indicated temperature becomes higher in both cases. At this time, a difference occurs between the indicated temperatures. Assuming that the true temperature is To, the indicated temperatures of both are calculated from the above-described equation by calculating the relationship between Ta, Tb and X, and the true temperature To is obtained. A * 2C1 * EXP {(- C2 / λaTo) -DaX} / λa 5 = A * 2C1 * EXP {(- C2 / λaTa) -DaXo} / λa 5 now (-C2 / λaTo) -DaX = ( - C2 / ΛaTa) −DaXo−1 / To + 1 / Ta = Da (X−Xo) * λa / C2 (Ta−To) = − TaTo * Da (X−Xo) * λa / C2 (Ta−To) compared to To When it is sufficiently small, it can be approximated by the following equation. Ta−To = −To 2 * Da (X−Xo) * λa / C 2 (9)

【0020】同様にしてTbは(10)式で近似でき
る。 Tb−To=−To2 *Db(X−Xo)*λb/C2 (10) (9)、(10)式から指示温度差Ta−Tbが求められる。 Ta−Tb=−To2 *(X−Xo)*(Daλa−Dbλb)/C2 (11) (9)式と(11)式の比を取り(X−Xo)を消去する。 To=Ta−(Ta−Tb)*Daλa/(Daλa−Dbλb) (12) (10)式と(11)式から同様にして次式が求められる。 To=Tb−(Ta−Tb)*Dbλb/(Daλa−Dbλb) (13) (13)式から To=(Deλa*Tb−Dbλb*Ta)/(Daλa−Dbλb) (14) 以上のようにして真温度Toは、2個の単色放射温度計
の指示温度から(12),(13),(14)式のいず
れかにより求められる。
Similarly, Tb can be approximated by equation (10). Tb-To = -To 2 * Db (X-Xo) * λb / C2 (10) (9), obtained indicated temperature difference Ta-Tb from (10). Ta−Tb = −To 2 * (X−Xo) * (Daλa−Dbλb) / C2 (11) By taking the ratio of the expressions (9) and (11), (X−Xo) is eliminated. To = Ta− (Ta−Tb) * Daλa / (Daλa−Dbλb) (12) The following equation is similarly obtained from equations (10) and (11). To = Tb− (Ta−Tb) * Dbλb / (Daλa−Dbλb) (13) From expression (13), To = (Deλa * Tb−Dbλb * Ta) / (Daλa−Dbλb) (14) The true temperature To is obtained from any of the indicated temperatures of the two monochromatic radiation thermometers by any of the equations (12), (13), and (14).

【0021】各式の係数は、λa,λb,Da,Dbを
数値として与えることも可能であるし、実際に異なる2
点の長さのファイバを用いて黒体炉による温度計測を行
い、実験値から決めることも可能である。実験式は下記
の通りである。 To=Ta−K1 *(Ta−Tb) (12-a) To=Tb−K2 *(Ta−Tb) (13-a) To=K3 *Tb−K4 *Ta (14-a) (9)、(10)式から指示温度誤差がファイバ長に線
形に変化することが示されている。この現象は直感的に
分かりにくいが、分光放射輝度および伝送損失が温度と
ファイバ長Xのそれぞれ指数関数で表されるからであ
る。次にこの関数を実施例で計算してみる。
As the coefficients of the equations, λa, λb, Da, and Db can be given as numerical values, and actually differ from each other.
It is also possible to measure the temperature with a blackbody furnace using a fiber with a point length and determine it from experimental values. The empirical formula is as follows. To = Ta-K1 * (Ta-Tb) (12-a) To = Tb-K2 * (Ta-Tb) (13-a) To = K3 * Tb-K4 * Ta (14-a) (9), Equation (10) shows that the indicated temperature error changes linearly with the fiber length. Although this phenomenon is difficult to understand intuitively, spectral radiance and transmission loss are represented by exponential functions of temperature and fiber length X, respectively. Next, this function will be calculated in an embodiment.

【0022】実施例1. 単色放射温度計 No. 1 Si λa=0.9μm No. 2 Ge λb=1.5μm 光ファイバ 通信用GI 損失(0.9 μm) 3dB/km Da=0.6907 損失(1.5 μm) 0.5 dB/km Db=0.1151 測定温度 1800K(1527℃) 溶鋼温度の凝
固前の温度に相当 計算は(9)式及び(10)式を用いた。 ファイバ基準長 Xo=0.5kmの時の指示誤差を計
算により求めると、次の表1に示すとおりである。
Embodiment 1 FIG. Monochromatic radiation thermometer No. 1 Si λa = 0.9 μm No. 2 Ge λb = 1.5 μm GI loss for optical fiber communication (0.9 μm) 3 dB / km Da = 0.6907 Loss (1.5 μm) 0.5 dB / km Db = 0.1151 Measurement temperature 1800K (1527 ° C) Equivalent to the molten steel temperature before solidification Calculations were made using equations (9) and (10). An indication error when the fiber reference length Xo = 0.5 km is obtained by calculation, as shown in Table 1 below.

【0023】[0023]

【表1】 [Table 1]

【0024】図4はこの計算結果を示した特性図であ
る。この図からも指示誤差がファイバ長に対して線形に
変化しており、この関係からファイバ長を測定せずに、
真温度Toを求められることが分かる。
FIG. 4 is a characteristic diagram showing the result of this calculation. From this figure also, the indication error changes linearly with the fiber length. From this relationship, without measuring the fiber length,
It can be seen that the true temperature To is required.

【0025】次にファイバ長Xを求める式を説明する。
これは(11)式から求められる。 (X−Xo)=−(Ta−Tb)*C2 / {To2 (Daλa−Dbλb)} (15) X=Xo−(Ta−Tb)*C2 /{To2 (Daλa−Dbλb)} 実験式として次式が得られる。 X=Xo−K5 *(Ta−Tb) (15-a) 上記の実施例1.の定数を挿入すると次式で表せる。 (X−Xo)=−0.009890(Ta−Tb) X=Xo−0.009890(Ta−Tb) この関係からTa−Tb=1℃の時 ファイバ長は0.
00989km=約10m短い。Ta−Tb=0.1℃
の時ファイバ長は約1m短いことを示している。上記値
は精度の面でも同じことが言える。指示温度の精度が
0.1℃であれば、ファイバ長の演算精度は1mが期待
できる。ファイバ長の測定精度を上げるには単色放射温
度計の実効波長を光ファイバの伝送損失の大きな波長と
小さな波長の組み合わせにすれば良い。
Next, an equation for obtaining the fiber length X will be described.
This is obtained from equation (11). (X−Xo) = − (Ta−Tb) * C 2 / {To 2 (Daλa−Dbλb)} (15) X = Xo− (Ta−Tb) * C 2 / {To 2 (Daλa−Dbλb)} Experimental formula The following equation is obtained. X = Xo-K5 * (Ta-Tb) (15-a) By inserting the constant of (X-Xo) =-0.009890 (Ta-Tb) X = Xo-0.009890 (Ta-Tb) From this relationship, when Ta-Tb = 1.degree.
0089 km = about 10 m shorter. Ta−Tb = 0.1 ° C.
At this time, the fiber length is about 1 m shorter. The above values are the same in terms of accuracy. If the accuracy of the indicated temperature is 0.1 ° C., the calculation accuracy of the fiber length can be expected to be 1 m. In order to improve the measurement accuracy of the fiber length, the effective wavelength of the monochromatic radiation thermometer may be a combination of a wavelength having a large transmission loss and a wavelength having a small transmission loss.

【0026】また、表1から明らかなように指示誤差は
伝送損失の小さいGeの検出器の単色放射温度計の方が
小さい。ファイバ長が短い範囲のみを使用するのであれ
ば、要求度が低い場合はGe単色温度計で間に合うこと
もある。更に、表1から本発明において2個のSi,G
eの単色温度計を使用すると、ファイバ長が500mの
場合でも容易に高精度が実現できることが予想される。
As is clear from Table 1, the indication error is smaller in the monochromatic radiation thermometer of the Ge detector having a small transmission loss. If only a short fiber length range is used, a Ge monochromatic thermometer may be sufficient if the degree of demand is low. Furthermore, Table 1 shows that two Si, G
It is expected that the use of the monochromatic thermometer e can easily achieve high accuracy even when the fiber length is 500 m.

【0027】図5は実際の測定例を示した特性図であ
る。この特性図は10−500mの実験結果であるが、
全長にわたった補正後の値は±1℃の範囲に入ってい
る。このことは光ファイバ放射温度計を消耗形温度計と
して使用することが工業的にみてたいへん価値が高いこ
とを示している。500mの長尺の光ファイバが使用で
きることは取り替え頻度が減り、ファイバの使用効率が
向上するので、その経済効果は大きい。
FIG. 5 is a characteristic diagram showing an actual measurement example. This characteristic diagram is an experimental result of 10-500 m,
The value after correction over the entire length falls within the range of ± 1 ° C. This indicates that the use of an optical fiber radiation thermometer as a consumable thermometer is extremely valuable industrially. The fact that a long optical fiber of 500 m can be used reduces the frequency of replacement and improves the use efficiency of the fiber, so that its economic effect is large.

【0028】また、本発明によりファイバ長を求められ
ることを示したが、今後この計測原理を応用した計測法
の開発が期待できる。例えば現在高炉の溶融帯レベル計
として、電気パルス法(TDR)や熱電対法が使用され
ている。TDR法は溶融位置は計測できるが、溶融温度
は計測できない。一方、熱電対法は挿入物の温度分布と
溶融時の温度分布は測定できるが、溶融位置の計測はで
きない。また、温接点が一度溶融してしまえばそれ以降
は計測不可能である。
Further, it has been shown that the fiber length can be obtained by the present invention, but it is expected that a measuring method using this measuring principle will be developed in the future. For example, an electric pulse method (TDR) or a thermocouple method is currently used as a melting zone level meter of a blast furnace. The TDR method can measure the melting position but cannot measure the melting temperature. On the other hand, the thermocouple method can measure the temperature distribution of the insert and the temperature distribution during melting, but cannot measure the melting position. Further, once the hot junction has melted, it cannot be measured thereafter.

【0029】図6は本発明の金属管被覆光ファイバ消耗
形温度計を高炉溶融帯レベル計に使用した場合の構成図
を示す図である。図において、20はメジャリングロー
ル、21は装入長さカウンタ、22は溶融レベル演算
器、23は記録計、24は高炉、25は装入装置、26
は炉内装入物であり、27は羽口である。本発明の光フ
ァイバを挿入する方法では、光ファイバの先端温度の計
測とファイバ長さの計測とを同時に行えるので従来法よ
りも情報量が著しく増大する。ファイバがなくなるまで
計測できるので経済的でもある。
FIG. 6 is a diagram showing a configuration when the metal tube-coated optical fiber consumable thermometer of the present invention is used for a blast furnace melting zone level meter. In the drawing, 20 is a measuring roll, 21 is a charging length counter, 22 is a melting level calculator, 23 is a recorder, 24 is a blast furnace, 25 is a charging device, 26
Is a furnace interior container, and 27 is a tuyere. In the method of inserting an optical fiber according to the present invention, the measurement of the temperature of the tip of the optical fiber and the measurement of the fiber length can be performed at the same time. It is economical because measurement can be performed until the fiber runs out.

【0030】なお、ここで使用する光ファイバは通常の
ものでは機械的強度が足りず測定できない。温度計測方
法としては高精度のものが開発できたが、高温に耐え機
械強度の高い光ファイバが存在しなければ計測が実現で
きず工業的な意味もなくなる。
Incidentally, the optical fiber used here cannot be measured because of its insufficient mechanical strength with a normal optical fiber. Although a high-precision temperature measurement method could be developed, the measurement could not be realized without an optical fiber that can withstand high temperatures and has high mechanical strength, and would have no industrial significance.

【0031】次に、高温の温度計測を実現するための光
ファイバについて説明する。溶融金属の温度を計測する
方法としては、光ファイバを連続的に供給しながら、赤
外線放射温度計で計測する方法が提案されているが、通
常の光ファイバでは耐熱性が不足し強度も不足してお
り、連続的に溶融金属中に装入することが出来ず、実際
には測定できていない。そこで、光ファイバの浸漬形温
度計を実現するには、光ファイバの機械強度を増すこと
が必要である。本発明では機械的強度向上の方法として
金属管被覆の光ファイバを用いている。
Next, an optical fiber for realizing high temperature measurement will be described. As a method of measuring the temperature of molten metal, a method of measuring with an infrared radiation thermometer while continuously supplying an optical fiber has been proposed.However, ordinary optical fibers have insufficient heat resistance and insufficient strength. It cannot be continuously charged into the molten metal and has not been actually measured. Therefore, in order to realize an optical fiber immersion thermometer, it is necessary to increase the mechanical strength of the optical fiber. In the present invention, an optical fiber coated with a metal tube is used as a method for improving mechanical strength.

【0032】下記に金属管被覆光ファイバで溶鋼の温度
計測をする場合について実施例を挙げて説明する。 1)金属管被覆光ファイバ 図7は金属管被覆光ファイバの断面構造を示した図であ
る。図において、30は金属管であり、内硅が0.7m
m、外径が0.9mmである。31は石英光ファイバで
あり、コア計50μm、クラッド計125μmである。
32は被覆であり、被覆外径は150μmである。
The case where the temperature of molten steel is measured with an optical fiber coated with a metal tube will be described below by way of examples. 1) Metal Tube-Coated Optical Fiber FIG. 7 is a diagram showing a cross-sectional structure of a metal tube-coated optical fiber. In the figure, reference numeral 30 denotes a metal tube, and the inner silicon is 0.7 m.
m, the outer diameter is 0.9 mm. A quartz optical fiber 31 has a core of 50 μm and a clad of 125 μm.
Reference numeral 32 denotes a coating, and the coating has an outer diameter of 150 μm.

【0033】A.光ファイバの材質 ・測定温度が溶銑溶鋼を対象としており、1480〜1
650℃と高温であるので、軟化点が1600℃以上で
融点が1800℃以上の材料である石英ファイバを使用
する。有機質のファイバでは耐熱性が不足する。 ・通信用に開発された光ファイバの、近赤外の伝送損失
は極めて小さく、赤外放射温温度計に適している。通信
用ではコア径が10〜50μmのものが通常使用されて
いる。光通信用のファイバは生産量が多いこと、ファイ
バの使用量が大口径のものより少ない、などの理由によ
り低価格である。
A. Optical fiber material ・ Measurement temperature is for hot metal molten steel.
Since the temperature is as high as 650 ° C., a quartz fiber which is a material having a softening point of 1600 ° C. or higher and a melting point of 1800 ° C. or higher is used. Organic fibers have insufficient heat resistance. -Near-infrared transmission loss of optical fiber developed for communication is extremely small, and it is suitable for infrared radiation thermometer. For communication, those having a core diameter of 10 to 50 μm are usually used. Fibers for optical communication are inexpensive due to the large production volume and the smaller amount of fibers used than those with large diameters.

【0034】B.金属被覆管光ファイバ (金属管被覆の目的)前記公開公報(特開昭62−19
727号公報「溶融金属の浸漬温度計」)には、光ファ
イバを溶融中に連続的に供給して温度計測すると記載さ
れている。しかし、ファイバとしての構造が特定されて
いない。通常の光ファイバはビニール被覆されている。
このファイバを溶鋼に近接させればビニール被覆は加熱
され燃え出す。被覆が燃えると石英の芯線が残るが、強
度が著しく低下して溶鋼中にいれようとすれば折れてし
まい挿入が困難である。溶鋼の上部にはスラグや、焼き
籾、パウダ、などの被覆が残っていることが多くビニー
ル被覆のファイバでは溶鋼中に装入が不可能であること
が分かる。この問題点を解決するために、本発明におい
ては金属管被覆光ファイバを用いている。金属管の強度
が高く容易に溶鋼中に挿入できる。
B. Metal clad tube optical fiber (Purpose of metal tube cladding)
No. 727, “Immersion Thermometer for Molten Metal”) describes that an optical fiber is continuously supplied during melting to measure the temperature. However, the structure as a fiber is not specified. Normal optical fibers are vinyl-coated.
If this fiber is brought close to molten steel, the vinyl coating is heated and burns out. When the coating burns, the core wire of quartz remains, but the strength is remarkably reduced, and if it is put into molten steel, it will break and it will be difficult to insert it. It can be seen that the coating of slag, roasted rice, powder, etc. often remains on the upper part of the molten steel, and it is impossible to charge the molten steel with the vinyl-coated fiber. In order to solve this problem, the present invention uses a metal tube-coated optical fiber. The metal tube has high strength and can be easily inserted into molten steel.

【0035】金属管に要求される性質としては、 溶銑温度が溶銑・溶鋼と近いこと 1400℃近くまで強度を保つこと 溶解しても測定対象の成分に影響を与えないこと 以上の観点から考えた場合鋼管か、ステンレス管が好ま
しい。幸いステンレス管被覆のファイバが開発され長尺
の金属管被覆光ファイバを入手可能でありこれを使用す
る。金属管としてステンレス管を用いる。ステンレスの
主成分は鉄であり、融点は1450℃近傍であり強度も
十分である。またステンレスが溶融して溶鋼、溶銑中に
入っても問題を生じない。合金成分であるCr,Niは
微量であり問題ない。被覆材料がAl、Cuなどの場合
は融点が低く上記条件を満たすことは困難であり使用で
きない。溶融温度が高い金属の場合で比重が溶鋼より大
きい場合には、万一溶鋼中で断線した場合にその線は溶
解しないため凝固した場合にその中に介在物として残
り、欠陥の原因となるので好ましくない。
The properties required of the metal tube are that the hot metal temperature is close to that of the hot metal and molten steel, and that the strength is maintained at around 1400 ° C. That the melting does not affect the components to be measured. In this case, a steel pipe or a stainless steel pipe is preferable. Fortunately, a stainless steel tube-coated fiber has been developed, and a long metal tube-coated optical fiber is available and used. A stainless steel tube is used as the metal tube. The main component of stainless steel is iron, which has a melting point of about 1450 ° C. and has sufficient strength. Also, there is no problem even if stainless steel is melted and enters molten steel and hot metal. The amounts of Cr and Ni, which are alloy components, are very small and there is no problem. When the coating material is Al, Cu, or the like, the melting point is low and it is difficult to satisfy the above conditions, so that it cannot be used. If the specific temperature is higher than the molten steel in the case of a metal with a high melting temperature, if the wire breaks in the molten steel, the wire will not melt, so if it solidifies, it will remain as an inclusion in it and cause defects. Not preferred.

【0036】(金属管被覆光ファイバの構造) 金属管被覆ファイバに必要な条件 A・強度が十分あること。溶鋼に挿入できること。この
ためには、太い金属管が望ましい。 B・温度の応答性が早いこと。 金属管被覆光ファイバの浸漬形温度計の計測原理は、光
ファイバの先端が溶鋼中に浸漬すると金属被覆管も温度
上昇し溶鋼温度と同一温度になるので、光ファイバは溶
鋼と同一温度の環境に浸漬したことになる。この状況は
光ファイバが黒体中に挿入された場合と同じである。黒
体炉で金属管被覆ファイバを挿入した場合に温度計の応
答速度は光ファイバの先端が金属管より外にでていると
きの方が速い。
(Structure of Metal Tube-Coated Optical Fiber) Conditions Required for Metal Tube-Coated Fiber A. Sufficient strength. Be able to insert into molten steel. For this purpose, a thick metal tube is desirable. B. Fast response of temperature. The measurement principle of the immersion-type thermometer for metal-tube-coated optical fiber is that when the tip of the optical fiber is immersed in molten steel, the temperature of the metal-coated tube rises and becomes the same as the molten steel temperature. It will be immersed in. This situation is the same as when an optical fiber is inserted into a black body. When a metal tube-coated fiber is inserted in a black body furnace, the response speed of the thermometer is faster when the tip of the optical fiber is outside the metal tube.

【0037】図8は金属管被覆光ファイバの黒体炉校正
時のファイバの先端形状と応答速度との関係を示した図
である。この結果は光ファイバが金属管の中に、又は先
端の位置が等しいときは、金属管の温度が黒体温度に等
しくなるまでの温度上昇している間は、指示温度が上昇
していることが分かる。金属管の温度上昇速度が温度計
の温度速度に大きく影響していることが分かる。このた
め、細い肉厚の薄い金属管が好ましいことになる。以上
のA,Bの結果から金属管の太さ肉厚には使用状況に応
じ、適切な値があることが分かる。
FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the shape of the tip of the metal tube coated optical fiber and the response speed when calibrating the blackbody furnace. The result is that if the optical fiber is in the metal tube or the tip positions are equal, the indicated temperature must be increased while the temperature of the metal tube is increasing to the blackbody temperature. I understand. It can be seen that the temperature rise rate of the metal tube greatly affects the temperature rate of the thermometer. For this reason, a thin metal tube having a small thickness is preferable. From the results of the above A and B, it can be seen that there is an appropriate value for the thickness and the thickness of the metal tube according to the use condition.

【0038】次に、金属管被覆光ファイバを用いた溶鋼
温度計測の実施例を示す。 実施例2. 光ファイバ GIファイバ コア径:50μm クラッド径:125μm 金属管:SUS 外径:0.9mm 内径:0.7mm 長さ:150m 赤外検出器 Si検出器 実効波長:0.9μm 単色放射温度計 温度測定範囲 800〜1600℃ 図9はこの測定器で黒体炉検定した場合の出力電圧と温
度との関係を示した図である。
Next, an example of measuring the temperature of molten steel using an optical fiber coated with a metal tube will be described. Embodiment 2. FIG. Optical fiber GI fiber Core diameter: 50 μm Cladding diameter: 125 μm Metal tube: SUS Outer diameter: 0.9 mm Inner diameter: 0.7 mm Length: 150 m Infrared detector Si detector Effective wavelength: 0.9 μm Monochromatic radiation thermometer Temperature measurement Range: 800 to 1600 ° C. FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the output voltage and the temperature when the blackbody furnace test is performed with this measuring instrument.

【0039】図10は光ファイバ消耗形温度計を用いて
CCのタンディッシュで測定したときの測定系統図であ
る。図おいて、40はタンディシュ、41は光ファイバ
装入孔、42はノズルストッパである。図11は金属管
被覆の光ファイバを使用した光ファイバ浸漬形温度計で
タンディッシュで測定した結果を示す図である。静止溶
鋼中に浸漬すると指示温度がブラトウを示した後、指示
温度が図11に示すように指示値が下がる。これはステ
ンレス管が溶解してしまい、光ファイバが断線し測定位
置が後退するためと考えられる。最高温度は1555℃
を示した。同時に測定している連続式熱電対温度の指示
値は1561℃であった。光ファイバ温度計の計測精度
が高いことが実証された。光ファイバが断線後は指示値
が急激に下がることから連続式よりは間欠式測定方法が
適していると言える。間欠測定の場合は応答性が速いこ
とが要求される。SUS管の外径が0.9mmの金属管
被覆光ファイバは応答性が十分に速いことが実証され
た。
FIG. 10 is a measurement system diagram when the measurement is performed with a tundish of CC using an optical fiber consumable thermometer. In the figure, 40 is a tundish, 41 is an optical fiber insertion hole, and 42 is a nozzle stopper. FIG. 11 is a diagram showing the results of measurement with a tundish using an optical fiber immersion type thermometer using an optical fiber coated with a metal tube. When immersed in static molten steel, the indicated temperature shows blackout, and then the indicated temperature decreases as shown in FIG. This is considered to be because the stainless steel tube was melted, the optical fiber was disconnected, and the measurement position receded. Maximum temperature is 1555 ° C
showed that. The indicated value of the continuous thermocouple temperature measured at the same time was 1561 ° C. The measurement accuracy of the optical fiber thermometer was proved to be high. Since the indicated value drops sharply after the optical fiber is disconnected, it can be said that the intermittent measurement method is more suitable than the continuous measurement method. In the case of intermittent measurement, fast response is required. It has been proved that the metal tube-coated optical fiber having the outer diameter of the SUS tube of 0.9 mm has a sufficiently fast response.

【0040】図12はタンディシュと同じ計測条件でC
Cモールドで計測した場合の測定系統図を示す図であ
り、図13〜図15はその測定結果を示した図である。
図13は金属管被覆光ファイバを低速で挿入した場合の
波形である。この場合にはモールドのオッシレーション
の影響を受け、液面変動に対応して指示温度は大きく変
動している。ピーク温度は1510℃で溶鋼温度を示
し、低温側はパウダーの温度を示していると考えられ
る。
FIG. 12 shows C under the same measurement conditions as in the tundish.
It is a figure which shows the measurement system diagram at the time of measuring by C mold, and FIGS. 13-15 is the figure which showed the measurement result.
FIG. 13 shows waveforms when the metal tube-coated optical fiber is inserted at a low speed. In this case, the indicated temperature fluctuates greatly in response to the liquid level fluctuation due to the influence of the oscillation of the mold. It is considered that the peak temperature indicates the molten steel temperature at 1510 ° C., and the low temperature side indicates the powder temperature.

【0041】図14は金属管被覆光ファイバを比較的高
速で挿入した場合の波形である。振動的な温度指示に変
わりがないが、振幅は小さくなっている。しかし、ピー
ク温度は1510℃で変わりはない。図15は挿入長を
液面下2から3cm程度になるように調整し高速で溶鋼
面に挿入した時の波形である。この場合にはピークが1
個観測されるだけである。そのピーク値は他の場合と同
じく約1510℃を示した。以上の実験結果により、金
属管被覆光ファイバを用いれば容易に溶鋼中にファイバ
を挿入でき、温度を測定できることが実証された。
FIG. 14 shows waveforms when a metal tube-coated optical fiber is inserted at a relatively high speed. The oscillating temperature indication remains the same, but the amplitude is smaller. However, the peak temperature remains unchanged at 1510 ° C. FIG. 15 shows a waveform when the insertion length is adjusted to be about 2 to 3 cm below the liquid surface and the liquid is inserted into the molten steel surface at a high speed. In this case, the peak is 1
Only one is observed. Its peak value was about 1510 ° C. as in the other cases. From the above experimental results, it was proved that the use of the metal tube-coated optical fiber makes it possible to easily insert the fiber into molten steel and to measure the temperature.

【0042】[0042]

【発明の効果】以上のように本発明によれば次の効果が
得られている。 1)熱電対を用いた消耗形浸漬温度計に代わって、安価
で高精度な温度計測を可能にしており、工業的な価値は
極めて大きなものである。 2)消耗形光ファイバ温度計の最大の問題点であるファ
イバ長の影響が補正できるので、このことにより多大な
効果が得られる。1500℃以上の高温測定を再現性±
2℃で簡単に実施できることは、極めて大きな効果を生
む。 3)温度計測と同時にファイバ長も同時計測でき、これ
により新しい複合計測の可能性が生じ、今後産業への利
用が期待できる。 4)金属管被覆光ファイバを用いておりこれにより強度
が増し、高温領域での計測が実現されたことにより、高
温を扱う工業に取って効果が大である。 5)また、金属管光ファイバの外径が1mm程度と小さ
いので、従来測定が困難であったCCモールド内の温度
計測の例にみられるように測温可能場所が増大する。従
来の放射温度計や消耗形熱電対は、測定のためにかなり
長い直線部を必要としたが金属管被覆光ファイバは曲げ
ることも可能であり、狭い空間で測定できるのでこの点
でも有利である。 6)金属管光ファイバは通信分野で利用されており、そ
の価格は量産効果により比較的低価格に維持されている
この低価格の金属管光ファイバの利用により定価格での
測温が実現したので鉄鋼プロセスでの測温回数が増え、
制御精度が向上し歩留まり向上に、操業の安定化の面で
大きな効果を上げ貢献した。
As described above, according to the present invention, the following effects are obtained. 1) Instead of a consumable immersion thermometer using a thermocouple, inexpensive and highly accurate temperature measurement is possible, and the industrial value is extremely large. 2) Since the influence of the fiber length, which is the biggest problem of the consumable optical fiber thermometer, can be corrected, a great effect can be obtained. Reproducibility of high temperature measurement over 1500 ° C ±
The simplicity of operation at 2 ° C. has a very great effect. 3) The fiber length can be measured at the same time as the temperature measurement, which gives rise to the possibility of a new composite measurement and is expected to be used in industry in the future. 4) Since a metal tube-coated optical fiber is used, the strength is increased, and measurement in a high-temperature region is realized, which has a great effect for an industry dealing with high temperatures. 5) Also, since the outer diameter of the metal tube optical fiber is as small as about 1 mm, the number of places where the temperature can be measured increases as seen in the temperature measurement inside the CC mold, which has been difficult to measure conventionally. Conventional radiation thermometers and consumable thermocouples require a fairly long straight section for measurement, but metal tube-coated optical fibers can be bent and can be measured in a small space, which is also advantageous in this respect. . 6) Metal tube optical fiber is used in the telecommunications field, and its price is kept relatively low due to mass production effects. Use of this low-cost metal tube optical fiber has made it possible to measure temperature at a fixed price. Therefore, the number of temperature measurements in the steel process increases,
The control accuracy has been improved and the yield has been improved, contributing to the stabilization of operations with a significant effect.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】消耗形光ファイバ温度計の原理構成図である。FIG. 1 is a principle configuration diagram of a consumable optical fiber thermometer.

【図2】通信用石英光ファイバの伝送損失を示す特性図
である。
FIG. 2 is a characteristic diagram showing transmission loss of a quartz optical fiber for communication.

【図3】通信用石英光ファイバの伝送損失を示す特性図
である。
FIG. 3 is a characteristic diagram showing transmission loss of a quartz optical fiber for communication.

【図4】2個の単色放射温度計の指示温度差(計算値)
を示す特性図である。
FIG. 4 shows the indicated temperature difference between two monochromatic radiation thermometers (calculated value)
FIG.

【図5】2個の単色放射温度計の指示温温度差及び補正
後の誤差(実験値)を示す特性図である。
FIG. 5 is a characteristic diagram showing an indicated temperature difference between two monochromatic radiation thermometers and an error (experimental value) after correction.

【図6】消耗形光ファイバ温度計を用いた高炉溶融帯レ
ベル計の構成図である。
FIG. 6 is a configuration diagram of a blast furnace melting zone level meter using a consumable optical fiber thermometer.

【図7】金属管被覆光ファイバの断面図である。FIG. 7 is a sectional view of a metal tube-coated optical fiber.

【図8】金属管被覆光ファイバの黒体炉校正時のファイ
バ先端形状と応答速度の関係を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a relationship between a fiber tip shape and a response speed at the time of blackbody furnace calibration of a metal tube-coated optical fiber.

【図9】Si単色放射温度計の温度と出力電圧の関係を
示す特性図である。
FIG. 9 is a characteristic diagram showing a relationship between a temperature and an output voltage of a Si monochromatic radiation thermometer.

【図10】CCタンディッシュでの測定系統を示す図で
ある。
FIG. 10 is a diagram showing a measurement system in a CC tundish.

【図11】CCタンディッシュでの温度測定結果を示す
特性図である。
FIG. 11 is a characteristic diagram showing a temperature measurement result in a CC tundish.

【図12】CCモールドでの測定系統を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing a measurement system in a CC mold.

【図13】CCモールドでの温度測定結果を示す図であ
る。
FIG. 13 is a diagram showing a result of temperature measurement in a CC mold.

【図14】CCモールドでの温度測定結果を示す図であ
る。
FIG. 14 is a diagram showing a result of temperature measurement in a CC mold.

【図15】CCモールドでの温度測定結果を示す図であ
る。
FIG. 15 is a diagram showing a result of temperature measurement in a CC mold.

【図16】消耗形浸漬熱電対の構成を示す図である。FIG. 16 is a view showing a configuration of a consumable immersion thermocouple.

【図17】連続式溶鋼温度計(熱電対)の構成を示す図
である。
FIG. 17 is a diagram showing a configuration of a continuous molten steel thermometer (thermocouple).

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 金属管被覆光ファイバ 2 光コネクタ 3 消耗形光ファイバ温度計 4 分波器 5 光検出器(λa) 6 光検出器(λb) 7,8 温度変換器(Ta,Tb) 9 演算部10 真温度出力11 光ファイバ長出力12 光ファイバ供給ドラム13 金属管被覆光ファイバ挿入装置14 モールド 15 溶鋼 16 浸漬ノズル 17 パウダ 20 メジャリングロール 21 挿入長さカウンタ 22 溶融帯レベル演算 23 記録計 24 高炉 25 挿入装置 26 炉内挿入物 27 羽口 30 金属管 31 石英光ファイバ 32 被膜 40 タンディッシュ 41 光ファイバ挿入孔 42 ノズルストッパREFERENCE SIGNS LIST 1 metal tube-coated optical fiber 2 optical connector 3 consumable optical fiber thermometer 4 splitter 5 photodetector (λa) 6 photodetector (λb) 7,8 temperature converter (Ta, Tb) 9 arithmetic unit 10 true Temperature output 11 Optical fiber length output 12 Optical fiber supply drum 13 Metal tube coated optical fiber insertion device 14 Mold 15 Molten steel 16 Immersion nozzle 17 Powder 20 Measuring roll 21 Insertion length counter 22 Melt zone level calculation 23 Recorder 24 Blast furnace 25 Insertion Device 26 Furnace insert 27 Tuyere 30 Metal tube 31 Quartz optical fiber 32 Coating 40 Tundish 41 Optical fiber insertion hole 42 Nozzle stopper

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01J 5/08 G01K 11/12 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) G01J 5/08 G01K 11/12

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 測定対象物に先端が導入され、先端から
入射する放射光の導波路となる光ファイバと、 該光ファイバの後端側に配置され、前記光ファイバが受
光した光を異なった波長の光に2分する分波器と、 該分波器からの異なった波長の光の輝度に基づいて指示
温度をそれぞれ求める第1及び第2の温度計と、 該第1及び第2の温度計の指示温度と、前記分波器によ
り分波された光の実効波長及びその実効波長に対応した
伝達損失指数とに基づいて、光ファイバの長さの変化を
補正して真温度を求める演算手段とを有することを特徴
とする消耗形光ファイバ温度計。
1. An optical fiber, which has a tip introduced into an object to be measured and serves as a waveguide for radiated light incident from the tip, and a light which is disposed on a rear end side of the optical fiber and receives light received by the optical fiber. A demultiplexer that divides the light into two wavelengths, first and second thermometers each for obtaining an indicated temperature based on the luminance of light of a different wavelength from the demultiplexer; and the first and second thermometers. Indicated temperature of the thermometer, and corresponded to the effective wavelength of the light demultiplexed by the demultiplexer and its effective wavelength.
A consumable optical fiber thermometer comprising: a calculating means for correcting a change in the length of the optical fiber based on the transmission loss index to obtain a true temperature.
【請求項2】 真温度Toを求めるに際し下記の演算式
のいずれかを用いることを特徴とする請求項1記載の消
耗形光ファイバ温度計。 To=Ta−{λaDa/(λaDa−λbDb)}*(Ta−Tb) To=Tb−{λbDb/(λaDa−λbDb)}*(Ta−Tb) To=(−λbDbTa+λaDaTb)/(λaDa−λbDb) 但し、Ta,Tb:指示温度、 λa,λb:実効波長 Da,Db:伝送損失
2. The consumable optical fiber thermometer according to claim 1, wherein any one of the following arithmetic expressions is used to determine the true temperature To. To = Ta− {λaDa / (λaDa−λbDb)} * (Ta−Tb) To = Tb− {λbDb / (λaDa−λbDb)} * (Ta−Tb) To = (− λbDbTa + λaDaTb) / (λaDa−λbDb) Here, Ta, Tb: indicated temperature, λa, λb: effective wavelength Da, Db: transmission loss
【請求項3】 真温度Toを求めるに際し実験により係
数を求め、下記のいずれかの式を用いることを特徴とす
る請求項1記載の消耗形光ファイバ温度計。 To=Ta−K1 *(Ta−Tb) To=Tb−K2 *(Ta−Tb) To=K3 Ta+K4 Tb 但し、K1 ,K2 ,K3 ,K4 :実験により求めた係数
3. The consumable optical fiber thermometer according to claim 1, wherein a coefficient is obtained by experiment when obtaining the true temperature To, and one of the following equations is used. To = Ta−K1 * (Ta−Tb) To = Tb−K2 * (Ta−Tb) To = K3 Ta + K4 Tb where K1, K2, K3 and K4 are coefficients obtained by experiments.
【請求項4】 光ファイバ長(X)を次式のいずれかを
用いて求めることを特徴とする請求項1記載の消耗形光
ファイバ温度計。 X=Xo−C2 (Ta−Tb)/{To2 (λaDa−λbDb)} X=Xo−K5 (Ta−Tb) 但し、Xo:温度を校正したファイバ基準長 Ta,Tb:指示温度 λa,λb:実効波長 Da,Db:伝送損失 To:真温度 C2 :物理定数 K5 :実験により求めた係数
4. The consumable optical fiber thermometer according to claim 1, wherein the optical fiber length (X) is obtained by using one of the following equations. X = Xo-C2 (Ta- Tb) / {To 2 (λaDa-λbDb)} X = Xo-K5 (Ta-Tb) where, Xo: fiber standards to calibrate the temperature length Ta, Tb: indicated temperature [lambda] a, [lambda] b : Effective wavelength Da, Db: Transmission loss To: True temperature C2: Physical constant K5: Coefficient obtained by experiment
【請求項5】 光ファイバとして通信用石英光ファイバ
を用いることを特徴とする請求項1記載の消耗形光ファ
イバ温度計。
5. The consumable optical fiber thermometer according to claim 1, wherein a quartz optical fiber for communication is used as the optical fiber.
【請求項6】 1つの実効波長を光通信石英ファイバの
最も伝送損失の小さい1.5μmから1.6μmの間と
することを特徴とする請求項5記載の消耗形光ファイバ
温度計。
6. The consumable optical fiber thermometer according to claim 5, wherein one effective wavelength is between 1.5 μm and 1.6 μm where the transmission loss of the optical communication quartz fiber is the smallest.
【請求項7】 他の1つの実効波長を0.8μmから
1.0μmの間とする事を特徴とする請求項6記載の消
耗形光ファイバ温度計。
7. The consumable optical fiber thermometer according to claim 6, wherein the other effective wavelength is between 0.8 μm and 1.0 μm.
【請求項8】 光ファイバの芯線として通信用石英光フ
ァイバを用い、被覆材としてSUSなどの金属管を用い
た金属管被覆光ファイバを用いることを特徴とする請求
項1記載の消耗形光ファイバ温度計。
8. The consumable optical fiber according to claim 1, wherein a quartz optical fiber for communication is used as a core wire of the optical fiber, and a metal tube coated optical fiber using a metal tube such as SUS is used as a coating material. thermometer.
【請求項9】 溶鋼などの溶融金属の温度を測定するこ
とを特徴とする請求項8記載の消耗形光ファイバ温度
計。
9. The consumable optical fiber thermometer according to claim 8, wherein the temperature of the molten metal such as molten steel is measured.
【請求項10】 光ファイバの芯線として通信用石英光
ファイバを用い、被覆材としてSUSなどの金属管を用
いた金属管被覆光ファイバを用い、光ファイバの先端温
度と光ファイバ長を同時に求める請求項4記載の消耗形
光ファイバ温度計。
10. A quartz optical fiber for communication is used as a core wire of an optical fiber, a metal tube coated optical fiber using a metal tube such as SUS is used as a coating material, and a tip temperature of the optical fiber and an optical fiber length are simultaneously obtained. Item 6. A consumable optical fiber thermometer according to Item 4.
【請求項11】 金属管被覆光ファイバを高炉炉頂部か
ら挿入し、装入物と同時に降下させ、金属管被覆光ファ
イバの溶融位置と溶融温度とを同時に計測することによ
り高炉溶融帯レベルの計測装置として用いられる請求項
9記載の消耗形光ファイバ温度計。
11. A blast furnace melting zone level is measured by inserting a metal tube-coated optical fiber from the top of a blast furnace, lowering it simultaneously with the charge, and simultaneously measuring the melting position and melting temperature of the metal tube-coated optical fiber. The consumable optical fiber thermometer according to claim 9, which is used as an apparatus.
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