JP3975584B2 - Surface temperature measurement method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低温領域にある測定対象物(例えば冷間圧延中の測定対象物)の表面温度を測定する非接触式表面温度測定方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
ライン上を移動する測定対象物の表面温度を測定する方法として測定対象物の表面からの放射赤外線を利用した非接触式温度測定方法が知られている。
【0003】
特開平5−248957号公報に記載されている非接触式温度測定方法で使用する表面温度測定装置は、放射温度計の赤外線センサが測定対象物を覗き見る位置に覗筒を設け、覗筒の先端部には中央部に覗き開孔を有する水冷遮蔽板が設けてある。また、水冷遮蔽板の表面温度を測定するための熱電温度計の熱電対が水冷遮蔽板の測定対象物対向面に、更に、周囲の温度(この場合測定位置周辺部の空気)を測定するため熱電温度計の熱電対が、迷光雑音(表面温度を測定する領域から放射されるのではなくこの領域外にある物体から放射される赤外線がこの領域で反射されて検出される赤外線)が最も入射しやすい位置に設けてある。
【0004】
赤外線センサは、測定対象物から放射される赤外線を水冷遮蔽板の開孔部を通して検出することによって測定対象物の表面温度を測定する。また、測定対象物の表面温度が測定されている間に上述した熱電温度計は、水冷遮蔽板の表面温度及び周囲の温度を測定する。
【0005】
放射温度計及び2つの熱電温度計によって検出される温度の検出値は、演算装置へ出力される。ここでは、水冷遮蔽板の測定対象物対向面から測定対象物までの距離の関数により定まる水冷遮蔽板からの迷光雑音影響関数及び周囲物体からの迷光雑音影響関数と、上述した温度の検出値とに基づいて、放射温度計が検出した放射赤外線光量のうち水冷遮蔽板及び周囲物体からの迷光雑音の影響分を演算し、この放射赤外線光量から迷光雑音の影響分を除去することにより測定対象物の表面温度の測定精度を向上させている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
低温領域にある測定対象物(例えば冷間圧延中の測定対象物)の表面から放射される赤外線光量を検出して表面温度を測定する場合、測定対象物からの放射赤外線光量は少ないために上述した非接触式温度測定方法では水冷遮蔽板及び周囲物体からの迷光雑音の影響が顕著になる。この迷光雑音の影響を考慮に入れ、測定対象物の表面温度の測定精度を向上させるためには、覗き開孔中心から水冷遮蔽板の測定対象物対向面の外周までの距離を、水冷遮蔽板の測定対象物対向面から測定対象物までの距離に対して大きくすればよいことが知られている。しかしながら、この様な水冷遮蔽板を有する大型の放射温度計を備えた表面温度測定装置は高価であり、また、設置スペースが限られている場合には設置が困難である。
【0007】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、測定対象物の表面温度測定領域及びこの領域の近傍にある流体を接触させた参照領域からの放射赤外線光量に基づいて放射赤外線光量のうちの迷光雑音による影響分を演算により除去した結果と、表面温度測定領域の熱容量、単位時間あたりに参照領域に接触する流体の流量及び熱容量とに基づいて表面温度を算出することにより、低温領域にある測定対象物の表面温度を測定するための表面温度測定装置を小型化することが可能な表面温度測定方法を提供することを目的とする。
【0009】
更に、演算結果に基づいて表面温度を算出する際に測定対象物の移動速度を考慮した演算を行うことにより、上述した表面温度測定方法をより高精度に実施することが可能な表面温度測定方法を提供することを他の目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
請求項1に係る表面温度測定方法は、測定対象物の表面温度を測定する第1領域の近傍に所定の温度に制御した流体を接触させて該流体を接触させた第2領域の表面温度を変化させ、第1領域からの放射赤外線光量及び第2領域からの放射赤外線光量をそれぞれ検出し、両領域からの放射赤外線光量のうちの迷光雑音による影響分を、第1領域からの放射赤外線光量から第2領域からの放射赤外線光量を減じることにより除去する演算をして第1領域の表面温度を求める演算式を得、該演算式に基づいて第1領域の表面温度を算出する表面温度測定方法において、第1領域の熱容量、第2領域に単位時間あたりに接触する前記流体の流量及び熱容量、並びに前記流体の温度の関数により求まる第1領域と第2領域との表面温度差を前記演算式に与えて第1領域の表面温度を算出することを特徴とする。
【0012】
請求項2に係る表面温度測定方法は、移動する測定対象物の表面温度を測定する第1領域の近傍に所定の温度に制御した流体を接触させて該流体を接触させた第2領域の表面温度を変化させ、第1領域からの放射赤外線光量及び第2領域からの放射赤外線光量をそれぞれ検出し、両領域からの放射赤外線光量のうちの迷光雑音による影響分を、第1領域からの放射赤外線光量から第2領域からの放射赤外線光量を減じることにより除去する演算をして第1領域の表面温度を求める演算式を得、該演算式に基づいて第1領域の表面温度を算出する表面温度測定方法において、前記測定対象物の移動速度を検出し、該移動速度、第1領域の熱容量、第2領域に単位時間あたりに接触する前記流体の流量及び熱容量、並びに前記流体の温度の関数により求まる第1領域と第2領域との表面温度差を前記演算式に与えて第1領域の表面温度を算出することを特徴とする。
【0013】
測定対象物の表面温度を測定する第1領域の表面温度がTs(未知)である測定対象物の、この領域からの放射赤外線光量及びこの領域外からの迷光雑音による放射赤外線光量との和Lは下記(1)式で与えられる。
【0014】
L=εs・Lb(Ts)+α(1−εs)・εw・Lb(Tw) …(1)
ここで、Lb(Ts)は温度Tsの物体の黒体放射輝度、
εsは測定対象物の放射率、
αは迷光雑音影響係数、
εwは周辺物体の放射率(平均値)、
Twは周辺の環境温度をそれぞれ表す。
【0015】
(1)式において、右辺第1項は第1領域からの放射赤外線光量を、また、右辺第2項はこの領域以外からの迷光雑音による放射赤外線光量をそれぞれ表す。第1領域の近傍にある第2領域(表面温度の参照領域)に所定の温度に制御した流体を接触させたとき、この領域の表面温度はΔtだけ変化し、このとき、第2領域からの放射赤外線光量及びこの領域以外からの迷光雑音による放射赤外線光量の和Ltは下記(2)式で表される。
【0016】
Lt=εs・Lb(Ts+Δt)+α(1−εs)・εw・Lb(Tw)…(2)
【0017】
(1)式における、第1領域以外からの迷光雑音による放射赤外線光量及び(2)式における、第2領域以外からの迷光雑音による放射赤外線光量は等しいため、(1)式から、(2)式を減じることにより、迷光雑音による放射赤外線光量を消去することが可能であり、下記(3)式を得る。
【0018】
ここで、ΔLは、第1領域と第2領域との放射赤外線光量差である。
【0019】
第1領域と第2領域との間の表面温度差Δtは、第1領域の温度と熱容量、単位時間に第2領域に接触する上述した流体の流量と熱容量、及びこの流体の温度により定まり、これらを用いて表面温度を算出することによって回帰的に求められた関数Fにより下記(4)式に示す如く定まる。
【0020】
Δt=F(Ts,Cs,l,Ca,Ta,) …(4)
ここで、Csは第1領域の熱容量、
lは単位時間に第2領域に接触する上述した流体の流量、
Caはその熱容量、
Taはその温度をそれぞれ表す。
【0021】
(3)式及び(4)式より、ΔLは下記(5)式に示す如く表せる。
【0022】
【0023】
上述の流体の温度をTaに制御し、上述した放射赤外線光量差ΔLを検出してこれらを(5)式に与え、(5)式より第1領域の表面温度Tsを算出する演算を行うことにより測定対象物の表面温度が算出される。
以上が第1発明に係る表面温度測定方法である。
【0029】
測定対象物表面からの放射赤外線光量を検出する際に、測定対象物表面から実際に放射される赤外線光量と検出される赤外線光量とには相違があり、この相違は、測定対象物が高速で移動する場合には大きくなることが知られている。この場合、検出される放射赤外線光量に基づいて測定対象物の表面温度を算出する際に測定対象物の移動速度を考慮しないと精度の高い測温精度が得られない。
【0030】
そこで、第2発明に係る表面温度測定方法では、測定対象物が高速で移動する場合においても高い測温精度が得られるように、第1領域と第2領域との表面温度差Δtを定める関数の要素に測定対象物の移動速度Vsを加えた下記(8)式を用いる。
【0031】
Δt=F(Ts,Cs,l,Ca,Ta,Vs) …・(8)
【0032】
(8)式を(5)式の関数Fに代えて与えることによって下記(9)式を得る。
【0033】
【0034】
上述した流体の温度をTaに制御し、上述した放射赤外線光量差ΔL及び測定対象物の移動速度Vsを検出し、これらを(9)式に与えて第1領域の表面温度Tsを算出する演算を行うことにより測定対象物の表面温度が算出される。
以上が第2発明に係る表面温度測定方法である。
【0035】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
【0036】
実施の形態1.
図1は、本発明に係る表面温度測定方法を冷間圧延中の鋼板に対して実施する際に用いる装置を示した模式図である。
図において1は測定対象物である鋼板であり、鋼板1の上方には表面温度を測定する第1領域を視野とする赤外線センサ2と、第1領域の近傍にある第2領域(表面温度の参照領域)を視野とする赤外線センサ3とが設けられている。第2領域には、送風機4から送風され配管5を流れる空気が空気吹き付け口8から吹き付けられる。この空気の温度は、配管5を流れる間に空気加熱器6及び空気冷却器7により予め設定した温度(鋼板1の冷却程度により決定される)に制御され、第2領域に単位時間あたりに吹き付けられるこの空気の吹き付け量は、図示しない流量制御手段により予め設定した流量に制御される。空気吹き付け口8の近傍には、第2領域に吹き付けられる空気の温度を検出するための温度センサ9が設けてある。
【0037】
温度センサ9が検出した空気温度は、表面温度演算器10aへフイードバックされ、空気加熱器6及び空気冷却器7により配管5を流れる空気温度が制御される。また、赤外線センサ2、3によって検出される放射赤外線光量及び温度センサ9により検出される空気温度は表面温度演算器10aへ逐次入力される。本実施の形態では、第2領域の表面温度を変化させるための流体として空気を用いるが、これは、例えば水のような液体であっても良い。
【0038】
表面温度演算器10aには、鋼板1の黒体放射輝度Lb、放射率εs及び迷光雑音影響係数α、鋼板1の周辺にある物体の放射率εw(平均値)及び周辺の環境温度Tw(表面温度を測定する環境を考慮した温度)が予め与えてあり、下記に示す(1)式及び(2)式、
が設定されている。(2)式中のΔtは、第1領域及び第2領域の表面温度差であり、これは、第1領域の表面温度Ts及び熱容量Cs、単位時間あたり第2領域に吹き付けられる空気の流量l及び熱容量Ca並びにこの空気温度Taの(4)式に示す関数により定義されている。
Δt=F(Ts,Cs,l,Ca,Ta,) …(4)
【0039】
表面温度演算器10aは、赤外線センサ2、3によって検出された放射赤外線光量を(1)式のL、(2)式のLtに与え、(1)式から(2)式を減算し、第1領域、第2領域からの放射赤外線光量のうちの迷光雑音の影響分が除去された第1領域の表面温度を算出するための(5)式を得る。
(5)式に温度センサ9により検出された空気温度Taを与えて第1領域の表面温度を算出する。算出された第1領域の表面温度Tsは温度表示部11に出力されて表示される。
【0045】
実施の形態2.
図2は本発明に係る表面温度測定方法を長手方向に移動する冷間圧延中の鋼板に対して実施する際に用いる装置を示した模式図である。
【0046】
本実施の形態では、実施の形態1に用いる表面温度演算器10aに代えて表面温度演算器10cを設ける。また、ロータリーエンコーダーを用いた速度検出器13をロール12に連結して設け、鋼板1を案内するロール12の回転速度から鋼板1の移動速度を検出する。
【0047】
表面温度演算器10cでは、鋼板1の移動速度Vs、第1領域の表面温度Ts及び熱容量Cs、第2領域に単位時間あたりに接触する空気の流量l及び熱容量Ca、並びにこの空気の温度Taにより(8)式の如く定まる関数により第1領域及び第2領域の表面温度差Δtが定義されている。
Δt=F(Ts,Cs,l,Ca,Ta,Vs) …(8)
【0048】
表面温度演算器10cは、上述の如く迷光雑音を除去する演算をし、第1領域の表面温度を求めるための(9)式を得る。
(9)式より第1領域の表面温度を算出する際に速度検出器13により検出された鋼板1の移動速度を与える。こうして算出された第1領域の表面温度は温度表示部11に出力され表示される。尚、その他は発明の実施の形態1と同一であるので説明を省略する。
【0049】
【発明の効果】
以上詳述した如く本発明に係る表面温度測定方法によれば、測定対象物の表面温度を測定する第1領域及びこの領域の近傍にある流体を接触させた第2領域からの放射赤外線光量に基づいて第1領域から検出された放射赤外線光量のうちの迷光雑音による影響分を演算により除去し、これと、第1領域の熱容量、単位時間あたり第2領域に吹き付けられる空気の流量及び熱容量並びにこの空気温度とに基づいて第1領域の表面温度を算出することが可能になる。従って、低温領域にある測定対象物の表面温度を算出するために測定対象物からの放射赤外線光量を検出するための装置に迷光雑音を除去するための水冷遮蔽板を設けなくてもよく、表面温度測定装置を小型化することが可能になる。
【0051】
更に、第1領域の表面温度を算出する際に測定対象物の移動速度を考慮した演算を行うことにより、第1領域の表面温度をより高精度に算出することが可能になる等、本発明は優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る表面温度測定方法を冷間圧延中の鋼板に対して実施する際に用いる装置を示した模式図である。
【図2】 本発明に係る表面温度測定方法を長手方向に移動する冷間圧延中の鋼板に対して実施する際に用いる装置を示した模式図である。
【符号の説明】
1 鋼板
2、3 赤外線センサ
4 送風機
5 配管
6 空気加熱器
7 空気冷却器
8 空気吹き付け口
9 温度センサ
10a、10b、10c 表面温度演算器
11 温度表示部
12 ロール
13 速度検出器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a non-contact type surface temperature measurement method for measuring a surface temperature of a measurement object (for example, a measurement object during cold rolling) in a low temperature region.
[0002]
[Prior art]
As a method for measuring the surface temperature of a measurement object moving on a line, a non-contact temperature measurement method using radiant infrared rays from the surface of the measurement object is known.
[0003]
The surface temperature measuring device used in the non-contact temperature measuring method described in JP-A-5-248957 is provided with a viewing tube at a position where the infrared sensor of the radiation thermometer looks into the measurement object. A water-cooled shielding plate having a peep hole at the center is provided at the tip. In addition, the thermocouple of the thermoelectric thermometer for measuring the surface temperature of the water-cooled shield plate further measures the ambient temperature (in this case, the air around the measurement position) on the surface of the water-cooled shield plate facing the object to be measured. The thermocouple of the thermoelectric thermometer is the most incident with stray light noise (infrared light that is detected by reflection of infrared light emitted from an object outside this area rather than being emitted from the surface temperature measurement area) It is provided at a position where it is easy to do.
[0004]
The infrared sensor measures the surface temperature of the measurement object by detecting the infrared ray radiated from the measurement object through the opening of the water-cooled shielding plate. Further, the thermoelectric thermometer described above measures the surface temperature of the water-cooled shielding plate and the ambient temperature while the surface temperature of the measurement object is being measured.
[0005]
The detection value of the temperature detected by the radiation thermometer and the two thermoelectric thermometers is output to the arithmetic unit. Here, the stray light noise influence function from the water cooling shield plate and the stray light noise influence function from surrounding objects determined by the function of the distance from the measurement object facing surface of the water cooling shield plate to the measurement object, and the detected value of the temperature described above The object to be measured is calculated by calculating the influence of stray light noise from the water-cooled shielding plate and surrounding objects from the amount of radiation infrared light detected by the radiation thermometer, and removing the influence of stray light noise from this radiation infrared light quantity. The surface temperature measurement accuracy is improved.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
When the surface temperature is measured by detecting the amount of infrared light emitted from the surface of a measurement object (for example, the measurement object during cold rolling) in the low temperature region, the amount of infrared light emitted from the measurement object is small, so that In the non-contact type temperature measurement method, the influence of stray light noise from the water-cooled shielding plate and surrounding objects becomes significant. In order to improve the measurement accuracy of the surface temperature of the measurement object in consideration of the effect of this stray light noise, the distance from the center of the viewing hole to the outer periphery of the surface facing the measurement object of the water cooling shield It is known that the distance from the measurement object facing surface to the measurement object may be increased with respect to the distance. However, a surface temperature measuring device including a large radiation thermometer having such a water-cooled shielding plate is expensive, and is difficult to install when the installation space is limited.
[0007]
The present invention has been made in view of such circumstances, and based on the amount of radiant infrared light based on the surface temperature measurement region of the measurement object and the radiant infrared light amount from the reference region in contact with the fluid in the vicinity of this region. By calculating the surface temperature based on the result of removing the influence of the stray light noise by the calculation, the heat capacity of the surface temperature measurement area, the flow rate of the fluid that contacts the reference area per unit time, and the heat capacity, An object of the present invention is to provide a surface temperature measuring method capable of downsizing a surface temperature measuring device for measuring the surface temperature of a measurement object.
[0009]
Furthermore, the surface temperature measurement method capable of performing the above-described surface temperature measurement method with higher accuracy by performing the calculation in consideration of the moving speed of the measurement object when calculating the surface temperature based on the calculation result. For other purposes.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In the surface temperature measurement method according to
[0012]
The surface temperature measuring method according to
[0013]
The sum L of the amount of radiated infrared light from this region and the amount of radiated infrared light from outside this region of the measurement target whose surface temperature of the first region for measuring the surface temperature of the object to be measured is Ts (unknown). Is given by the following equation (1).
[0014]
L = εs · Lb (Ts) + α (1−εs) · εw · Lb (Tw) (1)
Where Lb (Ts) is the black body radiance of the object of temperature Ts,
εs is the emissivity of the measurement object,
α is a stray light noise influence coefficient,
εw is the emissivity (average value) of surrounding objects,
Tw represents the ambient environmental temperature.
[0015]
In the equation (1), the first term on the right side represents the amount of radiated infrared light from the first region, and the second term on the right side represents the amount of radiated infrared light due to stray light noise from other regions. When a fluid controlled to a predetermined temperature is brought into contact with a second region (surface temperature reference region) in the vicinity of the first region, the surface temperature of this region changes by Δt. The sum Lt of the radiant infrared light amount and the radiant infrared light amount due to the stray light noise from outside this region is expressed by the following equation (2).
[0016]
Lt = εs · Lb (Ts + Δt) + α (1−εs) · εw · Lb (Tw) (2)
[0017]
In equation (1), the amount of radiant infrared light due to stray light noise from other than the first region and the amount of radiant infrared light due to stray light noise from other than the second region in equation (2) are equal. From equation (1), (2) By subtracting the expression, it is possible to eliminate the amount of radiant infrared light due to stray light noise, and the following expression (3) is obtained.
[0018]
Here, ΔL is the difference in the amount of emitted infrared light between the first region and the second region.
[0019]
The surface temperature difference Δt between the first region and the second region is determined by the temperature and heat capacity of the first region, the flow rate and heat capacity of the fluid that contacts the second region per unit time, and the temperature of the fluid, The surface temperature is calculated using these, and is determined as shown in the following equation (4) by the function F obtained recursively.
[0020]
Δt = F (Ts, Cs, l, Ca, Ta,) (4)
Where Cs is the heat capacity of the first region,
l is the flow rate of the fluid mentioned above that contacts the second region per unit time,
Ca is its heat capacity,
Ta represents the temperature.
[0021]
From the equations (3) and (4), ΔL can be expressed as shown in the following equation (5).
[0022]
[0023]
Control the temperature of the above fluid to Ta, detect the above-mentioned difference in the amount of radiant infrared light ΔL, give these to the equation (5), and calculate the surface temperature Ts of the first region from the equation (5) Thus, the surface temperature of the measurement object is calculated.
The above is the surface temperature measuring method according to the first invention.
[0029]
When detecting the amount of infrared light emitted from the surface of the measurement object, there is a difference between the amount of infrared light actually emitted from the surface of the measurement object and the amount of infrared light detected. It is known that it becomes larger when moving. In this case, when calculating the surface temperature of the measurement object based on the detected amount of radiant infrared light, high temperature measurement accuracy cannot be obtained unless the moving speed of the measurement object is taken into consideration.
[0030]
Therefore, in the surface temperature measurement method according to the second invention, a function that determines the surface temperature difference Δt between the first region and the second region so that high temperature measurement accuracy can be obtained even when the measurement object moves at high speed. The following equation (8) is used in which the moving speed Vs of the measurement object is added to the element of:
[0031]
Δt = F (Ts, Cs, l, Ca, Ta, Vs) (8)
[0032]
The following equation (9) is obtained by giving the equation (8) instead of the function F of the equation (5).
[0033]
[0034]
The above-described fluid temperature is controlled to Ta, the above-mentioned radiation infrared light amount difference ΔL and the moving speed Vs of the measurement object are detected, and these are given to equation (9) to calculate the surface temperature Ts of the first region. To calculate the surface temperature of the measurement object.
The above is the surface temperature measurement method according to the second invention.
[0035]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings illustrating embodiments thereof.
[0036]
FIG. 1 is a schematic view showing an apparatus used when the surface temperature measuring method according to the present invention is performed on a steel sheet during cold rolling.
In the figure,
[0037]
The air temperature detected by the
[0038]
The surface temperature calculator 10a includes black body radiance Lb, emissivity εs and stray light noise influence coefficient α of the
Is set. In the equation (2), Δt is the surface temperature difference between the first region and the second region, which is the surface temperature Ts and heat capacity Cs of the first region, and the flow rate l of air blown to the second region per unit time. And the heat capacity Ca and the air temperature Ta are defined by the function shown in the equation (4).
Δt = F (Ts, Cs, l, Ca, Ta,) (4)
[0039]
The surface temperature calculator 10a gives the amount of radiated infrared rays detected by the
The surface temperature of the first region is calculated by giving the air temperature Ta detected by the
[0045]
FIG. 2 is a schematic view showing an apparatus used when the surface temperature measuring method according to the present invention is applied to a steel sheet during cold rolling that moves in the longitudinal direction.
[0046]
In the present embodiment, a
[0047]
In the
Δt = F (Ts, Cs, l, Ca, Ta, Vs) (8)
[0048]
The
The moving speed of the
[0049]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the surface temperature measuring method according to the present invention, the amount of radiated infrared light from the first region for measuring the surface temperature of the object to be measured and the second region in contact with the fluid in the vicinity of this region is measured. Based on the amount of radiant infrared light detected from the first area, the influence of stray light noise is removed by calculation, and the heat capacity of the first area, the flow rate and heat capacity of the air blown to the second area per unit time, and Based on the air temperature, the surface temperature of the first region can be calculated. Therefore, it is not necessary to provide a water-cooled shielding plate for removing stray light noise in the device for detecting the amount of radiated infrared light from the measurement object in order to calculate the surface temperature of the measurement object in the low temperature region. The temperature measuring device can be reduced in size.
[0051]
Furthermore, when calculating the surface temperature of the first region, it is possible to calculate the surface temperature of the first region with higher accuracy by performing an operation in consideration of the moving speed of the measurement object. Has an excellent effect.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing an apparatus used when a surface temperature measuring method according to the present invention is applied to a steel sheet during cold rolling.
FIG. 2 is a schematic view showing an apparatus used when the surface temperature measuring method according to the present invention is performed on a steel sheet during cold rolling that moves in the longitudinal direction.
[Explanation of symbols]
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