JPH0192630A - 放射温度計用変換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、物体から放出される放射エネルギーを検出し
て物体の温度を測定する放射温度計に関し、特に、放射
エネルギーを温度に変換する変換器に関する。

〔従来の技術〕

周知のように、物体から放出される放射エネルギー強度
と温度とは、第３図に示すように非線形な関係にあり、
一般の放射温度計では、放射エネルギー強度に比例した
検出器の電気信号が、たとえば、対数特性を有する変換
器で線形化されて温度信号として出力されている。した
がって、放射温度計全体としての精度、使い易さを向上
させるためには、検出器のみならず、変換器の精度及び
機能性の向上を図る必要がある。

また近年、放射温度計のトレーサビリティ（ｔｒａ−ｃ
ｅａｂｉｌｉｔｙ）の重要さが認識され、放射温度計の
校正技術が確立しつつある。このトレーサビリティとは
、使用する計測機器の指示が、公的な標準に対して一定
の精度内に収められていることを意味し、トレーサビリ
、ティ体系が確立されれば、計測の信頼性、精度、整合
性が所定の水準で常に国全体にわたって保証されること
なる。

しかし、後述する理由により、校正により判明した検出
器の出力特性変化を正確かつ迅速に変換器へ反映するこ
とができないために、トレーサビリティの実効性を損な
う場合が多い。

放射エネルギー強度を温度に変換するリニアライザと呼
ばれる温度変換器においては、従来、ダイオードによる
折線近似、ログアンプ等によるアナログ処理が行われて
いる。また最近は、特開昭５９−１０２１２８号公報に
記載されているように、信号を一旦Ａ／Ｄ変換部により
ディジタル信号に変換したのち、マイクロコンピュータ
により演算処理を行うディジタル処理も行われている。

これらの方法は、検出器の出力特性、すなわち出力電気
信号たとえば出力電圧と温度との関係を、予め処理回路
に内蔵しておいて、この関係に基づき放射エネルギー強
度を電気信号に変換するものである。この出力特性を処
理回路に内蔵させる作業は、たとえば、メーカー出荷時
に前記関係を設定することにより行われる。これらの変
換器は、検出器に１対１の関係で組み合わされている。

これは、一般には検出器の出力特性にバラツキがあるの
でこれを補正するためである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、放射温度計の検出器の出力特性は、メー
カー出荷時の出力特性から、素子の劣化。

ドリフト、レンズ・コーティング劣化、汚れ等の経年変
化によりずれてくるのが普通である。また場合によって
は、出荷時当初から検出器と変換器の特性間に不整合が
あり、その結果、大きな温度測定誤差を生じる場合もあ
る。

放射温度計の校正により、検出器の出力特性と変換器の
特性の間に不整合があり、その結果として大きな温度測
定誤差を生じていることが判明した場合、使用者は以下
に述べる２つの方法によって対処している。

１つの方法は、使用者が単に誤差を把握しておいて、コ
ンピュータの設定値を書き替える等の方法により、その
設定値を誤差分だけずらして補正する方法である。

この方法について、温度制御を例に挙げて説明する。い
ま、被校正放射温度計が温度制御用の検出端であって、
たとえば、目標値１０００℃において制御する場合、被
校正放射温度計の誤差が校正の結果から一２０℃である
ことが判っているとする。

この場合、使用者は、制御用のコントローラもしくはコ
ンピュータの目標値を１０００℃から１０２０℃に変更
することによって、実際の温度を１０００℃に制御する
ことができる。しかし、このような対処の仕方は、本来
の測定装置の使用法からみると変則的であり測定の精度
が低下する等の不都合がある。

すなわち、通常、測定温度範囲の数点でのみ校正が行わ
れるので、その温度における誤差しか把握されていない
。このため、各目標値での誤差を補間等によって求めて
管理する必要がある。また、誤差自体が測定温度によっ
て変化する場合が多いため、正確に補正することは技術
的にも難しいという問題があった。

他の方法は、使用者がメーカーに調整を依頼して誤差を
補正するハードウェア的な処理の方法である。

第４図はハードウェア的な調整の手順を示した例である
。この方法においては、通常、検出器の零調整、スパン
調整によって、誤差が許容範囲に収まるまで数サイクル
の調整２校正が繰返される。

したがって、調整のために費やされる時間的、コスト的
損失は莫大なものとなる。なお、零調整は、たとえば検
出器信号系に設けられた直流増幅器の零調整により、ま
たスパン調整は、検出器の絞りを変えることにより行わ
れる。

第５図（ａ）〜（ｆ）は校正によって得られる代表的な
温度測定誤差のパターンを示す。同図（ｃ）、　（ｄ）
、　（ｅ）。

（ｆ）のように、温度と温度測定誤差が非線形な関係に
ある場合、誤差を許容範囲に収めることは検出器の零調
整、スパン調整の方法では困難な場合が多い。また、同
図（ａ）、（ハ）のように単純な場合でも、その調整に
は多くの時間と労力を要する。

更に大きな問題点は、上述のハードウェア的な調整では
、原理的に誤差が残ってしまうことである。すなわち、
この調整では、−次式 ％式％ ： Ｂ：シフト量 に基づいて補正を行うため、誤差曲線が非直線である場
合、誤差が残る。なお、ゲインへの調整がスパン調整に
相当し、シフト量Ｂの調整が零調整に相当する。

本発明は、上述の問題点を解決するために案出されたも
のであって、校正の結果をただちに変換器の特性調整に
反映することができ、しかも、誤差が少ない温度変換器
を提供することを目的としたものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の放射温度計用変換器は、前記目的を達、成する
ため、真温度と検出器からの放射エネルギー強度信号の
間の関係を表す関数形が記憶され前記検出器からの放射
エネルギー強度信号を前記関数形に基づくディジタル演
算により温度信号に変換する手段と、前記検出器の校正
によって得られた新たな校正結果に基づいて外部から前
記関数形を書き替えるだめの再入力設定手段とを有する
ことを特徴とする。

〔作用〕

以下に、本発明の作用を具体的に説明する。

放射温度計においては、検出器からの放射エネルギー強
度に対応した信号は変換器により温度信号に変換され、
温度として表示される。

検出器、変換器等を含んだ特性は、たとえば、経時変化
、温度変化等に起因して本来の特性から変動する。この
ため、放射温度計の使用毎に、或いは定期的に、標準温
度計を使用して校正を行い、誤差が許容範囲内に収まる
ように被校正温度計の調整を行う。

ここで、本発明においては、変換器として関数形に基づ
く変換を行うものを使用すると共に、この関数形を外部
より書き替え可能としておく。そして、たとえば、実際
に校正によって得られた標準温度計の真温度と被校正温
度計の出力電圧のデータを使って、温度変換のための関
数形を書き替えることにより、ソフトウェア的に誤差を
補正する。

ここで、校正の手順の一例について説明する。

（１）一定の温度を保持している比較用黒体炉を標準温
度計と被校正温度計により覗き、各々の出力を測定し温
度に換算する。

（１１）得られた各々の温度から誤差、すなわち、被校
正温度と標準温度との差を算出する。

（ｉｉｉ　）上記（ｉ）〜（ｉｉ　）の手順を各校正温
度ごとに繰り返す。

これにより、第１表に示されるように、標準温度計の真
温度と被校正温度計の出力電圧の関係が求まる。なお、
ここでは、被校正温度計の出力電圧とは、検出器の出力
電圧を意味する。

第１表 前記の温度変換のための関数形としては、必要な演算処
理速度や必要精度等によって適当な関数形を記憶してお
けばよい。そしてこの関数形を必要に応じて逐次最新の
校正データにより書き替えるようにする。

この関数形を最新の校正データによって書き替える方法
としては、次の２つの方法が考えられる。

一つは、校正データを直接入力する方法であり、真温度
と被校正温度計の出力電圧のデータを記憶させ、検出器
出力電圧から温度への変換は、この校正データから折線
近似或いはラグランジェの補間法等により行う方法であ
る。

もう一つの方法は、関数形のパラメータを変換器の外部
で予め求めておいて、該当する関数形のパラメータのみ
変換器に設定することによって、同じ結果を得るもので
ある。たとえば、ウィーンの黒体放射式の二定数Ａ、Ｂ
、Ｃを、第１表に示されるような校正データをもとに最
小二乗法等によって求める。そして、このようにして求
めた最新の二定数を、以下の温度変換式に当てはめて放
射計の人力信号電圧Ｖを温度Ｔへ変換することができる
。

■＝入力信号電圧くい Ｔ；温度（℃） α；定数（−０，０１４３８８） ε：放射率（設定値　０〈ε≦１） Ａ、　Ｂ、　Ｃ：定数 このようにして、最新の校正データに基づいて二定数Ａ
、Ｂ、Ｃを書き替えることにより、関数形の書き替えが
終了する。

上述の変換式は、演算処理速度や必要精度等によって適
当な関数を記憶することが可能であり、前記ウィーンの
黒体放射式以外にも多項近似式のパラメータを求めて設
定する方法等が考えられる。

このように、本発明の変換器においては、検出器の校正
結果に基づいて即座に関数形を書き替えることができる
ため、第２図に示すように、検出器の校正、変換器の関
数書き替えのみで新たに正確な測定が可能になる。

〔実施例〕

以下、第１図を参照しながら実施例に基づいて本発明の
特徴を具体的に説明する。

図において、１は検出器の出力信号、２は校正によって
得られた標準温度計の真温度と被校正温度計の出力電圧
の校正データ或いは予め求めた関数形のパラメータを人
力するデータ人力設定部である。このデータ人力設定部
２は、たとえば、キーボード型、ＩＣ（集積回路）カー
ド型、バーコード型、磁気カード型、ＦＲＯＭ　（プロ
グラム可能な読み出し専用メモリ）チップ型等のディジ
タル信号人力型のいずれでもよい。

検出器の出力信号１は、増幅回路３とローパスフィルタ
回路（図中、ＬＰＦで示す）４により、十分な振幅を有
し且つ高域成分が除去された安定な信号となって、Ａ／
Ｄ変換部５でディジタル信号に変換される。

一方、前記のデータ人力設定部２には、予め校正データ
或いはパラメータが入力設定されており、記憶部６では
これらを記憶する。そして、これらの校正データ或いは
パラメータに基づいて関数形が決定され、変換部７に書
き込まれる。

そして、検出器の出力信号１に比例したＡ／Ｄ変換部５
からのディジタル信号は、変換部７に書き込まれている
関数形すなわち温度変換式に基づいて温度に変換される
。この変換部７には、予め温度変換のための関数形たと
えば前記ウィーンの黒体放射式がプログラム化されてお
り、Ａ／Ｄ変換部５からのディジタル信号を入力して演
算を行い、入力電圧数値に相当する温度数値へ変換する
。

上述の関数形は、最新の校正データによって書き替られ
るので、変換後の温度は誤差の極めて少ないものとなる
。この温度は、温度表示部８において表示されたのち、
Ｄ／Ａ変換部９でアナログ信号となり、線形化された電
圧、電流信号１０となって出力される。このＤ／Ａ変換
部９の出力電圧と温度との関係の一例を第２表に示す。

第２表 この第２表から判るように、Ｄ／Ａ変換部９の出力は、
誤差が補正された直線的な出力となる。

なお、この電圧、電流信号１０は、たとえば、温度−１
２＝ 制御の場合、調節計への検出信号として使用され、また
、計算機システムに組み込まれた場合は、各種アナログ
演算信号として使用される。

〔発明の効果〕

以上に述べたように、本発明によれば、関数形すなわち
温度変換式に基づいて放射エネルギーを温度に変換する
と共に、この関数形を最新の校正データによって書き替
えるようにしているので、常に最新の校正データによる
誤差のない測定が可能となる。したがって、信頼性の高
い測温か可能となると共に精度管理を行うことができ、
高い質の品質管理を行うことができる。また本発明によ
れば、校正と同時に得られる校正データ或いは関数形を
定めるパラメータを人力するだけで直ちに調整が完了す
るため、短時間で調整が終了し、校正及び調整に要する
時間及びコストを大幅に削減することができる。更に、
本発明ではソフトウェア的に補正を行っているので、校
正データの数を増やすだけで、殆ど誤差のない調整を行
うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本装置の一実施例である放射温度計用変換器の
構成を示すブロック図、第２図は本発明による放射温度
計用変換器を用いたときの校正手続きを示す系統図、第
３図は放射エネルギー強度と温度の非線形な関係を示す
グラフ、第４図は従来の放射温度計の調整手続きを示す
系統図、第５図は校正によって得られた代表的な誤差の
パターンを示す図である。 特許出願人　　　新日本製鐵株式會社 代　理　人　　　小　堀　　益　（ほか２名）第３図 （ａ）　　　　　（ｂ） 第４図 ５図 （Ｃ）　　　　　　（ｄ） 及 ＼ 支 ２１反　　　　　　　濾ν気

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、真温度と検出器からの放射エネルギー強度信号の間
   の関係を表す関数形が記憶され前記検出器からの放射エ
   ネルギー強度信号を前記関数形に基づくディジタル演算
   により温度信号に変換する手段と、前記検出器の校正に
   よって得られた新たな校正結果に基づいて外部から前記
   関数形を書き替えるための再入力設定手段とを有するこ
   とを特徴とする放射温度計用変換器。