JPH0257253B2 - - Google Patents

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JPH0257253B2
JPH0257253B2 JP10214083A JP10214083A JPH0257253B2 JP H0257253 B2 JPH0257253 B2 JP H0257253B2 JP 10214083 A JP10214083 A JP 10214083A JP 10214083 A JP10214083 A JP 10214083A JP H0257253 B2 JPH0257253 B2 JP H0257253B2
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JP
Japan
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temperature
measured
emissivity
equation
formula
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JP10214083A
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JPS59226836A (en
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Masahiro Watari
Tadashi Nishihara
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Yokogawa Electric Corp
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Yokogawa Electric Corp
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Publication of JPH0257253B2 publication Critical patent/JPH0257253B2/ja
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/60Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using determination of colour temperature

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Radiation Pyrometers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、被測定物体から放射される光に、透
過率が最大値になる波長(以下、透過波長とす
る)の異なる複数種類のフイルタを透過させ、各
フイルタを透過した光をもとにして被測定物体の
温度を求める放射温度計に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention allows light emitted from an object to be measured to pass through multiple types of filters having different wavelengths at which the transmittance reaches a maximum value (hereinafter referred to as "transmission wavelength"). This relates to a radiation thermometer that determines the temperature of an object to be measured based on transmitted light.

放射温度計は、非接触で被測定物体の温度を測
定するとができる利点を有することから、加熱さ
れた鉄鋼の温度測定等に用いられている。
Radiation thermometers have the advantage of being able to measure the temperature of an object to be measured without contact, and are therefore used to measure the temperature of heated steel.

まず、このような放射温度計の原理について説
明する。
First, the principle of such a radiation thermometer will be explained.

物体が放射する分光放射揮度L〓,Tは、物体の温
度T、物体の放射光が透過させられるフイルタの
透過波長λおよび物体の放射率εに依存してい
て、ウイーンの公式とプランクの公式を用いて次
のような式で与えられる。
The spectral radiant volatility L〓 ,T emitted by an object depends on the temperature T of the object, the transmission wavelength λ of the filter through which the emitted light from the object is transmitted, and the emissivity ε of the object, and is based on the Wien formula and Planck's It is given by the following formula using the formula:

L〓,T=εC1/λ5e-C2/〓〓〔W/sr/m3〕 (1) ここで、 C1=1.19096×10-16〔W・m2〕 C2=0.014388〔m・K〕 物体の放射光が透過させられたフイルタの透過
波長をλ1、λ2、透過波長λ1、λ2における物体の放
射率をε1、ε2とすると、各透過波長λ1、λ2と放射
率ε1、ε2における分光放射輝度L1、L2は、 L1=ε1C1/λ51e-C2/1〓 (2) L2=ε3C2/λ52e-C2/2〓 (3) となる。(2)式を(3)式で割ると、 L1/L2=ε1/ε2(λ2/λ15e-C2/2(1/1
-1/
2)(4) となり、この式から温度Tを求めると、 T=−C2(1/λ1−1/λ2)/ln{L1/L2(λ1
/λ25}+loε1/ε2(5) となる。この式が、分光放射輝度L1、L2を測定
して温度を求める式である。
L〓 ,T = εC 15 e -C2/ 〓〓 [W/sr/m 3 ] (1) Here, C 1 = 1.19096×10 -16 [W・m 2 ] C 2 = 0.014388 [m・K] If the transmission wavelengths of the filter through which the emitted light from the object is transmitted are λ 1 and λ 2 , and the emissivity of the object at the transmission wavelengths λ 1 and λ 2 are ε 1 and ε 2 , then each transmission wavelength λ 1 , The spectral radiances L 1 and L 2 at λ 2 and emissivity ε 1 and ε 2 are: L 1 = ε 1 C 15 / 1 e -C2/1 〓 (2) L 2 = ε 3 C 25 / 2 e -C2/2 〓 (3). Dividing equation (2) by equation (3), L 1 /L 21221 ) 5 e -C2/2(1/1
-1/
2) (4), and when calculating the temperature T from this formula, T=-C 2 (1/λ 1 -1/λ 2 )/ln{L 1 /L 21
2 ) 5 }+l o ε 12 (5). This formula is the formula for determining the temperature by measuring the spectral radiances L 1 and L 2 .

一般には、放射率ε1、ε2は、波長、温度によつ
て変化するほかに、物体の表面酸化物、付着物等
によつても変わるため、求めることはむずかし
い。このことから、放射率ε1、ε2は透過波長λ1
λ2によつて変わらず、ε1=ε2であるとみなす。こ
のようにすると、(5)式は次式のようになる。
In general, it is difficult to determine the emissivity ε 1 and ε 2 because they vary depending on the wavelength and temperature as well as the surface oxides and deposits of the object. From this, the emissivity ε 1 and ε 2 are the transmission wavelength λ 1 ,
It is assumed that ε 1 = ε 2 without changing depending on λ 2 . In this way, equation (5) becomes the following equation.

T=−C2(1/λ1−1/λ1)/lo{1/λ1(1
/λ12}(6) 放射温度計のなかで、2種類の波長の光を用い
て温度を測定する2色温度計についての原理式が
(6)式になる。
T=−C 2 (1/λ 1 −1/λ 1 )/ lo {1/λ 1 (1
1 ) 2 }(6) Among radiation thermometers, the principle formula for a two-color thermometer that measures temperature using light of two different wavelengths is
It becomes equation (6).

次に、このような原理を応用した放射温度計の
従来の構成例を第1図に示す。ここでは、放射温
度計のなかで2色温度計の場合について示してい
る。
Next, an example of a conventional configuration of a radiation thermometer to which such a principle is applied is shown in FIG. Here, the case of a two-color thermometer among radiation thermometers is shown.

第1図において、10は光収束部、20は透過
波長変換手段例えばフイルタホイール、30は検
出部、40は演算部である。
In FIG. 1, 10 is a light converging section, 20 is a transmission wavelength conversion means such as a filter wheel, 30 is a detection section, and 40 is a calculation section.

光収束部10では、被測定物体から放射された
光を対物レンズ11で収束する。
In the light converging section 10 , light emitted from the object to be measured is converged by an objective lens 11 .

フイルタホイール20には、異なつた透過波長
λ1およびλ2のフイルタ211および212が取り付
けられていて、モータ22により回転させられ
る。フイルタホイール20の回転位置により、対
物レンズ11で収束された光は、フイルタ211
と212を交互に透過させられる。
Filters 21 1 and 21 2 having different transmission wavelengths λ 1 and λ 2 are attached to the filter wheel 20 and rotated by a motor 22 . Depending on the rotational position of the filter wheel 20, the light converged by the objective lens 11 passes through the filter 21 1
and 21 2 are transmitted alternately.

検出部30において、31は検出器であり、フ
イルタ21を透過した光を検出し、電気信号に変
換して出力する。32は自動利得増幅器(以下、
AGC増幅器とする)であり、検出器31からの
電気信号を増幅する。33は信号分離器であり、
フイルタ211を透過した光に応じた信号と、フ
イルタ212を透過した光に応じた信号を電気信
号V1とV2に分離する。これらの電気信号V1,V2
は、演算部40に送られる。34は同期信号発生
器であり、フイルタホイール20に近接して配置
されていて、光を透過させているフイルタ211
212に対応した信号を信号分離器33に送る。
In the detection unit 30, 31 is a detector that detects the light that has passed through the filter 21, converts it into an electrical signal, and outputs it. 32 is an automatic gain amplifier (hereinafter referred to as
(AGC amplifier), which amplifies the electrical signal from the detector 31. 33 is a signal separator;
A signal corresponding to the light transmitted through the filter 21 1 and a signal corresponding to the light transmitted through the filter 21 2 are separated into electrical signals V 1 and V 2 . These electrical signals V 1 , V 2
is sent to the calculation section 40. 34 is a synchronization signal generator, which is arranged close to the filter wheel 20 and transmits light through filters 21 1 ,
21 2 is sent to the signal separator 33.

演算部40において、電気信号V1はゼロクラ
ンプ41に送られる。また、電気信号V2はゼロ
クランプ41と比較増幅器42に送られる。ゼロ
クランプ41は、一定温度以上に対応した信号が
送られてきたところで、信号を出力する。ゼロク
ランプ41の出力信号は、増幅器43で増幅さ
れ、温度計の出力信号となる。比較増幅器42に
は、電気信号V2と基準電圧源44の出力V0が与
えられている。そして、比較増幅器42の出力は
AGC増幅器32に与えられていて、これによつ
て電気信号V1が一定値V0になるようにAGC増幅
器42がゲイン調整されている。
In the calculation unit 40, the electric signal V 1 is sent to the zero clamp 41. Further, the electrical signal V 2 is sent to a zero clamp 41 and a comparison amplifier 42 . The zero clamp 41 outputs a signal when a signal corresponding to a temperature above a certain temperature is sent. The output signal of the zero clamp 41 is amplified by an amplifier 43 and becomes an output signal of the thermometer. The comparison amplifier 42 is supplied with the electrical signal V 2 and the output V 0 of the reference voltage source 44 . Then, the output of the comparison amplifier 42 is
The signal is supplied to the AGC amplifier 32, whereby the gain of the AGC amplifier 42 is adjusted so that the electric signal V1 becomes a constant value V0 .

このような放射温度計の電気信号V1,V2は、
次のような式で与えられる。
The electrical signals V 1 and V 2 of such a radiation thermometer are
It is given by the following formula.

V1=L(λ1、T)Rv11 (7) V2=L(λ2、T)Rv12 (8) (7)式を(8)式で割ると、 V1/V2=L(λ1、T)/L(λ2、T)Rv1/R
v2μ1/μ2(9) 温度計の出力信号をVxとすると、Vxは電気信
号V1に比例していることから、 Vx=KV1 (10) ここで、K:定数 となる。また、電気信号V2は常に一定値になる
ように基準電圧源44の出力V0に制御されてい
ることから、 V0=KV2 となり、この式から K=V0/V2 (11) となる。(11)式を(10)式に代入すると、 Vx=V1/V2V0 となり、この式に(9)式を代入すると、 Vx=L(λ1、T)/L(λ2、T)Rv1/Rv2μ1
/μ2V0(12) となる。(12)式で、Rv1/Rv2、μ1/μ2およびV0
温度計固有の値を定数とみなすことができる。ま
た、L(λ1、T)/L(λ2、T)は(4)式に対応して
いる。
V 1 = L (λ 1 , T) Rv 11 (7) V 2 = L (λ 2 , T) Rv 12 (8) When formula (7) is divided by formula (8), V 1 / V 2 =L(λ 1 ,T)/L(λ 2 ,T)Rv 1 /R
v 2 μ 1 / μ 2 (9) If the output signal of the thermometer is V x , since V x is proportional to the electrical signal V 1 , V x = KV 1 (10) where, K: constant becomes. In addition, since the electrical signal V 2 is controlled to the output V 0 of the reference voltage source 44 so that it always has a constant value, V 0 = KV 2 , and from this formula, K = V 0 /V 2 (11) becomes. Substituting equation (11) into equation (10) gives V x = V 1 /V 2 V 0 , and substituting equation (9) into this equation gives V x = L(λ 1 , T)/L(λ 2 , T) Rv 1 / Rv 2 μ 1
2 V 0 (12). In Equation (12), Rv 1 /Rv 2 , μ 12 and V 0 can be regarded as constant values specific to the thermometer. Further, L(λ 1 , T)/L(λ 2 , T) corresponds to equation (4).

このような放射温度計で、出力信号Vxが得ら
れると、(4)式のL1/L2が求められる。ところが、
放射率ε1、ε2は、求めることが困難である。この
ため、放射率ε1とε2が等しいとして、ε1とε2が消
去された(6)式を用いて被測定物体の測定温度を求
める。以下、測定温度を求める演算について説明
する。
When an output signal V x is obtained from such a radiation thermometer, L 1 /L 2 in equation (4) can be obtained. However,
Emissivity ε 1 and ε 2 are difficult to determine. Therefore, assuming that the emissivities ε 1 and ε 2 are equal, the measured temperature of the object to be measured is determined using equation (6) in which ε 1 and ε 2 are eliminated. The calculation for determining the measured temperature will be explained below.

フイルタ211,212として、透過波長がλ1
0.75×10-6〔m〕、λ2=0.85×10-6〔m〕のものを用
い、被測定物体の放射率をε1=0.7、ε2=0.8に設
定し、被測定物体の温度を1000〔K〕から1600
〔K〕まで変えていくと、被測定物体の真の温度
と放射温度が測定する温度との誤差は第2図のグ
ラフに示すようになる。
As the filters 21 1 and 21 2 , the transmission wavelength is λ 1 =
0.75×10 -6 [m], λ 2 = 0.85×10 -6 [m], the emissivity of the object to be measured is set to ε 1 = 0.7, ε 2 = 0.8, and the temperature of the object to be measured is from 1000 [K] to 1600
When the temperature is changed to [K], the error between the true temperature of the object to be measured and the temperature measured by the radiation temperature becomes as shown in the graph of FIG.

第2図のグラフでは、横軸に真の温度T、縦軸
に誤差温度と誤差率をとつている。第2図のグラ
フにおいて、実線は真の温度と放射温度計の測定
温度の差すなわち誤差温度であり、破線は誤差温
度の真の温度に占める割合(以下、誤差率とす
る)である。
In the graph of FIG. 2, the horizontal axis is the true temperature T, and the vertical axis is the error temperature and error rate. In the graph of FIG. 2, the solid line is the difference between the true temperature and the temperature measured by the radiation thermometer, that is, the error temperature, and the broken line is the ratio of the error temperature to the true temperature (hereinafter referred to as error rate).

第2図のグラフから明らかなように、放射率ε1
とε2に0.1というわずかな差があるだけで、被測
定物体の温度が1600〔K〕で、測定温度の誤差は、
約140〔℃〕(誤差率約9%)にもなる。
As is clear from the graph in Figure 2, the emissivity ε 1
If there is only a slight difference of 0.1 between
It is about 140 [℃] (error rate about 9%).

このようなことから、被測定物体の放射率の変
動により、測定温度に大きな誤差が生じるという
問題点があつた。
For this reason, there has been a problem in that large errors occur in the measured temperature due to fluctuations in the emissivity of the object to be measured.

本発明は上述したような問題点を除去するため
になされたものであり、被測定物体の放射率が変
動しても、測定温度に生じる誤差が小さい放射温
度計を提供することを目的とする。
The present invention was made in order to eliminate the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a radiation thermometer in which the error in the measured temperature is small even if the emissivity of the object to be measured changes. .

第3図は本発明にかかる放射温度計の一実施例
の構成を示した図であり、ここでは2色温度計の
場合について示している。第3図において、第1
図と同一のものは同一符号を付ける。
FIG. 3 is a diagram showing the configuration of an embodiment of the radiation thermometer according to the present invention, and here the case of a two-color thermometer is shown. In Figure 3, the first
Items that are the same as those in the figure are given the same symbols.

第3図において、50は検出部、60は演算手
段である。
In FIG. 3, 50 is a detection section, and 60 is a calculation means.

検出器31の出力信号は、増幅器51で増幅さ
れて信号分離手段52に送られる。信号分離手段
52は、フイルタ211を透過した光とフイルタ
212を透過した光について、それぞれ分光放射
輝度L1とL2を求め、これらの分光放射輝度L1
L2に応じた信号を分離して出力する。同期信号
発生器34は、フイルタホイール20に近接して
配置されていて、光の透過に使用しているフイル
タ211,212に対応した信号を信号分離手段5
2に送る。
The output signal of the detector 31 is amplified by an amplifier 51 and sent to a signal separation means 52. The signal separation means 52 determines the spectral radiances L 1 and L 2 of the light that has passed through the filter 21 1 and the light that has passed through the filter 21 2 , respectively, and calculates these spectral radiances L 1 and L 2 .
Separates and outputs the signal according to L 2 . The synchronizing signal generator 34 is arranged close to the filter wheel 20, and sends signals corresponding to the filters 21 1 and 21 2 used for transmitting light to the signal separating means 5.
Send to 2.

演算手段60は、信号分離手段52から分光放
射輝度L1、L2に応じた信号を受け、所定の演算
方式に従つて被測定物体の測定温度を求める演算
をする。
The calculation means 60 receives signals corresponding to the spectral radiances L 1 and L 2 from the signal separation means 52, and performs calculations to determine the measured temperature of the object according to a predetermined calculation method.

一般に、放射率εは、物体の物性、表面状態、
温度、波長等の関数になる。しかし、2色温度計
に代表される多色の放射温度計では、ほぼ同時に
同一の測定系で、複数種類のフイルタを透過した
光を用いて測定温度を求めていることから、物体
の物性、表面状態および温度については同一条件
と考えられ、放射率の透過波長への依存性が、測
定温度の大きな誤差要因になつている。
Generally, the emissivity ε is determined by the physical properties of the object, the surface condition,
It becomes a function of temperature, wavelength, etc. However, with multicolor radiation thermometers, such as two-color thermometers, the measured temperature is determined using light transmitted through multiple types of filters at almost the same time, using the same measurement system. The surface condition and temperature are considered to be the same, and the dependence of emissivity on the transmitted wavelength is a major error factor in the measured temperature.

このようなことから、2種類の異なつた透過波
長のフイルタを用いて温度測定を行なつた場合に
おける被測定物体の放射率を、1個の未知数を有
する波長の関数で近似する。計算のしやすさを考
慮して、放射率εを次のような関数で近似する。
For this reason, the emissivity of an object to be measured when temperature is measured using two types of filters with different transmission wavelengths is approximated by a wavelength function having one unknown quantity. Considering ease of calculation, emissivity ε is approximated by the following function.

ε=e〓f() (13) ここで、α:未知数 以下、放射率の近似式の具体的な決定について
説明する。
ε=e〓 f() (13) Here, α: unknown number The specific determination of the approximation formula for emissivity will be explained below.

放射温度計の測定温度をTnとすると、分光放
射輝度L1、L2は、(13)式とウイーンの公式を用
いて、 L1=e〓f(1)・C1/λ51e-C2/1m(14) L2=e〓f(2)・C1/λ52e-C2/2m(15) αとTnを未知数として、(14)式と(15)式の
連立方程式を解くと、 Tn=C2(1/f(λ1)λ1−1/f(λ2)λ2)/1/
f(λ2)loL2/λ52−1/f(λ1)loL1λ51/C1
(16) α=f(λ1)/f(λ2)λ2−f(λ1
)λ1(λ2lnL2λ52/C1−λ1loL1λ51/C1)(17
) ここで、(16)式を用いて真の温度Tと測定温
度Tnとの誤差を求める。
When the temperature measured by the radiation thermometer is T n , the spectral radiance L 1 and L 2 are calculated as follows using equation (13) and Vienna's formula: L 1 = e〓 f(1)・C 15 / 1 e -C2/1m (14) L 2 = e〓 f(2)・C 15 / 2 e -C2/2m (15) With α and T n as unknowns, Solving the simultaneous equations of equations (14) and (15), we get T n =C 2 (1/f(λ 11 -1/f(λ 22 )/1/
f(λ 2 )l o L 25 / 2 -1/f(λ 1 )l o L 1 λ 5 / 1 /C 1
(16) α=f( λ1 )/f( λ2 ) λ2 −f( λ1
12 lnL 2 λ 5 / 2 /C 1 −λ 1 l o L 1 λ 5 / 1 /C 1 ) (17
) Here, the error between the true temperature T and the measured temperature T n is determined using equation (16).

被測定物体の真の放射率をε1、ε2とすると、(2)
式と(3)式を(16)式に代入して、 Tn=C2T(1/f(λ2)λ1−1/f(λ2)λ2)/
Τ(1/f(λ2)loε2−1/f(λ1)loε1)+C2
1/f(λ1)λ1−1/f(λ2)λ2)(18) ここで、誤差率は、 Tn−T/T=ΔT/T (19) ただし、ΔT=Tn−T となる。(19)式に(18)式を代入すると、 ΔT/T=−T(1/f(λ2)loε2−1/f(λ1
)loε1)/Τ(1/f(λ2)loε2−1/f(λ1)lo
ε1)+C2(1/f(λ1)λ1−1/f(λ2)λ2)(2
0) となる。ここで、 A=T1/f(λ2)loε2−1/f(λ1)loε1(21) B=C21/f(λ1)λ1−1/f(λ2)λ2 (22) とすると、(20)式は、 ΔT/T=−A/A+B (23) となる。(21)式と(22)式において、Aはε1
ε2の関数であり、測定電圧の誤差の要因となる。
したがつて、B>Aとなれば、誤差が小さくなる
ことになる。このようなことから、A/Bについ
て検討をする。
If the true emissivity of the measured object is ε 1 and ε 2 , then (2)
Substituting equations and equations (3) into equation (16), T n =C 2 T (1/f(λ 21 -1/f(λ 22 )/
T(1/f(λ 2 ) lo ε 2 −1/f(λ 1 ) lo ε 1 )+C 2 (
1/f(λ 11 −1/f(λ 22 ) (18) Here, the error rate is T n −T/T=ΔT/T (19) However, ΔT=T n − It becomes T. Substituting equation (18) into equation (19), ΔT/T=-T(1/f(λ 2 ) lo ε 2 -1/f(λ 1
)l o ε 1 )/T(1/f(λ 2 )l o ε 2 −1/f(λ 1 )l o
ε 1 )+C 2 (1/f(λ 11 −1/f(λ 22 )(2
0) becomes. Here, A=T1/f(λ 2 ) lo ε 2 −1/f(λ 1 ) lo ε 1 (21) B=C 2 1/f(λ 11 −1/f(λ 2 ) λ 2 (22) Then, equation (20) becomes ΔT/T=-A/A+B (23). In equations (21) and (22), A is ε 1 ,
It is a function of ε 2 and is a cause of error in the measured voltage.
Therefore, if B>A, the error will become smaller. For this reason, we will consider A/B.

A/B=T(1/f(λ2)loε2−1/f(λ1
)Ioε1)/C2(1/f(λ1)λ1−1/f(λ2)λ2
)=λ1λ2T/C2f(λ1)Ioε2−f(λ2)loε1/f
(λ2)λ2−f(λ1)λ1(24) となる。(24)式で、f(λ)を次のような関数に
おいてみる。
A/B=T(1/f(λ 2 ) lo ε 2 −1/f(λ 1
)I o ε 1 )/C 2 (1/f(λ 11 −1/f(λ 22
) = λ 1 λ 2 T/C 2 f (λ 1 ) I o ε 2 − f (λ 2 ) l o ε 1 /f
22 −f(λ 11 (24). In equation (24), consider f(λ) as the following function.

f(λ)=λn (25) ここでn:整数 (25)式を(24)式に代入すると、 A/B=λ1λ2T/C2λ1 nloε2−λ2 nloε1/λ1 n+1
λ2 n+1(26) となる。ここで、λ2=λ1+Δλとして、この式を
(26)式に代入し、1次近似をして整理すると、 A/B=λ1λ2/C2Tλ1 nloε2−λ1 n(1+Δ
λ/λ1nloε1/λ1 n+1−λ1 n+1(1+Δλ/λ1n+
1
≒λ1λ2/C2Tloε2−(1+nΔλ/λ1)loε1/−
(n+1)Δλ(27) となる。
f(λ)=λ n (25) where n: integer Substituting equation (25) into equation (24), A/B=λ 1 λ 2 T/C 2 λ 1 n l o ε 2 −λ 2 n l o ε 11 n+1
λ 2 n+1 (26). Here, by setting λ 2 = λ 1 + Δλ, substituting this equation into equation (26), and rearranging by first-order approximation, A/B = λ 1 λ 2 /C 21 n l o ε 2 − λ 1 n (1+Δ
λ/λ 1 ) n lo ε 11 n+1 −λ 1 n+1 (1+Δλ/λ 1 ) n+
1
≒λ 1 λ 2 /C 2 Tl o ε 2 −(1+nΔλ/λ 1 )l o ε 1 /−
(n+1)Δλ(27).

ここで、λ1=0.75×10-6〔m〕、λ2=0.85×10-6
〔m〕、T=1600〔K〕、C2=0.014388〔m・K〕と
して、放射率について、ε1=0.4、ε2=0.95、ε1
0.95、ε2=0.4およびε1=ε2=0.4の3つの場合につ
いて検討する。
Here, λ 1 = 0.75×10 -6 [m], λ 2 = 0.85×10 -6
[m], T = 1600 [K], C 2 = 0.014388 [m・K], and for emissivity, ε 1 = 0.4, ε 2 = 0.95, ε 1 =
Consider three cases: 0.95, ε 2 =0.4 and ε 12 =0.4.

上記したような値を(27)式に代行し、グラフ
にすると、第4図に示すようになる。
If the above values are substituted into equation (27) and graphed, the result will be as shown in FIG. 4.

第4図のグラフでは、縦軸にA/Bをとり、横
軸に(25)式における整数nをとつている。第4
図のグラフにおいて、曲線a,bおよびcは、放
射率が、ε1=0.4とε2=0.95、ε1=0.95とε2=0.4お
よびε1=ε2=0.4の場合のグラフである。
In the graph of FIG. 4, the vertical axis represents A/B, and the horizontal axis represents the integer n in equation (25). Fourth
In the graphs in the figure, curves a, b, and c are graphs when the emissivities are ε 1 =0.4 and ε 2 =0.95, ε 1 =0.95 and ε 2 =0.4, and ε 12 =0.4. .

第4図のグラフから、nが大きくなるにつれ
て、グラフaとグラフcが近づくため、A/Bは
放射率の比ε1/ε2の変動から受ける影響が小さく
なる。一方、グラフbでは、nが大きくなると、
A/Bが大きくなつて測定温度の誤差が大きくな
る。グラフbすなわち放射率がε1=ε2の場合の測
定温度の誤差が大きくなると、放射温度計の長所
が失なわれることになる。このようなことから、
放射率がε1=ε2の場合の測定信号の誤差が小さ
く、しかもA/Bが放射率の比ε1/ε2の変動によ
り受ける影響が小さくなるように、n=2に設定
する。
From the graph in FIG. 4, as n increases, graphs a and c approach each other, so that A/B is less influenced by fluctuations in the emissivity ratio ε 12 . On the other hand, in graph b, as n increases,
As A/B increases, the error in the measured temperature increases. If the error in the measured temperature becomes large in graph b, that is, when the emissivity is ε 12 , the advantage of the radiation thermometer will be lost. From such a thing,
n=2 is set so that the error in the measurement signal when the emissivity is ε 12 is small, and A/B is less affected by fluctuations in the emissivity ratio ε 12 .

以下、放射率εの近似式を用いて求めた測定温
度の誤差について説明する。
Hereinafter, the error in the measured temperature obtained using the approximation formula for emissivity ε will be explained.

透過波長がλ1、λ2のフイルタを透過した光につ
いての黒体放射輝度をLλ1、Lλ2とすると、ウイ
ーンの公式から、 Lλ1=C1/λ51e-C1/1〓 (28) Lλ2=C1/λ52e-C1/2〓 (29) L1=ε11 (30) L2=ε22 (31) となる。
Let Lλ 1 and Lλ 2 be the black body radiance of light transmitted through filters with transmission wavelengths λ 1 and λ 2. From Vienna's formula, Lλ 1 = C 15 / 1 e -C1/1 〓 (28) Lλ 2 = C 1 / λ 5 / 2 e -C1/2 〓 (29) L 1 = ε 11 (30) L 2 = ε 22 (31).

ここで、(13)式と(25)式およびn=2から、
放射率εは次のような関数で近似される。
Here, from equations (13) and (25) and n=2,
Emissivity ε is approximated by the following function.

ε=e〓〓2 (32) 分光放射輝度L1、L2と測定温度Tnとの関係は、
次のようになる。
ε=e〓〓 2 (32) The relationship between the spectral radiance L 1 , L 2 and the measurement temperature T n is
It will look like this:

L1=e〓〓・C1/λ51e-C2/1m (33) L2=e〓〓・C1/λ52e-C2/1m (34) (33)式と(34)式の連立方程式を測定温度
Tnについて解くと、 Tn=C2(λ21/λ2−λ22/λ1)/{λ2 2loL1λ5
1/C1−λ2 1loL2λ52/C1
(35) となる。(35)式に(30)式と(31)式に代入す
ると、 Tn=C2(λ21/λ2−λ22/λ1
/{λ2 2loλ51/C1ε11−λ2 1loλ52/C1ε2L
λ2}(36) となる。(36)式に(28)式と(29)式を代入し
て、 Tn=C2(λ21/λ2−λ22/λ1)/{λ
2 2Io(ε1e-C2/1T)−λ2 1lo(ε2e-C2/2T)} =C2(λ21/λ2−λ22/λ1)/{Tl
o(ε1λ22/ε2λ21)+C2(λ21/λ2−λ22
/λ1)}(37) となる。ここで、誤差率ΔT/Tは、(19)式を
用いて、 ΔT/T=−Tlo(ε1λ22/ε2 21)/Tlo(ε1λ2
2/ε2λλ21)+C2(λ21/λ2−λ21/λ1
(38) となる。ここで、ε1=γε2とおきかえると、(38)
式は、 ΔT/T=−TIoγ〓〓ε〓〓〓〓/Tloγ〓〓ε2〓〓〓
〓+C2(λ21/λ2−λ22/λ1) (39) となる。
L 1 = e〓〓・C 15 / 1 e -C2/1m (33) L 2 =e〓〓・C 15 / 2 e -C2/1m (34) The simultaneous equations of equations (33) and (34) are used to measure the temperature.
Solving for T n , T n = C 22 / 1 / λ 2 − λ 2 / 2 / λ 1 ) / {λ 2 2 l o L 1 λ 5
1 /C 1 −λ 2 1 l o L 2 λ 52 /C 1 }
(35) becomes. Substituting equations (35) into equations (30) and (31), T n = C 22 / 1 / λ 2 − λ 2 / 2 / λ 1 )
/{λ 2 2 l o λ 5 / 1 /C 1 ε 11 −λ 2 1 l o λ 5 / 2 /C 1 ε 2 L
λ 2 }(36). Substituting equations (28) and (29) into equation (36), T n = C 22 / 1 / λ 2 − λ 2 / 2 / λ 1 ) / {λ
2 2 I o1 e -C2/1T ) − λ 2 1 l o2 e -C2/2T )} = C 22 / 1 / λ 2 − λ 2 / 2 / λ 1 )/{Tl
o1 λ 2 / 2 / ε 2 λ 2 / 1 ) + C 22 / 1 / λ 2 − λ 2 / 2
1 )}(37). Here, the error rate ΔT/T is calculated using equation (19) as follows: ΔT/T= −Tlo1 λ 2 / 22 2 / 1 )/ Tlo1 λ 2
/ 22 λλ 2 / 1 ) + C 22 / 1 / λ 2 - λ 2 / 1 / λ 1 )
(38) becomes. Here, if we replace ε 1 = γε 2 , (38)
The formula is ΔT/T=-TI o γ〓〓ε〓〓〓〓〓/Tl o γ〓〓〓ε 2 〓〓〓
〓+C 22 / 1 / λ 2 − λ 2 / 2 / λ 1 ) (39).

ここで、フイルタの透過波長λ1=0.75×10-6
〔m〕、λ2=0.85×10-6〔m〕、一方の放射率ε2=0.
4
として、被測定物体の温度Tを1000、1300および
1600〔K〕の3通りに設定する。このような条件
のもとで、(39)式の誤差率ΔT/Tと放射率の
比γの関係をグラフにすると、第5図に示すよう
になる。
Here, the transmission wavelength of the filter λ 1 = 0.75×10 -6
[m], λ 2 =0.85×10 -6 [m], one emissivity ε 2 =0.
Four
As, the temperature T of the object to be measured is 1000, 1300 and
Set in 3 ways: 1600 [K]. Under these conditions, the relationship between the error rate ΔT/T in equation (39) and the emissivity ratio γ is graphed as shown in FIG.

第5図のグラフでは、縦軸に誤差率ΔT/Tを
とり、横軸に放射率の比γをとつている。また、
曲線d,eおよびtは、温度Tを1600、1300およ
び1000〔K〕に設定したときのグラフである。
In the graph of FIG. 5, the error rate ΔT/T is plotted on the vertical axis, and the emissivity ratio γ is plotted on the horizontal axis. Also,
Curves d, e, and t are graphs when the temperature T is set to 1600, 1300, and 1000 [K].

従来の測定温度を求める演算すなわち放射率が
ε1=ε2であるとして(6)式を用いて測定温度を求め
る演算では、誤差率ΔT/Tと放射率の比γの関
係をグラフに示すと第6図のようになる。
In the conventional calculation for calculating the measured temperature, that is, the calculation for calculating the measured temperature using equation (6) assuming that the emissivity is ε 1 = ε 2 , the relationship between the error rate ΔT/T and the emissivity ratio γ is shown in a graph. and as shown in Figure 6.

第6図のグラフでは、縦軸と横軸、透過波長
λ1、λ2については、第5図のグラフと同一であ
る。また、曲線g,h,kおよびlは、温度Tを
1600、1400、1200および1000〔K〕に設定したと
きのグラフである。
In the graph of FIG. 6, the vertical axis, horizontal axis, and transmission wavelengths λ 1 and λ 2 are the same as the graph of FIG. 5. In addition, curves g, h, k and l have temperature T
It is a graph when it is set to 1600, 1400, 1200 and 1000 [K].

前述したように検出部50で求めた分光放射輝
度L1、L2をもとにして、(35)式を用いて測定温
度Tnを求める演算は、演算手段60が行なう。
Based on the spectral radiances L 1 and L 2 determined by the detection unit 50 as described above, the calculation means 60 performs the calculation to determine the measured temperature T n using equation (35).

このような構成の放射温度計によれば、放射率
εを透過波長λの適切な関数に近似して被測定物
体の測定温度を求めている。このため、第5図の
グラフと第6図のグラフの比較に示すように、被
測定物体の放射率が変動しても、測定温度に生じ
る誤差を小さくすることができる。
According to the radiation thermometer having such a configuration, the measured temperature of the object to be measured is determined by approximating the emissivity ε to an appropriate function of the transmission wavelength λ. Therefore, as shown in the comparison between the graph of FIG. 5 and the graph of FIG. 6, even if the emissivity of the object to be measured changes, the error occurring in the measured temperature can be reduced.

なお、実施例では透過波長の異なる2種類のフ
イルタを用い、放射率εを1個の未知数を有する
関数で近似した場合について説明したが、これに
限らず透過波長の異なるN種類(Nは3以上の整
数)のフイルタを用い、放射率εをN−1個の未
知数を有する関数数で近似してもよい。
In addition, in the example, a case was explained in which two types of filters with different transmission wavelengths were used and the emissivity ε was approximated by a function having one unknown. However, the present invention is not limited to this. The emissivity ε may be approximated by a function number having N-1 unknowns by using a filter having a value of (an integer greater than or equal to).

また、実施例では透過波長変換手段20として
フイルタホイールを用いた場合について説明した
が、透過波長変換手段20としてはこれ以外のも
の例えば透過波長が異なるフイルタを固定配置し
ておき、変位可能なプリズムによつて光の進行方
向を変え、各フイルタに交互に光を入射させるよ
うにしたもの等であつてもよい。
Further, in the embodiment, a case has been described in which a filter wheel is used as the transmission wavelength conversion means 20, but other than this, for example, filters with different transmission wavelengths are fixedly arranged, and a movable prism is used as the transmission wavelength conversion means 20. Alternatively, the traveling direction of the light may be changed depending on the direction of the filter, and the light may be made to enter each filter alternately.

また、実施例では検出器31が1個設けられて
いる場合について説明したが、検出器31はこれ
以外の複数個だけ設けられてもよい。
Further, in the embodiment, a case has been described in which one detector 31 is provided, but a plurality of other detectors 31 may be provided.

また、実施例では放射温度計が2色温度計であ
る場合について説明したが、放射温度計としては
これ以外の複数種類の波長の光を用いた多色温度
計であつてもよい。
Further, in the embodiment, a case where the radiation thermometer is a two-color thermometer has been described, but the radiation thermometer may be a multi-color thermometer that uses light of a plurality of different wavelengths.

以上説明したように本発明によれば、被測定物
体の放射率が変動しても、測定温度に生じる誤差
が小さい放射温度計を提供することができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a radiation thermometer with small errors in measured temperature even if the emissivity of the object to be measured changes.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は放射温度計の従来の構成例を示した
図、第2図は第1図の放射温度計の誤差の温度特
性を示したグラフ、第3図は本発明にかかる放射
温度計の一実施例の構成を示した図、第4図は放
射率の近似式を求めるために用いるグラフ、第5
図は第3図の放射温度計により求めた測定温度の
誤差率と放射率の比の関係を示したグラフ、第6
図は従来の放射温度計により求めた測定温度の誤
差率と放射率の比の関係を示したグラフである。 21,211,212……フイルタ、60……演
算手段。
Fig. 1 is a diagram showing a conventional configuration example of a radiation thermometer, Fig. 2 is a graph showing the temperature characteristics of the error of the radiation thermometer shown in Fig. 1, and Fig. 3 is a diagram showing a radiation thermometer according to the present invention. A diagram showing the configuration of one embodiment, FIG.
The figure is a graph showing the relationship between the error rate of the measured temperature determined by the radiation thermometer in Figure 3 and the ratio of emissivity.
The figure is a graph showing the relationship between the error rate of measured temperature determined by a conventional radiation thermometer and the ratio of emissivity. 21, 21 1 , 21 2 ... filter, 60 ... calculation means.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 被測定物体から放射された光に透過波長の異
なるN個(Nは2以上の整数)のフイルタを透過
させ、各フイルタを透過した光をもとにして前記
被測定物体の温度を求める放射温度計において、 前記各フイルタの透過波長に対応した前記被測
定物体の放射率を、N−1個の未知数を有する透
過波長の関数でそれぞれ近似し、これらの近似し
た放射率を用いて、所定の演算式から被測定物体
の温度を求める演算手段を具備したことを特徴と
する放射温度計。 2 前記演算式にウイーンの公式およびプランク
の公式を用いたことを特徴とする特許請求の範囲
第1項記載の放射温度計。
[Scope of Claims] 1. Light emitted from the object to be measured is transmitted through N filters (N is an integer of 2 or more) having different transmission wavelengths, and the light emitted from the object to be measured is determined based on the light that has passed through each filter. In a radiation thermometer that measures the temperature of an object, the emissivity of the object to be measured corresponding to the transmission wavelength of each of the filters is approximated by a function of the transmission wavelength having N-1 unknowns, and these approximated radiation 1. A radiation thermometer comprising a calculation means for determining the temperature of an object to be measured from a predetermined calculation formula using a ratio. 2. The radiation thermometer according to claim 1, wherein the calculation formula uses Wien's formula and Planck's formula.
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