JPH03148026A - 自動較正対センサ非接触温度測定方法および装置 - Google Patents
自動較正対センサ非接触温度測定方法および装置Info
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
体、詳しく言えば移動している外部物体の温度を測定す
るための方法および装置に関する。
方法や装置により測定されており、そのうちには参照物
体と外部物体の温度差が零であるときには、それらの物
体間において熱の交換が発生しないという原理に基づく
非接触温度検出装置が含まれる。
,542,123号と3,715.923号に詳細に示
されている。
置されている外部物体間の熱の流れを決定するための熱
流量センサを持つ高い熱伝導率をもつ参照物体を含んで
いる。
る。
確立するための手段を持っており、それにより前記熱流
量センサの出力信号が外部物体の絶対的な温度を得るよ
うに較正されることができる。
過するときに、外部物体と参照物体間にそれらの温度が
同一でない限りにおいて伝導により熱の交換が行われる
であろう。
面に、または表面から流れることによって起こる。
れらの間の空間の熱経路の熱のコンダクタ− ンスに比例するであろう。
ンサによって測定された前記熱流率を与えられた参照物
体の温度に対する外部物体と参照物体間の温度差の関数
として較正することが可能である。
度差の較正されたものを前記参照物体の中の温度センサ
によって測定された参照物体の温度に加えることによっ
て外部移動物体の温度が得られる。
用されるものであるが、それらは静止している物体への
応用にも適している。
る欠点は、参照物体と外部物体間の距離または熱移送条
件が変わる度に手動により再較正しなければならないこ
とであって、これによって不必要な時間的遅れを招くこ
とである。
の条件が異なったときでさえも、引き続き機能する外部
物体の温度の測定のために改良され、かつ便利な方法と
装置を提供することである。
体間の温度の傾きとの比例定数を自動的に計算すること
ができる外部物体の温度の測定方法のために改良された
方法と装置を提供することである。
例えばワイヤとかフィラメントであるとか、ウェブとか
ロール等の温度を測定するための改良された方法と装置
を提供することである。
徴によって達成されるべきものであり、本発明は同じ感
度で熱流センサAおよび熱流センサBと呼ばれ、それぞ
れのセンサは高い熱伝導率を持つ参照物体に埋め込まれ
ており、それらの参照物体はそれぞれ参照物体A、参照
物体Bといわれるものを含む温度計測装置を提供するも
のである。これらの2つの参照物体は一方の物体が加熱
されるか、または冷却され、それらの間には温度差を保
つための熱障壁が設けられており、2つの異なった温度
において動作するものである。
センサによって測定される。
流を計測するものであり、その外部物体の温度も測定さ
れる。
サと外部物体間の熱伝導率は2つの各々の熱流センサと
外部物体間の温度差の各々に比例するものである。
信号を発生するものであり、これは前述した温度差に比
例するものである。
はさらに外部物体の温度を決定することができる。
間の間隔に対して較正する必要をなくしている。
形状が変わったとしても本発明においては、外部物体の
温度のモニタを続けることができる。
応用、すなわちそこにおいては対象の形や距離が変わる
ような応用に特に利点がある。
離に原因する揺らぎは両方の参照物体について同じであ
るということである。
Aとし、参照物体Bと外部物体との距離、これをX、と
したときにこれらは時間にしたがって変化する可変数で
あり、本発明の概念はXAとXBが等しいという限り適
用できるものである。
フィラメントとかの製造においては、これらの製品の温
度を無接触で測定することが要求1 される。
って、乱すきいうことがない理由から、そのような目的
に極めて適している。さらにまた、例えば、製造される
べきワイヤの直径が変わったというような工程の変化が
起こったときにおいても、この装置は、再較正のために
その工程を一旦停止することなく作業を続行することが
できる。
、ある現実の制約がある。
、外部物体と少なくとも参照物体の1つの間には常に温
度差が存在する。
ける。しかしながら、その影響を受ける量は、その物体
が移動しているものであり、かつ、参照物体に接触する
ものでないということから、その影響を無視することが
できる。
装置は前述した応用を含む数多くの応用2 に利用できるものである。
定装置においては固有のものであり、この発明を利用す
るときに通常の知識を有する者においては容易に認識さ
れ、かつ処理でき得るものである。
することなく、その温度を計測することができる装置の
能力にある。
温度に比例するという認識に基づいて発生するものであ
る。
本発明は自動較正を実現することも可能である。
て製造された熱流センサは同じ感度を呈するものと理解
されるべきであり、全く同じセンサを用いる必要はなく
、同じ感度の熱流センサを用いることで足りる。
照物体の温度と、さらに熱流センサが発生する電圧との
間の相関性に基礎をおいている。
つの熱流センサと外部物体間の熱流率またはそれらの積
は以下のようにして与えられることが知られている。
一) EA=熱流熱流センサ上って発生させられる電圧であっ
て、QAに比例する。
て、Q、に比例する。
Bを包含する参照物体の温度ここにおいて: QA=A=とセンサA間の熱流率 Q、−製品とセンサ8間の熱流率 に−製品とセンサ間の熱経路のコンダクタンス(両方の
センサにおいて同一) ΔX=製品とセンサ間の熱経路の距離(両方のセンサに
おいて同一) C=QAとEA、QBとEl間の比例定数(両方本発明
によれば、これら2つの方程式から外部物体または製品
の温度が以下の式によって表される。
TB、EAおよびElの関数のみとして表現されている
。
変数を正確に測定することができ、それら5 に基づいて外部物体の温度Tpを前述した式に基づいて
算出することができる。
体と熱流センサ間の距離またはコンダクタンスの変動に
対する感度をもっていない。
ュータはこれらの要素TA、T、、EAおよびEBに関
する信号を受は入れて、前述した式に基づいてTPを算
出するようにプログラムされている。
り、その装置は一般的に熱障壁16により分離された熱
的に導伝性を有する参照物体12゜14と参照物体12
の温度を変更するための温度可変手段であり、電気抵抗
加熱素子またはカートリッジ18を含むものと、同じ感
度を持つ熱流センサ20とさらに温度センサ22を含ん
でいる。
例えばフィルムとかウェブとか、長い素材等の温度を検
出するのに適している。
物理的に接触することなく検出させることによって測定
される。
のである。
ル被覆された銅またはそのようなものから構成された熱
的に導伝性をもつ参照物体であり、それぞれは、熱を取
り入れ、熱を取り出して熱流を発生させる熱シンクを形
成している。
測定されるべきウェブ24から一定の距離能れた位置に
配置されている。ウェブ24は熱流センサ20と参照物
体12の動作表面34に近接した経路に沿って移動する
。
または適当な熱伝導性を持たない物質、例えばアラミド
ペーパーなどから構成される熱障壁16によって分離さ
れている。
ブ24から第1の参照物体12の熱流センサが持ってい
た距離と同じ距離に配置されている。
0間の距離は略0.76〜3.175 mm (0゜0
3〜0.1251nch)であるが、もちろんソノ距離
は製品の速度とそれに付属する境界層の厚さとを特定の
用途に応じて変えることができるものである。
流センサ20を通過するウェブの経路を形成するために
ガイド36を用いることができる。
ッジヒータ18が用いられる。参照物体12の温度を上
昇させるために他の種々の手段、例えばその中に形成さ
れた液体による加熱手段を用いることができる。
ことが必要なのであるから、これらのいずれかのヘッド
を冷やすということもあり得る。
ことを条件にするものではなく、そのセンサがウェブ2
4と参照物体12.14間の温度差から生ずる熱の移動
を検出することができるものであれば足りる。
動的に動作する熱電堆であって、それらが設けられてい
る表面から流入または流出する熱流率に比例する電圧を
発生することができるものであればよい。
例えば金またはアルミニュームが設けられており、それ
はウェブ24を通過するか、または他の部分からの外的
な放射熱流要素を反射するために設けられており、熱流
要素の対流伝導熱流から大きなまたは意味がある影響を
避けるためである。
ングは測定されるべき製品が放射に対して透明な場合に
有用である。
の壁に関連してその中に熱交換可能に配置されている。
m)RTDであって、動作表面34に比較的近接して位
置させられることが望ましい。
るものであり、もし可能であるならば、熱電堆または他
の適当な形態をとることが好ましい。
アナログ・ディジタル変換器52に供給される。
サ20からの出力信号を一定の領域からの熱流率ごとの
電圧を示すのに適した感度に調整されている。
、EAとして示されている。同様にEIlは参照物体1
4の熱流センサ20の出力電圧を示す。
号はリード線54を介してアナログ・ディジタル変換器
52に供給される。温度センサ22からの信号は参照物
体12と14.TAおよびTelとしてそれぞれ表され
る温度に変換される。最終的に変換器52からの信号は
マイクロコントローラ88に供給され、ここにおいて外
部物体または製品の温度T、が前述された式によって計
算され、T、は温度読み出し部58に表示される。マイ
クロコントローラ88は、ヘッド12の温度TAを参照
物体を加熱する量を制御することによって調整する。
ことができる。
に曲率をもっている表面、例えば金属ロールを形成する
ためのもの、またはつや出しをするためのもの、または
シート材料をラミネートするもの、または繊維を加熱し
たり、または紙工基において繊維を加熱したり乾燥させ
たりするために用いられる曲面をもつロール表面の温度
を測定するのに適している。
、障壁42によって分離される参照物体30と32を部
分的に含んでいる装置28によって連続ロール26の温
度が測定される。
されてロール26と熱流センサ48の距離が熱流センサ
84の距離が同じになるように形成されている。
の1つの温度を調節するもの、温度センサ。
施例は、特にワイヤ、フィラメント、他の長いもの等が
その長手方向の軸に沿って移動させられるときにその温
度を測定するのに適している。
mm(8分の1 1nch)の開口64が器具62の長
手方向の中心に設けられているものを持っている。
よれば外観は特にどのような形状であっても問題はない
のである。
利用されている。
る参照物体56と66をもっており、それらは熱的な障
壁68により分離されている。
な抵抗加熱素子70をもっており、熱流センサ72、さ
らに温度センサ74が含まれている。
体56と66は、すでに第1図において最初に記述され
た装置10に見出されるものと実質的に同じものである
から、繰り返しの説明を省略する。
ラメント82と接触する可能性のあるところにのみ配置
されており、無視できる熱的な接触が起こりうる。
この装置またはアパーチャ64において接触することを
防止するために設けられたものである。
メント82を保持するために設けられたものではない。
パーチャ64のどこの位置にあろうとも正確な温度測定
を可能にするものである。
数個の熱流センサ72をその可動フィラメント82の周
りに配置している。
流センサ72をフィラメント82の周りに24 90度ずつほぼ離れた位置を保って配置されている。
センサ72からの出力信号はリード線50を介してアナ
ログ・ディジタル変換器52に接続されている。
74からの出力信号はリード線54を介して前記変換器
52に接続されている。
ンサ72からの4つの出力信号を平均化して各参照物体
ごとの出力信号を得る。
りの熱流率あたりの電圧により適当な感度の信号に調整
する。
らの出力信号はそれぞれEA(!:Elとする。
すなわちTAとT、に変換される。
ーラ84に接続され、ここにおいてフィラメントTPの
温度が前述されたT、を示す式により計算され、Tpは
温度出力手段58によって表示される。
で参照物体56の加熱または冷却の量を制御するこ止に
よって温度TAを調整することにも利用される。
用される熱流センサまたは温度センサの特定の形式のも
のは、熱流センサにおいては出力信号が直接的に熱流に
比例すること、または温度センサにおいては、出力がヘ
ッドまたはプルーブの温度に直接的に比例することのみ
が要求される。
制御の分野において利用することができる。
も温度差は比較的小さいものであるということに留意さ
れたい。すなわち、2つの参照物体間の温度差は、−1
2,22°〜+37.8°C(10°〜100°F)の
間であり、さらにまた、参照物体と製品との間の温度差
は−17,8°〜十37.8°C(0°〜100°F)
である。
の表面間の流体層は温度の分布に影響を与え参照物体と
外部物体の温度差のみに依存するものである。参照物体
は、計測操作を外部の温度条件から分離することによっ
て熱流は参照物体と外部物体の相対温度の関数として計
測される。
が、本発明は添付の特許請求の範囲の記載に基づいて保
護されるべきものと理解されたい。
、移動するウェブの温度を検知する参照物体を拡大した
横断面図を示している。 第2図は、移動する曲率を持ったロールの外形に適する
本発明装置の実施例の基準参照物体を示す図である。 第3図は、高速で移動する長い物体の温度検出に7− 特に適する温度検出装置の実施例を示す斜視図である。 第1図は、拡大した参照物体の断面図を含む第3図に示
された装置の部分的な略図である。 第5図は第1図の線5−5の示す線で切断して示された
図である。 10・・・熱検出装置 12.14・・・参照物体 16・・・熱障壁 18・・・熱抵抗加熱素子(=カートリッジヒータ)2
0.20・・・熱流センサ 22・・・温度センサ 24・・・ウェブ 26・・・ロール 28・・・装置 30.32・・・参照物体 34・・・動作表面 36・・・ガイド 40・・・熱反射コーティング 42・・・熱障壁 =28 44.46・・・動作表面 48.84・・・熱流センサ 52・・・アナログ・ディジタル変換器54・・・リー
ド線 56.66・・・参照物体 58・・・読み出し部 60・・・熱制御器 62・・・装置(器具) 64・・・開口 68・・・熱障壁 70・・・電気抵抗加熱素子 72・・・熱流センサ 74・・・温度センサ 76・・・ガイド 78・・・入口 80・・・出口 82・・・フィラメント 88・・・マイクロコントローラ
Claims (10)
- (1)移動する物体の温度を非接触で測定する装置であ
って、 熱的に導伝性を有する参照物体で、各々は前記材料に対
面する表面をもつ第1および第2の参照物体と、 前記第1および第2の参照物体を異なる温度に維持する
ための手段と、 前記第1および第2の参照物体に保持され、同一の感度
をもち、各々の表面を通じて流れる熱を検出する第1お
よび第2の熱流センサと、 各々の表面の温度を検出するように前記第1および第2
の参照物体に設けられた第1および第2の温度センサと
、 前記熱流または温度センサからの信号に応答して前記可
動材料の温度を算出するための手段とを含む自動較正対
センサ非接触温度測定装置。 - (2)請求項1記載の測定装置において、前記参照物体
の表面形状はその表面が前記可動物体の移動表面の曲率
に一致するような表面が与えられている自動較正対セン
サ非接触温度測定装置。 - (3)請求項1記載の測定装置において、ガイドが前記
可動物体が参照物体に近接して移動するように設けられ
ている自動較正対センサ非接触温度測定装置。 - (4)請求項1記載の測定装置において、前記演算手段
は、前記材料の温度を第1の参照物体の温度にE_Aと
E_Bの積を加えたものに等しいという関係を利用して
算出するものであり、ここにおいてE_Aは第1の参照
物体の表面に配置された熱流センサにより発生されたも
のであり、それはその表面を介して流れる熱流に比例す
るものであり、E_Bは第2の参照物体の表面に配置さ
れた熱流センサによって発生された信号の大きさであり
、それはその表面を通過して流れる熱流に比例するもの
であり、そしてBはCをDで割ったときの商に等しいも
のであり、ここにおいてCは第1の参照物体の温度から
第2の参照物体の温度を引いたものに等しく、DはE_
BからE_Aを引いたものに等しいものである自動較正
対センサ非接触温度測定装置。 - (5)長い移動する要素の温度を測定するための装置で
あって、 前記長い要素に対面する表面をもつ熱的に導伝性をもつ
第1および第2の参照物体と、 前記第1および第2の参照物体を異なった温度に保持す
るための手段と、 それぞれの表面から流れる熱流を検出するために前記第
1および第2の参照物体に設けられている複数の熱流セ
ンサと、 それぞれの表面温度を検出するために第1および第2の
参照物体のそれぞれに設けられている第1および第2の
温度センサと、 前記移動物体の温度を計算するために前記熱流センサと
温度センサに応答する手段と を含む自動較正対センサ非接触温度測定装置。 - (6)請求項5記載の測定装置において、前記第1の参
照物体に保持されている熱流センサの感度は、前記第2
の参照物体に保持されている熱流センサの感度と全体と
して両方のセットのセンサが測定されたときに等しいも
のである自動較正対センサ非接触温度測定装置。 - (7)請求項5記載の測定装置において、前記第1の参
照物体に支持されている熱流センサは前記移動要素の周
りに配置させられており、そして前記第2の参照物体に
設けられている熱流センサは同様に前記移動要素の周り
に配置されているものである自動較正対センサ非接触温
度測定装置。 - (8)請求項5記載の測定装置において、前記演算装置
は、移動する長い要素の温度を前記要素の温度が第1の
参照物体の温度にE_AとE_Bの積を足したものに等
しいということにより算出するものであり、ここにおい
てE_Aは第1の参照物体の表面に配置されている複数
の熱流センサによって発生させられた信号の和に比例す
るものであって、それはその表面を介して流れる熱流に
比例するものであり、E_Bは第2の参照物体の中に配
置された複数の熱流センサによって発生させられる信号
の値の和に比例し、かつそれはその各々の表面を通過し
て流れる熱流に比例するものであり、ここにおいてBは
CをDで割った商に等しく、かつ、Cは第1の参照物体
の温度から第2の参照物体の温度を引いたものであり、
そしてDはE_BからE_Aを引いたものに等しいもの
である自動較正対センサ非接触温度測定装置。 - (9)請求項1、2、3、4、5、6、7または8記載
の温度測定装置において、それらには放射熱反射コーテ
ィングを前記熱的に導伝性を有する参照物体の表面と前
記熱流センサの表面に設け、前記熱流センサが放射熱流
に反応しないようになっている自動較正対センサ非接触
温度測定装置。 - (10)移動する材料の温度を測定するための方法であ
って、 前記材料を第1および第2の熱的に導伝性をもつている
参照物体のそばを通過させるものであって、それらの参
照物体は異なった温度をもっており、そして第1の参照
物体と前記移動物体の距離は前記第2の参照物体と前記
移動物体の距離と等しくなるように前記材料を通過させ
るステップと、前記第1および第2の参照物体の温度を
それぞれの中に設けられている温度センサによって測定
するステップと、 前記移動中の材料と前記熱的に導伝性をもつ参照物体と
の間の伝導または対流熱流を前記それぞれの中に設けら
れている同じ感度の第1および第2の熱流センサによっ
て前記材料と前記参照物体間の熱流を測定するステップ
と、 前記熱流および湿度センサの出力を前記移動材料の温度
を計算するために接続するステップと、前記移動材料の
温度を前記温度が最初の移動物体の温度にE_AとE_
Bの積を加えたものに等しいということに基づくもので
あり、ここにおいてE_Aは前記第1の参照物体の表面
に設けられた熱流センサが発生する信号の値であり、そ
れはその表面を介して流れる熱流に比例するものであり
、E_Bは第2の参照物体の表面に設けられている熱流
センサによって発生された信号の値であって、それはそ
の表面を介して流れる熱流に比例するものであり、ここ
においてBはCをDで割った商に等しく、そしてCは第
1の参照物体の温度から第2の参照物体の温度を引いた
ものに等しく、そしてDはE_BからE_Aを引いたも
のに等しいものであるとして可動物体の温度を測定する
ステップとを含む自動較正対センサ非接触温度測定方法
。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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