JPH0427496B2

JPH0427496B2 -

Info

Publication number: JPH0427496B2
Application number: JP55126909A
Authority: JP
Inventors: Kyoshi Tamura; Kunio Kurita
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1980-09-12
Filing date: 1980-09-12
Publication date: 1992-05-12
Also published as: JPS5750631A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、表面温度および放射率の測定方法並
びに装置に係り、特に、連続焼鈍炉等の工業用炉
において、鋼板その他炉内において加熱される物
体の表面温度および放射率を測定する方法並びに
装置に関する。

工業用炉内において静止または走行状態で加熱
される物体の表面温度を測定するには、非接触で
測温可能な放射温度計が好都合であり、実際多く
の分野で使用されている。

しかし、放射温度計の検出子に入射する放射エ
ネルギーＥは、通常次の(1)式で近似されるので、
放射率ｓが知られている特殊な場合しか真の温度
を測定できないという測定原理上の問題点があ
る。

Ｅ＝sKTⁿ ………(1) ここで、ｓは被測定物の放射率、Ｋは定数、Ｔは
被測定物の温度、ｎは放射定数C₂、波長λおよ
び被測定物の温度Ｔを用いてｎ≒C₂／（λ・Ｔ）
と表わされる通常ｎ値と呼ばれるものである。

かかる問題点を解消するために、空洞を被測定
物表面に近接して配置し、熱平衝状態に近似させ
て温度を測定する方法が提案されている。ランド
型放射温度計は、この方法を利用したもので、内
側に金メツキした半球状の空洞を設け、この空洞
の頂点に穿設した小孔を通して放射温度計で温度
を測定するものである。しかし、被測定物の放射
率が約0.8以上であれば正確な表面温度を測定で
きるが、低放射率の被測定物の表面温度を正確に
測定できないという問題点がある。

また、第１図に示すように、内側に金メツキし
た空洞２の頂部に小孔４を穿設し、この小孔４の
直上に放射温度計６を配置し、空洞２の温度を電
熱線３で調節するようにした。いわゆる放射熱平
衝法も知られている。この方法によれば、空洞２
を完全な黒体と仮定し、放射温度計６の指示値を
ｒ、空洞の内壁温度をθ、被測定物の表面温度を
ｔとすると、被測定物の放射率に無関係に次の(2)
式が成立し、ｒ＝θとなるように電熱線を調節す
ると、ｔ＝ｒ＝θとなり、正しい温度が得られ
る。

ｔ＝ｒ＝ｋ（ｒ−θ） ………(2) ここで、ｋは定数であり、θは接触式の温度計
で測定する。

しかし、実際には、被測定物と空洞との間の間
隙や空洞に設けた小孔のために、上記(2)式が成立
せず、ｒ＝θとしても、ｔ＝ｒ＝θが成立しない
のが普通である。仮りに、上記(2)式が近似的に成
立するとしても、空洞の内側は金メツキが施して
あるため、高温で金メツキ部分が変化し易く、使
用が難しい。更に、被測定物の温度が広い範囲に
わたつて変化する場合には、空洞の内壁温度θ
は、被測定物の温度ｔに追従できない、という問
題点がある。

更に、内側に金メツキを施した円筒状空洞と、
その上面に回転セクタとを設けた温度と放射率の
測定方法も知られている（特開昭48−3784号公
報）。しかし、この方法も金メツキを施している
ため金メツキ部分の表面状態が変化し易く、高温
では使用しにくい。また、鏡面反射特性の材質を
測定対象としているため、相互反射の理論的な計
算に基づく精度評価が難しい、という問題点があ
る。

特開昭50−124684号公報には、異なる温度に保
持される２個の反射板を設け、該２個の反射板の
温度と、該２個の反射板の位置における測定対象
物の放射温度とから、測定対象物の放射率を検出
する装置が開示されている。しかし、この技術で
は２個の反射板それぞれにヒータを設けて温度制
御する必要があり、また反射板の温度を測定対象
物（例えばストリツプ）温度と異なる温度に制御
することを特徴としている。

本発明の第１の目的は、表面温度と放射率を同
時に測定できる表面温度および放射率測定方法を
提供することにある。また、本発明の第２の目的
は、前記方法を利用した、特に炉内鋼板の表面温
度および放射率を同時に測定できる表面温度およ
び放射率測定装置を提供することにある。

本発明の第１の目的は、開口部と該開口部に対
向する位置に形成された小孔とヒータとを備えた
空洞を被測定物表面に近接配置し、合成放射を検
出する第１の放射温度計により前記小孔に接続さ
れた支持管を通して前記被測定物表面と前記空洞
内壁との相互反射による合成放射を検出するとと
もに、空洞温度を一定温度に制御し、被測定物か
らの放射を検出する第２の放射温度計により前記
被測定物からの放射を検出し、前記第１、第２の
放射温度計の指示値と前記空洞の温度とから前記
被測定物の表面温度及び放射率を求めるようにし
た表面温度および放射率の測定方法により達成さ
れる。また、本発明の第２の目的は、開口部と該
開口部に対向する位置に形成された小孔とヒータ
とを備えた空洞と、一端を該空洞の小孔に接続さ
れた支持管と、該支持管の他端に配置されて被測
定物表面と前記空洞内壁との相互反射による合成
放射を前記支持管中空部を通して検出する第１の
放射温度計と、被測定物の測定点からの放射を検
出する第２の放射温度計と、該第２の放射温度計
の入射端と被測定物の測定点の間に配置され該測
定点以外の場所からの前記第２の放射温度計への
放射を遮蔽する遮蔽筒と、前記空洞の温度を検出
する温度計と、前記空洞の温度を一定温度に制御
する温度設定装置と、前記第１，第２の放射温度
計の指示値と前記温度計の指示値とから前記被測
定物の表面温度及び放射率を演算する演算装置
と、該演算装置の演算結果を表示する表示装置と
を含んで構成された表面温度および放射率の測定
装置により達成される。

以下、図面を参照して本発明の実施例について
説明する。まず、第１の発明の実施例について第
２図を参照して説明する。図に示すように、開口
部１０およびこの開口部１０に対向する位置に小
孔１２を備えた空洞１４を被測定物表面１８に近
接配置する。そして、合成放射を検出する第１の
放射温度計１６を小孔１２の上方に配置して、こ
の小孔１２を通して、被測定物表面１８と空洞１
４の内壁との相互反射による合成放射を検出す
る。なお、この空洞１４の温度は、例えば内部に
埋設されたヒータＨと空洞１４の内壁の温度を測
定する熱電対Tcを用いて、被測定物の表面温度
と同程度である温度Twに設定しておく。２０
は、空洞１４内壁の温度を一様な温度Twにする
ための温度設定装置である。

合成放射を検出する第１の放射温度計１６の近
傍には、被測定物からの放射を検出する第２の放
射温度計２２を配置して、被測定物表面１８から
の放射のみを検出するようにする。なお、被測定
物表面１８以外からの放射が大きい場合には、適
当な手段によりその放射を遮蔽するのが好まし
い。

ところで、被測定物の表面温度をＴ、被測定物
表面からの放射の放射率をｓ、被測定物からの放
射を検出する放射温度計２２の指示値をS₁、合成
放射を検出する放射温度計１６の指示値をS₂とす
ると次の(3)，(4)式が成立する。

S₁ ⁿ＝sTⁿ ………(3) S₂ ⁿ＝sTⁿ＋ρ・β・Twⁿ ………(4) ここで、ｎはｎ値、ρは反射率でρ＝１＝ｓと
表わされ、βは空洞の平均実放放射率と被測定物
表面の反射特性即ち拡散性および鏡面性に依存す
る変数である。そして、βは、空洞を、黒鉛、
SiC、アルミナ等の高放射率材料（固有放射率0.8
以上）で構成すれば、０＜β１の数値を取り得
る。なお、βは被測定物の種類により異るので、
被測定物の種類に応じて予じめ実測により求めて
おくものとする。しかし、冷延鋼板では、同一品
種であればβは定数とみなせる。

上記(3)、(4)式から放射率ｓおよび表面温度Ｔは
次の(5)、(6)式のようになる。

ｓ＝１−S₁ ⁿ−S₁ ⁿ／β・Twⁿ ………(5) Ｔ＝ｓ−１／ｎ・S₁ ………(6) すなわち、前記ｎ≒C₂／（λ・Ｔ）及び上記
(5)，(6)式をｎ，ε及びＴの３元連立方程式として
解き、表面温度Ｔ及び放射率εが求められる（ｎ
≒C₂／（λ・Ｔ）をｎ＝C₂（λ・Ｔ）として演算
を行う）。この時、温度Ｔによるｎの変化は小さ
いので、真温度近傍の温度を用いてｎを設定し、
上記(5)，(6)式をε及びＴの２元連立方程式として
解き、表面温度Ｔ及び放射率εを求めてもよい。

なお、被測定物表面以外からの放射の影響が無
視できない場合は、この放射の影響に関する数式
を前記(5)および(6)式に加えて、表面温度および放
射率を測定することもできる。また、第２図に示
すように、放射温度計１６，２２の指示値S₁、S₂
および空洞の内壁温度Twを演算装置２４に入力
し、前記ｎ≒C₂／（λ・Ｔ）及び上記(5)，(6)式
の演算を行わせるようにしてもよい。２６は、演
算結果を表示する表示装置である。

次に、第２の発明の一実施例を第３図を参照し
て詳細に説明する。本実施例は、炉内鋼板の表面
温度および放射率を測定するようにした装置であ
る。本実施例は、図に示すように、空洞１４と、
合成放射を検出する第１の放射温度計１６と、被
測定物からの放射を検出する第２の放射温度計２
２と、遮蔽筒２８と、温度計Tcと温度設定装置
４２と、演算装置３０と、表示装置３２とを含ん
で構成されている。

空洞１４は、第１の発明の実施例と同一の構成
で、その上方に、迷光除去を有する支持管３４を
介して、放射温度計１６が配置されている。そし
て、空洞１４と支持管３４は接続され、炉壁３８
に設けられた固定部材３６で支持管３４の一端を
固定し、炉壁３８内の鋼板４０の表面に近接して
空洞１４が位置するようにされている。第１の放
射温度計１６は、支持管３４の中空部を通過して
くる光を測定するので、空洞外面から放射される
光が入りこむことはなく、そのことによる誤差は
少い。このため、鋼板温度が高くてヒータ温度が
高くなつても、空洞外面から放射される光は放射
温度計１６に影響せず、測定温度範囲が広がる。

空洞１４の近傍には、空洞１４と隣接させて遮
蔽管２８が配置されている。この遮蔽管２８の一
端は、鋼板４０の表面に近接して設けられ、他端
は炉壁３８を貫通して外部に突出している。ま
た、遮蔽管２８の外周部には、冷却水通路が設け
られ、図の矢印の方向に冷却水を通すようにされ
ている。そして、遮蔽管２８他端の開口端上方に
は、放射温度計２２が配置されている。放射温度
計１６，２２は、その温度上昇を防止するため
に、冷却管１６ａ，２２ａ内に収納され、冷却管
１６ａ，２２ａには空気を通すようにされてい
る。

温度計Tcは、空洞１４の内壁に設けられた、
例えば熱電対で構成され、温度設定装置４２を介
して、演算装置３０に接続されている。空洞１４
内壁の温度は、空洞内壁に設けられたヒータによ
り鋼板４０の表面温度とほぼ同程度である一定温
度に調整される。しかし、空洞を耐熱性合金材で
構成し、炉内雰囲気が加熱帯または均熱帯であれ
ば、炉内雰囲気温度に設定されるので、特にヒー
タによる温度調節は必要とされない。また、設置
される空洞は１個だけであり、この空洞も前述の
ように鋼板４０の温度とほぼ同程度に保持される
ので、鋼板表面温度に及ぼす影響は少く、この影
響による誤差も少い。

演算装置３０は、放射温度計１６および２２の
指示値S₁およびS₂と温度計Tcの指示値とから、
前記(5)、(6)式を用いて、鋼板４０の表面温度Ｔお
よび放射率ｓを演算する。そして、演算結果を表
示装置３２に表示する。なお、４４はローラであ
る。

以上説明したように本発明によれば、表面温度
と放射率とが同時に測定でき、室温近辺から1000
℃以上の非常に広範囲でかつ高精度の測定が可能
となる、という優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の温度測定方法を説明するため
の説明図、第２図は、第１の発明の実施例を説明
するためのブロツク図、第３図は、第２の発明の
実施例のブロツク図である。１４…空洞、１６，２２…放射温度計、３０…
演算装置、３２…表示装置。

Claims

【特許請求の範囲】１開口部と該開口部に対向する位置に形成され
た小孔とヒータとを備えた空洞を被測定物表面に
近接配置し、合成放射を検出する第１の放射温度
計により前記小孔に接続された支持管を通して前
記被測定物表面と前記空洞内壁との相互反射によ
る合成放射を検出するとともに、空洞温度を一定
温度に制御し、被測定物からの放射を検出する第
２の放射温度計により前記被測定物からの放射を
検出し、前記第１、第２の放射温度計の指示値と
前記空洞の温度とから前記被測定物の表面温度及
び放射率を求めるようにした表面温度および放射
率の測定方法。２開口部と該開口部に対向する位置に形成され
た小孔とヒータとを備えた空洞と、一端を該空洞
の小孔に接続された支持管と、該支持管の他端に
配置されて被測定物表面と前記空洞内壁との相互
反射による合成放射を前記支持管中空部を通して
検出する第１の放射温度計と、被測定物の測定点
からの放射を検出する第２の放射温度計と、該第
２の放射温度計の入射端と被測定物の測定点の間
に配置され該測定点以外の場所からの前記第２の
放射温度計への放射を遮蔽する遮蔽筒と、前記空
洞の温度を検出する温度計と、前記空洞の温度を
一定温度に制御する温度設定装置と、前記第１，
第２の放射温度計の指示値と前記温度計の指示値
とから前記被測定物の表面温度及び放射率を演算
する演算装置と、該演算装置の演算結果を表示す
る表示装置とを含んで構成された表面温度および
放射率の測定装置。