JPH0462012B2 - - Google Patents
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- JPH0462012B2 JPH0462012B2 JP59008447A JP844784A JPH0462012B2 JP H0462012 B2 JPH0462012 B2 JP H0462012B2 JP 59008447 A JP59008447 A JP 59008447A JP 844784 A JP844784 A JP 844784A JP H0462012 B2 JPH0462012 B2 JP H0462012B2
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- sample
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- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 47
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims description 35
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 16
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 5
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 1
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/60—Radiation 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】
本発明は放射温度測定方法に関する。
従来試料の温度を非接触式に測定する方法とし
て試料から放射されてくる放射エネルギ量を測定
して行なう放射温度測定方法が知られている。こ
の方法は試料からの熱放射の強度を分光計で特定
の波長に分光して測定し、その測定値と放射率と
からプランクの公式により該試料の温度を求める
もので、これに於ては放射率を知つておくことが
必須の条件となる。しかし放射率は試料の材質、
温度、酸化状態、表面粗さ、波長等により変化す
るので放射率を補正しなければ正確な温度の測定
を行なえない。一般に放射率の補正には試料と共
に正確な放射率を知り得る例えば黒体を設け、黒
体の放射率を知ることにより試料の放射率を求め
る煩雑な手法が取られ、黒体を設置する制約が加
わり、任意の個所で試料を測温出来ず実用的でな
い欠点がある。
て試料から放射されてくる放射エネルギ量を測定
して行なう放射温度測定方法が知られている。こ
の方法は試料からの熱放射の強度を分光計で特定
の波長に分光して測定し、その測定値と放射率と
からプランクの公式により該試料の温度を求める
もので、これに於ては放射率を知つておくことが
必須の条件となる。しかし放射率は試料の材質、
温度、酸化状態、表面粗さ、波長等により変化す
るので放射率を補正しなければ正確な温度の測定
を行なえない。一般に放射率の補正には試料と共
に正確な放射率を知り得る例えば黒体を設け、黒
体の放射率を知ることにより試料の放射率を求め
る煩雑な手法が取られ、黒体を設置する制約が加
わり、任意の個所で試料を測温出来ず実用的でな
い欠点がある。
こうした放射率の補正の煩らわしさを逃れるた
めに、試料の熱放射を２波長で測定し、放射率の
影響を軽減する２波長法（２色式測定法）や熱放
射の測定の測定波長を短波長のものとする等の方
法が提案されたが、前者の方法では２波長の測定
による放射率を同一値として消去するか或は２波
長の放射率の比が測定は一定と仮定し、この放射
率の比を測定常数とするので放射率が測定中に変
動する場合は誤差が大きく、後者の方法では短波
長を使用するので熱放射の小さい低温域の測温が
行なえない不都合がある。本発明は前記した欠
点、不都合のない放射温度測定方法を提案するこ
とをその目的としたもので、試料からの熱放射を
分光して３種以上の波長の分光熱放射を測定する
一方、各波長に於ける分光熱放射率を仮定して各
分光放射率の近似式を求め、該近似式に於ける前
記各波長の近似分光熱放射とこれに対応する前記
測定の分光熱放射との誤差を最小とする温度を求
めて該試料の温度とすることを特徴とする。
めに、試料の熱放射を２波長で測定し、放射率の
影響を軽減する２波長法（２色式測定法）や熱放
射の測定の測定波長を短波長のものとする等の方
法が提案されたが、前者の方法では２波長の測定
による放射率を同一値として消去するか或は２波
長の放射率の比が測定は一定と仮定し、この放射
率の比を測定常数とするので放射率が測定中に変
動する場合は誤差が大きく、後者の方法では短波
長を使用するので熱放射の小さい低温域の測温が
行なえない不都合がある。本発明は前記した欠
点、不都合のない放射温度測定方法を提案するこ
とをその目的としたもので、試料からの熱放射を
分光して３種以上の波長の分光熱放射を測定する
一方、各波長に於ける分光熱放射率を仮定して各
分光放射率の近似式を求め、該近似式に於ける前
記各波長の近似分光熱放射とこれに対応する前記
測定の分光熱放射との誤差を最小とする温度を求
めて該試料の温度とすることを特徴とする。
本発明の実施例を第１図示のように真空容器１
内に収めた試料２の温度を真空窓３を介して外部
の放射温度計４で測定する場合につき説明する。
内に収めた試料２の温度を真空窓３を介して外部
の放射温度計４で測定する場合につき説明する。
該放射温度計４は試料２の熱放射を複数の波長
に分光する分光器５と、分光された分光熱放射の
量を検出する検出器６と、その検出値を演算する
計算器例えばマイクロプロセツサ７を備えるもの
とし、該分光器５に於ては好ましくは熱放射を４
種の波長若しくはそれ以上の波長に分光し、各分
光熱放射は分光数に応じた受光部を有する検出器
６で同時に測定され、各測定値はマイクロプロセ
ツサ７に於て試料２の温度を求めるための演算に
供される。この演算により得られた解は試料２の
温度にほぼ正確に一致する。実施例に於て、試料
２の温度がＴ、熱放射率がε、熱放射がＬである
とする。このうち温度Ｔ、及び熱放射率εは未知
数であり、熱放射Ｌは３色以上の波長λ1，λ2，…
λoに分光され夫々の波長に於ける分光熱放射L1，
L2，…Loが放射温度計４により測定される。
に分光する分光器５と、分光された分光熱放射の
量を検出する検出器６と、その検出値を演算する
計算器例えばマイクロプロセツサ７を備えるもの
とし、該分光器５に於ては好ましくは熱放射を４
種の波長若しくはそれ以上の波長に分光し、各分
光熱放射は分光数に応じた受光部を有する検出器
６で同時に測定され、各測定値はマイクロプロセ
ツサ７に於て試料２の温度を求めるための演算に
供される。この演算により得られた解は試料２の
温度にほぼ正確に一致する。実施例に於て、試料
２の温度がＴ、熱放射率がε、熱放射がＬである
とする。このうち温度Ｔ、及び熱放射率εは未知
数であり、熱放射Ｌは３色以上の波長λ1，λ2，…
λoに分光され夫々の波長に於ける分光熱放射L1，
L2，…Loが放射温度計４により測定される。
一方、各波長λ1…λoに於ける分光熱放射率ε1，
ε2，…εoは黒体の熱放射等の比較対象の熱放射を
知らなければ求め得ないものであるが、ある曲線
に沿つて変化するものであることが知られてお
り、第２図の如く分光熱放射率ε1…εoの各点或は
各点の付近を通る分光熱放射率の曲線εcを想定す
ることが出来る。この曲線εcは波長λのｍ次の多
項式で次のように近似的に表現することが出来
る。勿論この曲線εcは他の関数例えば三角関数、
指数関数でも近似できるが、ここではｍ次の多項
式で近似した場合について説明する。
ε2，…εoは黒体の熱放射等の比較対象の熱放射を
知らなければ求め得ないものであるが、ある曲線
に沿つて変化するものであることが知られてお
り、第２図の如く分光熱放射率ε1…εoの各点或は
各点の付近を通る分光熱放射率の曲線εcを想定す
ることが出来る。この曲線εcは波長λのｍ次の多
項式で次のように近似的に表現することが出来
る。勿論この曲線εcは他の関数例えば三角関数、
指数関数でも近似できるが、ここではｍ次の多項
式で近似した場合について説明する。
εc＝amλm＋an-1λm-1＋・・＋a0 ……〔〕
この多項式近似を最小自乗誤差法で行なうと
〔〕式の係数an，an-1，…a0は次式の連立１次
方程式の解で与えられる。
〔〕式の係数an，an-1，…a0は次式の連立１次
方程式の解で与えられる。
｜Ａ｜・｜ｘ｜＝｜ｂ｜ ……〔〕
一方、熱放射率εは黒体の熱放射をＬ＊とすれ
ば ε＝Ｌ／L* ……〔〕 であり、L*はプランクの公式から温度Ｔの関数
として一般的に次のように表わされる。
ば ε＝Ｌ／L* ……〔〕 であり、L*はプランクの公式から温度Ｔの関数
として一般的に次のように表わされる。
L*＝C1／λ5・１／exp（C2／λT）−１ ……〔〕
これに於てC1＝1.19196×10-16〔Ｗ・m2〕
C2＝0.014388〔ｍ・Ｋ〕で表わされる係数である。
上記〔〕〔〕式から熱放射率は ε＝Ｌ・λ5／C1〔exp（C2／λT）−１〕 ……〔〕 の関係がある。従つて〔〕式の熱放射率εjも εj＝Ljλ5／j／C1〔exp（C2／λjＴ）−１〕……〔
〕 で表わすことが出来、 exp（C2／λjＴ）−１＝uj ……〔〕 とおけば、さらに εj＝Lj・λ5 j／C1・uj ……〔〕 と表せる。このεjを用いて〔〕式のベクトルｂ
を表現すれば、 となる。〔〕式の｜Ａ｜のｋ列を〔〕式の｜
ｂ｜で置き換えた行列式をΔkとすると次の通り
である。
上記〔〕〔〕式から熱放射率は ε＝Ｌ・λ5／C1〔exp（C2／λT）−１〕 ……〔〕 の関係がある。従つて〔〕式の熱放射率εjも εj＝Ljλ5／j／C1〔exp（C2／λjＴ）−１〕……〔
〕 で表わすことが出来、 exp（C2／λjＴ）−１＝uj ……〔〕 とおけば、さらに εj＝Lj・λ5 j／C1・uj ……〔〕 と表せる。このεjを用いて〔〕式のベクトルｂ
を表現すれば、 となる。〔〕式の｜Ａ｜のｋ列を〔〕式の｜
ｂ｜で置き換えた行列式をΔkとすると次の通り
である。
従つて連立方程式〔〕の解akは
ak＝Δk／｜Ａ｜（ｋ＝ｍ，ｍ−１，…，０）
……〔XII〕
となり、〔〕式の近似式は
εc＝１／｜Ａ｜（Δmλm＋Δm−1λm-1
＋…＋Δ1λ＋Δ0） ……〔〕
で表される。このεcを用いて近似分光熱放射Lciを
求めると〔〕〔〕〔〕式から Lci＝εci・L* i ＝εci・C1／λ5i・１／ui ＝C1／｜Ａ｜・λ5／i・ui（Δmλm i＋Δn-1λm-1 i ＋……＋Δ1λi＋Δ0） ……〔〕 この式に於て、λiは前記試料２からの分光した
λ1…λoの波長で既知数であり、｜Ａ｜はλiの関数
で既知数、C1は定数、uiはλiと温度Ｔの関数Δkは
λ1，Ｔ及び試料２の熱放射の測定値Li…Loに相当
するLjの関数であるので、結局この式は未知数Ｔ
の関数である。
求めると〔〕〔〕〔〕式から Lci＝εci・L* i ＝εci・C1／λ5i・１／ui ＝C1／｜Ａ｜・λ5／i・ui（Δmλm i＋Δn-1λm-1 i ＋……＋Δ1λi＋Δ0） ……〔〕 この式に於て、λiは前記試料２からの分光した
λ1…λoの波長で既知数であり、｜Ａ｜はλiの関数
で既知数、C1は定数、uiはλiと温度Ｔの関数Δkは
λ1，Ｔ及び試料２の熱放射の測定値Li…Loに相当
するLjの関数であるので、結局この式は未知数Ｔ
の関数である。
従つて温度Ｔを適当に与えて近似分光熱放射Lci
を求め、これが放射温度計４で測定した分光熱放
射Liに一致もしくは近似すればその温度Ｔが試料
２の温度であると判断することが出来る。この場
合Ｔを変えて得られる近似分光熱放射Lciが第３
図の曲線T1，T2，T3であり、測定による分光熱
放射Liの値ががL1，L2，…，Loであれば、Lciと
Liの自乗誤差の総和Ｅを最小とする温度例えば
T2が試料２の温度である。これを式で表わせば Emin＝minΣ（Lci−Li）2 ……〔〕 となる。
を求め、これが放射温度計４で測定した分光熱放
射Liに一致もしくは近似すればその温度Ｔが試料
２の温度であると判断することが出来る。この場
合Ｔを変えて得られる近似分光熱放射Lciが第３
図の曲線T1，T2，T3であり、測定による分光熱
放射Liの値ががL1，L2，…，Loであれば、Lciと
Liの自乗誤差の総和Ｅを最小とする温度例えば
T2が試料２の温度である。これを式で表わせば Emin＝minΣ（Lci−Li）2 ……〔〕 となる。
こうした温度Ｔを変えての演算処理はマイクロ
プロセツサ７に於て簡単迅速に行なえる。
プロセツサ７に於て簡単迅速に行なえる。
以上の方法では仮定により与えた各分光熱放射
率εcをｍ次の多項式で近似させたが、より簡単で
実用的とするために、第４図示のようにεcを次の
波長λの１次式による近似式とすることも出来
る。
率εcをｍ次の多項式で近似させたが、より簡単で
実用的とするために、第４図示のようにεcを次の
波長λの１次式による近似式とすることも出来
る。
εc＝a1λ＋a0 ……〔〕
これの係数a1，a0は次式の解で与えられる。
Σλ2 jΣλ1 j
Σλ1 jΣλ0 j・a1
a0＝Σλj・εj
Σεj ……〔〕
簡単のために
Z2＝Σλ2 j，Z1＝Σλ1 j，Z0＝Σλ0 j ……〔〕
とおけば、εcは〔〕〔〕からa1，a0を求
めて下式で与えられる。
めて下式で与えられる。
εc＝１／Z2Z0−Z2／1｛（Z0λ−Z1）Σλj・εj＋（
−Z1λ＋Z2）Σεj｝……〔〕 これに於てεjは〔〕で与え得るので εc＝１／Z2Z0−Z2／1｛Z0λ−Z1）１／C1ΣLj・λ6 j
uj＋（−Z1λ＋Z2）１／C1ΣLj・λ5 j×uj｝……〔
〕 と書き換えることが出来、〔〕の近似分光熱
放射Lciの式は Lci＝１λ5／1ui（Z2Z0−Z2／1）×｛（Z0λi−Z1）
×ΣLjλ6 juj＋（−Z1λi＋Z2）ΣLjλ5 juj｝……〔X
I〕 となる。この式も〔〕と同様にuiに含まれる
温度Ｔを未知数とする関数であるので、Ｔの値を
各種与え、近似分光熱放射Lciと測定値Liの自乗
誤差の総和Ｅが最小となる温度Ｔを求め、これが
試料２の温度であるとする点は前記のεcをｍ次の
多項式の近似式で与えた場合と同様である。
−Z1λ＋Z2）Σεj｝……〔〕 これに於てεjは〔〕で与え得るので εc＝１／Z2Z0−Z2／1｛Z0λ−Z1）１／C1ΣLj・λ6 j
uj＋（−Z1λ＋Z2）１／C1ΣLj・λ5 j×uj｝……〔
〕 と書き換えることが出来、〔〕の近似分光熱
放射Lciの式は Lci＝１λ5／1ui（Z2Z0−Z2／1）×｛（Z0λi−Z1）
×ΣLjλ6 juj＋（−Z1λi＋Z2）ΣLjλ5 juj｝……〔X
I〕 となる。この式も〔〕と同様にuiに含まれる
温度Ｔを未知数とする関数であるので、Ｔの値を
各種与え、近似分光熱放射Lciと測定値Liの自乗
誤差の総和Ｅが最小となる温度Ｔを求め、これが
試料２の温度であるとする点は前記のεcをｍ次の
多項式の近似式で与えた場合と同様である。
実際的な例に於て、試料２からの熱放射をλ1＝
1064，λ2＝1570，λ3＝1990，λ4＝2200（nm）の各
波長に分光して測定した。
1064，λ2＝1570，λ3＝1990，λ4＝2200（nm）の各
波長に分光して測定した。
以上の条件で分光熱放射率のｍ次の多項式の近
似式から近似分光熱放射Lciを各種の温度に於て
求め、実測した試料２の分光熱放射L1…L4と比
較し、その誤差の自乗の総和が最小となる温度を
試料２の温度Ｔとした。この温度Ｔは実測で試料
２の温度と一致することが確認された。また前記
の条件で分光熱放射率を１次式で近似した場合、
近似分光熱放射Lciと実測の分光熱放射L1…Loと
の誤差の自乗の総和Ｅが例えば第５図のように２
箇所に於て極小値を有することがあつたが、小さ
い方の極小値EBの温度TBが全ての場合に於て試
料２の温度と一致した。而して両極小値の比
EA／EBは一般に70以上であり、極小値の選択は
容易である。
似式から近似分光熱放射Lciを各種の温度に於て
求め、実測した試料２の分光熱放射L1…L4と比
較し、その誤差の自乗の総和が最小となる温度を
試料２の温度Ｔとした。この温度Ｔは実測で試料
２の温度と一致することが確認された。また前記
の条件で分光熱放射率を１次式で近似した場合、
近似分光熱放射Lciと実測の分光熱放射L1…Loと
の誤差の自乗の総和Ｅが例えば第５図のように２
箇所に於て極小値を有することがあつたが、小さ
い方の極小値EBの温度TBが全ての場合に於て試
料２の温度と一致した。而して両極小値の比
EA／EBは一般に70以上であり、極小値の選択は
容易である。
このように本発明によるときは、仮定による分
光熱放射率を与えてその近似式を求め、該近似式
から得られた近似分光熱放射と実測の分光熱放射
との誤差の自乗を最小とする温度を求めて試料の
温度とするようにしたので、黒体その他の温度を
実測し放射率を求める必要がなく試料の熱放射を
実測するだけで計算により比較的正確に温度を測
定出来、放射率を補正する煩わしさがなく、放射
温度計を設置可能であれば試料温度を測定出来る
ので放射温度測定を簡単に行なえる等の効果があ
る。
光熱放射率を与えてその近似式を求め、該近似式
から得られた近似分光熱放射と実測の分光熱放射
との誤差の自乗を最小とする温度を求めて試料の
温度とするようにしたので、黒体その他の温度を
実測し放射率を求める必要がなく試料の熱放射を
実測するだけで計算により比較的正確に温度を測
定出来、放射率を補正する煩わしさがなく、放射
温度計を設置可能であれば試料温度を測定出来る
ので放射温度測定を簡単に行なえる等の効果があ
る。
第１図は本発明の測定方法の１例の線図、第２
図は波長と仮定の分光熱放射率との関係をｍ次の
多項式で近似する場合の線図、第３図は実測の熱
放射と近似熱放射との関係線図、第４図は波長と
仮定の分光熱放射率との関係を１次式で近似した
場合の線図、第５図は誤差の自乗の総和の最小を
求める曲線図である。
図は波長と仮定の分光熱放射率との関係をｍ次の
多項式で近似する場合の線図、第３図は実測の熱
放射と近似熱放射との関係線図、第４図は波長と
仮定の分光熱放射率との関係を１次式で近似した
場合の線図、第５図は誤差の自乗の総和の最小を
求める曲線図である。
Claims (1)
- １ 試料からの熱放射を分光して３色以上の波長
の分光熱放射を測定する一方、各波長に於ける分
光熱放射率を仮定して各分光熱放射率の近似式を
求め、該近似式に於ける前記各波長の近似分光熱
放射とこれに対応する前記測定の分光熱放射との
誤差を最小とする温度を求めて該試料の温度とす
ることを特徴とする放射温度測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP844784A JPS60152924A (ja) | 1984-01-23 | 1984-01-23 | 放射温度測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP844784A JPS60152924A (ja) | 1984-01-23 | 1984-01-23 | 放射温度測定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60152924A JPS60152924A (ja) | 1985-08-12 |
| JPH0462012B2 true JPH0462012B2 (ja) | 1992-10-02 |
Family
ID=11693376
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP844784A Granted JPS60152924A (ja) | 1984-01-23 | 1984-01-23 | 放射温度測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60152924A (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4881823A (en) * | 1988-03-29 | 1989-11-21 | Purdue Research Foundation | Radiation thermometry |
| JPH05231944A (ja) * | 1992-02-21 | 1993-09-07 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 多波長を用いた放射測温方法 |
| GB9411153D0 (en) * | 1994-06-03 | 1994-07-27 | Land Infrared Ltd | Temperature monitoring |
| US5772323A (en) * | 1994-10-26 | 1998-06-30 | Felice; Ralph A. | Temperature determining device and process |
| DE19721475A1 (de) * | 1997-05-23 | 1998-11-26 | Eko Stahl Gmbh | Verfahren zur berührungslosen Temperaturmessung |
-
1984
- 1984-01-23 JP JP844784A patent/JPS60152924A/ja active Granted
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| HIGH TEMPERATURES-HIGH PRESSURES=1980 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60152924A (ja) | 1985-08-12 |
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