JPH07270241A - 炉内物体の表面温度分布測定方法 - Google Patents

炉内物体の表面温度分布測定方法

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JPH07270241A
JPH07270241A JP6227594A JP6227594A JPH07270241A JP H07270241 A JPH07270241 A JP H07270241A JP 6227594 A JP6227594 A JP 6227594A JP 6227594 A JP6227594 A JP 6227594A JP H07270241 A JPH07270241 A JP H07270241A
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JP
Japan
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slab
radiance
furnace
distribution
radiation
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JP6227594A
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English (en)
Inventor
Masahito Sugiura
浦 雅 人 杉
Tomio Tanaka
中 富 三 男 田
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Nippon Steel Corp
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Nippon Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高温炉内で放射測温による表面温度分布測定
を行うさいに、炉壁およびバーナー火炎からの熱放射で
生じる迷光雑音を補償し、高精度の温度分布測定を行
う。 【構成】 測温対象物体を取り囲む炉壁およびバーナー
火炎等の周囲物体からの放射輝度の空間分布を別に検出
し、この放射輝度空間分布と測温対象物体表面の既知の
2方向性反射率から、走査検出した各点の放射輝度に含
まれる迷光雑音を求め、各点の放射輝度から前記迷光雑
音を差し引き、その点の温度を求める演算を測温領域の
全面で行い、測温対象物体の表面温度分布を求める。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高温炉内の測温対象物
体の表面温度分布を放射測温を用いて測定する方法に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】スラブ等の鋼片は、熱間圧延工程に先立
ち加熱炉にて所定の温度に加熱される。このときの加熱
温度およびその均一性は、熱間圧延での加工性あるいは
製品の品質等に直接影響を及ぼすため、加熱炉内で温度
分布を精度良く測定する必要がある。
【0003】例えば熱延スラブ加熱炉等の高温炉内にあ
る被加熱物体の表面温度分布を、走査型の放射温度計等
を用いて測定する場合、測温対象物体自体からの熱放射
すなわち自己放射の他に、測温対象物体を取り囲む炉壁
あるいはバーナー火炎等からの熱放射が測温対象物体表
面で散乱反射し、その一部が走査型の放射温度計(以下
走査型放射計と称す)に同時に検出されるため、測温誤
差が生じる。走査型放射計に入射するこのような測温対
象物体以外の放射光を迷光雑音というが、例えば走査型
放射計が、バーナー火炎に近い位置からの放射輝度を検
出するときには、高温火炎からの熱放射の影響を多く受
け、迷光雑音が大きくなる。このように測温対象物体上
の位置によって迷光雑音は異なるため、加熱炉内にある
物体の表面温度分布を求める際には、何らかの方法を用
いて各測定位置ごとに迷光雑音を求め、これを除去する
ことが必要である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来は
熱延スラブ加熱炉等の高温炉内の2次元放射温度測定に
おいて、迷光雑音を除去し、測温対象物体の表面温度分
布を精度よく求める方法がなかった。
【0005】本発明が解決しようとする課題は、熱延ス
ラブ加熱炉等の高温炉内の2次元放射温度測定におい
て、迷光雑音を除去し、測温対象物体の表面温度分布を
精度よく求める方法を実現することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】測温対象物体からの放射
輝度を走査しながら検出し、表面温度分布を測定する方
法において、測温対象物体を取り囲む炉壁およびバーナ
ー火炎等の周囲物体からの放射輝度の空間分布を別に検
出し、この放射輝度空間分布と測温対象物体表面の既知
の2方向性反射率から、走査検出した各点の放射輝度に
含まれる迷光雑音を求め、各点の放射輝度から前記迷光
雑音を差し引き、その点の温度を求める演算を測温領域
の全面で行い、測温対象物体の表面温度分布を求める。
【0007】
【作用】以下に本発明による炉内物体の表面温度分布測
定の原理を図面等を参照して詳細に説明する。
【0008】図1は本発明方法を実施する際の装置構成
の一例を示している。1は測温対象物体表面からの放射
輝度分布を検出する走査型放射計である。2は炉壁およ
びバーナー火炎からの放射輝度空間分布を検出するた
め、観測方向を変えられる光ガイド2−1を放射計に取
り付けた観測方向可変放射計、2−2は光ガイドを支持
する支持軸、また2−3は炉内全方向からの放射光空間
分布を検出するため、光ガイドの観測方向を制御する制
御装置である。光ガイド2−1は測温を行うときのみ間
欠的に炉内に挿入し、その挿入深さはバーナー火炎の手
前とすることで高温の火炎にさらされない構造としてい
る。
【0009】走査型放射計1が検出した放射輝度分布の
検出値は、スラブ表面の視野をスラブ長手方向にM分
割、また幅方向にN分割した各点での放射輝度信号とし
て記憶装置3に記憶させる。一方、観測方向可変放射計
2が検出する炉内の放射輝度空間分割の検出値は、記憶
装置4に記憶させる。演算装置5は、まず記憶装置3に
記憶されたスラブ上の各点での放射輝度を個々に読みだ
す。次にそれぞれの放射輝度に対して、記憶装置4にあ
る放射輝度空間分布信号と、既知のスラブ表面の2方向
性反射率(表面の散乱特性を表す光学量)から、その点
での迷光雑音を求め、スラブからの放射輝度から前記迷
光雑音を差し引き、スラブ表面の自己放射輝度を求め、
既知の放射率で放射率補正を行い温度を演算する。演算
装置5はこのような演算処理を、記憶装置3に記憶され
たスラブ表面上のM×N点での放射輝度について順次行
い、スラブ表面の温度分布を求める。
【0010】次にスラブからの放射輝度分布の検出値と
炉壁およびバーナー火炎等の周囲物体からの放射輝度空
間分布の検出値から演算で迷光雑音を除去し、スラブ表
面の温度分布を算出する本発明方法の作用を、図2に示
す測温制御動作および演算処理を示すフローチャートに
従って具体的に説明する。なお、図2に示す測温制御動
作および演算処理は、図1に示す制御装置2ー3および
演算装置5が実行するものである。
【0011】まず走査型放射計1によりスラブ表面から
の放射輝度分布を検出する(ステップ1)。このとき走
査型放射計1はスラブ表面のx(スラブ長手)方向、y
(スラブ幅)方向をそれぞれMおよびN分割した各点
(xi,yj)での放射輝度E(xi,yj)(ここでi=1,
2,3,・・・,M j=1,2,3,・・・,N)を検出するものとする。
【0012】個々の放射輝度E(xi,yj)は、 E(xi,yj)=Et(xi,yj)+Es(xi,yj) ・・・(1) であり、ここでEt(xi,yj)はスラブの自己放射輝
度、またEs(xi,yj)はスラブを取り囲む炉壁ある
いはバーナー火炎からの放射光の一部がスラブ表面で散
乱反射し走査型放射計1に検出される成分、すなわち点
(xi,yj)における迷光雑音である。
【0013】スラブの自己放射輝度Et(xi,yj
は、 Et(xi,yj)=εt・Eb{T(xi,yj)} ・・・(2) εt:スラブ表面の放射率 Eb{T(xi,yj)}:温度T(xi,yj)での黒体
放射輝度であり、また迷光雑音Es(xi,yj)は次の
ように表現される; Es(xi,yj)=∫Ec(θijij)ρ'’(θijij)dθdφ ・・・(3) θijφij:それぞれスラブ表面の点(xi,yj)から炉
内をみたときの放射角および方位角 Ec(θijij):(θijij)方向にある炉壁あるいは
バーナー火炎の単位立体角からスラブ表面に入射する放
射輝度 ρ''(θijij):(θijij)方向から入射する光が走
査型放射計1の方向に反射される割合を表す2方向性反
射率。
【0014】M点×N点のスラブ表面からの放射輝度信
号は記憶装置3に入力される。次に放射計2の光ガイド
2−1を炉内に下降させ、観測方向を炉内で移動しなが
ら、光ガイドの受光端からみて(θ',φ’)方向にある炉
壁あるいはバーナー火炎からの放射輝度を測定する。観
測方向(θ',φ’)を炉内全空間で移動し、ここで得られ
る放射輝度空間分布を記憶装置4に入力する(ステップ
2)。演算装置5は、まず記憶装置4に記憶された炉壁
あるいはバーナー火炎からの放射輝度空間分布検出値か
らスラブ表面の点(xi,yj)での迷光雑音を求める。
【0015】炉壁を構成する耐火物あるいはバーナー火
炎には、その熱放射に角度依存性がほとんどないことが
知られているので、図3に示すように、点(xi,yj
からみて(θij,φij)方向から入射してくる炉壁あるい
はバーナー火炎の放射輝度は、記憶装置4に記憶してあ
る放射輝度空間分布のうち、光ガイドの受光端が
ij’,φij’)方向を観測した際に検出した放射輝度
に等しい。ここで(θij,φij)と(θij’,φij’)の関
係は、加熱炉の構造および光ガイド受光端の空間座標か
ら明かであるので、幾何学変換で容易に対応させること
ができる。このような幾何学変換を(θij,φij)の全方
向について行えば、スラブ表面の点(xi,yj)の入射
する全方向からの放射輝度空間分布を求めることがで
き、さらに既知の2方向性反射率を用い、(3)式に示
した積分計算を行い、点(xi,yj)での迷光雑音Es
(xi,yj)を求めることができる(ステップ3)。
【0016】(1)式に示したように、走査型放射計1
が検出する放射輝度E(xi,yj)は、スラブ表面の自
己放射輝度と迷光雑音の和であるので、放射輝度の検出
値から先に求めた迷光雑音Es(xi,yj)を差し引く
ことで自己放射輝度Et(xi,yj)を求めることがで
きる。既知の放射率により放射率補正を行い測温対象の
温度を求める方法はよく知られており、この方法に従っ
て放射率補正を行い、点(xi,yj)からの自己放射輝
度からその点の温度を算出する(ステップ4)。
【0017】以上のような演算処理から、走査型放射計
1が検出するスラブ表面上の点(xi,yj)での放射輝
度検出値からその位置のスラブ表面温度が求めることが
できるので、さらにこの演算処理を走査型放射計1が検
出する視野(xy平面)の各点について順次行えば、目
的とするスラブ表面の温度分布が求めることができる
【0018】。
【実施例】次に実施例に基づき本発明をさらに説明す
る。図1に示した装置を用い、実操業中の熱延スラブ加
熱炉にて本発明方法によるスラブ表面温度分布測定を行
い、スラブ表面に溶着した熱電対から得られる温度分布
と比較した。
【0019】本実施例では走査型放射計1と観測方向可
変放射計2をスラブ加熱炉上部に近接して配置し、測温
を行うときに観測方向可変放射計2の光ガイドを約1m
の深さまで炉内に挿入する構造とした。各放射計の検出
波長は2.2μmとし、赤外検出素子にはPbS素子を
使用した。走査型放射計1はスラブ表面からの放射輝度
をx方向、y方向いずれも50cm間隔で検出すること
とし、観測方向可変放射計2の光ガイド2−1は観測方
向をθが5度刻み、またφが10度刻みで移動させ、そ
の中間値は補間により求めた。スラブ表面の既知放射率
は0.85に設定した。
【0020】図4はスラブ加熱炉での実施結果として、
スラブ長手方向(x方向)に1m間隔で溶着した熱電対
から得られた温度(図4中の白丸)と、本発明方法より
得られた温度分布のうち前記熱電対による測定を行った
同じ場所の温度(図4中の黒丸)を示している。これに
よるとスラブは加熱過程でその表面に温度分布が生じて
いるが、熱電対による温度測定値と本発明方法による温
度測定値は極めて高い精度で一致している。
【0021】本発明は、走査型放射計で表面温度分布を
測定する際に、測定対象物体を取り囲む炉壁あるいはバ
ーナー火炎からの熱放射で生じる迷光雑音を厳密に求め
補償するため、図4に示したような、高い精度の表面温
度分布の測定値が得られる。
【0022】
【発明の効果】本発明は以上のようにして加熱炉内にあ
るスラブ等の測温対象物体の表面温度分布が測定される
が、前述のごとく測温対象物体からの放射輝度を走査し
ながら検出し、表面温度分布を測定するさいに、温度対
象物体を取り囲む炉壁およびバーナー火炎等の周囲物体
からの放射輝度の空間分布も同時に検出し、これと測温
対象物体表面の既知2方向性反射率から走査検出した放
射輝度に含まれる迷光雑音を求め、迷光雑音を差し引い
て測温対象物体の表面温度分布を求めるため、バーナー
火炎等の変動しかつ局所的な高温放射源が存在し、場所
により迷光雑音が異なる加熱炉内にあっても正確にスラ
ブ表面温度分布を測定することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明方法を一態様で実施する装置構成を示
すブロック図である。
【図2】 図1に示す制御装置2−3および演算装置5
による温度測定制御および演算処理を示すフローチャー
トである。
【図3】 図1に示す走査型放射計1が臨む測定対象物
体上の座標と、観測方向可変放射計2の光ガイド2−1
が観測する方向を説明するための斜視図である。
【図4】 本発明による測温結果と熱電対による測温結
果を示すグラフである。
【符号の説明】
1:走査型放射計 2:観測方
向可変放射計 2−1:観測方向可変放射計2の光ガイド 2−2:光ガイド2−1の支持軸 2−3:観測方向可変放射計2の制御装置 3:記憶装置 4:記憶装
置 5:演算装置 10:スラブ
(測温対象物体) 11:加熱炉の炉壁 12:バー
ナー火炎

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 測温対象物体からの放射輝度を走査しな
    がら検出し、表面温度分布を測定する方法において、測
    温対象物体を取り囲む炉壁およびバーナー火炎等の周囲
    物体からの放射輝度の空間分布を別に検出し、この放射
    輝度空間分布と測温対象物体表面の既知の2方向性反射
    率から、走査検出した各点の放射輝度に含まれる迷光雑
    音を求め、各点の放射輝度から前記迷光雑音を差し引
    き、その点の温度を求める演算を測温領域の全面で行
    い、測温対象物体の表面温度分布を求めることを特徴と
    する炉内物体の表面温度分布測定方法。
JP6227594A 1994-03-31 1994-03-31 炉内物体の表面温度分布測定方法 Pending JPH07270241A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008275463A (ja) * 2007-04-27 2008-11-13 Nippon Steel Corp 温度制御システム、加熱炉、温度制御方法、及びコンピュータプログラム
DE102013106571B3 (de) * 2013-06-24 2014-09-25 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Ermitteln einer radiometrischen Inhomogenität bzw. Homogenität einer flächigen Strahlungsverteilung

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008275463A (ja) * 2007-04-27 2008-11-13 Nippon Steel Corp 温度制御システム、加熱炉、温度制御方法、及びコンピュータプログラム
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Effective date: 20020917