JPH07270256A - 温度校正装置 - Google Patents

温度校正装置

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JPH07270256A
JPH07270256A JP6082490A JP8249094A JPH07270256A JP H07270256 A JPH07270256 A JP H07270256A JP 6082490 A JP6082490 A JP 6082490A JP 8249094 A JP8249094 A JP 8249094A JP H07270256 A JPH07270256 A JP H07270256A
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健夫 山田
Isao Hishikari
功 菱刈
Motohiko Kitazawa
元彦 北沢
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Abstract

(57)【要約】 【目的】高温雰囲気で光ファイバを利用した温度計の校
正を容易に高精度に行う。 【構成】先端部10の外装が所要長さ除去され焼成され
た光ファイバ1を黒体炉2の中央有底部20の一方側に
挿入し、他方側を温度センサ4、温度測定手段5で測温
し、光ファイバの先端部10からの放射エネルギーを放
射検出手段3で検出し、温度測定手段5の温度出力Tと
放射検出手段3の温度出力Teとから温度校正を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、光ファイバを用いて
測温する装置の温度校正装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】溶鋼等の高温の液体金属等の温度を検出
するために、先端部を測温エレメントとした金属管被覆
光ファイバを液体金属に挿入して測温するものが提案さ
れている(特開平2−248960号公報)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】この光ファイバを用い
た測温装置を測定に用いる場合、光ファイバからの出力
と実際の温度とを比較校正しておく必要がある。
【0004】しかしながら、1500℃前後の高温の空
気中において、光ファイバを黒体炉に挿入して校正を行
おうとすると、高分子、ゴム、金属等よりなる外装は、
燃焼し、光、煙、ガス等を発生し、出力変動を生じ、ま
た、光ファイバを汚損し、測定誤差を招く。また、外装
を燃焼させないようにするために密閉構造とすると、構
造が煩雑となり、作業性が悪くなる。
【0005】この発明の目的は、以上の点に鑑み、高温
雰囲気の空気中であっても、光ファイバを利用した温度
計の校正が容易に、高精度に行うことができる温度校正
装置を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】この発明は、先端部の外
装が所要長さ除去され焼成された光ファイバと、この光
ファイバの先端部が一方側に挿入される中央有底部をも
つ黒体炉と、この黒体炉の中央有底部の他方側を測温す
る温度測定手段と、この温度測定手段の出力に基いて黒
体炉を加熱制御する制御手段とを備えるようにした温度
校正装置である。
【0007】
【実施例】図1は、この発明の一実施例を示す構成説明
図である。図において、1は光ファイバで、その先端部
10は、円筒状の黒体炉2内の中央有底部20の一方側
に挿入されている。この光ファイバ1の他端は、検出器
を含む放射検出手段3に接続され、この放射検出手段3
で光ファイバ1の先端部10からの放射エネルギーが検
出されて測温され、温度出力Teが表示器その他により
出力される。また、黒体炉2の中央有底部20の他方側
は、熱電対等の温度センサ4が設けられ、これを用いて
温度測定手段5で測温され、温度出力Tが表示器その他
により出力される。この温度出力Tと設定値Tcとを調
節計6で比較し、操作端7を駆動し、黒体炉2を加熱す
るヒータ8の電圧、電流、電力等を制御し、黒体炉2が
所定温度となるよう加熱制御する。なお、調節計6や操
作端7等で制御手段を構成している。
【0008】ところで、光ファイバ1を黒体炉2に挿入
する場合、黒体炉2側の入口に設けられているか、また
は、光ファイバ1の側自体に設けられた案内管9に保持
されて挿入され黒体炉2の空洞に所定長さ突出する。こ
の挿入前に、図2で示すように、あらかじめ光ファイバ
1の外装1aは、所定長さ分、除去しておき、このむき
出しとなった先端部10をバーナー等で焼成し、汚損す
るものを除去する前処理をしておく。このようにして、
光ファイバ1の先端部10を黒体炉2に挿入すること
で、約1500℃の高温となっても、不要な燃焼は発生
せず光ファイバ1の先端部10は汚損されず、安定的に
測温できる。
【0009】光ファイバ1を黒体炉2に挿入したとき、
図3で示すように、光ファイバ1による放射検出手段3
の出力Teは、最初素早く、次には徐々に上昇して平衡
し、やがて、出力は低下する。最初の素早い上昇は空洞
放射の受光であり、次のゆるやかな上昇は光ファイバ1
自身が加熱されることによる自己放射を含み、やがて、
光ファイバ1の先端部10自体が、空気中において高温
にさらされるため失透現象を示し、出力が低下する。こ
のときの平衡温度出力Teと温度測定手段5の温度出力
Tと比較し、温度出力Tを基準として光ファイバ1につ
いての温度出力Teの比較校正を行う。
【0010】なお、温度測定手段5の機能を調節計6で
もたせるようにしてもよく、また、図4で示すように、
熱電対の温度センサ4の代わりに放射検出器40によ
り、黒体炉2の中央有底部20からの放射エネルギーを
検出し、温度測定手段50で温度測定するようにしても
よい。
【0011】ここで、黒体炉2を高純度のアルミナ管で
構成し、空洞部の内径Dと長さLとの比L/Dを4以上
とすると、みかけの実効放射率は0.999以上の黒体
となり、十分に安定的で高精度の測定ができる。このこ
とを以下説明する。
【0012】黒体炉2の空洞部の温度T、放射率ε1、
光ファイバ1の先端部10の温度To、放射率ε2と
し、測定波長λ、温度Tの分光放射輝度をL(λ、T)
とすると、放射検出手段3での検出する出力は次式で示
される。
【0013】 L(λ、Te)=ε2 L(λ、To)+(1−ε2 )ε1 L(λ、T) (1) 光ファイバ1の出力が平衡したしたとき、To=Tとな
るから、 L(λ、Te)={ε2 +(1−ε2 )ε1 }L(λ、T) (2) が得られる。ここで、 L(λ、Te)/L(λ、T)=ε2 +(1−ε2 )ε1 =εe より、 εe=ε2 +(1−ε2 )ε1 (3) として、みかけの放射率εeが得られる。
【0014】次に、分光放射輝度を指数nで近似する
と、L(λ、T)=kTn として、Te=T+ΔTとす
ると次式が得られる。
【0015】L(λ、Te)/L(λ,T) =(T+ΔT)n /Tn =1+nΔT/T=εe これより、次式が得られる。
【0016】 ΔT/T=(εe−1)/n (4) ここで、n=C2/λT、C2=0.0143388m
・Kである。これより校正誤差は、みかけの放射率ε
e、および指数nに依存する。アルミナ管の温度150
0℃おける固有放射率を0.2以上、空洞部のL/Dが
4以上で、ε1 ≧0.9と見込め、また、ファイバの先
端10を空洞部に挿入することで、ファイバ径の10倍
以上の均熱長が容易に得られ、ファイバの先端10の放
射率はε2≧0.99と見込めるから、(3)式より、
εe=0.999となる。一方、λ=1.5μm、T=
1773(K)として、n=5.4となるから、このと
きの校正誤差は、(4)式から0.019%、すなわち
0.34Kとなって、充分な校正精度が確保できる。
【0017】
【発明の効果】この発明は、光ファイバの先端部の外装
を除去し、焼成したものを黒体炉に挿入し、校正するよ
うにした温度校正装置である。このため、光ファイバの
先端部には、汚損の原因となる物質は存在しないので、
空気中において高温加熱して温度校正を行っても、不純
物の燃焼による出力変動や、光ファイバの汚損も少な
く、作業性も良く、高温雰囲気下での校正が容易に高精
度に可能となる。また、空気中での高温校正が可能なの
で、装置構成が簡素ですみ、案内管に光ファイバを保持
して黒体炉へ挿入することで、黒体炉の空洞部分が必要
十分に確保でき安定的な測温、校正が可能となる。ま
た、光ファイバを溶鋼に挿入した場合とほぼ同様な条件
の高温の黒体条件となるので、実際の使用に十分に対応
した校正ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例を示す構成説明図である。
【図2】この発明の一実施例を示す構成説明図である。
【図3】この発明の一実施例を示す動作説明図である。
【図4】この発明の一実施例を示す構成説明図である。
【符号の説明】
1 光ファイバ 10 先端部 2 黒体炉 20 中央有底部 3 放射検出手段 4 温度センサ 5 温度検出手段 6 調節計 7 操作端 8 ヒータ 9 案内管

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】先端部の外装が所要長さ除去され焼成され
    た光ファイバと、この光ファイバの先端部が一方側に挿
    入される中央有底部をもつ黒体炉と、この黒体炉の中央
    有底部の他方側を測温する温度測定手段と、この温度測
    定手段の出力に基いて黒体炉を加熱制御する制御手段と
    を備えたことを特徴とする温度校正装置。
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