JPH07301566A

JPH07301566A - 輻射熱センサ

Info

Publication number: JPH07301566A
Application number: JP6114937A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Kakigi; 健史柿木; Shigeki Fujii; 茂喜藤井
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1994-03-11
Filing date: 1994-05-27
Publication date: 1995-11-14
Anticipated expiration: 2016-06-18
Also published as: JP3176798B2

Abstract

(57)【要約】【目的】輻射熱ガイド等の温度上昇に起因する測定誤差
を小さく抑えて、被測定物の輻射熱を高い精度で測定す
ることができる輻射熱センサを提供する。【構成】検出用熱感知素子３ａは被測定物１からの輻射
熱を検出し、補正用熱感知素子３ｂはセンサ周囲温度に
よる測定誤差を補正する。素子３ａは平面状セラミック
基板の一方の面上に、素子３ｂは他方の面上に接触配置
されている。基準輻射熱放射体５は被測定物１からの輻
射熱の影響を受けずセンサ周囲温度と同一温度にある。
輻射熱ガイド２は、熱伝導率，比熱が大きく、被測定物
１からの輻射熱を素子３ｂに導く検出側輻射熱ガイド部
２ａと基準輻射熱放射体５からの輻射熱を素子３ｂに導
く補正側輻射熱ガイド部２ｂとで一体的に構成されてい
る。ガイド２に対する熱的位置関係は素子３ａと３ｂと
で相対的に同一になっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子レンジ等に用いら
れる輻射熱センサに関するものである。更に詳しくは、
測定精度を向上させたボロメータタイプの輻射熱センサ
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】輻射熱センサは、半導体の光電効果を利
用して輻射熱を測定する量子型センサと，光の輻射熱を
吸収し温度が上昇することを利用して輻射熱を測定する
熱効果型センサとの２つに大きく分類される。量子型セ
ンサは、測定精度が高く応答性も良い反面、測定できる
光の波長域が狭いことや常温で使用できないこと等の欠
点を有している。これに対し熱効果型センサは、感度，
応答性共に量子型センサよりも劣るが、広い範囲の波長
を感知し常温での使用が可能であるという利点を有して
いる。代表的な熱効果型センサには、熱電対(サーモパ
イル)を用いたタイプ，圧電体の焦電効果を利用した焦
電タイプ，放射エネルギーを吸収して生ずる熱による抵
抗変化を利用するボロメータタイプがある。

【０００３】一般的なボロメータタイプの輻射熱センサ
は、サーミスタを用いた検出用熱感知素子と，被測定物
の輻射熱を検出用熱感知素子に導く輻射熱ガイドと，セ
ンサ周囲温度による測定誤差を補正するための補正用熱
感知素子と，被測定物から補正用熱感知素子に向かう輻
射熱を遮断する熱遮断部材とから成っている。

【０００４】このタイプの輻射熱センサには、被測定物
からの輻射熱によって加熱された検出用熱感知素子と，
被測定物の輻射熱から熱的影響を受けないように熱遮断
された補正用熱感知素子との温度差を、それらの素子に
接続された電気的手段によって電圧差に変換し、その結
果から被測定物の表面温度を測定するという測定原理が
採用されている。このような測定原理によれば構成の簡
素化が可能であるため、ボロメータタイプの輻射熱セン
サには潜在的なコストダウンの可能性がある。

【０００５】実公平４−５０５１９号で開示されている
輻射熱センサは、輻射熱ガイドを熱遮断部材に兼用する
構成となっている。つまり、輻射熱ガイドを検出用熱感
知素子に接触させることによって、被測定物の輻射熱を
伝導熱として検出用熱感知素子に導き、輻射熱ガイドで
補正用熱感知素子を覆うことによって、被測定物から補
正用熱感知素子に向かう輻射熱を遮断する構成となって
いる。

【０００６】また、特開平４−３５３７２８号で開示さ
れている輻射熱センサは、検出用熱感知素子が輻射熱ガ
イドと接する部分以外を断熱材で覆った構成となってい
る。本来測定すべき輻射熱(即ち、被測定物からの輻射
熱)以外の阻害輻射熱は、断熱材によって熱遮断される
ため、阻害輻射熱に起因する測定誤差は軽減される。

【０００７】一方、特開平５−５２６５９号に開示され
ている輻射熱センサは、平面基板の片面上に、輻射熱吸
収部材付きの検出用熱感知素子と，熱遮断部材付きの補
正用熱感知素子とを配置した構成となっている。輻射熱
吸収部材は輻射熱ガイドとして被測定物からの輻射熱を
検出用熱感知素子に導き、熱遮断部材は被測定物から補
正用熱感知素子に向かう輻射熱を遮断する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記のように輻射熱ガ
イドや熱遮断部材を用いた従来技術においては、輻射熱
ガイドや熱遮断部材の温度上昇によって発生する輻射熱
が、測定誤差を生じさせて、測定精度の低下を招くとい
う問題がある。以下、この点について、更に詳細に説明
する。

【０００９】まず、従来の輻射熱センサの測定原理をモ
デル化して、伝達される輻射熱エネルギーを図１２に示
す。同図中、１１は被測定物、１２は輻射熱ガイド、１
３ａは検出用熱感知素子、１３ｂは補正用熱感知素子、
１４は熱遮断部材である。輻射熱ガイド１２は、被測定
物１１の測定したいエリアからの輻射熱を集めることに
よって、被測定物１１の測定したいエリアからの輻射熱
を検出用熱感知素子１３ａに導く役目をする。

【００１０】このモデルにおいて、被測定物１１から放
射される輻射熱エネルギーをＷ₀とし、そのうち、検出
用熱感知素子１３ａに直接伝達される熱エネルギーをＷ
₁とし、輻射熱ガイド１２に直接伝達される熱エネルギ
ーをＷ₂とし、熱遮断部材１４に直接伝達される熱エネ
ルギーをＷ₁₀とする。理想的な輻射熱センサでは、輻射
熱ガイド１２と熱遮断部材１４の輻射熱エネルギーに対
する反射率を１００％としている。従って、検出用熱感
知素子１３ａに伝達される熱エネルギーＷ₃は、Ｗ₂と等
しくなるため、検出用熱感知素子１３ａの受ける輻射熱
エネルギーはＷ₁＋Ｗ₂となる。また、熱遮断部材１４か
ら補正用熱感知素子１３ｂに伝達される輻射熱エネルギ
ーＷ₁₁は０となる。

【００１１】ここで、初期条件として被測定物１１，輻
射熱ガイド１２，各熱感知素子１３ａ，１３ｂ，熱遮断
部材１４の温度を、センサ周囲温度Ｔ₀と等しく一定と
する。このとき、各部相互の輻射熱エネルギーの伝達は
ないので、Ｗ₀＝Ｗ₁＝Ｗ₂＝Ｗ₃＝Ｗ₁₀＝Ｗ₁₁＝０であ
る。その後、被測定物１１の温度のみがＴ₀から△Ｔだ
け上昇すると、被測定物１１からの輻射熱エネルギーＷ
₀は△Ｗだけ増加し、Ｗ₀＝△Ｗとなる。上記と同様、輻
射熱ガイド１２と熱遮断部材１４の反射率を１００％と
した場合、Ｗ₁＝ΔＷ₁，Ｗ₂(＝Ｗ₃)＝ΔＷ₂となるの
で、検出用熱感知素子１３ａが受ける熱エネルギーＷ₁
＋Ｗ₃は、ΔＷ₁＋ΔＷ₂となる。一方、補正用熱感知素
子１３ｂが受ける輻射熱エネルギーＷ₁₁の増加ΔＷ₁₁は
ないので、Ｗ₁₁＝ΔＷ₁₁＝０のままである。結果とし
て、検出用熱感知素子１３ａの温度のみが、温度△ｔ
_13aだけ上昇してＴ₀＋△ｔ_13aとなる。

【００１２】この検出用熱感知素子１３ａと補正用熱感
知素子１３ｂとの温度差△ｔと、被測定物１１の真の輻
射熱エネルギー量△Ｗとは、図１３中のラインＭに示す
ように比例的な関係となる。従って、この温度差Δｔか
ら被測定物１１の真の輻射熱エネルギー量ΔＷを測定す
ることができる。

【００１３】しかし、現実的には輻射熱ガイド１２と熱
遮断部材１４の反射率が１００％ではないので、それぞ
れ被測定物１１からの輻射熱エネルギーＷ₂(＝ΔＷ₂)，
Ｗ₁₀(＝ΔＷ₁₀)を一部吸収して温度上昇することにな
る。輻射熱ガイド１２及び熱遮断部材１４の温度上昇に
よって、輻射熱ガイド１２から検出用熱感知素子１３ａ
に輻射熱エネルギーΔＷ₄の伝達が生じ、熱遮断部材１
４から補正用熱感知素子１３ｂに輻射熱エネルギーＷ₁₁
(＝ΔＷ₁₁)の伝達が生じる。

【００１４】輻射熱エネルギー量ΔＷ₄はもともとΔＷ₂
に起因するものであるが、時間的な遅れを伴って生じる
ため、検出用熱感知素子１３ａで検出されると測定誤差
の原因となる。また、輻射熱エネルギー量Ｗ₁₁は本来０
でなければならないので、補正用熱感知素子１３ｂでΔ
Ｗ₁₁が検出されると測定誤差の原因となる。このよう
に、検出用熱感知素子１３ａと補正用熱感知素子１３ｂ
との双方が受ける輻射熱エネルギー量に、輻射熱ガイド
１２や熱遮断部材１４の温度上昇によって発生する不要
な輻射熱エネルギー量ΔＷ₄，ΔＷ₁₁が含まれているこ
とが、被測定物１１の真の輻射熱エネルギー量ΔＷを測
定する際の主な阻害要因となっている。

【００１５】上記輻射熱エネルギー量ΔＷ₄とΔＷ₁₁と
が同一であれば(図１３中のラインＭ)、ΔＷ₄とΔＷ₁₁
とが相殺されるため、それによって生じる検出用熱感知
素子１３ａと補正用熱感知素子１３ｂとの温度差に起因
する測定誤差は生じない。しかし、実際には、輻射熱ガ
イド１２と熱遮断部材１４との材質，形状等の相違によ
り熱容量，反射率等が相違するため、輻射熱エネルギー
ΔＷ₄とΔＷ₁₁とは時間的にも量的にも異なったものと
なる。従って、輻射熱エネルギーΔＷ₄，ΔＷ₁₁を同一
とすることは困難である。

【００１６】輻射熱エネルギー量ΔＷ₄とΔＷ₁₁との大
小関係によって本来の比例関係(図３中のラインＭに示
す相関関係)がくずれると、測定誤差が生じてしまう。
例えば、ΔＷ₄＞ΔＷ₁₁の場合(図１３中のラインＬ)、
温度差Δｔが実際より大きくなるので、見かけ上被加熱
物１１の輻射熱エネルギー量ΔＷが大きく測定されてし
まう。また、ΔＷ₄＜ΔＷ₁₁の場合(図１３中のライン
Ｎ)、温度差Δｔが実際より小さくなるので、見かけ上
被加熱物１１の輻射熱エネルギー量が小さく測定されて
しまう。

【００１７】以上のように、測定される輻射熱が被測定
物の真の輻射熱でなければ、被測定物の温度を正確に測
定することはできない。また、検出用・補正用熱感知素
子の出力特性はセンサ周囲温度の影響を受けるため、被
測定物の温度を算出するには、検出用・補正用熱感知素
子で検出された被測定物の輻射熱エネルギー量をセンサ
周囲温度で補正してやらなければならない。しかし、こ
の補正を低コストで正確に行う輻射熱センサは、未だ知
られていない。

【００１８】本発明は、これらの点に鑑みてなされたも
のであって、輻射熱ガイド等の温度上昇に起因する測定
誤差を小さく抑えて、被測定物の輻射熱を高い精度で測
定することができる輻射熱センサを提供することを目的
とする。さらに、被測定物の温度を高い精度で測定する
ことができる低コストの輻射熱センサを提供することを
目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る輻射熱センサは、被測定物からの輻射
熱を検出する検出用熱感知素子と，センサ周囲温度によ
る測定誤差を補正するための補正用熱感知素子と，前記
検出用熱感知素子が一方の面上に接触配置され、前記補
正用熱感知素子が他方の面上に接触配置された基板と，
前記被測定物からの輻射熱の影響を受けることなくセン
サ周囲温度と同一温度になるように設けられた基準輻射
熱放射体と，前記被測定物からの輻射熱を前記検出用熱
感知素子に導く検出側輻射熱ガイド部と，前記基準輻射
熱放射体からの輻射熱を前記補正用熱感知素子に導く補
正側輻射熱ガイド部とで一体的に構成され、該検出側輻
射熱ガイド部及び補正側輻射熱ガイド部に対する熱的位
置関係が、前記検出用熱感知素子と補正用熱感知素子と
で相対的に同一になるように、前記基板が取り付けられ
た輻射熱ガイドと，から成ることを特徴とする。

【００２０】また、平面状を成す前記基板を、熱伝導率
及び比熱が比較的大きい材料から成る前記輻射熱ガイド
の内部に、金属細線で固定した構成とするのが好まし
い。

【００２１】また、本発明に係る輻射熱センサは、被測
定物からの輻射熱を検出する検出用熱感知素子と，セン
サ周囲温度による測定誤差を補正するための補正用熱感
知素子と，前記被測定物からの輻射熱の影響を受けるこ
となくセンサ周囲温度と同一温度になるように設けられ
た基準輻射熱放射体と，前記被測定物からの輻射熱を前
記検出用熱感知素子に導く空間部を内部に有するパイプ
形状の検出側輻射熱ガイド部と，前記基準輻射熱放射体
からの輻射熱を該基準輻射熱放射体で閉塞された端部か
ら前記補正用熱感知素子に導く空間部を内部に有するパ
イプ形状の補正側輻射熱ガイド部とで一体的に構成さ
れ、輻射熱の進行方向に対して垂直方向の断面につい
て、肉厚部分の断面積が空間部分の断面積以上の大きさ
となった厚肉部分を少なくとも一部に有する輻射熱ガイ
ドと，から成ることを特徴とする。

【００２２】前記輻射熱ガイドは、輻射熱の進行方向に
対して垂直方向の断面について、肉厚部分の断面積が空
間部分の断面積未満の大きさとなった薄肉部分を、前記
被測定物側の端部に有する構成とするのが好ましい。ま
た、前記基準輻射熱放射体と補正側輻射熱ガイドとを一
体化させ、熱的に結合させたり、前記基準輻射熱放射体
に、赤外線放射率を向上させるような表面処理を施した
りするのが好ましい。

【００２３】本発明に係る輻射熱センサは、更に、被測
定物の輻射熱エネルギー量を、前記検出用熱感知素子と
補正熱感知素子との電圧差として出力する電圧差出力手
段と，前記基準輻射熱放射体の温度を測定する温度測定
手段と，予め測定しておいた基準となるセンサ周囲温度
での前記電圧差出力手段からの出力値と被測定物の温度
との関係に基づいて被測定物の温度に相当する出力値が
得られるように、前記温度測定手段で測定された基準輻
射熱放射体の温度と基準となるセンサ周囲温度との差分
だけ、前記電圧差出力手段からの出力値をシフトさせる
制御手段と，を設けたことを特徴とする。

【００２４】また、本発明に係る輻射熱センサは、更
に、被測定物の輻射熱エネルギー量を、前記検出用熱感
知素子と補正熱感知素子との電圧差として出力する電圧
差出力手段と，前記検出用熱感知素子及び補正用熱感知
素子の各出力信号の電圧値から得られた前記検出用熱感
知素子及び補正用熱感知素子の各抵抗値を用いて、前記
検出用熱感知素子及び補正用熱感知素子の温度の平均値
を算出する演算手段と，予め測定しておいた基準となる
センサ周囲温度での前記電圧差出力手段からの出力値と
被測定物の温度との関係に基づいて被測定物の温度に相
当する出力値が得られるように、前記演算手段で算出さ
れた平均値と基準となるセンサ周囲温度との差分だけ、
前記電圧差出力手段からの出力値をシフトさせる制御手
段と，を設けたことを特徴とする。

【００２５】

【作用】検出側輻射熱ガイド部と補正側輻射熱ガイド部
とは一体的に構成されているので、被測定物からの輻射
熱によって検出側輻射熱ガイド部の温度が上昇すると、
熱伝導によって、補正側輻射熱ガイド部の温度も上昇
し、検出側輻射熱ガイド部と補正側輻射熱ガイド部の温
度が均一化される。そして、検出側輻射熱ガイド部及び
補正側輻射熱ガイド部に対する熱的位置関係が、検出用
熱感知素子と補正用熱感知素子とで相対的に同一になっ
ているので、輻射熱ガイドから検出用熱感知素子に放射
される輻射熱エネルギー量と，輻射熱ガイドから補正用
熱感知素子に放射される輻射熱エネルギー量とが等しく
なる。従って、それらの輻射熱エネルギー量は相殺され
るため、測定誤差の原因にはならなくなる。

【００２６】基板の一方の面上に接触配置された検出用
熱感知素子が被測定物の輻射熱を受けると、他方の面上
に接触配置された補正用熱感知素子への被測定物の輻射
熱は、検出用熱感知素子及び基板によって熱遮断される
ことになる。このとき、検出用熱感知素子及び基板の温
度は輻射熱を吸収することにより上昇するが、接触状態
にある検出用熱感知素子，基板及び補正用熱感知素子は
熱伝導可能であるため、検出用熱感知素子に加えられた
輻射熱は、温度上昇した検出用熱感知素子及び基板から
の輻射熱としてではなく、検出用熱感知素子から基板を
介して補正用熱感知素子へと移動する伝導熱として、補
正用熱感知素子の温度を上昇させることになる。そのた
め、被測定物からの輻射熱を遮断する検出用熱感知素子
及び基板からの輻射熱が測定誤差となることはなく、検
出用熱感知素子と補正用熱感知素子との間に生じた温度
差から、被測定物の輻射熱測定が可能となる。

【００２７】また、前記輻射熱ガイドを熱伝導率が比較
的大きい材料で構成すれば、被測定物から検出側輻射熱
ガイド部に加えられた輻射熱は、伝導熱として補正側輻
射熱ガイド部へ速やかに移動するので、輻射熱ガイドか
ら検出用熱感知素子に放射される輻射熱エネルギー量
と，輻射熱ガイドから補正用熱感知素子に放射される輻
射熱エネルギー量とが、高い応答性で等しくなる。

【００２８】前記輻射熱ガイドを比熱が比較的大きい材
料で構成すると、熱容量が大きい分だけ輻射熱ガイドの
温度上昇が小さく抑えられるので、輻射熱ガイドから検
出用熱感知素子に放射される輻射熱エネルギー量と，輻
射熱ガイドから補正用熱感知素子に放射される輻射熱エ
ネルギー量とが、共に小さく抑えられる。従って、双方
の熱感知素子に放射される輻射熱エネルギー量が一致し
ていなくても、これらの輻射熱エネルギー量の差が小さ
く抑えられる結果、前記測定誤差が軽減される。しか
も、その熱エネルギー量の差に起因する悪影響の現出時
期が遅延するため、より一層測定誤差が軽減されること
になる。

【００２９】輻射熱ガイドの内部に前記基板を金属細線
で固定すると、輻射熱ガイドから検出用熱感知素子及び
補正用熱感知素子への熱伝導が抑えられるので、輻射熱
ガイドからの伝導熱による測定誤差が軽減される。

【００３０】輻射熱ガイドを、輻射熱の進行方向に対し
て垂直方向の断面について、肉厚部分の断面積がパイプ
内空間部分の断面積以上の大きさとなった部分を少なく
とも一部に有する構成とすると、その部分では輻射熱ガ
イドの熱容量が大きくなる。熱容量が大きいと、被測定
物からの輻射熱を受けても輻射熱ガイドは温度が上昇し
にくいため、輻射熱ガイドからの不要な輻射熱量の発生
が軽減される。

【００３１】輻射熱ガイドを、輻射熱の進行方向に対し
て垂直方向の断面について、肉厚部分の断面積が空間部
分の断面積未満の大きさとなった薄肉部分を、前記厚肉
部分よりも被測定物側に有する構成とすると、被測定物
に近く相対する輻射熱ガイドの表面の面積が小さくな
る。従って、被測定物からの輻射熱の影響を受けにく
く、輻射熱ガイドは温度が上昇しにくいため、輻射熱ガ
イドからの不要な輻射熱量の発生が軽減される。

【００３２】基準輻射熱放射体と補正側輻射熱ガイドと
を一体化させ、熱的に結合させると、基準輻射熱放射体
と補正側輻射熱ガイドとの間には構造的にも熱的にも隙
間が生じることはないので、補正用熱感知素子からの出
力はふらつきのない安定したものとなる。

【００３３】前記基準輻射熱放射体に、赤外線放射率を
向上させるような表面処理、例えば黒体塗料の塗布を施
すことによって、赤外線放射率をなるべく１に近づける
ようにすると、基準輻射熱放射体の温度は速やかにセン
サ周囲温度と同一温度になって安定化される。

【００３４】温度測定手段によって測定された前記基準
輻射熱放射体の温度は、センサ周囲温度と極めて近いた
め、測定された基準輻射熱放射体の温度をセンサ周囲温
度として用いることができる。電圧差出力手段によって
出力される検出用熱感知素子と補正熱感知素子との電圧
差は、被測定物の輻射熱エネルギー量に相当するので、
予め測定しておいた基準となるセンサ周囲温度での前記
電圧差出力手段によって出力される電圧差と被測定物の
温度との関係に基づいて被測定物の温度に相当する出力
値が得られるように、基準となるセンサ周囲温度と基準
輻射熱放射体の温度との差分だけ、前記電圧差出力手段
からの出力値を制御手段で(例えば、マイコンソフト制
御によって)シフトさせれば、そのシフト後の出力値か
ら被測定物の温度が得られる。

【００３５】演算手段によって、検出用熱感知素子及び
補正用熱感知素子の各出力信号の電圧値から得られた検
出用熱感知素子及び補正用熱感知素子の各抵抗値を用い
て算出された、検出用熱感知素子及び補正用熱感知素子
の温度の平均値は、センサ周囲温度と極めて近いため、
この平均値をセンサ周囲温度として用いることができ
る。電圧差出力手段によって出力される検出用熱感知素
子と補正熱感知素子との電圧差は、被測定物の輻射熱エ
ネルギー量に相当するので、予め測定しておいた基準と
なるセンサ周囲温度での、前記電圧差出力手段によって
出力される電圧差と被測定物の温度との関係に基づいて
被測定物の温度に相当する出力値が得られるように、基
準となるセンサ周囲温度と前記平均値との差分だけ、電
圧差出力手段からの出力値を制御手段で(例えば、マイ
コンソフト制御によって)シフトさせれば、そのシフト
後の出力値から被測定物の温度が得られる。

【００３６】

【実施例】以下、本発明に係る輻射熱センサの実施例
を、図面を参照しつつ説明する。図２は、第１実施例の
概略構成をモデル的に示しており、図３及び図４は、そ
れぞれ第１実施例の基本的な組み立て状態の外観及び断
面内部構造を示している。第１実施例は、図２に示すよ
うに、主として輻射熱ガイド２，熱感知部３，電気回路
部４及び基準輻射熱放射体５から成っており、本実施例
の輻射熱センサに向けて輻射熱を放射する被測定物１の
輻射熱エネルギーを測定するように配置されている。こ
の被測定物１は、例えば本実施例を電子レンジに使用し
た場合には被加熱物に相当するものである。

【００３７】ところで、被測定物１の輻射熱を高い精度
で測定するためには、先に図１２に基づいて説明したよ
うに、輻射熱ガイド１２や熱遮断部材１４の温度上昇に
起因する測定誤差を小さく抑える必要がある。そこで、
まず本実施例がこれを実現するための輻射熱エネルギー
の関係を、図１２に基づいて説明する。

【００３８】第１に、輻射熱ガイド１２に伝達される輻
射熱エネルギー量Ｗ₂(＝ΔＷ₂)を小さくすることによっ
て、輻射熱ガイド１２の温度上昇を抑える。つまり、輻
射熱エネルギーＷ₂が、輻射熱エネルギーＷ₁(＝ΔＷ₁)
よりもはるかに小さくなる輻射熱エネルギーの関係を実
現する(ΔＷ₁＞＞ΔＷ₂)。

【００３９】第２に、輻射熱ガイド１２が輻射熱エネル
ギーＷ₂(＝ΔＷ₂)を受けても温度が上がりにくい輻射熱
ガイド１２を用いることによって、輻射熱ガイド１２の
温度上昇を抑える。つまり、輻射熱エネルギーΔＷ
₄が、輻射熱エネルギーΔＷ₁(＝Ｗ₁)よりもはるかに小
さくなる輻射熱エネルギーの関係を実現する(ΔＷ₁＞＞
ΔＷ₄)。

【００４０】第３に、輻射熱エネルギーΔＷ₄と同量の
輻射熱エネルギーを補正用熱感知素子１３ｂへ伝達する
ことによって、輻射熱エネルギーΔＷ₄が素子１３ａ，
１３ｂの温度差Δｔに影響しないようにする。つまり、
輻射熱エネルギーΔＷ₄が相殺されるような輻射熱エネ
ルギーの関係を実現する。

【００４１】第４に、補正用熱感知素子１３ｂに放射さ
れる輻射熱を熱遮断しても、熱遮断する部分から輻射熱
エネルギーＷ₁₁(＝ΔＷ₁₁)が生じないようにする。つま
り、熱遮断する部分から補正用熱感知素子３ｂへは、輻
射熱として熱伝達されないような輻射熱エネルギーの関
係を実現する。

【００４２】以上の点から、本実施例の構成及びその機
能を説明する。輻射熱ガイド２(図２〜図４)は、検出側
輻射熱ガイド部２ａと補正側輻射熱ガイド部２ｂとで一
体的に構成されている。熱感知部３(図２，図４)は、図
５に示すように平面状のセラミック基板３ｄと，セラミ
ック基板３ｄ上に形成した平面状の検出用熱感知素子３
ａ及び補正用熱感知素子３ｂと，素子３ａ，３ｂの電極
３ｃとから成っている。

【００４３】電気回路部４(図２，図３)は、図７に示す
ように、検出用熱感知素子３ａと補正用熱感知素子３ｂ
の温度を電気信号としてとらえ、更に差動増幅回路７に
より被加熱物１の輻射熱エネルギー量を電圧信号に変換
する回路である。この電気回路部４は、図３に示すよう
に孔１０を通って補正側輻射熱ガイド部２ｂの内外をつ
なぐ電線９で、図４に示すように輻射熱ガイド２内部に
設置されている熱感知部３と接続されている。電線９と
熱感知部３との接続は、図６に示す熱感知部固定用の基
板６上の配線(不図示)を介して行われている。つまり、
電線９と接続している基板６上の配線(不図示)が、検出
用熱感知素子３ａ及び補正用熱感知素子３ｂの電極３ｃ
と、金属細線(リード線)６ｃで接続されている。基準輻
射熱放射体５(図２，図３)は、被測定物１からの輻射熱
の影響を受けることなくセンサ周囲温度Ｔ₀と同一温度
になるように設けられている。

【００４４】前述の検出側輻射熱ガイド部２ａと補正側
輻射熱ガイド部２ｂとは、図４に示すようにネジ構造２
ｓで一体的に構成されている。個別の検出側輻射熱ガイ
ド部２ａと補正側輻射熱ガイド部２ｂとが機械的に接触
しているため、ガイド部２ａ，２ｂは熱的にも一体化し
て熱伝導可能である。従って、被測定物１からの輻射熱
によって検出側輻射熱ガイド部２ａの温度が上昇する
と、補正側輻射熱ガイド部２ｂへの熱伝導によって、補
正側輻射熱ガイド部２ｂの温度も上昇する。これによ
り、検出側輻射熱ガイド部２ａと補正側輻射熱ガイド部
２ｂとは、温度が均一化されて同一温度になる。

【００４５】一方、検出側輻射熱ガイド部２ａと補正側
輻射熱ガイド部２ｂとの間には、図４に示すように熱感
知部固定用の基板６(厚さ:1.6mm，紙フェノール製)が固
定されている。基板６の固定は、基板６の４つの固定部
６ａ(図６)を、ネジ構造２ｓ(図４)で挟み締め付けるこ
とにより行われる。基板６の中央には穴６ｂが形成され
ており、穴６ｂ内に配置されたセラミック基板３ｄが、
電極３ｃと接続された２本の金属細線６ｃで、基板６上
の配線(不図示)と接続固定されている。このようにし
て、輻射熱ガイド２の内部には、検出側輻射熱ガイド部
２ａ及び補正側輻射熱ガイド部２ｂに対する熱的位置関
係が、検出用熱感知素子３ａと補正用熱感知素子３ｂと
で相対的に同一になるように、セラミック基板３ｄが取
り付けられた状態となっている。

【００４６】上記のように検出側輻射熱ガイド部２ａ及
び補正側輻射熱ガイド部２ｂ(つまり、輻射熱ガイド２)
に対する熱的位置関係を、検出用熱感知素子３ａと補正
用熱感知素子３ｂとで相対的に同一にするため、本実施
例では、熱感知部３を中心とする輻射熱ガイド２の検出
側と補正側との形状を同一とし、さらに、ガイド部２
ａ，２ｂを後述するように同一材料で構成している。な
お、輻射熱ガイド２の材質が検出側輻射熱ガイド部２ａ
と補正側輻射熱ガイド部２ｂとで異なっていても、それ
に応じた形状とすることによって、上記熱的位置関係を
相対的に同一にしてもよい。

【００４７】上記のように検出側輻射熱ガイド部２ａ及
び補正側輻射熱ガイド部２ｂに対する熱的位置関係は、
検出用熱感知素子３ａと補正用熱感知素子３ｂとで相対
的に同一になっており、また、検出側輻射熱ガイド部２
ａと補正側輻射熱ガイド部２ｂは速やかに同一温度に均
一化されるため、輻射熱ガイド２から検出用熱感知素子
３ａに放射される輻射熱エネルギー量(図１中のΔＷ₄)
と、輻射熱ガイド２から補正用熱感知素子３ｂに放射さ
れる輻射熱エネルギー量(図１中のΔＷ₉)とは、高い応
答性で等しくなる。従って、これらの輻射熱エネルギー
量ΔＷ₄，ΔＷ₉が相殺される結果、前述の輻射熱エネル
ギーΔＷ₄は、検出用熱感知素子３ａと補正用熱感知素
子３ｂとの温度差Δｔに影響しないことになる。よっ
て、輻射熱エネルギーΔＷ₄に起因する測定誤差が軽減
されて、測定精度が向上する。

【００４８】上記輻射熱ガイド２(図２〜図４)は、アル
ミニウム製の円筒管状構造(厚さ１ｍｍ，Φ２０ｍｍ程
度)を有している。このように輻射熱ガイド２が、比較
的熱伝導率の大きい材料であるアルミニウムで構成され
ているため、被測定物１から検出側輻射熱ガイド部２ａ
に伝達された輻射熱は、伝導熱として補正側輻射熱ガイ
ド部２ｂへ速やかに移動する。従って、上述した輻射熱
ガイド２から検出用熱感知素子３ａに放射される輻射熱
エネルギー量と輻射熱ガイド２から補正用熱感知素子３
ｂに放射される輻射熱エネルギー量とは、高い応答性で
等しくなる。また、本実施例では、後述するようにセン
サの検出応答性を向上させる目的から、熱感知部３の熱
容量を極めて小さくしている。従って、熱伝導率の大き
い材料で輻射熱ガイド２を構成することは、センサの検
出応答性を向上させるためにも有効である。

【００４９】輻射熱ガイド２は、他の金属と比較して比
熱の大きい材料であるアルミニウムで構成されているた
め、輻射熱ガイド２の熱容量を熱感知部３の熱容量より
も充分に大きくすることができる。輻射熱ガイド２の熱
容量が大きいと、輻射熱エネルギーＷ₂(＝ΔＷ₂)を受け
ても(図２)、輻射熱ガイド２の温度上昇が小さく抑えら
れる。輻射熱ガイド２の温度上昇が小さく抑えられれ
ば、輻射熱ガイド２から検出用熱感知素子３ａ，補正用
熱感知素子３ｂに放射される不要な輻射熱エネルギー量
ΔＷ₄，ΔＷ₉が、共に小さく抑えられるため、上述した
輻射熱エネルギーΔＷ₄，ΔＷ₉が輻射熱エネルギーΔＷ
₁(＝Ｗ₁)よりもはるかに小さい輻射熱エネルギーの関係
(ΔＷ₁＞＞ΔＷ₄，ΔＷ₉)が実現される。

【００５０】その結果、輻射熱エネルギー量ΔＷ₄とΔ
Ｗ₉とが一致していなくても、これらの熱エネルギー量
の差が小さく抑えられ、輻射熱エネルギーΔＷ₄，ΔＷ₉
に起因する測定誤差が軽減される。しかも、その熱エネ
ルギー量の差に起因する悪影響の現出時期も遅延するた
め、より一層測定誤差が軽減される。従って、測定精度
は向上することになる。また、本実施例では、後述する
ようにセンサの検出応答性を向上させる目的から、熱感
知部３の熱容量を極めて小さくしている。従って、比熱
の大きい材料で輻射熱ガイド２を構成することは、セン
サの検出応答性を向上させるためにも有効である。

【００５１】従来より、筒状，半球状，半放物面状等の
形状を有するミラーで構成された輻射熱ガイドが知られ
ているが、凹面鏡等によって被測定物１の測定したいエ
リアから輻射熱を集める場合には、検出用熱感知素子と
補正用熱感知素子との双方に対する焦点の位置合わせを
行うのが難しいといった問題がある。これに対し、円筒
管状構造を有する輻射熱ガイド２では焦点が生じないた
め、このような問題は生じない。そして、被測定物１の
測定したいエリアの外からの輻射熱は、検出側輻射熱ガ
イド部２ａで遮られるので、被測定物１の測定したいエ
リアからの輻射熱のみが、検出用熱感知素子３ａに導か
れる。被測定物１の測定したいエリアからの輻射熱は、
略平行に平面状の検出用熱感知素子３ａに照射されるこ
とになるため、輻射熱ガイド２には、所定の熱的条件を
容易に満足させることができるという構造上のメリット
がある。

【００５２】また、管状構造を有する輻射熱ガイド２
は、測定したいエリアから輻射熱を集める機能を持たな
いため、輻射熱ガイド２に伝達される輻射熱エネルギー
量Ｗ₂(＝ΔＷ₂)を小さくすることができる(図１)。その
結果、輻射熱ガイド２の温度上昇が抑えられるため、輻
射熱エネルギーＷ₂が輻射熱エネルギーＷ₁(＝ΔＷ₁)よ
りもはるかに小さい輻射熱エネルギーの関係(ΔＷ₁＞＞
ΔＷ₂)が実現される。従って、輻射熱エネルギーΔＷ₄
に起因する測定誤差を軽減して、測定精度を向上させる
ことが可能となる。

【００５３】輻射熱ガイド２と熱感知部３との接続部の
熱伝導は、輻射熱ガイド２から熱感知部３への不要な熱
伝達経路を構成し、測定誤差を生じさせる。そこで、本
実施例ではこれを解決するために、輻射熱ガイド２から
熱感知部３への熱伝導が生じにくい２つの構造を採って
いる(図６)。

【００５４】第１に、輻射熱ガイド２と基板６との固定
を小さい面積で接触する４つの固定部６ａで行うことに
よって、輻射熱ガイド２から基板６への熱伝導を固定部
６ａのみで行う構造を採っている。輻射熱ガイド２と基
板６との間の４つの空間部６ｄでは熱伝導が生じないの
で、輻射熱ガイド２から基板６への熱伝導を小さく抑え
ることができる。第２に、セラミック基板３ｄと基板６
との固定を小さい面積で接触する２本の金属細線６ｃで
行うことによって、基板６から熱感知部３への熱伝導を
金属細線６ｃのみで行う構造を採っている。基板６と熱
感知部３との間の穴６ｂでは熱伝導が生じないので、基
板６から熱感知部３への熱伝導が小さく抑えられる。

【００５５】上記のように輻射熱ガイド２から基板６へ
の熱伝導と基板６から熱感知部３への熱伝導を小さく抑
えることによって、熱感知部３の熱容量を大きくするこ
となく、輻射熱ガイド２から熱感知部３への熱伝導を小
さく抑えて、その不要な伝導熱エネルギーを、熱感知素
子３ａ，３ｂが被測定物１から直接受ける輻射熱エネル
ギーＷ₁(図１)よりもはるかに小さくする。これによ
り、この熱伝導に起因する測定誤差の低減及び応答性の
向上を図ることが可能である。なお、本実施例では、後
述するようにセンサの検出応答性を向上させる目的か
ら、熱感知部３の熱容量を極めて小さくしているので、
前記接続部での熱伝導性を低くすることは、センサの検
出応答性を向上させるためにも有効である。

【００５６】セラミック基板３ｄは、厚さ１００μｍｍ
程度の平面状のアルミナ製基板であって、図５に示すよ
うに、一方の面上には検出用熱感知素子３ａが接触配置
され、他方の面上には補正用熱感知素子３ｂが接触配置
されている。検出用熱感知素子３ａは、被測定物１から
の輻射熱を検出する検出用の薄膜サーミスタから成って
おり、補正用熱感知素子３ｂは、センサ周囲温度Ｔ₀に
よる測定誤差を補正するための補正用の薄膜サーミスタ
から成っている。

【００５７】このように検出用熱感知素子３ａ，補正用
熱感知素子３ｂとして平面状のサーミスタを用いれば、
一対のサーミスタとしての電気的・熱的特性の均一化を
図るのが容易になるというメリットがある。つまり、厚
さの均一なセラミック基板３ｄ上に、同時に一対の薄膜
サーミスタを形成すれば、各薄膜サーミスタの厚さも均
一になるため、電気的・熱的特性も均一な一対のサーミ
スタが得られるのである。

【００５８】図５に示すように、熱感知部３は、検出用
熱感知素子３ａと補正用熱感知素子３ｂとがセラミック
基板３ｄに対して表裏一体となった構造を採っており、
図４に示すように輻射熱ガイド２内に配置されている。
これにより、検出用熱感知素子３ａ及びセラミック基板
３ｄが、補正用熱感知素子３ａ用の熱遮断部材１４(図
１２)として共用されることになる。従って、熱遮断部
材１４を用いなくても、補正用熱感知素子３ｂへの不要
な輻射熱エネルギーを遮断することができる。

【００５９】更に詳しく説明する。セラミック基板３ｄ
の一方の面上に接触配置された検出用熱感知素子３ａが
被測定物１の輻射熱を受けると、他方の面上に接触配置
された補正用熱感知素子３ｂへの被測定物１の輻射熱
は、検出用熱感知素子３ａ及びセラミック基板３ｄによ
って遮断されることになる。このとき、検出用熱感知素
子３ａ及びセラミック基板３ｄの温度は輻射熱を吸収す
ることにより上昇するが、接触状態にある補正用熱感知
素子３ａ，セラミック基板３ｄ及び補正用熱感知素子３
ｂは熱伝導可能であるため、検出用熱感知素子３ａに加
えられた輻射熱は、温度上昇した検出用熱感知素子３ａ
及びセラミック基板３ｄからの輻射熱としてではなく、
検出用熱感知素子３ａからセラミック基板３ｄを介して
補正用熱感知素子３ｂへと移動する伝導熱として、補正
用熱感知素子３ｂの温度を上昇させることになる。その
ため、被測定物１からの輻射熱を遮断する検出用熱感知
素子３ａ及びセラミック基板３ｄからの輻射熱が測定誤
差となることはなく、検出用熱感知素子３ａと補正用熱
感知素子３ｂとの間に生じた温度差から、被測定物１の
輻射熱測定が可能となる。

【００６０】以上のように補正用熱感知素子３ｂに放射
される輻射熱を熱遮断しても、熱遮断する検出用熱感知
素子３ａ及びセラミック基板３ｄからは測定誤差の原因
となる輻射熱が放射されず、補正用熱感知素子３ｂへは
輻射熱として熱伝達されないような輻射熱エネルギーの
関係が実現される。従って、その温度上昇に起因する測
定誤差を小さく抑えて、検出用熱感知素子３ａと補正用
熱感知素子３ｂとの間に生じた温度差Δｔから、被測定
物１の輻射熱エネルギーを高い精度で測定することが可
能となる。

【００６１】輻射熱センサの応答性を向上させるため、
セラミック基板３ｄを輻射熱ガイド２よりも比熱がきわ
めて小さいアルミナ材料で構成することによって、熱感
知部３の熱容量を小さくしている。検出用熱感知素子３
ａ，補正用熱感知素子３ｂは、セラミック基板３ｄの表
面に密着しているため、セラミック基板３ｄの熱容量の
大小によって、素子３ａ，３ｂの温度の上がり易さが左
右されるからである。つまり、セラミック基板３ｄの熱
容量が小さいと、検出のゲインは下がるが、輻射熱セン
サの応答性が向上し、逆に、熱容量が大きいと、検出用
熱感知素子３ａと補正用熱感知素子３ｂとの温度差Δｔ
が大きくなるので、検出のゲインは上がるが、測定精度
が低下することになる。なお、従来の輻射熱センサでは
時間的な出力ドリフトが問題となっていたが、本実施例
の輻射熱センサは、従来の輻射熱センサと比べて、応答
性，安定性共に優れているため、かかる出力ドリフトに
ついても大幅な改善を図ることができる。

【００６２】検出側輻射熱ガイド部２ａは、輻射熱の測
定対象である被測定物１側に向けられているため、被測
定物１からの輻射熱は、検出用熱感知素子３ａに導かれ
る。一方、輻射熱ガイド２を構成する補正側輻射熱ガイ
ド部２ｂは、被測定物１からの輻射熱の影響を受けない
基準輻射熱放射体５側に向けられているため、基準輻射
熱放射体５からの輻射熱は、補正用熱感知素子３ｂに導
かれる。

【００６３】従来、被測定物１以外の方向からの輻射熱
を積極的に補正用熱感知素子に導く輻射熱センサは知ら
れていない。例えば、凹面鏡から成る輻射熱ガイドの焦
点位置に熱感知素子が配置された従来例は、検出用・補
正用熱感知素子を共に被測定物に向けた構成となってい
る。これに対して本実施例は、上記のように熱遮断部材
(図１２)を介して補正側熱感知素子１３ｂを被測定物１
１に向けるのではなく、補正用熱感知素子３ｂを被測定
物１の反対方向に位置する基準輻射熱放射体５に向ける
構成となっている。

【００６４】一方、上述したように検出用熱感知素子３
ａ及びセラミック基板３ｄが熱遮断部材として共用され
るため、従来必要とされていた補正用熱感知素子用の熱
遮断部材１４(図１２)は不要となる。従って、不要な輻
射熱エネルギーＷ₁₁(図１２)は生じず、輻射熱Ｗ₁₁(図
１２)で熱感知素子３ｂの温度が上昇することもない。
これにより、温度補正を容易に行うとともに、検出用熱
感知素子３ａと補正用熱感知素子３ｂとの温度差Δｔを
大きくすることが可能となる。

【００６５】基準輻射熱放射体５は、黒体塗料が塗布さ
れたアルミニウム製のブロック構造を成しており、セン
サ周囲温度Ｔ₀に基づいた測定誤差補正に用いられる。
基準輻射熱放射体５にはフィン５ａが形成されており、
これにより放熱面積が大きくなるため、被加熱物１から
基準輻射熱放射体５への輻射熱による影響はきわめて少
なくなる。その結果、高い応答性で輻射熱センサ周囲温
度Ｔ₀と同じ温度に保つことが可能となる。

【００６６】従来の輻射熱センサでは、補正用熱感知素
子に対して基準となる輻射熱を与える構成は採られてい
ない。これに対し本実施例では、基準輻射熱放射体５に
輻射熱センサの周囲温度Ｔ₀を代表させる構成となって
いるので、センサ周囲温度Ｔ₀が変動しても、基準輻射
熱放射体５の温度がセンサ周囲温度Ｔ₀と同等に変動す
る結果、補正用熱感知素子３ｂに対する輻射熱エネルギ
ーもセンサ周囲温度Ｔ₀と対応して変動することにな
る。従って、センサ周囲温度Ｔ₀の変動による測定精度
の劣化を防止して、センサ出力を適正に補正することが
可能となる。なお、基準輻射熱放射体５を用いるかわり
に、全体に黒体塗料が塗布され、被測定物１側にのみ開
口を有し、基準輻射熱放射体５と一体化された筒状体構
造を有する輻射熱ガイドを用いてもよく。そのような輻
射熱ガイドを用いた場合でも、同様の効果を得ることが
できる。

【００６７】次に、図１に基づいて、輻射熱エネルギー
伝達の観点から本実施例の機能を更に詳細に説明する。
初期条件において、輻射熱センサ全体及び被測定物１の
温度が、被測定物１の周囲温度(つまり、センサ周囲温
度)Ｔ₀と同一であるとすると、被測定物１の表面から放
射される単位面積・単位時間あたりの輻射熱エネルギー
量Ｗ₀は、次の式(1)で表される。

【００６８】Ｗ₀＝ε・σ(Ｔ₀／１００)⁴ ……(1) ただし、式(1)中、 ε：被測定物の放射率， σ：ステファン・ボルツマン定数，Ｔ₀：被測定物の周囲温度(絶対温度) である。

【００６９】また、２つの物体Ｐ，Ｑがあり、その各々
の絶対温度Ｔ_P，Ｔ_Qでの放射率がε₁，ε₂であるとき、
一般的にその間で伝達される輻射熱エネルギー量Ｅは、
次の式(2)で表される。

【００７０】Ｅ＝ε₁・ε₂・σ{(Ｔ_P／１００)⁴−(Ｔ_Q／１００)⁴}・Ａ_PQ ……(2) ただし、式(2)中、Ａ_PQ：２つの物体Ｐ，Ｑ間の形態係数であって、例えば
２つの物体Ｐ，Ｑ間の距離が短くなったりお互いの相対
する面積が広くなったりすると大きくなる係数である。

【００７１】式(1)，式(2)から明らかなように、初期条
件では被加熱物１からはＷ₀の輻射熱エネルギーが放射
されているが、この被加熱物１と輻射熱センサ全体の温
度とは同一であるので、輻射熱の伝達はない。

【００７２】ここで、被加熱物１の表面温度がＴ₀から
＋△Ｔ上昇し、被加熱物１からの輻射熱エネルギー量Ｗ
₀＝△Ｗとなると、被加熱物１から輻射熱センサへの輻
射熱の伝達が発生する。この輻射熱は、輻射熱エネルギ
ーＷ₂(＝ΔＷ₂)によって輻射熱ガイド２の温度Ｔ₂をＴ₀
＋△ｔ₂に上昇させ、輻射熱エネルギーＷ₁(＝ΔＷ_１）
によって検出用熱感知素子３ａの温度Ｔ_３ａをＴ₀＋△
ｔ₃に上昇させる。

【００７３】前述したように、輻射熱ガイド２は円筒構
造を有しているので、従来の放物面や半球面形状を有す
る輻射熱ガイドと比べて、輻射熱ガイド２の被測定物１
との相対面積は極めて小さく、また、検出用熱感知素子
３ａが被測定物１に相対する平面構造を有している。従
って、被測定物１と輻射熱ガイド２との形態係数Ａ₁₂が
検出用熱感知素子３ａとの形態係数Ａ_13aよりきわめて
小さくなっているため、検出用熱感知素子３ａの温度上
昇△ｔ_3aは、輻射熱ガイド２の温度上昇△ｔ₂よりも極
めて大きくなる(△ｔ_3a＞＞△ｔ₂)。

【００７４】さらに、輻射熱ガイド２の温度上昇△ｔ₂
によって、輻射熱ガイド２から検出用熱感知素子３ｂへ
の輻射熱エネルギーΔＷ₄の熱伝達が発生するが、上記
関係（△ｔ_3a＞＞△ｔ₂）からそのエネルギー量Ｗ₄は極
めて小さいものとなる。また、検出側輻射熱ガイド２ａ
と補正側輻射熱ガイド２ｂとは、熱良伝導体であるアル
ミから成り、構造的にも熱的にも一体的に結合された状
態となっているので、ΔＷ₉とΔＷ₄とは同一の大きさと
なる。結果的には、検出側輻射熱ガイド部２ａから検出
用熱感知素子３ａへの輻射熱伝達エネルギー量ΔＷ
₄と、補正側輻射熱ガイド部２ｂから補正用熱感知素子
３ｂへの輻射熱伝達エネルギー量ΔＷ₉とは相殺される
ことになる。

【００７５】一方、基準輻射熱放射体５は、フィン５ａ
によって放熱面積を大きくした黒体アルミブロック構造
となっており、また、被測定物１からの輻射熱を直接受
けない位置にあるので、被加熱物１から基準輻射熱放射
体５への輻射熱による影響はきわめて少なく、結果とし
て、基準輻射熱放射体５の温度はセンサ周囲温度Ｔ₀の
まま保たれる。従って、温度Ｔ₀の基準輻射熱放射体５
からの輻射熱エネルギーＷ₅は、輻射熱ガイド２の温度
及び補正用熱感知素子３ｂの温度に影響を与えないの
で、輻射熱エネルギー量Ｗ₆〜Ｗ₈の増加はない。

【００７６】なお、補正用熱感知素子３ｂの温度Ｔ
_3bは、補正側輻射熱ガイド部２ｂの温度上昇に伴って生
じる輻射熱エネルギーΔＷ₉によって、センサ周囲温度
Ｔ₀よりも少し高くなるが、先に述べたように輻射熱エ
ネルギーΔＷ₄と相殺されるので、測定誤差の原因とは
ならない。

【００７７】以上ように、本実施例の輻射熱センサによ
ると、検出用熱感知素子３ａに伝達される輻射熱エネル
ギーには検出側輻射熱ガイド２ａからの輻射熱エネルギ
ーΔＷ₄が含まれるため、検出用熱感知素子３ａの温度
Ｔ_3aは余分に上昇することになるが、輻射熱エネルギー
量ΔＷ₄と同一量の輻射熱エネルギーΔＷ₉が補正用熱感
知素子３ｂの温度Ｔ_3bを上昇させるため、検出用熱感知
素子３ａと補正用熱感知素子３ｂとの温度差Δｔには測
定誤差が含まれないことになる。

【００７８】図８に、第１実施例(ラインＪ)と従来例
(ラインＫ)との特性比較結果を示す。まず、輻射熱セン
サの前面の開口位置(図４中のＦＰ)から２０ｃｍ前方
(開口位置ＦＰと熱検知部３との間隔は５ｃｍ)に、２０
°Ｃの黒体板を配置した。そして、１００°Ｃの黒体板
と瞬時に入れ換えて、センサ出力の経時変化を測定し
た。なお、ここでは作動増幅回路７の増幅率を約１００
倍とした。

【００７９】図８のグラフの結果から明らかなように、
第１実施例の輻射熱センサは、従来の輻射熱センサと比
べて、応答性，安定性共に優れており、特に、従来の輻
射熱センサでは課題となっていた時間的な出力ドリフト
が大幅に改善されていることが分かる。

【００８０】図９は、冷却装置８を有する第２実施例の
外観図である。第２実施例は、被加熱物１からの輻射熱
エネルギーのうち輻射熱ガイド２に吸収される分を冷却
装置８のファンによって強制冷却する構成となっている
ほかは、前記第１実施例と同一構成となっている。

【００８１】第１実施例のセンサ構造では輻射熱ガイド
２が円筒状になっているため、従来の半球状や半放物面
状の輻射熱ガイドに比べて、被測定物１と相対する面積
が小さくなっている。そのため、被測定物１から輻射熱
ガイド２に伝達される輻射熱エネルギー量(つまり、本
質的に不要な輻射熱エネルギー量)も少なくなってい
る。しかし、被加熱物１が高温であるほど、被測定物１
から輻射熱ガイド２に対して過大な輻射熱エネルギーが
伝達されることになり、輻射熱ガイド２の温度が大きく
上昇する結果、熱感知部３に熱伝達されことになる。こ
れは、本来必要とされる被測定物１からの輻射熱エネル
ギーを検出する上で阻害要因となる。

【００８２】第２実施例によれば、冷却装置８で輻射熱
ガイド２を冷却する構成と成っているので、被測定物１
が高温状態にある場合でも、輻射熱ガイド２の温度上昇
を極力小さく抑えて、輻射熱ガイド２の温度をセンサ周
囲温度Ｔ₀に近づけることができる。これによって、セ
ンサの測定精度を向上させることができる。また、この
構成は、第１実施例による補正効果が不足する場合にも
効果的である。

【００８３】また、第２実施例においては、冷却装置８
からの冷却風が直接熱感知部３にあたらないようにする
必要がある。そこで、冷却風の方向を輻射熱ガイド２の
開口面と平行にするのが好ましい。冷却風が熱感知部３
にあたらないようにすることによって、熱感知部３の不
要な冷却による測定精度の低下を防止することができ
る。

【００８４】図１０は、第３実施例の輻射熱ガイド２Ａ
の断面構造を示している。第３実施例は、輻射熱ガイド
２Ａが被測定物１からの輻射熱を反射する内面部２ｄ
と，その内面部２ｄと熱的に分離された外周部２ｃとの
二重構造を有し、双方の間に空気層２ｅが形成された構
成となっているほかは、前記第１実施例と同一構成とな
っている。

【００８５】輻射熱センサが受ける不要な輻射熱には、
被測定物１側から輻射熱ガイドの前面側に向けて受ける
ものほかに、輻射熱センサの横方向から輻射熱ガイドの
側面側に向けて受けるものがある。輻射熱ガイドを高熱
容量化したり、冷却したりするのが困難な場合には、輻
射熱ガイドの温度が大きく上昇すると、熱感知部３に熱
伝達されて、これが本来必要とされる被測定物１からの
輻射熱エネルギーを検出する上で阻害要因となってしま
う。

【００８６】そこで、第３実施例では上記二重構造を有
する輻射熱ガイド２Ａを用いることによって、円筒管状
輻射熱ガイドの法線方向の熱伝導率を下げて、外周部２
ｃから内面部２ｄへの熱伝達を小さく抑えている。これ
により、輻射熱ガイド２Ａが横方向から不要な輻射熱を
受けても、内面部２ｄの不要な温度上昇が防止されるた
め、これに起因する測定誤差を低減して、測定精度の低
下を防ぐことができる。また、上記二重構造を有する輻
射熱ガイド２Ａを用いれば、輻射熱センサ全体を小型・
薄型化，センサの軽量・低コスト化を図ることもでき
る。

【００８７】図１１は、第４実施例の輻射熱ガイド２Ｂ
の断面構造を示している。輻射熱ガイド２Ｂの外周部２
ｆが樹脂材料から成り、その内面部２ｇが金属材料から
成っているほかは、前記第１実施例と同一構成となって
いる。この輻射熱ガイド２Ｂは、外周部２ｆを構成する
樹脂製円筒管の内側に、輻射熱反射率の高い円筒状の金
属管を嵌入させたり、輻射熱反射率の高い金属コーティ
ングを施したりすることによって得られる。

【００８８】樹脂材料は金属材料に比べて熱伝導率が低
いため、前記第３実施例において空気層２ｅによって外
周部２ｃから内面部２ｄへの熱伝達を小さく抑えた輻射
熱ガイド２Ａを用いた場合と、同様の理由により同様の
効果を得ることができる。しかも、輻射熱ガイド２Ｂ
は、第３実施例の輻射熱ガイド２Ａよりも構造が簡単で
あるため、構成の簡素化及びコストダウンを図ることが
できるという効果もある。

【００８９】外周部２ｆを構成する樹脂製円筒管の内側
に円筒状の輻射熱反射率の高い金属管を嵌入させて成る
輻射熱ガイド２Ｂを用いた場合には、輻射熱ガイド２Ｂ
の検出側輻射熱ガイド部から補正側輻射熱ガイド部への
熱伝達性を向上させることができ、更に耐熱性の向上を
図ることもできる。外周部２ｆを構成する樹脂製円筒管
の内側に輻射熱反射率の高い金属コーティングを施して
成る輻射熱ガイド２Ｂを用いた場合には、輻射熱センサ
の軽量化と、より一層のコストダウンを図ることができ
る。なお、センサ周囲温度Ｔ₀が高温でない場合や前記
冷却装置８を用いた場合には、金属コーティングによる
輻射熱ガイド２Ｂでも充分な耐熱性を得ることができ
る。

【００９０】図１４及び図１５は、第５実施例の外観構
成及び内部構造をそれぞれ示しており、図１６は輻射熱
ガイド２２の断面構造を示している。図１４〜図１６に
示すように、第５実施例は、輻射熱ガイド２２を除け
ば、前記第１実施例と同一の構成を採っている。この輻
射熱ガイド２２は、検出側輻射熱ガイド部２２ａと補正
側輻射熱ガイド部２２ｂとで一体的に構成されている。
検出側輻射熱ガイド部２２ａは、被測定物１からの輻射
熱を検出用熱感知素子３ａに導く空間部Ｉａを内部に有
するパイプ形状を成しており、補正側輻射熱ガイド部２
２ｂは、基準輻射熱放射体５からの輻射熱を基準輻射熱
放射体５で閉塞された端部から補正用熱感知素子３ｂに
導く空間部Ｉｂを内部に有するパイプ形状を成してい
る。

【００９１】図１５に示すように、輻射熱ガイド２２の
肉厚部Ｏａ，Ｏｂは、全体にわたって等しい厚みを有し
ているが、前記輻射熱ガイド２(図２)と異なり、輻射熱
の進行方向に対して垂直方向の断面について、図１６に
示すように、肉厚部分Ｏａ，Ｏｂの断面積Ａ１は、空間
部分Ｉａ，Ｉｂの断面積Ａ２以上の大きさ(Ａ１≧Ａ２)
になっている。そのため、その分前記輻射熱ガイド２よ
りも熱容量が大きくなっている。被測定物１と検出用熱
感知素子３ａとの間隔が広すぎると検出される輻射熱エ
ネルギー量が少なくなるため、第５実施例ではこのよう
に輻射熱ガイド２２の肉厚部分Ｏａ，Ｏｂの断面積Ａ１
を大きくすることによって、肉厚部分Ｏａ，Ｏｂの体積
を大きくし、これによって輻射熱ガイド２２の熱容量を
大きくしている。

【００９２】肉厚部分Ｏａ，Ｏｂの断面積Ａ１が大きい
ほど輻射熱ガイド２２の熱容量が大きくなるため、輻射
熱ガイド２２は温度が上昇しにくくなり、これにより輻
射熱ガイド２２からの不要な輻射熱量の発生が軽減さ
れ、前述のΔＷ₁＞＞ΔＷ₄の関係が実現される。なお、
輻射熱ガイド２２は、その肉厚部分Ｏａ，Ｏｂ全体が厚
肉部分で構成されているが、これに限らず、厚肉部分を
少なくとも一部に有する構成とすることによって、その
体積分の熱容量について輻射熱ガイド２２の温度上昇を
抑えることができる。以上のように、第５実施例による
と、輻射熱ガイド２２の温度上昇に起因する測定誤差を
小さく抑えて、被測定物１の輻射熱を高い精度で測定す
ることが可能となる。

【００９３】図１７は、第６実施例に用いる輻射熱ガイ
ド３２の外観を示している。この輻射熱ガイド３２は、
輻射熱の進行方向に対して垂直方向の断面について、肉
厚部分Ｏａの断面積Ａ３が空間部分Ｉａの断面積Ａ４未
満の大きさとなった薄肉部分を、被測定物１側の端部に
有する構造となっている。輻射熱ガイド３２は、輻射熱
ガイド部２２と同様、先端から終端まで同一断面積Ａ４
の空間部分Ｉａ，Ｉｂを有し、先端部分のみを絞った形
状を成しているが、検出側輻射熱ガイド部３２ａは、機
能的には前述した検出側輻射熱ガイド部２ａ(図４)と同
じ構造を採っている。

【００９４】輻射熱ガイド３２の構造によれば、被測定
物１に近く相対する検出側輻射熱ガイド部３２ａの表面
の面積が小さくなっているため、被測定物１からの輻射
熱の影響は小さいものとなる。そのため、輻射熱ガイド
３２は温度が上昇しにくくなり、これにより輻射熱ガイ
ド３２からの不要な輻射熱量の発生が軽減され、前述の
ΔＷ₁＞＞ΔＷ₂の関係が実現される。しかも、被測定物
１側の端部から離れるほど薄肉部分の肉厚は増大し、前
記輻射熱ガイド２２と同様の厚肉となっていくため、被
測定物１からの輻射熱を受けても輻射熱ガイド３２は温
度が上昇しにくく、輻射熱ガイド３２からの不要な輻射
熱量の発生が軽減される。以上のように、第６実施例に
よると、輻射熱ガイド２２の温度上昇に起因する測定誤
差を更に小さく抑えて、被測定物１の輻射熱をより高い
精度で測定することが可能となる。

【００９５】図１８に、比較例(ラインＬ３)，第５実施
例(ラインＬ２)及び第６実施例(ラインＬ１)の特性比較
結果を示す。まず、輻射熱センサの前面の開口位置(図
１５中のＦＰ)から１２ｃｍ前方(開口位置ＦＰと熱検知
部３との間隔は５ｃｍ)に、２５°Ｃの黒体板を配置し
た。そして、１００°Ｃの黒体板と瞬時に入れ換えて、
センサ出力の経時変化を測定した。なお、ここでは作動
増幅回路７の増幅率を約１００倍とした。

【００９６】図１８のグラフの結果から明らかなよう
に、熱容量の小さい金属パイプを輻射熱ガイドとして用
いた比較例では、ラインＬ３に示すようにゆっくりと出
力上昇していることが分かる。断面積Ａ１，Ａ２がほぼ
等しい金属パイプを輻射熱ガイドとして用いた第５実施
例では、ラインＬ２に示すように、比較例と比べて応答
性，安定性共に優れており、時間的な出力ドリフトが大
幅に改善されていることが分かる。第６実施例では、ラ
インＬ１に示すように、この効果が更に大きいことが分
かる。

【００９７】また、前述したように、被測定物１側にの
み開口を有し、基準輻射熱放射体５と一体化された筒状
体構造を有する輻射熱ガイドを用いると、補正側輻射熱
ガイド部２２ｂと，その先端を閉塞している基準輻射熱
放射体５とが、熱的に結合するため、構造的にも熱的に
も補正側輻射熱ガイド部２２ｂと基準輻射熱放射体５と
の間に隙間が生じず、その結果、補正用熱感知素子３ｂ
の出力にふらつきがなくなり、安定した出力値を得るこ
とが可能となる。例えば、図１８中のラインＬ１に近づ
く方向の出力−時間特性を得ることが可能となる。

【００９８】前述したように、基準輻射熱放射体５には
黒体塗料が塗布されているが、このように赤外線放射率
を向上させるような表面処理を施すことによって、赤外
線放射率をなるべく１に近づけるようにすると、基準輻
射熱放射体５の温度を速やかにセンサ周囲温度と同一温
度にし、安定化させることができる。なお、基準輻射熱
放射体５としては、表面積が比較的大きく、温度分布の
一様な放熱板等から成るアルミ製の筐体を用いるのが好
ましい。

【００９９】第１〜第６実施例によれば、被測定物１の
輻射熱エネルギー量が電気回路部４(図２等)からの出力
値として得られるが、先に述べたように検出用・補正用
熱感知素子３ａ，３ｂの出力特性はセンサ周囲温度の影
響を受けるため、被測定物１の温度を得るには、検出用
・補正用熱感知素子３ａ，３ｂで検出された被測定物１
の輻射熱エネルギー量を、センサ周囲温度で補正してや
らなければならない。以下に説明する第７，第８実施例
によれば、被測定物１の温度を高精度で測定することが
可能である。

【０１００】まず、図２２に基づいて第７実施例を説明
する。第７実施例は、前述した第１〜第６実施例に加え
て、更に、マイコン(microcomputer)４０，電圧差出力
回路部４２，加減算回路部４４，表示装置４６及び熱電
対４８を設けた構成となっている。

【０１０１】電圧差出力回路部４２は、前述した電気回
路部４と同一の回路構成(図７)となっており、被測定物
１の輻射熱エネルギー量を、検出用熱感知素子３ａと補
正熱感知素子３ｂとの電圧差として出力する。図２０
に、検出用・補正用熱感知素子３ａ，３ｂと電圧差出力
回路部４２との回路構成を示す。図２０中、Ｒ₁，Ｒ₂は
分圧抵抗(Ｒ₁＝Ｒ₂)、Ｖ_aは検出側出力信号の電圧値、
Ｖ_bは補正側出力信号の電圧値である。

【０１０２】熱電対４８は、基準輻射熱放射体５の温度
を測定する温度測定手段として用いられる。熱電対４８
によって測定された基準輻射熱放射体５の温度は、セン
サ周囲温度と極めて近いため、測定された基準輻射熱放
射体５の温度をセンサ周囲温度として用いることができ
る。

【０１０３】加減算回路部４４及びマイコン４０は、予
め測定しておいた基準となるセンサ周囲温度(以下「基
準センサ周囲温度」という。)での電圧差出力回路部４
２からの出力値と被測定物１の温度との関係に基づいて
被測定物１の温度に相当する出力値が得られるように、
熱電対４８で測定された基準輻射熱放射体５の温度と基
準センサ周囲温度との差分だけ、電圧差出力回路部４２
からの出力値をシフトさせる制御手段として用いられ
る。図２１に、加減算回路部４４の回路構成を示す。

【０１０４】図１９は、被測定物温度を測定するための
センサ周囲温度補正を行わずに、センサ周囲温度をパラ
メータとして、電圧差出力回路部４２(図２０)からの出
力値と被測定物１の温度との関係を示すグラフである。
図１９中、ラインＭ１，Ｍ２，Ｍ３は、それぞれセンサ
周囲温度が−１０℃，２５℃，１００℃のときの出力−
被測定物温度特性を表している。ここで、基準センサ周
囲温度を２５℃とすれば、ラインＭ２で表される関係
が、予め測定しておいた基準センサ周囲温度での電圧差
出力回路部４２からの出力値と被測定物１の温度との関
係となる。

【０１０５】この関係(ラインＭ２)に基づいて被測定物
温度に相当する出力値が得られるように、この基準セン
サ周囲温度２５℃と，熱電対４８で測定された基準輻射
熱放射体５の温度との差分だけ、電圧差出力回路部４２
からの出力値をシフトさせる。出力値のシフトは、加減
算回路４４(図２１)を電圧差出力回路部４２(図２０)の
出力端子以降に加え、マイコン４０のソフト制御で抵抗
値Ｒ₇を変化させることによって行う。この場合、入力
端子ＩＮの電位(ＩＮ電位)と出力端子ＯＵＴの電位(Ｏ
ＵＴ電位)との関係は、次の式(3)で表される。但し、Ｒ
₇＜＜Ｒ₃＝Ｒ₄＝Ｒ₅＝Ｒ₆である。ＯＵＴ電位＝ＩＮ電位±可変電位 ……(3)

【０１０６】図１９に示すように、上記出力値のシフト
量は、例えば、熱電対４８で測定された基準輻射熱放射
体５の温度が−１０℃の場合、温度差３５℃分に相当す
る−ΔＶ₁であり、熱電対４８で測定された基準輻射熱
放射体５の温度が１００℃の場合、温度差７５℃分に相
当する＋ΔＶ₃である。なお、前記関係(ラインＭ２)並
びに温度差とシフト量との関係は、予め測定した際にマ
イコン４０内にデータとして貯えられているものとす
る。

【０１０７】マイコン４０は、ラインＭ２で表される基
準センサ周囲温度２５℃での出力−被測定物温度の関係
に基づいて、加減算回路部４４から出力されるシフト後
の出力値から被測定物１の温度を算出し、表示装置４６
に温度表示させる。

【０１０８】電圧差出力回路部４２によって出力される
検出用熱感知素子３ａと補正熱感知素子３ｂとの電圧差
は、被測定物１の輻射熱エネルギー量に相当するので、
上記のように予め測定しておいた前記関係(ラインＭ２)
に基づいて被測定物温度に相当する出力値が得られるよ
うに、熱電対４８で測定された基準輻射熱放射体５の温
度をセンサ周囲温度として用い、電圧差出力回路部４２
からの出力値をマイコンソフト制御によってシフトさせ
れば、センサ周囲温度が大きく変動して素子３ａ，３ｂ
の出力特性に影響が出たとしても、そのシフト後の出力
値から被測定物１の温度を高い精度で得ることができ
る。しかも、構成が簡単であるため、低コストで実現可
能である。

【０１０９】次に、図２３に基づいて第８実施例を説明
する。第８実施例は、上記第７実施例において熱電対４
８によって測定された基準輻射熱放射体５の温度をセン
サ周囲温度として用いる代わりに、検出用・補正用熱感
知素子３ａ，３ｂの出力信号の電圧値から、マイコン４
０で算出された検出用・補正用熱感知素子３ａ，３ｂの
温度の平均値をセンサ周囲温度として用いる構成となっ
ている。

【０１１０】つまり、第８実施例では、マイコン４０
を、検出用熱感知素子３ａ及び補正用熱感知素子３ｂの
各出力信号の電圧値Ｖ_a，Ｖ_b(図２０)から得られた検出
用・補正用熱感知素子３ａ，３ｂの各抵抗値Ｒ_3a，Ｒ_3b
を用いて、検出用・補正用熱感知素子３ａ，３ｂの温度
Ｔ_3a，Ｔ_3bの平均値(Ｔ_3a＋Ｔ_3b)／２を算出する演算手
段としても用いるのである。マイコン４０によって算出
された平均値(Ｔ_3a＋Ｔ_3b)／２で表される温度は、セン
サ周囲温度と極めて近いため、この平均値(Ｔ_3a＋Ｔ_3b)
／２をセンサ周囲温度として用いることができる。

【０１１１】また、加減算回路部４４及びマイコン４０
は、予め測定しておいた基準センサ周囲温度での電圧差
出力回路部４２からの出力値と被測定物１の温度との関
係に基づいて被測定物１の温度に相当する出力値が得ら
れるように、前記平均値(Ｔ_3a＋Ｔ_3b)／２と基準センサ
周囲温度との差分だけ、電圧差出力回路部４２からの出
力値をシフトさせる制御手段として用いられる。

【０１１２】平均値(Ｔ_3a＋Ｔ_3b)／２は、以下のように
して求められる。ただし、第７実施例と同様、基準セン
サ周囲温度を２５℃とし、基準センサ周囲温度での電圧
差出力回路部４２(図２０)からの出力値と被測定物１の
温度との関係をラインＭ２とする。まず、検出側出力信
号の電圧値Ｖ_a(図２０)から、検出用熱感知素子３ａの
抵抗値Ｒ_3aを、次の式(4)で求める。Ｒ_3a(Ω)＝(Ｒ₁×Ｖ_DD／Ｖ_a)−Ｒ₁ ……(4)

【０１１３】そして、得られた抵抗値Ｒ_3aを用いて、検
出用熱感知素子３ａの温度Ｔ_3aを、次の式(5)で求め
る。Ｔ_3a(℃)＝１／{(1/298.15)＋(１／Ｂ)ln(Ｒ_3a／Ｒ₂₅)}−273.15 ……(5) 但し、Ｖ_DD：電源電圧Ｒ₂₅：サーミスタの抵抗値(２５℃時) Ｂ：サーミスタのＢ常数である。

【０１１４】同様に、補正用熱感知素子３ｂの温度Ｔ_3b
を求め、その平均値(Ｔ_3a＋Ｔ_3b)／２を算出する。被測
定物１からの輻射熱量が少ないときには、Ｔ_3aとＴ_3bと
はほぼ等しい値となるが、そのような場合でも支障な
く、上記方法で得られた平均値(Ｔ_3a＋Ｔ_3b)／２をセン
サ周囲温度として用いることができる。

【０１１５】前記関係(ラインＭ２)に基づいて被測定物
温度に相当する出力値が得られるように、平均値(Ｔ_3a
＋Ｔ_3b)／２と基準センサ周囲温度２５℃との差分だ
け、電圧差出力回路部４２からの出力値を第７実施例と
同様にシフトさせる。そのシフト量は、例えば図１９に
示すように、(Ｔ_3a＋Ｔ_3b)／２＝−１０℃の場合、温度
差３５℃分に相当する−ΔＶ₁であり、(Ｔ_3a＋Ｔ_3b)／
２＝１００℃の場合、温度差７５℃分に相当する＋ΔＶ
₃である。そして、第７実施例と同様、マイコン４０
は、ラインＭ２で表される基準センサ周囲温度２５℃で
の出力−被測定物温度の関係に基づいて、加減算回路部
４４から出力されるシフト後の出力値から被測定物１の
温度を算出し、表示装置４６に温度表示させる。

【０１１６】電圧差出力回路部４２によって出力される
検出用熱感知素子３ａと補正熱感知素子３ｂとの電圧差
は、被測定物１の輻射熱エネルギー量に相当するので、
上記のように予め測定しておいた前記関係(ラインＭ２)
に基づいて被測定物温度に相当する出力値が得られるよ
うに、素子３ａ，３ｂの温度の平均値をセンサ周囲温度
として用い、電圧差出力回路部４２からの出力値をマイ
コンソフト制御によってシフトさせれば、センサ周囲温
度が大きく変動して素子３ａ，３ｂの出力特性に影響が
出たとしても、そのシフト後の出力値から被測定物１の
温度を高い精度で得ることができる。しかも、上記第７
実施例で用いたような熱電対４８等の温度測定手段は不
要なので、より一層のコストダウンを図ることができ
る。

【０１１７】以上説明した各実施例は、熱応答性，再現
性共に優れているため、電子レンジ，エアコン，電子ジ
ャー等の熱感知を要する様々な民生機器に好適に応用可
能である。

【０１１８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、検
出側輻射熱ガイド部と補正側輻射熱ガイド部とは一体的
に構成されており、検出側輻射熱ガイド部及び補正側輻
射熱ガイド部に対する熱的位置関係が、検出用熱感知素
子と補正用熱感知素子とで相対的に同一になっているの
で、輻射熱ガイドからの輻射熱エネルギー量が相殺され
る結果、輻射熱ガイドの温度上昇に起因する測定誤差を
小さく抑えて、被測定物の輻射熱を高い精度で測定する
ことができる。また、基板の一方の面上には検出用熱感
知素子が接触配置され、他方の面上には補正用熱感知素
子が接触配置されているので、被測定物からの輻射熱を
遮断する検出用熱感知素子及び基板からは測定誤差の原
因となる輻射熱が放射されず、その温度上昇に起因する
測定誤差を小さく抑えて、検出用熱感知素子と補正用熱
感知素子との間に生じた温度差から、被測定物の輻射熱
を高い精度で測定することができる。

【０１１９】また、前記輻射熱ガイドを熱伝導率が比較
的大きい材料で構成し、前記輻射熱ガイドを比熱が比較
的大きい材料で構成することによって、輻射熱ガイドの
温度上昇に起因する測定誤差を更に小さく抑えて、被測
定物の輻射熱をより一層高い精度で測定することができ
る。また、輻射熱ガイド内部に基板を金属細線で固定す
ることによって、輻射熱ガイドからの伝導熱によって生
じる測定誤差を軽減して、被測定物の輻射熱をより一層
高い精度で測定することができる。

【０１２０】輻射熱ガイドが、輻射熱の進行方向に対し
て垂直方向の断面について、肉厚部分の断面積が空間部
分の断面積以上の大きさとなった厚肉部分を少なくとも
一部に有する構成とすることによって、その肉厚部分で
熱容量が大きくなった分だけ輻射熱ガイドの温度が上昇
しにくくし、これにより、輻射熱ガイドの温度上昇に起
因する測定誤差を小さく抑えて、被測定物の輻射熱を高
い精度で測定することができる。また、熱容量の輻射熱
ガイドを用いた場合と比べて、時間的な出力ドリフトを
大幅に改善することができる。

【０１２１】輻射熱ガイドを、輻射熱の進行方向に対し
て垂直方向の断面について、肉厚部分の断面積が空間部
分の断面積未満の大きさとなった薄肉部分を、前記被測
定物側の端部に有する構成とすることによって、被測定
物に近く相対する輻射熱ガイドの表面の面積を小さく
し、これにより、輻射熱ガイドの温度上昇に起因する測
定誤差を更に小さく抑えて、被測定物の輻射熱をより一
層高い精度で測定することができる。また、熱容量の小
さい輻射熱ガイドを用いた場合と比べて、時間的な出力
ドリフトをより大幅に改善することができる。

【０１２２】基準輻射熱放射体と補正側輻射熱ガイドと
を一体化させ、熱的に結合させることによって、検出側
出力信号の基準となる補正側出力信号の出力値が安定化
するため、被測定物の輻射熱をより一層高い精度で測定
することが可能である。

【０１２３】基準輻射熱放射体に、赤外線放射率を向上
させるような表面処理、例えば黒体塗料の塗布を施すこ
とによって、検出側出力信号の基準となる補正側出力信
号の出力値が速やかに高い精度で得られるようになるの
で、被測定物の輻射熱をより一層高い精度で測定するこ
とが可能である。

【０１２４】本発明に係る輻射熱センサによれば、更
に、前記基準輻射熱放射体の温度を測定する温度測定手
段を設けることによって、得られた基準輻射熱放射体の
温度をセンサ周囲温度として用い、そして、被測定物の
輻射熱エネルギー量を検出用熱感知素子と補正熱感知素
子との電圧差として出力する電圧差出力手段と，予め測
定しておいた基準となるセンサ周囲温度での前記電圧差
出力手段からの出力値と被測定物の温度との関係に基づ
いて被測定物の温度に相当する出力値が得られるよう
に、前記温度測定手段で測定された基準輻射熱放射体の
温度と基準となるセンサ周囲温度との差分だけ、電圧差
出力手段からの出力値をシフトさせる制御手段とを設け
ることによって、被測定物の温度を高い精度で測定しう
る低コストの輻射熱センサを実現することができる。

【０１２５】また、前記検出用熱感知素子及び補正用熱
感知素子の各出力信号の電圧値から得られた検出用熱感
知素子及び補正用熱感知素子の各抵抗値を用いて、検出
用熱感知素子及び補正用熱感知素子の温度の平均値を算
出する演算手段を設けることによって、得られた平均値
をセンサ周囲温度として用い、そして、被測定物の輻射
熱エネルギー量を前記検出用熱感知素子と補正熱感知素
子との電圧差として出力する電圧差出力手段と，予め測
定しておいた基準となるセンサ周囲温度での前記電圧差
出力手段からの出力値と被測定物の温度との関係に基づ
いて被測定物の温度に相当する出力値が得られるよう
に、前記演算手段で算出された平均値と基準となるセン
サ周囲温度との差分だけ、前記電圧差出力手段からの出
力値をシフトさせる制御手段とを設けることによって、
被測定物の温度を高い精度で測定しうる低コストの輻射
熱センサを実現することができる。しかも、基準輻射熱
放射体の温度を測定する温度測定手段等を用いる必要が
ないため、コストダウンにより一層効果的である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例における輻射熱の伝達経路
を示す説明図。

【図２】本発明の第１実施例の概略構成をモデル的に示
す斜視図。

【図３】本発明の第１実施例の組み立て状態の外観を示
す斜視図。

【図４】本発明の第１実施例の組み立て状態の内部構造
を示す断面図。

【図５】本発明の第１実施例に用いられる熱感知部の概
略構成を示す断面図。

【図６】本発明の第１実施例を構成する熱感知素子の輻
射熱ガイドに対する取り付け状態を示す要部断面図。

【図７】本発明の第１実施例の回路構成を示す電気回路
図。

【図８】本発明の第１実施例と従来例との特性比較を示
すグラフ。

【図９】本発明の第２実施例の概略構成をモデル的に示
す斜視図。

【図１０】本発明の第３実施例に用いられる輻射熱ガイ
ドを示す要部断面図。

【図１１】本発明の第４実施例に用いられる輻射熱ガイ
ドを示す要部断面図。

【図１２】従来例の輻射熱の伝達経路を示す説明図。

【図１３】従来例における被測定物の真の輻射熱エネル
ギー量と検出用・補正用熱感知素子の温度差との関係を
示すグラフ。

【図１４】本発明の第５実施例の概略構成をモデル的に
示す斜視図。

【図１５】本発明の第５実施例の組み立て状態の内部構
造を示す断面図。

【図１６】本発明の第５実施例に用いられる輻射熱ガイ
ドの断面を示す図。

【図１７】本発明の第６実施例に用いられる輻射熱ガイ
ドを示す斜視図。

【図１８】本発明の第５実施例，第６実施例における輻
射熱ガイドの形状と出力−時間特性との関係を示すグラ
フ。

【図１９】本発明の第１実施例〜第６実施例におけるセ
ンサ周囲温度と電気回路部からの出力−被測定物温度特
性との関係を示すグラフ。

【図２０】本発明の第７実施例，第８実施例に用いられ
る電圧差出力回路部の構成を示す電気回路図。

【図２１】本発明の第７実施例，第８実施例に用いられ
る加減算回路部を示す電気回路図。

【図２２】本発明の第７実施例の概略構成を示すブロッ
ク図。

【図２３】本発明の第８実施例の概略構成を示すブロッ
ク図。

【符号の説明】

１被測定物２輻射熱ガイド２ａ検出側輻射熱ガイド部２ｂ補正側輻射熱ガイド部３熱感知部３ａ検出用熱感知素子３ｂ補正用熱感知素子３ｃ電極３ｄセラミック基板４電気回路部５基準輻射熱放射体２２輻射熱ガイド２２ａ検出側輻射熱ガイド部２２ｂ補正側輻射熱ガイド部３２輻射熱ガイド３２ａ検出側輻射熱ガイド部３２ｂ補正側輻射熱ガイド部４０マイコン４２電圧差出力回路部４４加減算回路部４６表示装置４８熱電対

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被測定物からの輻射熱を検出する検出用熱
感知素子と，センサ周囲温度による測定誤差を補正する
ための補正用熱感知素子と，前記検出用熱感知素子が一
方の面上に接触配置され、前記補正用熱感知素子が他方
の面上に接触配置された基板と，前記被測定物からの輻
射熱の影響を受けることなくセンサ周囲温度と同一温度
になるように設けられた基準輻射熱放射体と，前記被測
定物からの輻射熱を前記検出用熱感知素子に導く検出側
輻射熱ガイド部と，前記基準輻射熱放射体からの輻射熱
を前記補正用熱感知素子に導く補正側輻射熱ガイド部と
で一体的に構成され、該検出側輻射熱ガイド部及び補正
側輻射熱ガイド部に対する熱的位置関係が、前記検出用
熱感知素子と補正用熱感知素子とで相対的に同一になる
ように、前記基板が取り付けられた輻射熱ガイドと，か
ら成ることを特徴とする輻射熱センサ。
【請求項２】平面状を成す前記基板が、熱伝導率及び比
熱が比較的大きい材料から成る前記輻射熱ガイドの内部
に、金属細線で固定されていることを特徴とする請求項
１に記載の輻射熱センサ。
【請求項３】被測定物からの輻射熱を検出する検出用熱
感知素子と，センサ周囲温度による測定誤差を補正する
ための補正用熱感知素子と，前記被測定物からの輻射熱
の影響を受けることなくセンサ周囲温度と同一温度にな
るように設けられた基準輻射熱放射体と，前記被測定物
からの輻射熱を前記検出用熱感知素子に導く空間部を内
部に有するパイプ形状の検出側輻射熱ガイド部と，前記
基準輻射熱放射体からの輻射熱を該基準輻射熱放射体で
閉塞された端部から前記補正用熱感知素子に導く空間部
を内部に有するパイプ形状の補正側輻射熱ガイド部とで
一体的に構成され、輻射熱の進行方向に対して垂直方向
の断面について、肉厚部分の断面積が空間部分の断面積
以上の大きさとなった厚肉部分を少なくとも一部に有す
る輻射熱ガイドと，から成ることを特徴とする輻射熱セ
ンサ。
【請求項４】前記輻射熱ガイドは、輻射熱の進行方向に
対して垂直方向の断面について、肉厚部分の断面積が空
間部分の断面積未満の大きさとなった薄肉部分を、前記
被測定物側の端部に有することを特徴とする請求項１又
は請求項３に記載の輻射熱センサ。
【請求項５】前記基準輻射熱放射体と補正側輻射熱ガイ
ドとを一体化させ、熱的に結合させることを特徴とする
請求項１又は請求項３に記載の輻射熱センサ。
【請求項６】前記基準輻射熱放射体に、赤外線放射率を
向上させるような表面処理を施したことを特徴とする請
求項１又は請求項５に記載の輻射熱センサ。
【請求項７】更に、被測定物の輻射熱エネルギー量を、前記検出用熱感知素
子と補正熱感知素子との電圧差として出力する電圧差出
力手段と，前記基準輻射熱放射体の温度を測定する温度
測定手段と，予め測定しておいた基準となるセンサ周囲
温度での前記電圧差出力手段からの出力値と被測定物の
温度との関係に基づいて被測定物の温度に相当する出力
値が得られるように、前記温度測定手段で測定された基
準輻射熱放射体の温度と基準となるセンサ周囲温度との
差分だけ、前記電圧差出力手段からの出力値をシフトさ
せる制御手段と，を設けたことを特徴とする請求項１又
は請求項６に記載の輻射熱センサ。
【請求項８】更に、被測定物の輻射熱エネルギー量を、前記検出用熱感知素
子と補正熱感知素子との電圧差として出力する電圧差出
力手段と，前記検出用熱感知素子及び補正用熱感知素子
の各出力信号の電圧値から得られた前記検出用熱感知素
子及び補正用熱感知素子の各抵抗値を用いて、前記検出
用熱感知素子及び補正用熱感知素子の温度の平均値を算
出する演算手段と，予め測定しておいた基準となるセン
サ周囲温度での前記電圧差出力手段からの出力値と被測
定物の温度との関係に基づいて被測定物の温度に相当す
る出力値が得られるように、前記演算手段で算出された
平均値と基準となるセンサ周囲温度との差分だけ、前記
電圧差出力手段からの出力値をシフトさせる制御手段
と，を設けたことを特徴とする請求項１又は請求項６に
記載の輻射熱センサ。