JPH075044A - 温度測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、液体内、典型的には水中に浸漬さ
れた被測定体の温度を測定する温度測定装置に関し、少
なくとも先端が小型であってかつ距離計を不要とする。 【構成】 光ファイバ内を伝搬してきた互いに波長の異
なる放射光それぞれを受光し、それらの信号に基づいて
被測定体の温度を求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液体内、典型的には水
中に浸漬された被測定体の温度を測定する温度測定装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】被測定体の温度計測は、通常は大気中で
行なわれるが、水中に浸漬された被測定体の温度を計測
する必要を生じる場合がある。図１は、そのような場合
の一例を説明するための、連続式浸漬冷却装置を表わし
た模式図である。矢印Ｙ方向に高温の鋼板１がローラ２
により搬送され、その途中で連続式浸漬冷却装置１０の
内部を通過し、その間に急冷される。

【０００３】この連続式浸漬冷却装置１０は、鋼板１の
上下左右の面を覆う密閉カバー１１で、鋼板１の入口１
２及び出口１３以外が密閉されており、給水管１４から
冷却水を供給し、排水管１５からその供給された水が排
出される。また吸引管１５により装置１０内の水を吸い
上げ、これにより入口１２および出口１３からの冷却水
の漏れを防止している。

【０００４】この連続式浸漬装置１０における問題点の
１つとして、装置１０の内部における鋼板１の温度を計
測する手段がないことが挙げられる。このため、給水管
１４から供給される冷却水の流量コントロールは、鋼板
１の、出口１３から出た部分の温度を計測し、それをフ
ィードバックして行なうしか方法がなく、この連続式浸
漬装置１０による鋼板１の冷却の精度があがらないとい
う問題があった。

【０００５】また、例えば電磁鋼板の製造プロセスで
は、その電磁鋼板を例えば１１００℃程度から５００〜
６００℃程度にまで一気に強急冷し、その後は弱急冷す
るという温度制御をすることが望ましいが、これも、連
続式浸漬装置１０内の温度計測ができないことから十分
な精度の温度制御を行なうことはできていない。このよ
うなことから、水中における、非接触の温度計測を行な
う技術が要望されており、これを解決する提案の１つと
して、特公平３−６９９７４号公報に記載された提案が
ある。

【０００６】これは放射温度計をガラス窓を備えた容器
に密閉して、例えば図１に示す連続式浸漬装置１０内
の、鋼板１から数ｍｍだけ離れた位置に配置し、さらに
鋼板１との間の距離を正確に測定ないし制御するため超
音波距離測定装置を備えた構成のものである。放射温度
計と鋼板１との間の距離を正確に測定ないし制御する必
要があるのは、鋼板１から放射された放射光の水による
減衰が厳しく、また水中を通る距離によりその分光分布
も変化するため、その距離が正確に測定ないし制御され
ていないと正確な温度計測を行なうことができないため
である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記提案の
温度測定装置は、 （１）上述した理由から超音波等による距離計が必要と
なり、高価な装置となり、かつ全体が複雑化、大型化す
る。 （２）放射温度計の容器がかなり大きく、上述した連続
式浸漬装置内にうまく配置することができないか、もし
くは配置できたとしても冷却水のスムーズな流れを阻外
する要因となる。という問題がある。

【０００８】本発明は、これらの問題を解決し、少なく
とも先端が小型であってかつ距離計の不要な液体内に浸
漬された被測定体の温度を測定する温度測定装置を提供
することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の第１の温度測定装置は、液体内に浸漬された被測定
体の温度を測定する温度測定装置において、 （１＿１）先端部が液体内に浸漬され被測定体から放射
された放射光を先端から入射して伝搬する光ファイバ （１＿２）光ファイバ内を伝搬してきた互いに波長の異
なる放射光それぞれを受光する受光器 （１＿３）上記受光器で得られた信号に基づいて被測定
体の温度を求める温度演算器を備えたことを特徴とする
ものである。

【００１０】ここで、上記本発明の第１の温度測定装置
において、上記（１＿１）〜（１＿３）に加えて （１＿４）上記信号に基づいて被測定体の放射エネルギ
ーの波長累乗比を求めその波長累乗比の変化を監視する
モニタを備え、上記温度演算器により、上記モニタによ
り監視された波長累乗比が所定の安定状態にあるときの
被測定体の温度を求めるように構成することが好まし
い。

【００１１】また上記目的を達成する本発明の第２の温
度測定装置は、液体内に浸漬された被測定体の温度を測
定する温度測定装置において、 （２＿１）先端部が液体内に浸漬されて先端が被測定体
から所定の第１の距離だけ離れた位置に配置され、被測
定体から放射された放射光を先端から入射して伝搬する
第１の光ファイバ （２＿２）先端部が液体内に浸漬されて先端が被測定体
から第１の距離とは異なる所定の第２の距離だけ離れた
位置に配置され、被測定体から放射された放射光を先端
から入射して伝搬する第２の光ファイバ （２＿３）第１の光ファイバ内を伝搬してきた互いに波
長の異なる前記放射光それぞれを受光する第１の受光器 （２＿４）第２の光ファイバ内を伝搬してきた互いに波
長の異なる放射光それぞれを受光する第２の受光器 （２＿５）第１の受光器で得られる第１の信号と第２の
受光器で得られる第２の信号に基づいて、液体の放射光
の透過率を求める透過率演算器 （２＿６）上記第１の信号および上記第２の信号のうち
の少なくとも一方の信号と上記透過率とに基づいて被測
定体の温度を求める温度演算器を備えたことを特徴とす
るものである。

【００１２】ここで、上記本発明の第２の温度粗工程装
置において、上述した本発明の第１の温度測定装置のと
きと同様に、上記（２＿１）〜（２＿６）に加えて （２＿７）第１の受光器で得られる第１の信号に基づい
て求められる被測定体の第１の波長累乗比と、第２の受
光器で得られる第２の信号に基づいて求められる被測定
体の第２の波長累乗比との比率を求めてその比率の変化
を監視するモニタを備え、上記温度演算器により、上記
モニタにより監視された上記比率が所定の安定状態にあ
るときの被測定体の温度を求めるように構成することが
好ましい。

【００１３】

【作用】以下、先ず本発明の測定原理について、水中に
浸漬された被測定体を例にして説明する。図２は、水中
に浸漬された被測定体からの放射光を１本の光ファイバ
で受けるように構成した場合の温度測定装置の模式図で
ある。

【００１４】水２０の中に浸漬された被測定体２１から
距離ｄだけ離れた位置に先端３１が配置されるように、
光ファイバ３０の先端部が水２０に浸漬されている。そ
の光ファイバ３０の後端部には、受光器３２が取り付け
られており、この受光器３２では、被測定体２１から放
射され、光ファイバ３０にその先端３１から入射し、光
ファイバ３０内を伝達してきた放射光のうち、波長Ｒを
中心とした所定の波長帯域の光が受光され、その受光に
より放射エネルギーＬの波長Ｒにおける測定値Ｌ_R が得
られる。

【００１５】このとき、水２０の、波長Ｒの放射光につ
いての減量率をａとしたとき、 Ｌ_R ＝ε_R ・（Ｃ₁ ／Ｒ⁵ ）・ｅｘｐ（Ｃ₂ ／ＲＴ）・ｅｘｐ（−ａ_R ｄ） …（１） ただし、 Ｌ_R ：被測定体の放射エネルギーＬ〔Ｗ・ｃｍ^-2〕の波
長Ｒにおける測定値〔Ｗ・ｃｍ^-2・μｍ^-1〕 ε_R ：波長Ｒについての放射率 Ｃ₁ ：プランクの第１定数（３．７４１８×１０⁴ 〔Ｗ
・ｃｍ^-2・μｍ⁴ 〕） Ｒ ：測定波長〔μ〕 Ｃ₂ ：プランクの第２定数（１．４３８８×１０⁴ 〔μ
ｍ・Ｋ〕） Ｔ ：被測定体の表面温度〔Ｋ〕 ａ_R ：水の放射エネルギー吸収率ａの、波長Ｒにおける
値〔μｍ^-1〕 ｄ ：光ファイバの先端と被測定体との間の距離〔μ
ｍ〕である。

【００１６】この（１）式は、図２では光ファイバが用
いられていることを除き、前述した特公平３−６９９７
４号公報に記載された、距離計を用いる温度測定装置の
測定原理である。（１）式には距離ｄが変数として含ま
れており、したがって距離計を用いて距離ｄを正確に測
定するかあるいは距離ｄが一定となるように正確に制御
する必要がある。

【００１７】ただし、図２に示す温度測定では、光ファ
イバ３０が用いられており、光ファイバ３０は細くて済
むため被測定体２１の周囲の水２０の流れを乱すことが
少なく、この点、特公平３−６９９７４号公報に記載さ
れた温度測定装置における問題点の１つとして挙げた水
流のスムーズな流れを阻外するという点は解決されてい
る。

【００１８】図３は水中に浸漬された被測定体からの放
射光を２本の光ファイバで受けるように構成した場合の
温度測定装置の模式図である。この２本の光ファイバ３
０＿１，３０＿２の後端に取り付けられた各受光器３２
＿１，３２＿２では互いに異なる各中心波長Ｒ₁ ，Ｒ₂
の放射光を受光して各放射エネルギー測定値Ｌ_R1，Ｌ_R2
が得られる。

【００１９】このとき、（１）式と等価な２本の式 Ｌ_R1＝ε_R1・（Ｃ₁ ／Ｒ₁ ⁵）・ｅｘｐ（Ｃ₂ ／Ｒ₁ Ｔ）・ｅｘｐ（−ａ_R1・ｄ） …（２） Ｌ_R2＝ε_R2・（Ｃ₂ ／Ｒ₂ ⁵）・ｅｘｐ（Ｃ₂ ／Ｒ₂ Ｔ）・ｅｘｐ（−ａ_R2・ｄ） …（３） が得られる。これら（２），（３）式から距離ｄを消去
すると、 ｌｎ（Ｌ_R1 ^aR2 ／Ｌ_R2 ^aR1 ＝ｌｎ［（ε_R1・Ｃ₁ ／Ｒ₁ ⁵）^aR2 ／ （ε_R2・Ｃ₁ ／Ｒ₁ ⁵）^aR1 ］ ＋（Ｃ₂ ／Ｔ）（ａ_R2／Ｒ₁ −／ａ_R1／Ｒ₂ ） …（４） （４）式を温度Ｔについて整理すると、 Ｔ＝Ｃ₂ ・（ａ_R2／Ｒ₁ −ａ_R1／Ｒ₂ ）・［ｌｎ｛Ｌ_R1 ^aR2 ・ （ε_R1・Ｃ₁ ／Ｒ₂ ⁵）^aR1 ｝／｛Ｌ_R2 ^aR1 ・ （ε_R1・Ｃ₁ ／Ｒ₁ ⁵）^aR2 ｝］^-1 …（５） が得られる。

【００２０】ここでａ_R1＝ａ_R2＝ａ、即ち、水の、波長
Ｒ₁ の光の透過率と波長Ｒ₂ の光の透過率が近似的に等
しいとすることができるように波長Ｒ₁ ，Ｒ₂ を選択す
ると、（５）式は、 Ｔ＝Ｃ₂ ・Ｒ₁ Ｒ₂ ／（Ｒ₂ −Ｒ₁ ）・［ｌｎ（Ｌ_R1／Ｌ_R2） ＋ｌｎ（ε_R2／ε_R1）＋５ｌｎ（Ｒ₁ ／Ｒ₂ ）］^-1 …（６） のように簡略化される。即ち、ａ_R1＝ａ_R2＝ａの仮定が
成立する場合は、（６）式、即ち、通常の、大気中で用
いる二色温度計の測定原理と同一の式となる。

【００２１】本発明は、この（５）式もしくは（６）式
に基づいて被検査体の温度測定が行なわれる。すなわ
ち、この（５）式、（６）式には距離ｄは含まれておら
ず、距離ｄが多少変動しても測定温度Ｔには影響はな
く、したがって距離計を備える必要はない。尚（６）式
は結果的に通常の二色温度計の測定原理を表わす式と同
一の式になったが、これはａ_R1＝ａ_R2＝ａを仮定したた
めであり、従来、水中で温度測定を行なう場合に、二色
温度計の測定原理により距離ｄの影響を取り除くことが
できること、また、２波長Ｒ₁ ，Ｒ₂ に対する水の透過
率が等しい場合に（６）式の二色温度計の測定原理が当
てはまることは、従来知られていなかったものである。

【００２２】また、上記（２）（３）式より温度Ｔを消
去し、放射エネルギーの波長累乗比（Ｌ_R1 ^R1／Ｌ_R2 ^R2）
についてまとめると、 Ｌ_R1 ^R1／Ｌ_R2 ^R2＝｛（Ｃ₁ ／Ｒ₁ ⁵）^R1／（Ｃ₁ ／Ｒ₂ ⁵）^R2｝・ ｅｘｐ｛（ａ_R2Ｒ₂ −ａ_R1Ｒ₁ ）ｄ〕・（ε_R1 ^R1／ε_R2 ^R2） …（７） となる。

【００２３】この（７）式に、上記と同様にａ_R1＝ａ_R2
＝ａの仮定を導入すると、 Ｌ_R1 ^R1／Ｌ_R2 ^R2＝｛（Ｃ₁ ／Ｒ₁ ⁵）^R1／（Ｃ₁ ／Ｒ₂ ⁵）^R2｝・ ｅｘｐ｛ａｄ（Ｒ₂ −Ｒ₁ ）｝・（ε_R1 ^R1／ε_R2 ^R2） …（８） となる。

【００２４】この（７）式もしくは（８）式に示される
ように、放射エネルギーの波長累乗比Ｌ_R1 ^R1／Ｌ_R2 ^R2を
演算することにより、水が濁ることによる透過率ａの変
動や被測定体と水との界面の光学特性の変動、即ち放射
率比ε_R1／ε_R2の変動等をモニタすることができ、この
波長累乗比Ｌ_R1 ^R1／Ｌ_R2 ^R2があらかじめ定められた範囲
内に安定しているときの温度Ｔを（５）式もしくは
（６）式に基づいて測定することにより、信頼性の高い
温度測定が可能となる。

【００２５】ここで、上記（６）式には透過率ａは含ま
れておらず、したがって上記（６）式を用いると透過率
ａが変動しても測定に影響されないようにみえるが、こ
れは、前述したようにａ_R1＝ａ_R2＝ａが成立する場合の
ことであり、したがって放射累乗比Ｌ_R1 ^R1／Ｌ_R2 ^R2が変
動するとその仮定が崩れていることも考えられる。ま
た、（７）式、（８）式には距離ｄも含まれており、距
離ｄが変動しても波長累乗比Ｌ_R1 ^R1／Ｌ_R2 ^R2が変化す
る。十分な光量の放射光が受光される限り、前述したよ
うに距離ｄが変動しても温度測定には影響はないが、波
長累乗比Ｌ_R1 ^R1／Ｌ_R2 ^R2が変化した際に、距離ｄが変動
したのかそれとも例えば透過率ａが変化したのか区別す
ることはできない。

【００２６】このように、波長累乗比Ｌ_R1 ^R1／Ｌ_R2 ^R2の
変動をモニタすることは、一部は過剰なモニタとなる
が、少なくとも、この波長累乗比Ｌ_R1 ^R1／Ｌ_R2 ^R2が安定
していればその温度測定系が、信頼性の高い温度測定を
行なうことのできる安定状態にあると判定できる。この
過剰なモニタを緩和するためには、距離ｄの変動は直接
的には温度測定には影響しないものの、距離ｄの変動を
できる限り防止する方策を施すことが好ましい。

【００２７】図４は、２本の光ファイバを、互いに距離
の異なる位置に配置した場合の温度測定装置の模式図で
ある。ここでは、２本の光ファイバ３０＿１，３０＿２
は、それらの各先端３１＿１，３１＿２と被測定体２１
との間の距離が互いに異なる各距離ｄ₁ ，ｄ₂ となるよ
うに配置されている。また、各光ファイバ３０＿１，３
０＿２の後端の各受光器３２＿１，３２＿２では互いに
同一の波長Ｒの放射エネルギーが測定される。

【００２８】このとき、（１）式と等価な２本の式 Ｌ_Rd1 ＝ε_R ・（Ｃ₁ ／Ｒ⁵ ）・ｅｘｐ（Ｃ₂ ／ＲＴ）・ｅｘｐ（−ａ_R ・ｄ₁) …（９） Ｌ_Rd2 ＝ε_R ・（Ｃ₁ ／Ｒ⁵ ）・ｅｘｐ（Ｃ₂ ／ＲＴ）・ｅｘｐ（−ａ_R ・ｄ₂) …（１０） が得られる。ここでｄ₀ ＝ｄ₂ −ｄ₁ は、この温度測定
装置であらかじめ定めることのできる一定値であるた
め、上記（９），（１０）式よりｄ₂ ，ｄ₁ を消去して
ｄ₀ で表わすと、 Ｌ_Rd1 ／Ｌ_Rd2 ＝ｅｘｐ｛ａ_R （ｄ₂ −ｄ₁ ）｝＝ｅｘｐ（ａ_R ・ｄ₀ ） …（１１） したがって ａ_R ＝（１／ｄ₀ ）ｌｎ（Ｌ_Rd1 ／Ｌ_Rd2 ） …（１２） となる。即ち、水２０の波長Ｒの放射光に対する透過率
ａ_R が求められる。

【００２９】次に図３の温度測定と図４の温度測定とを
組み合せる。図５は、４本の光ファイバを、２本ずつ異
なる距離ｄ₁ ，ｄ₂ に配置した温度測定器の模式図であ
る。距離ｄ₁ に配置された２本の光ファイバ３０＿１，
３０＿２の各後端には各波長Ｒ₁ ，Ｒ₂ の放射エネルギ
ー測定値Ｌ_R1d1，Ｌ_R2d2を得るための各受光器３２＿
１，３２＿２が備えられており、さらに距離ｄ₂ に配置
された２本の光ファイバ３０＿３，３０＿４の各後端に
も各波長Ｒ₁ ，Ｒ₂ の放射エネルギー測定値Ｌ _R1d2，Ｌ
_R2d2を得るための各受光器３２＿３，３２＿４が備えら
れている。

【００３０】このとき、（１２）式と同等の２本の式 ａ_R1＝（１／ｄ₀ ）ｌｎ（Ｌ_R1d1／Ｌ_R1d2R ） …（１３） ａ_R2＝（１／ｄ₀ ）ｌｎ（Ｌ_R2d1／Ｌ_R2d2R ） …（１４） が得られる。また前述した（５）式と同等の２本の式 Ｔ＝Ｃ₂ ・（ａ_R2／Ｒ₁ −ａ_R1／Ｒ₂ ）・［ｌｎ｛Ｌ_R1d1 ^aR2 ・ （ε_R2・Ｃ₁ ／Ｒ₂ ⁵）^aR1 ｝／ ｛Ｌ_R2d1 ^aR1 ・（ε_R1・Ｃ₁ ／Ｒ₁ ⁵）^aR2 ｝］^-1 …（１５） Ｔ＝Ｃ₂ ・（ａ_R2／Ｒ₁ −ａ_R1／Ｒ₂ ）・［ｌｎ｛Ｌ_R1d2 ^aR2 ・（ε_R2・Ｃ₁ ／Ｒ₂ ⁵）^aR1 ｝ ／｛Ｌ_R2d2 ^aR1 ・（ε_R1・Ｃ₁ ／Ｒ₁ ⁵）^aR2 ｝］^-1 …（１６） が得られる。図５に示す温度測定装置により各測定値Ｌ
_R1d1，Ｌ_R2d1，Ｌ_R1d2，Ｌ_R2d2を得、（１３），（１
４）式に基づいて透過率ａ_R1，ａ_R2を求め、これらを
（１５）式ないし（１６）式に代入して温度Ｔを求める
ことができる。このような温度測定を行なうことにより
ａ_R1，ａ_R2を測定することができ、ａ_R1，ａ_R2をあらか
じめ測定しそれが常に一定に保たれると仮定したり、ａ
_R1＝ａ_R2＝ａが成立するような２波長Ｒ₁ ，Ｒ₂ を選定
したりする必要がなく、その都度測定したａ_R1，ａ_R2を
用いて温度Ｔを求めることができ、一層高精度、高信頼
度の温度測定を行なうことができる。

【００３１】また、図５に示す系においては、（７）式
と同等の２本の式 Ｌ_R1d1 ^R1／Ｌ_R2d1 ^R2＝｛（Ｃ₁ ／Ｒ₁ ⁵）^R1／（Ｃ₁ ／Ｒ₂ ⁵）^R2｝ ・ｅｘｐ｛（ａ_R2Ｒ₂ −ａ_R1Ｒ₁)ｄ₁ ｝ ・（ε_R1 ^R1／ε_R2 ^R2） …（１７） Ｌ_R1d2 ^R1／Ｌ_R2d2 ^R2＝｛（Ｃ₁ ／Ｒ₁ ⁵）^R1／（Ｃ₁ ／Ｒ₂ ⁵）^R2｝ ・ｅｘｐ｛（ａ_R2Ｒ₂ −ａ_R1Ｒ₁)ｄ₂ ｝ ・（ε_R1 ^R1／ε_R2 ^R2） …（１８） が得られる。これら（１７），（１８）式の比率、即ち
放射エネルギーの波長累乗比の比率を求めると、 （Ｌ_R1d1 ^R1／Ｌ_R2d1 ^R2）／（Ｌ_R1d2 ^R1／Ｌ_R2d2 ^R2） ＝ｅｘｐ｛（ａ_R1Ｒ₁ −ａ_R2・Ｒ₂ ）ｄ₀ ｝ …（１９） となる。この（１９）式の左辺は測定値Ｌ_R1d1，
Ｌ_R2d1，Ｌ_R1d2，Ｌ_R2d2から求められる値であり、右辺
も測定値から（１３）式，（１４）式を介して求められ
る値であり、それら左辺、右辺の値をモニタしておきそ
れらが一致しない場合は何らかの計測条件が成立してい
ないものとみなすことができる。

【００３２】以上のように、本発明を採用することによ
り、距離ｄに存在しない非接触温度測定が行なわれ、し
たがって距離計が不要となる。また光ファイバを用いて
いることから先端を細く構成することができ、液体の流
れ等を阻外することが防止される。さらに本発明におい
て所定のモニタを行なうことにより、より信頼度の高い
温度測定が可能となる。

【００３３】

【実施例】以下本発明の実施例について説明する。ここ
では、図１に示す連続式浸漬冷却装置１０内を移動中の
鋼板１の温度を測定する温度測定装置について説明す
る。図６は、光ファイバの配置上の工夫を示した図であ
る。

【００３４】ローラ２の中央部が図示のように細径化さ
れており、そこに光ファイバ３０＿１，３０＿２の先端
が配置されている。ローラ２により鋼板１の上下動が押
えられ、その近傍に光ファイバ３０＿１，３０＿２を配
置することから鋼板１と光ファイバ３０＿１，３０＿２
の先端との間の距離ｄの変動が押えられる。本発明の特
徴の１つは、被測定体と光ファイバとの間の距離ｄが変
動しても温度測定誤差とはならないという点ではある
が、モニタ用の関数（（７），（８）式）には距離ｄが
含まれており、過剰なモニタを防止する観点、および、
できるだけ減衰の少ない放射光を測定するために光ファ
イバ３０＿１，３０＿２の先端を鋼板１にできるだけ近
づける必要があるが、鋼板１もしくは光ファイバ３０＿
１，３０＿２が上下動して鋼板１と光ファイバ３０＿
１，３０＿２の先端とが接触し光ファイバが破損してし
まうことを防止するために、このような距離ｄを一定に
保つ工夫を行なうことが好ましい。

【００３５】図７は、光ファイバの配置の他の例を示し
た図である。ローラ２の細径化された部分の一方側に２
本の光ファイバ３０＿１，３０＿２が配置されている。
４本の光ファイバ３０＿１，３０＿２，３０＿３，３０
＿４を配置する場合は、図示のように細径化された部分
の左右にそれぞれ２本ずつ配置される。

【００３６】図８は光ファイバの通線方法を示した図で
ある。導管３３中に図の上方側から冷却水を流し、その
中に光ファイバ３０を通線する。こうすると、光ファイ
バ３０は導管３３中の略中央に浮いた状態に配置され
る。このような通線方法を採用すると、光ファイバ３０
の点検時、もしくは異常時に光ファイバ３０を容易に抜
き取ることができて便利である。

【００３７】図９は、光ファイバの他の設置例を示した
図である。光ファイバ３０は導管３３の先端部のスペー
サ３４に固定されている。このスペーサ３４には貫通孔
３５が形成されており、冷却水はこの孔３５を通って導
管３３内に自由に出入する。このように、光ファイバ３
０はその先端を固定したものであってもよい。

【００３８】図１０は、本発明の温度測定装置の一実施
例を表わした構成図および回路ブロック図である。２本
の導管３３＿１，３３＿２が連続式浸漬冷却装置１０の
密閉カバー１１の孔１１ａを通って鋼板１の近傍にまで
延びており、その中に各光ファイバ３０＿１，３０＿２
が通線されている。各光ファイバ３０＿１，３０＿２の
後端は温度測定器本体１００内に延びており、その各後
端には、各波長Ｒ₁ ，Ｒ₂ の放射エネルギー測定値
Ｌ_R1，Ｌ_R2を得るための各受光器３２＿１，３２＿２が
取り付けられている。

【００３９】各受光器３２＿１，３２＿２で得られた測
定値Ｌ_R1，Ｌ_R2は、温度演算器１０２とモニタ１０４の
双方に入力される。またこの温度測定器本体１００に
は、放射率比ε_R1／ε_R2を設定する設定器１０６が備え
られており、この設定器１０６からは、鋼板１の種類等
に応じてあらかじめ求めておいた放射率比ε_R1／ε_R2が
設定される。この設定器１０６で設定された放射率比ε
_R1／ε_R2は、温度演算器１０２に入力される。

【００４０】温度演算器１０２では、前述した（６）式
に基づいて温度Ｔが求められ判定部１０８に入力され
る。またモニタ１０４では、放射エネルギーの波長累乗
比Ｌ_R1 ^R1／Ｌ_R2 ^R2が求められ、判定部１０８に入力され
る。図１１は、図１０にブロックで示すモニタ１０４で
求められた放射エネルギーの波長累乗比Ｌ_R1 ^R1／Ｌ_R2 ^R2
の時間ｔに対する変動例を示した図である。区間Ａでは
その値が変動している。

【００４１】図１０に示す判定部１０８では、放射エネ
ルギーの波長累乗比Ｌ_R1 ^R1／Ｌ_R2 ^R2の、図１１に示すよ
うな変動の有無が判定され、変動のないときの温度Ｔが
出力される。変動が生じたときにはランプ、ブザー等で
警告するように構成してもよい。図１２は、本発明の温
度測定装置の他の実施例の測定ヘッド部の模式図であ
る。

【００４２】ローラ２の細径部に４本の導管３３＿１，
３３＿２，３３＿３，３３＿４を配置し各導管３３＿
１，３３＿２，３３＿３，３３＿４の内部に各光ファイ
バ３０＿１，３＿２，３０＿３，３０＿４が通線されて
いる。図１３は、本発明の温度測定装置の他の実施例の
温度測定装置本体のブロック図である。

【００４３】図１２に示す測定ヘッド部から延びる各光
ファイバ３０＿１，３０＿２，３０＿３，３０＿４の各
後端は、図１４に示す温度測定装置本体２００にまで延
びており、それらの各後端には各受光器３２＿１，３２
＿２，３２＿３，３２＿４が取り付けられている。各受
光器３２＿１，３２＿２，３２＿３，３２＿４では、そ
れぞれ放射エネルギー測定値Ｌ_R1d1，Ｌ_R2d1，Ｌ_R1d2，
Ｌ_R2d2が得られ、分配器２０２により各部に分配され
る。

【００４４】各透過率演算部２０４，２０６には、図示
の各測定値が入力されるとともに、この温度測定器本体
２００に備えられた距離設定部２０８により設定された
距離ｄ₀ （図１２参照）も入力され、各透過率演算部２
０４，２０６では、前述した（１３），（１４）式に基
づいて各波長Ｒ₁ ，Ｒ₂ に対する水の透過率ａ_R1，ａ _R2
が求められ、温度演算部２１０、および後述する判定部
２１２に入力される。また温度演算部２１０には、放射
エネルギー測定値Ｌ_R1d1，Ｌ_R2d1も入力される。この温
度測定器本体２００には、放射率ε_R1，ε_R2を設定する
放射率設定器２１０が備えられており、ここで設定され
た放射率ε_R1，ε_R2も温度演算部２１０に入力される。
温度演算部２１０では、前述した（１５）式に基づく演
算により温度Ｔが求められ、判定部２１２に入力され
る。

【００４５】また各測定器３２＿１，３２＿２，３２＿
３，３２＿４で得られた４つの測定値Ｌ_R1d1，Ｌ_R2d1，
Ｌ_R1d2，Ｌ_R2d2はモニタ２１４に入力され、（１９）式
の左辺に示す、放射エネルギーの波長累乗比どうしの比
率（Ｌ_R1d1 ^R1／Ｌ_R2d1 ^R2）／（Ｌ_R1d2 ^R1／Ｌ_R2d2 ^R2）が
求められ判定部２１２に入力される。判定部２１２で
は、（１９）式の右辺の値が求められ、モニタ２１４で
演算された比率（Ｌ_R1d1 ^R1／Ｌ_R2d1 ^R2）／（Ｌ_R1d2 ^R1／
Ｌ_R2d2 ^R2）との一致不一致が判定され、一致した時点に
おける温度Ｔが出力される。不一致の際には、その旨警
告を出力してもよい。

【００４６】図１４は、光ファイバの他の例を示した図
である。これまでの実施例では、１つの測定値を得るた
めに１本の光ファイバを通線していたが、図示のように
複数本の光ファイバを溶融して１本の光ファイバとな
し、不要の端部には光透過材もしくは光吸収材３５を取
り付け、このような１本の光ファイバにより複数の測定
値を得るように構成してもよい。この場合、光ファイバ
を通線するための導管の本数と、光ファイバの本数を減
らすことができ、構造の簡単化、コストの低減化に寄与
することができる。

【００４７】以上のように上記各実施例では、鋼板１と
光ファイバ３０の先端との間の距離を厳密に測定ないし
調整することなく温度測定が行なわれる。また温度測定
系の変動をモニタし、安定しているときの温度を出力す
るようにしたため、信頼度の高い温度測定が可能とな
る。さらに連続式浸漬冷却装置１０（図１参照）の内部
には光ファイバを通線するための細い導管が延びている
だけであり、冷却水の流れを阻外することも少ない。

【００４８】これにより、連続浸漬冷却装置１０の内部
における鋼板１の温度計測が行なわれ、鋼板１の高精度
の温度制御が可能となる。

【００４９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
距離ｄに存在しない非接触温度測定が行なわれ、したが
って距離計が不要となる。また光ファイバを用いている
ことから先端を細く構成することができ液体の流れ等を
阻外することが防止される。さらに本発明において所定
のモニタを行なうことにより、より信頼度の高い温度測
定が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】連続式浸漬冷却装置を表わした模式図である。

【図２】水中に浸漬された被測定体からの放射光を１本
の光ファイバで受けるように構成した場合の温度測定装
置の模式図である。

【図３】水中に浸漬された被測定体からの放射光を２本
の光ファイバで受けるように構成した場合の温度測定装
置の模式図である。

【図４】２本の光ファイバを、互いに距離の異なる位置
に配置した場合の温度測定装置の模式図である。

【図５】４本の光ファイバを、２本ずつ異なる距離
ｄ₁ ，ｄ₂ に配置した温度測定器の模式図である。

【図６】光ファイバの配置上の工夫を示した図である。

【図７】光ファイバの配置の他の例を示した図である。

【図８】光ファイバの通線方法を示した図である。

【図９】光ファイバの他の設置例を示した図である。

【図１０】本発明の温度測定装置の一実施例の構成を表
わした構成図および回路ブロック図である。

【図１１】図１０にブロックで示すモニタで求められた
放射エネルギーの波長累乗比Ｌ_R1 ^R1／Ｌ_R2 ^R2の、時間ｔ
に対する変動例を示した図である。

【図１２】本発明の温度測定装置の他の実施例の測定ヘ
ッド部の模式図である。

【図１３】本発明の温度測定装置の他の実施例の温度測
定装置本体のブロック図である。

【図１４】光ファイバの他の例を示した図である。

【符号の説明】

１ 鋼板 ２ ローラ １０ 連続式浸漬冷却装置 １１ 密閉カバー ２０ 水 ２１ 被測定体 ３０，３０＿１，３０＿２，３０＿３，３０＿４ 光フ
ァイバ ３２，３２＿１，３２＿２，３２＿３，３２＿４ 受光
器 ３３，３３＿１，３３＿２，３３＿３，３３＿４ 導管 １００ 温度測定器本体 １０２ 温度演算部 １０４ モニタ １０８ 判定部 ２００ 温度測定器本体 ２０４，２０６ 透過率演算部 ２１０ 温度演算部 ２１４ モニタ ２１２ 判定部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 虎尾 彰 千葉市中央区川崎町１番地 川崎製鉄株式 会社技術研究本部内 (72)発明者 中田 直樹 千葉市中央区川崎町１番地 川崎製鉄株式 会社技術研究本部内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液体内に浸漬された被測定体の温度を測
   定する温度測定装置において、 先端部が前記液体内に浸漬され前記被測定体から放射さ
   れた放射光を先端から入射して伝搬する光ファイバと、 前記光ファイバ内を伝搬してきた互いに波長の異なる前
   記放射光それぞれを受光する受光器と、 前記受光器で得られた信号に基づいて前記被測定体の温
   度を求める温度演算器とを備えたことを特徴とする温度
   測定装置。
2. 【請求項２】 前記信号に基づいて前記被測定体の放射
   エネルギーの波長累乗比を求めて該波長累乗比の変動を
   監視するモニタを備え、 前記温度演算器が、前記モニタにより監視された前記波
   長累乗比が所定の安定状態にあるときの前記被測定体の
   温度を求めるものであることを特徴とする請求項１記載
   の温度測定装置。
3. 【請求項３】 液体内に浸漬された被測定体の温度を測
   定する温度測定装置において、 先端部が前記液体内に浸漬されて先端が前記被測定体か
   ら所定の第１の距離だけ離れた位置に配置され、前記被
   測定体から放射された放射光を前記先端から入射して伝
   搬する第１の光ファイバと、 先端部が前記液体内に浸漬されて先端が前記被測定体か
   ら前記第１の距離とは異なる所定の第２の距離だけ離れ
   た位置に配置され、前記被測定体から放射された放射光
   を前記先端から入射して伝搬する第２の光ファイバと、 前記第１の光ファイバ内を伝搬してきた互いに波長の異
   なる前記放射光それぞれを受光する第１の受光器と、 前記第２の光ファイバ内を伝搬してきた互いに波長の異
   なる前記放射光それぞれを受光する第２の受光器と、 前記第１の受光器で得られる第１の信号と前記第２の受
   光器で得られる第２の信号に基づいて、前記液体の放射
   光の透過率を求める透過率演算器と、 前記第１の信号および前記第２の信号のうちの少なくと
   も一方の信号と前記透過率とに基づいて前記被測定体の
   温度を求める温度演算器を備えたことを特徴とする温度
   測定装置。
4. 【請求項４】 前記第１の信号に基づいて求められる前
   記被測定体の第１の波長累乗比と、前記第２の信号に基
   づいて求められる前記被写体の第２の波長累乗比との比
   率を求めて該比率の変動を監視するモニタを備え、 前記温度演算器が、前記モニタにより監視された前記比
   率が所定の安定状態にあるときの前記被測定体の温度を
   求めるものであることを特徴とする請求項３記載の温度
   測定装置。