JPH08122155A - 物体表面温度の放射測温法 - Google Patents
物体表面温度の放射測温法Info
- Publication number
- JPH08122155A JPH08122155A JP6284372A JP28437294A JPH08122155A JP H08122155 A JPH08122155 A JP H08122155A JP 6284372 A JP6284372 A JP 6284372A JP 28437294 A JP28437294 A JP 28437294A JP H08122155 A JPH08122155 A JP H08122155A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 補助手段を用いずに、放射率の未知な物体の
表面温度を精度よく測定することのできる放射測温法を
提供する。 【構成】 測定対象に放射輝度の異なる２つの基準放射
源から放射光を放射して、その反射光と測定対象自身の
放射光との和、および２つの基準放射源からの各放射光
を１つ或いは同一特性の２つの検出素子で検出し、これ
らの検出出力を演算して測定対象の表面温度を求める。
表面温度を精度よく測定することのできる放射測温法を
提供する。 【構成】 測定対象に放射輝度の異なる２つの基準放射
源から放射光を放射して、その反射光と測定対象自身の
放射光との和、および２つの基準放射源からの各放射光
を１つ或いは同一特性の２つの検出素子で検出し、これ
らの検出出力を演算して測定対象の表面温度を求める。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、放射率の未知な物体の
表面温度を精度よく測定することのできる放射測温法に
関する。
表面温度を精度よく測定することのできる放射測温法に
関する。
【０００２】
【従来の技術】放射温度計により物体表面温度を精度よ
く測定する場合には、測定対象の放射率を正確に知る必
要がある。しかし、多くの工業プロセスでは測定対象の
放射率が未知であったり、あるいは測定対象の表面状態
が変化するために放射率が変動して正確な温度測定が困
難である。このような問題に対処するために従来から様
々な提案が行われているが、これらは次の２つの方法に
大きく分けることができる。 反射鏡、補助光源などの補助手段を用いて放射率の影
響を低減して温度を求める方法（能動法）。 補助手段を用いずに、予め測定対象の放射率の情報を
得ておくことにより温度を求める方法（受動法）。
く測定する場合には、測定対象の放射率を正確に知る必
要がある。しかし、多くの工業プロセスでは測定対象の
放射率が未知であったり、あるいは測定対象の表面状態
が変化するために放射率が変動して正確な温度測定が困
難である。このような問題に対処するために従来から様
々な提案が行われているが、これらは次の２つの方法に
大きく分けることができる。 反射鏡、補助光源などの補助手段を用いて放射率の影
響を低減して温度を求める方法（能動法）。 補助手段を用いずに、予め測定対象の放射率の情報を
得ておくことにより温度を求める方法（受動法）。
【０００３】このうち受動法は、装置が簡便でコストも
低いという利点があるが、測定対象の放射率の情報を得
るのに多大の労力を必要とし、広範な測定対象について
測温するには適当ではない。これに対し能動法は、受動
法に比較して装置が複雑でコスト高になるが、放射率が
未知であっても測温が可能であるため、広範な測定対象
についても測温が容易にできるという利点がある。
低いという利点があるが、測定対象の放射率の情報を得
るのに多大の労力を必要とし、広範な測定対象について
測温するには適当ではない。これに対し能動法は、受動
法に比較して装置が複雑でコスト高になるが、放射率が
未知であっても測温が可能であるため、広範な測定対象
についても測温が容易にできるという利点がある。
【０００４】能動法による測温法として、例えば被測定
物体上にキャビティを置き、その上に光学的粗度計を付
設した放射温度計を置いて、キャビティをそのまま、あ
るいは多重反射して通過した物体からの放射エネルギー
と表面粗度を測定して温度を求める方法（特開昭54−85
079 号公報）、放射源からの放射エネルギーを断続させ
て被測温物体に照射して被測温物体からの放射エネルギ
ーを検出することにより物体の温度と放射率を正確に算
出する方法（特開昭57−30916 号公報）、あるいは物体
表面に光を照射して鏡面反射光とその周囲の拡散反射光
との比から拡散反射係数をオンライン測定し、放射測温
法で正確に温度を測定する方法（特開昭57−101728号公
報）などが提案されている。
物体上にキャビティを置き、その上に光学的粗度計を付
設した放射温度計を置いて、キャビティをそのまま、あ
るいは多重反射して通過した物体からの放射エネルギー
と表面粗度を測定して温度を求める方法（特開昭54−85
079 号公報）、放射源からの放射エネルギーを断続させ
て被測温物体に照射して被測温物体からの放射エネルギ
ーを検出することにより物体の温度と放射率を正確に算
出する方法（特開昭57−30916 号公報）、あるいは物体
表面に光を照射して鏡面反射光とその周囲の拡散反射光
との比から拡散反射係数をオンライン測定し、放射測温
法で正確に温度を測定する方法（特開昭57−101728号公
報）などが提案されている。
【０００５】しかしながら、これらの方法では拡散反射
係数や表面粗度などのパラメータを導入しているために
演算が複雑になり、また光を断続的に照射することによ
る光学的条件の変化などから測定値にばらつきを生じ易
い問題点があった。
係数や表面粗度などのパラメータを導入しているために
演算が複雑になり、また光を断続的に照射することによ
る光学的条件の変化などから測定値にばらつきを生じ易
い問題点があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
問題点の解消をはかり、測定中に光学的条件が変化する
ことなく、放射エネルギーの測定値のみを用いて放射率
の未知な物体の表面温度を精度よく測温することのでき
る物体表面温度の放射測温法を提供することにある。
問題点の解消をはかり、測定中に光学的条件が変化する
ことなく、放射エネルギーの測定値のみを用いて放射率
の未知な物体の表面温度を精度よく測温することのでき
る物体表面温度の放射測温法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明による物体表面温度の測定法は、測定対象
に、放射輝度の異なる２つの基準放射源から放射光を放
射して、その反射光と測定対象自身の放射光との和、お
よび２つの基準放射源からの各放射光を、１つ或いは同
一特性の２つの検出素子で検出し、これらの検出出力を
演算して測定対象の表面温度を求めることを構成上の特
徴とする。
めの本発明による物体表面温度の測定法は、測定対象
に、放射輝度の異なる２つの基準放射源から放射光を放
射して、その反射光と測定対象自身の放射光との和、お
よび２つの基準放射源からの各放射光を、１つ或いは同
一特性の２つの検出素子で検出し、これらの検出出力を
演算して測定対象の表面温度を求めることを構成上の特
徴とする。
【０００８】本発明においては、基準放射源として放射
輝度の異なる２つの基準光源を用いることにより、初期
条件設定時には基準放射源からの放射光を、また測定中
は測定対象に基準放射源から放射してその反射光ならび
に測定対象自身の放射光との和を、２つの基準放射源に
ついて、１つあるいは同一特性の２つの検出素子によ
り、それぞれ測定するものであるから、測定中に光学的
変化を生じることがなく、放射率が未知な物体に対して
も測温が可能となる。
輝度の異なる２つの基準光源を用いることにより、初期
条件設定時には基準放射源からの放射光を、また測定中
は測定対象に基準放射源から放射してその反射光ならび
に測定対象自身の放射光との和を、２つの基準放射源に
ついて、１つあるいは同一特性の２つの検出素子によ
り、それぞれ測定するものであるから、測定中に光学的
変化を生じることがなく、放射率が未知な物体に対して
も測温が可能となる。
【０００９】
【作用】本発明による放射測温法の原理は、次のように
説明することができる。図１において、１、２は放射輝
度の異なる２つの基準放射源であり、３、４は同一特性
を有する２つの検出素子である。基準放射源１、２から
放射された光は測定対象５の表面で反射し、この反射光
は測定対象５自身の放射光とともに検出素子３、４に入
射する。
説明することができる。図１において、１、２は放射輝
度の異なる２つの基準放射源であり、３、４は同一特性
を有する２つの検出素子である。基準放射源１、２から
放射された光は測定対象５の表面で反射し、この反射光
は測定対象５自身の放射光とともに検出素子３、４に入
射する。
【００１０】この場合、測定対象５の放射率をε、温度
をＴとし、温度Ｔの黒体が発する放射エネルギーをＥｂ
（Ｔ）、基準放射源１、２からの放射エネルギーをそれ
ぞれＭ1 、Ｍ2 とすると、検出素子３、４で検出される
放射エネルギーｍ1 、ｍ2 は式(1) および式(2) で表す
ことができる。
をＴとし、温度Ｔの黒体が発する放射エネルギーをＥｂ
（Ｔ）、基準放射源１、２からの放射エネルギーをそれ
ぞれＭ1 、Ｍ2 とすると、検出素子３、４で検出される
放射エネルギーｍ1 、ｍ2 は式(1) および式(2) で表す
ことができる。
【００１１】 ｍ1 ＝εＥｂ（Ｔ）＋（１−ε）Ｍ1 …(1) ｍ2 ＝εＥｂ（Ｔ）＋（１−ε）Ｍ2 …(2)
【００１２】式(1) 、(2) からεを消去することにより
式(3) が得られる。
式(3) が得られる。
【００１３】したがって、予め基準放射源１、２の放射
エネルギーＭ1 およびＭ2 を求めておけば、検出出力Ｅ
ｂ（Ｔ）は黒体温度と一定の関数関係〔Eb(T) ＝ｆ(T)
〕にあるので、検出素子３、４の検出出力ｍ1 、ｍ2
と黒体温度との関数の逆関数をとることにより式(4) が
得られ、式(4) から測定対象５の表面温度を求めること
ができる。 Ｔ＝ｆ(-1)〔Ｅｂ（Ｔ）〕…(4)
エネルギーＭ1 およびＭ2 を求めておけば、検出出力Ｅ
ｂ（Ｔ）は黒体温度と一定の関数関係〔Eb(T) ＝ｆ(T)
〕にあるので、検出素子３、４の検出出力ｍ1 、ｍ2
と黒体温度との関数の逆関数をとることにより式(4) が
得られ、式(4) から測定対象５の表面温度を求めること
ができる。 Ｔ＝ｆ(-1)〔Ｅｂ（Ｔ）〕…(4)
【００１４】通常、基準放射源からの放射エネルギーＭ
1 、Ｍ2 は単なる放射源からの放射エネルギーではな
く、基準放射源１、２、検出素子３、４および測定対象
５の配置に起因する幾何学的因子などの測定装置固有の
因子も考慮して求めなければならない。そこで、Ｍ1 、
Ｍ2 の値を求めるために、基準放射源からの放射光を、
例えばアルミニウム板のような高反射率の標準板に照射
して、その反射光を検出する。この場合、標準板の放射
率εは殆ど０に近いので、前記式(1) 、式(2) から検出
素子３、４が検出する放射エネルギーｍ1 、ｍ2 は
Ｍ1 、Ｍ2 の値にほぼ等しくなる。この方法によれば、
実際の測温時と同等の光学的条件でＭ1 、Ｍ2を測定す
るので、正確にこの値を求めることができる。
1 、Ｍ2 は単なる放射源からの放射エネルギーではな
く、基準放射源１、２、検出素子３、４および測定対象
５の配置に起因する幾何学的因子などの測定装置固有の
因子も考慮して求めなければならない。そこで、Ｍ1 、
Ｍ2 の値を求めるために、基準放射源からの放射光を、
例えばアルミニウム板のような高反射率の標準板に照射
して、その反射光を検出する。この場合、標準板の放射
率εは殆ど０に近いので、前記式(1) 、式(2) から検出
素子３、４が検出する放射エネルギーｍ1 、ｍ2 は
Ｍ1 、Ｍ2 の値にほぼ等しくなる。この方法によれば、
実際の測温時と同等の光学的条件でＭ1 、Ｍ2を測定す
るので、正確にこの値を求めることができる。
【００１５】本発明においては２つの基準放射源が必要
であるが、それは次の理由による。式(1) から式(3)
は、Ｍ1 、Ｍ2 のどちらか一方が０でも成立するので、
１つの基準放射源を用いて、基準放射源を点滅させたり
あるいは光チョッパーなどにより基準放射源からの放射
を断続させて測定対象に放射し、測定対象での反射のあ
る場合とない場合とについて測定すれば、測温が可能の
ように考えられる。
であるが、それは次の理由による。式(1) から式(3)
は、Ｍ1 、Ｍ2 のどちらか一方が０でも成立するので、
１つの基準放射源を用いて、基準放射源を点滅させたり
あるいは光チョッパーなどにより基準放射源からの放射
を断続させて測定対象に放射し、測定対象での反射のあ
る場合とない場合とについて測定すれば、測温が可能の
ように考えられる。
【００１６】例えば、Ｍ2 ＝０とすれば、式(1) 、(2)
は式(5) 、(6) で表される。 ｍ1 ＝εＥｂ（Ｔ）＋（１−ε）Ｍ1 …(5) ｍ2 ＝εＥｂ（Ｔ） …(6) しかしながら、実際には基準放射源に対応する室温など
に関連する背景放射を考慮しなければならないので、背
景放射をＥｂ（Ｔｒ）とすると式(6) は正確には式(7)
のようになる。 ｍ2 ＝εＥｂ（Ｔ）＋（１−ε）・Ｅｂ（Ｔｒ）…(7)
は式(5) 、(6) で表される。 ｍ1 ＝εＥｂ（Ｔ）＋（１−ε）Ｍ1 …(5) ｍ2 ＝εＥｂ（Ｔ） …(6) しかしながら、実際には基準放射源に対応する室温など
に関連する背景放射を考慮しなければならないので、背
景放射をＥｂ（Ｔｒ）とすると式(6) は正確には式(7)
のようになる。 ｍ2 ＝εＥｂ（Ｔ）＋（１−ε）・Ｅｂ（Ｔｒ）…(7)
【００１７】しかし、一般に背景放射は制御できない量
であり、測定中に揺らいでいるために基準放射源として
好ましくないので、基準放射源２の代わりに背景放射を
含む状態を用いることはできない。高精度で測温をおこ
なうためには背景放射に左右されない新たな基準放射源
が必要となる。したがって、２つの基準放射源を使用し
なければならない。
であり、測定中に揺らいでいるために基準放射源として
好ましくないので、基準放射源２の代わりに背景放射を
含む状態を用いることはできない。高精度で測温をおこ
なうためには背景放射に左右されない新たな基準放射源
が必要となる。したがって、２つの基準放射源を使用し
なければならない。
【００１８】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説
明する。
明する。
【００１９】図２は本発明による測温を行った装置を示
した構成図である。図２において６は基準放射源、７は
検出素子を組み込んだ検出器であり熱画像測定装置を使
用した。８は測温サンプル９を加熱するためのホットプ
レートであり、測温サンプル９を均等に加熱するために
ホットプレート８と測温サンプル９との間に熱拡散板１
０としてアルミニウム板を挿入した。
した構成図である。図２において６は基準放射源、７は
検出素子を組み込んだ検出器であり熱画像測定装置を使
用した。８は測温サンプル９を加熱するためのホットプ
レートであり、測温サンプル９を均等に加熱するために
ホットプレート８と測温サンプル９との間に熱拡散板１
０としてアルミニウム板を挿入した。
【００２０】基準放射源６は図３に示したように円板の
表面を２等分して、各半円部が異なる温度で発熱し、異
なる放射輝度を放射するように黒体塗装したヒータを用
いて放射輝度の異なる２つの基準放射源１１、１２とし
た。なお、図３において１１の温度(T1)は１２の温度(T
2)より低く、したがって、放射輝度は１１＜１２であ
る。熱画像測定装置７により検出される放射エネルギー
ｍ1 、ｍ2 は温度指示を予め測定された黒体温度−出力
特性から出力に換算して求めた。また、基準放射源の放
射エネルギーＭ1 、Ｍ2 は図２の測温サンプル９の代わ
りにアルミニウム板を置き、熱拡散板１０との間に断熱
材を挿入して熱画像測定装置７により測定した。
表面を２等分して、各半円部が異なる温度で発熱し、異
なる放射輝度を放射するように黒体塗装したヒータを用
いて放射輝度の異なる２つの基準放射源１１、１２とし
た。なお、図３において１１の温度(T1)は１２の温度(T
2)より低く、したがって、放射輝度は１１＜１２であ
る。熱画像測定装置７により検出される放射エネルギー
ｍ1 、ｍ2 は温度指示を予め測定された黒体温度−出力
特性から出力に換算して求めた。また、基準放射源の放
射エネルギーＭ1 、Ｍ2 は図２の測温サンプル９の代わ
りにアルミニウム板を置き、熱拡散板１０との間に断熱
材を挿入して熱画像測定装置７により測定した。
【００２１】測温サンプルとして放射率の異なる３２種
類の塗装鋼板を用い、ホットプレートにより７０〜１８
０℃の温度範囲に加熱して、各出力からパソコンにより
演算して温度に換算し、測温サンプルの表面温度を測定
した。得られた測定結果を熱電対による測定値と対比し
て表１および表２に示した。なお、誤差は本発明による
測定温度と熱電対による測定温度との差で示した。
類の塗装鋼板を用い、ホットプレートにより７０〜１８
０℃の温度範囲に加熱して、各出力からパソコンにより
演算して温度に換算し、測温サンプルの表面温度を測定
した。得られた測定結果を熱電対による測定値と対比し
て表１および表２に示した。なお、誤差は本発明による
測定温度と熱電対による測定温度との差で示した。
【００２２】
【表１】
【００２３】
【表２】
【００２４】表１、２の結果から放射率が約０．２５〜
０．８と大きく異なるサンプルでも温度誤差は、熱電対
による測定値に対して約±３℃の範囲内にあり、高精度
で測温できることが判る。
０．８と大きく異なるサンプルでも温度誤差は、熱電対
による測定値に対して約±３℃の範囲内にあり、高精度
で測温できることが判る。
【００２５】
【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば補助手段
を用いることなく、簡易な方法で放射率の未知な物体の
表面温度を精度よく測定することが可能である。また放
射率が広範に亘って変化する場合でも正確に測温するこ
とができ、種々の工業分野における物体の表面温度の測
定法として極めて有用である。
を用いることなく、簡易な方法で放射率の未知な物体の
表面温度を精度よく測定することが可能である。また放
射率が広範に亘って変化する場合でも正確に測温するこ
とができ、種々の工業分野における物体の表面温度の測
定法として極めて有用である。
【図１】本発明の測温原理を示した説明図である。
【図２】実施例の放射測温に用いた装置の構成図であ
る。
る。
【図３】実施例の放射測温に用いた基準放射源を示した
説明図である。
説明図である。
１ 基準放射源 ２ 基準放射源 ３ 検出素子 ４ 検出素子 ５ 測定対象 ６ 基準放射源 ７ 熱画像測定装置 ８ ホットプレート ９ 測温サンプル 10 熱拡散板 11 基準放射源 12 基準放射源
Claims (2)
- 【請求項１】 測定対象に、放射輝度の異なる２つの基
準放射源から放射光を放射して、その反射光と測定対象
自身の放射光との和、および２つの基準放射源からの各
放射光を、１つ或いは同一特性の２つの検出素子で検出
し、これらの検出出力を演算して測定対象の表面温度を
求めることを特徴とする物体表面温度の放射測温法。 - 【請求項２】 基準放射源からの放射光を、高反射率の
標準板による反射光で検出する、請求項１記載の物体表
面温度の放射測温法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6284372A JPH08122155A (ja) | 1994-10-24 | 1994-10-24 | 物体表面温度の放射測温法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6284372A JPH08122155A (ja) | 1994-10-24 | 1994-10-24 | 物体表面温度の放射測温法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08122155A true JPH08122155A (ja) | 1996-05-17 |
Family
ID=17677734
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6284372A Pending JPH08122155A (ja) | 1994-10-24 | 1994-10-24 | 物体表面温度の放射測温法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08122155A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100416237C (zh) * | 2005-01-08 | 2008-09-03 | 中国科学院安徽光学精密机械研究所 | 基于标准探测器的高精度辐亮度基准的实现方法和装置 |
| CN102538998A (zh) * | 2012-01-11 | 2012-07-04 | 华中科技大学 | 一种激光焊接温度场的实时测量方法 |
| CN103604504A (zh) * | 2013-10-15 | 2014-02-26 | 中国人民解放军海军工程大学 | 一种红外辐射精确测温方法 |
-
1994
- 1994-10-24 JP JP6284372A patent/JPH08122155A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100416237C (zh) * | 2005-01-08 | 2008-09-03 | 中国科学院安徽光学精密机械研究所 | 基于标准探测器的高精度辐亮度基准的实现方法和装置 |
| CN102538998A (zh) * | 2012-01-11 | 2012-07-04 | 华中科技大学 | 一种激光焊接温度场的实时测量方法 |
| CN103604504A (zh) * | 2013-10-15 | 2014-02-26 | 中国人民解放军海军工程大学 | 一种红外辐射精确测温方法 |
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