JPH0979911A - 光ファイバー温度計の校正方法 - Google Patents

光ファイバー温度計の校正方法

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JPH0979911A
JPH0979911A JP7233581A JP23358195A JPH0979911A JP H0979911 A JPH0979911 A JP H0979911A JP 7233581 A JP7233581 A JP 7233581A JP 23358195 A JP23358195 A JP 23358195A JP H0979911 A JPH0979911 A JP H0979911A
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善郎 山田
Zenkichi Yamanaka
善吉 山中
Akira Osumi
明 大角
Hiroshi Maeda
浩史 前田
Takashi Itakura
孝 板倉
Isao Hishikari
功 菱刈
Motohiko Kitazawa
元彦 北沢
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 光ファイバーが金属管で被覆されてなる検出
部を有し、検出部の先端部に集光レンズを有しない光フ
ァイバー温度計を黒体炉により正確に校正する方法を提
供する。 【解決手段】 検出部6先端部の金属管8を除去して光
ファイバーを剥き出しにする。そして、このように処理
された検出部6をファイバー挿入管7内に挿入する。剥
き出しにされた光ファイバーの先端がファイバー挿入管
7の先端より突き出された状態で、ファイバーカッタに
より先端をカットして垂直平滑面を形成する。そして、
先端をファイバー挿入管7の先端面位置まで引き戻す。
このような状態で、ファイバー挿入管7と検出部6を黒
体炉1の高温黒体空洞内に挿入して、光ファイバーによ
りターゲット4を望んで温度を測定し、標準放射温度計
10の測定結果と比較して校正を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバーが金
属管で被覆されてなる検出部を有し、検出部の先端部に
集光レンズを有しない光ファイバー温度計を黒体炉によ
り校正する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】溶鋼等の溶融金属の温度を測定する温度
計として、消耗型光ファイバー温度計が広く使用されて
いる。図4に従来型の光ファイバー温度計、図5に消耗
型光ファイバー温度計の測定原理図を示す。図4、図5
において、11は溶鋼、12は光ファイバー、13はレ
ンズ、14は金属管、15は被覆体を示す。
【0003】従来型の光ファイバー温度計においては、
溶鋼11の表面から放射される放射光をレンズ13で集
光して光ファイバー12に導き、光ファイバー12の他
端に設けられた放射温度計により温度を測定している。
このような従来型の温度計では、溶鋼11の放射率によ
って測定温度が変化するという問題点の他に、溶鋼11
の表面に浮遊するスラグや保温材によって溶鋼11から
の放射光が妨げられ、正確な温度測定ができないという
問題点がある。
【0004】これに対し、消耗型光ファイバー温度計に
おいては、図5に示すように、検出部の先端を溶鋼11
の中に浸漬させて測定を行う。被覆体15はポリエチレ
ン、ゴム等の高分子材料で構成されているため、溶鋼1
1の中に挿入される時に被覆体15が炭化されて断熱層
を形成し、金属管14と光ファイバー12が断熱層で保
護されながら溶鋼11中に浸漬される。測温は、従来型
の光ファイバー温度計と同じように、光ファイバー12
の他端に設けられた放射温度計により行われる。
【0005】光ファイバー12の径は125μmと極め
て細いため、浸漬された光ファイバー12先端部の溶鋼
と接する部分には透明ガラスの均熱微小空洞が形成さ
れ、黒体条件が満たされる。これは、放射温度計におい
て他に例を見ない優れた特徴であり、この特徴により溶
鋼11の放射率に依存しない高精度の測温が実現され
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】放射温度計は、比較黒
体炉を用いて標準放射温度計と比較校正を行うことによ
ってその精度が確保される。前記消耗型光ファイバー温
度計においても、比較黒体炉による校正が必要である。
【0007】消耗型光ファイバー温度計は、前述のよう
に、他の放射温度計と異なり先端に集光部(レンズ)を
有していないため、測定対象の近傍に先端を臨ませて測
温する必要があり、黒体炉のターゲットの近傍にまで先
端部を挿入する必要がある。
【0008】この際、特別の処理がされていない光ファ
イバーにおいては、視野が非常に広くなるためターゲッ
ト以外の空洞壁から放射される光をも受光してしまい、
測定誤差が大きくなるという問題点がある。これを防ぐ
ためには、光ファイバーの先端をできるだけターゲット
の近傍に近づける必要があるが、そうすると、光ファイ
バーを通じての拔熱が起こって炉温が不安定になり、か
つ光ファイバーが高温に曝されて劣化するという問題点
がある。
【0009】また、光ファイバーを保護する金属管が黒
体炉の高温に耐えられないため、測定においてはこの金
属管を除去してから光ファイバーを黒体空洞内に挿入す
る必要があるが、前述のように光ファイバーが非常に細
いので、黒体空洞内で湾曲してしまうという問題点があ
る。
【0010】本発明は、このような問題点を解決するた
めになされたものであり、消耗型光ファイバー温度計の
ように、光ファイバーが金属管で被覆されてなる検出部
を有し、検出部の先端部に集光レンズを有しない光ファ
イバー温度計を黒体炉により正確に校正する方法を提供
することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】前記課題は、光ファイバ
ーが金属管で被覆されてなる検出部を有し、検出部の先
端部に集光レンズを有しない光ファイバー温度計を黒体
炉により校正する方法であって、検出部先端の金属管を
取り除き、光ファイバーの先端部を垂直平滑面としてか
ら高温黒体空洞内に挿入してターゲットを望ませて温度
を検出し、標準温度計により検出された温度と比較して
校正を行うことを特徴とする光ファイバー温度計の校正
方法により解決される。
【0012】光ファイバーの先端部が垂直平滑面とされ
ているため、光ファイバーの視野角は光ファイバーの軸
方向の狭い範囲に制限される。従って、ターゲットを望
ませた場合には、ターゲット以外から放射される光を受
光することがないので、正確な測定ができる。また、視
野が狭いため光ファイバーの先端をターゲットから数十
mm程度離れた位置まで遠ざけることができるので、炉
温を不安定にすることがなく、また、光ファイバーが熱
により劣化することもない。
【0013】ファイバーカッタによって光ファイバーの
先端部を切断することにより、簡単に光ファイバーの先
端部を垂直平滑面とすることができる。
【0014】更に、検出部を耐熱保護パイプに挿入して
から高温黒体空洞内に挿入することにより、光ファイバ
ーが曲がることなく挿入され、先端をターゲットに近づ
けることが可能となる。この場合、光ファイバーの先端
が垂直平滑面とされていて光ファイバーの視野が狭いの
で、先端を耐熱保護パイプの先端と同じか極僅か突出さ
せるだけでよく、光ファイバーを耐熱保護パイプで有効
に保護することができる。
【0015】測定に際しては、ターゲットの光ファイバ
ー先端との間に空気層が存在するため、光ファイバーの
先端が垂直平滑面とされると、ファイバー端面で放射光
が4%程度反射される。一方、前述したように、光ファ
イバーを溶鋼中に浸漬させて測定する場合にはこのよう
なことが起こらないので、校正に際しては反射される成
分を考慮する必要がある。
【0016】よって、予めこの反射率を測定しておい
て、その分を補正して測定値を校正することにより、実
際に測定対象物を測定するときに正しい測定値が得られ
るような校正を行うことができる。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の一例
を図1及び図2を使用して説明する。図1は、本発明の
一実施形態を示す図、図2は、図1の実施形態における
検出部先端の詳細図である。図1、図2において、1は
黒体炉、2は黒体炉のSiCヒーター、3は黒体炉の放
射管、4は黒体炉のターゲット、5は黒体炉の制御用熱
電対、6は検出部、7はファイバー挿入管、8は検出部
6の光ファイバーを被覆する金属管、9は金属管8が取
り除かれて剥き出しにされた光ファイバー、10は標準
放射温度計である。
【0018】校正に際しては、まず、検出部6の被覆を
剥がして金属管8を剥き出しにし、さらに先端部の金属
管8を除去して光ファイバー9を剥き出しにする。そし
て、このように処理された検出部6をファイバー挿入管
7内に挿入する。又は、剥き出しにされた金属管8をフ
ァイバー挿入管7内に挿入して、先端をファイバー挿入
管より突き出させ、この状態で先端部の金属管8を取り
除いてから検出部6を引き戻してもよい。
【0019】ファイバー挿入管7としては、アルミナ管
を使用することが好ましいが、校正する温度で十分な強
度を有するものであれば、他のセラミックス、磁製管等
が使用できる。
【0020】剥き出しにされた光ファイバー9の先端が
ファイバー挿入管7の先端より突き出された状態で、フ
ァイバーカッタにより先端をカットして垂直平滑面を形
成する。そして、先端をファイバー挿入管7の先端面位
置まで引き戻す。校正時の温度測定状態においては、光
ファイバー9の先端は、ファイバー挿入管7の先端と同
じ位置にあるか、ごくわずか突き出している状態である
ことが好ましい。このようにすることにより、光ファイ
バー9先端部の全部又は殆どの部分がファイバー挿入管
7中にあるので、有効に保護されて劣化が少ない。この
ようにしても、光ファイバー9の先端部が垂直平滑面と
されていて視野が狭いため、測温に影響を与えることが
ない。
【0021】このような状態で、ファイバー挿入管7と
検出部6を黒体炉1の高温黒体空洞内に挿入して、光フ
ァイバー9によりターゲット4を望むようにする。光フ
ァイバー9の先端をどの程度ターゲット4に近づければ
よいかは、ターゲット4の大きさにもよるが、空洞部開
口径が30mmの黒体炉の場合、ターゲット4より30
〜50mmの位置にまで近づけるのがよい。このよう
に、光ファイバー9とファイバー挿入管7がターゲット
4から充分な距離離れているので、これらによる拔熱に
起因する炉温の低下は小さく、無視できる程度である。
【0022】ファイバー挿入管7の直径は3mm程度と
小さいため、上記とあいまって、拔熱による炉温の低下
は小さく、無視できる。よって、校正される光ファイバ
ー温度計の挿入の直前又は抜取の直後に標準放射温度計
10で炉温測定を行い、標準放射温度計10の出力を基
準として光ファイバー温度計の校正を正確に行うことが
できる。
【0023】光ファイバー9の先端が平滑面とされてい
ることに伴い、ターゲット4からの光の4%程度が端面
で反射し、放射温度で受光されない。よって、放射温度
計の指示は、完全な黒体条件が満たされている場合より
も低くなる。よって、校正に際しては、この反射分を補
正して校正を行うことにより、黒体条件が満たされた時
に正しい出力が得られるように校正を行うことができ
る。
【0024】
【実施例】図1に示すような方法により、光ファイバー
温度計の校正を行った。ファイバー挿入管を黒体空洞内
に挿入しても、標準放射温度計の指示値に変化がなかっ
た。これは、ファイバー挿入管の熱容量が小さく熱伝導
率が小さいため、黒体炉内の熱平衡状態をほとんど乱さ
ないためであると考えられる。また、同じ検出部を繰り
返し黒体炉内に挿入して温度を測定し、その再現性をテ
ストした結果を図3に示す。図3によると、繰り返し精
度は±0.5℃以内におさまっており、満足すべき再現
性が得られていることがわかる。
【0025】
【発明の効果】本発明においては、光ファイバーの先端
部を垂直平滑面としてから測定を行っているので、校正
を精度よく行うことができる。また、検出部を耐熱保護
パイプに挿入してから高温黒体空洞内に挿入することに
より、光ファイバーを曲がることなく挿入することがで
きる。更に、光ファイバーの先端面で反射される放射光
を考慮して補正を行っているので、正確な校正ができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施形態を示す図である。
【図2】 本発明の一実施形態における、検出部先端の
詳細を示す図である。
【図3】 本発明の一実施形態における、測定の再現性
を示す図である。
【図4】 従来型の光ファイバー放射温度計の測定原理
を示す図である。
【図5】 消耗型光ファイバー放射温度計の測定原理を
示す図である。
【符号の説明】
1 黒体炉 2 SiCヒーター 3 放射管 4 ターゲット 5 制御用熱電対 6 検出部 7 ファイバー挿入管 8 金属管 9 光ファイバー 10 標準放射温度計
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大角 明 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 前田 浩史 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 板倉 孝 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 菱刈 功 東京都板橋区熊野町32番8号 株式会社チ ノー内 (72)発明者 北沢 元彦 東京都板橋区熊野町32番8号 株式会社チ ノー内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光ファイバーが金属管で被覆されてなる
    検出部を有し、検出部の先端部に集光レンズを有しない
    光ファイバー温度計を黒体炉により校正する方法であっ
    て、検出部先端の金属管を取り除き、光ファイバーの先
    端部を垂直平滑面としてから高温黒体空洞内に挿入して
    ターゲットを望ませて温度を検出し、標準温度計により
    検出された温度と比較して校正を行うことを特徴とする
    光ファイバー温度計の校正方法。
  2. 【請求項2】 光ファイバーの先端部を垂直平滑面とす
    る方法が、ファイバーカッターで光ファイバー先端部を
    切断する方法である請求項1に記載の光ファイバー温度
    計の校正方法。
  3. 【請求項3】 検出部を耐熱保護パイプに挿入してから
    高温黒体空洞内に挿入する請求項1又は請求項2に記載
    の光ファイバー温度計の校正方法。
  4. 【請求項4】 光ファイバー先端部で反射される放射光
    成分を補正して校正を行う請求項1ないし請求項3のい
    ずれか1項に記載の光ファイバー温度計の校正方法。
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