JPS5952769B2 - 放射熱測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は放射熱を検温素子に照射して、放射熱の量およ
び表面温度等を測定する放射熱検出装置に関する。

さらに詳しくは薄膜状の検温素子を備えた放射熱検出装
置に関する。従来の耐熱検出装置は、温度が既知の黒体
炉の放射する熱線と、被測定物の放射する熱線とを交互
に比較測定するものが一般的である。

たとえば、温度を一定値に制御した黒体炉を備え、これ
から放射される熱線と、被測定物の放射する熱線とを、
チョッパ・ミラー等により交互にサーミスタ等の検温素
子に照射させ、検温素子の電気特性の変化を計測して測
定値を得るように構成されている。このような装置では
、黒体炉の温度制御が容易に行なわれない欠点がある。

すなわち、測定精度を向上するためには、基準となる黒
体炉の温度制御精度を向上する必要があり、しかもその
基準温度は被測定物の温度に近いことが望ましい。従つ
て、広い温度範囲にわたり、一点温度の黒体炉を得るた
め複雑な温度制御手段が用いられ、装置が大形化すると
ともに高価になる欠点があつた。これに対して、実願昭
４６−５５０４６号（実開昭４８−１３０９１号公報参
照）の明細書および図面には、基準温度を与々るために
、検温素子の近傍に抵抗体を配置し、この抵抗体に所定
の電流を与える装置が開示された。し力士、この装置は
抵抗体の熱容量が大きく、基準温度を与える時間と、被
測定物を検温する時間との間に上記抵抗体が温度変化に
要する時間を設けなければならない。したがつ′て、基
準温度と被測定物の検温とを交互に行つても、その切替
周期はきわめて長＜なり、信号を交流増幅することがで
きない欠点があつた。本発明はこれを改良するもので、
小形軽量で測定精度が高く、短時間に基準温度と被測定
物との検温を切替えることができ、経済的に得られる放
射熱検出装置を提供することを目的とする。

本発明は、検温素子を抵抗体の上に薄膜化して形成し、
この検温素子にチヨツパを介して断続的に放射熱を照射
し、一方抵抗体にこのチヨツパに同期して断続する電流
を与えて基準温度とし、被測定物の検温と基準温度の差
分を交流増幅して検出することを特徴とする。以下図面
により詳しく説明する。

第１図は本発明実施例の放射熱検出器の構造断面図であ
る。

１は検温素子、２は絶縁層、３は抵抗体、４は基板、５
，６は電極リードを示す。

基板４はガラスまたはセラミツク等の絶縁基板で、この
上に窒化タンタル薄膜による抵抗体３が形成される。こ
の上に、二酸化珪素による絶縁層２が同様に薄膜で形成
されて、さらにサーミスタ（またはボロメータ）検温素
子１が薄膜状に形成される。検温素子１および抵抗体３
には、金属体によ２る電極リード５，６が形成されてい
る。このように構成された検出器では、検温素子１の表
面に放射熱が照射され、抵抗体３に電流が供給されて加
熱され、基準温度が与えられるが、抵抗体３の体積はき
わめて小さく、その熱容量は小Ｊさい。

第２図にこの放射熱検出器を用いた本発明第一実施例放
射熱測定装置の構成図を示す。

図で１は検温素子、３は抵抗体で、これらは第１図に示
すように一体の薄膜構造に形成されたものである。７７
は抵抗器、８は電源、９はコンデンサ、１０は増幅器、
１１は電流源、１２は開閉回路を示す。

１３はチヨツパ駆動器、１４はチヨツパ １５は被測定
物を示す。

被測定物１５の表面から発する放射熱は検温素．子１を
照射し、チヨツパ１４によにこれが断続的に遮られるよ
うに構成されている。

検温素子１は抵抗器７、電源８と直列に閉回路が構成さ
れている。抵抗器７と検温素子１の接続点の電位は、コ
ンデンサ９を介して増幅器１０の入力に結合され，てい
る。抵抗体３には電流源１１から開閉回路１２を介して
電流が供給されている。開閉回路１２はチョッパ１４に
同期して動作するように構成されている。このような装
置の動作を説明すると、チヨツパ１４が図の下側にまわ
つて、被測定物の放射する放射熱が検温素子１を照射し
ているときには、開閉回路１２が開いて抵抗体３には電
流が流れていない。

このとき、検温素子１は放射熱に対応した一定抵抗値を
示す。次に、チヨツパ１４が放射熱を遮断したとき、開
閉回路１２が閉じて抵抗体３に一定の電流が供給される
。このとき検温素子１はこの電流により抵抗体３の発す
る熱に対応した一定抵抗値を示す。この様子を第３図の
波形図に示す。

第３図は第２図に示す（Ａ）点（抵抗体７と検温素子１
の結合点）の共通電位点に対する電圧を示す波形図であ
る。すなわち、放射熱が照射されたとき（Ａ）点の電圧
はａとなり、放射熱が遮断され抵抗体３が熱されたとき
ｂとなる。（４）点の電位はコンデンサ９を介して増幅
器１０に導かれているので、この電圧の直流分は除かれ
、電圧ａとｂの差である電圧Ｃが増幅器１０の入力に与
えられる。これは増幅され電圧Ｃに比例した電圧が増幅
器１０の出力に得られる。周囲温度による影響を無視し
て考えると、抵抗体３の発熱量は電流源１１の供給する
電流１の自乗にほぼ比例する値であるから、検温素子１
に既知の放射熱を照射させておき、電流１を変化させて
第３図に示す電圧Ｃが零になるように調節すると、電流
値１により放射熱を較正することができる。

この値を一較正しておけば、電流値１もしくは電流値１
と電圧Ｃの値により、放射熱の測定を行うことができる
。この回路では、基準温度を与える抵抗体３が薄膜化さ
れているので、その熱容量が小さく、チヨツパ１４の動
作に従つて検温素子１に被測定放射熱が照射されていな
い短い時間に、検温素子１は所定の温度に到達すること
ができ、また電流を遮断すると抵抗体３は直ちに元の温
度に複元する。

したがつて、点（Ａ）の電圧はこれを交流信号として簡
単な増幅回路で増幅することができるので、回路構成は
きわめて簡単かつ小型になる。第４図は本発明第二実施
例測定装置の構成図である。

この例は、第３図で説明した電圧Ｃが零になるように、
抵抗体３に供給する電流１を自動的に制御するように構
成されている。すなわち、検温素子１が放射されたとき
と、背後から抵抗体３により加熱されたときに等しい温
度になるように、電流源１１の瞬力電流１が自動的に調
整される。この電流１を出力にとり出すことにより、照
射された放射熱を知ることができる。なお、第４図では
電流源１１の内部に第２図の説明に述べた開閉回路１２
が内蔵された形になつている。

また、チヨツパ駆動器１３から電流源１］に導かれてい
る同期信号（点線）は、必ずしも必要なものでなく、増
幅器１０の出力信号から分離することとしてもよく、あ
るいは増器１０の交流出力が零になるように電流源１１
の出力を制御してもよい。第５図は本発明第三実施例装
置の構成図である。

この例は、周囲温度（室温）の補償を行うように構成さ
れたものである。検温素子１と直列に結合された抵抗器
７の一部を分割して７″とし、ここから比較増幅器１６
に信号を与えるように構成されている。これは、この装
置の使用される周囲温度の条件により検温素子１の抵抗
値が変化して、流れる電流が変化することを利用し、こ
れを補償するような電流をこの比較増幅器］６の出力か
ら与えられるように構成されている。第６図の例では抵
抗体３の発生する熱は周囲温度の影響を自動的に除外す
ることになり、検温素子１に常に一定の基準を与えるこ
とになる。第６図は本発明第四実施例装置の構成図であ
る。

この例は周囲温度（室温）の影響を補償するように構成
されたもので、第２図に示す例のものに比較増幅器１６
による周囲温度補償を行ための回路を付加したものであ
る。抵抗体３に供給される電流は、電流源１１から開閉
回路１２を介して与えられるものに、比較増幅器１６か
ら周囲温度補償分だけ加えて与えられることになる。第
２図に例示した装置よりさらに精度の高い測定を行うこ
とができる。

第７図は本発明第五実施例装置の構成図である。

この例は同じく周囲温度の影響を補償するように構成さ
れたもので、第４図に示した自動平衡形に付加回路を備
えたものである。比較増幅器］６の出力は加算器１７で
電流源１１の出力電流に加算される。測定出力は電流源
１１の出力から得られる。以上述べたように、本発明に
より放射熱検出器に不可欠であつた基準温度の黒体炉を
不要とし、代わりに薄膜形成された抵抗体から基準温度
が与えられるので、装置は著しく小形軽量化されるとと
もに、その熱容量は小さく、基準温度と被測定温度との
差分を単純な交流増幅回路により増幅検出することがで
きる。

したがつて黒体炉の温度制御に代えて電流値の制御をす
ればよいことになり、測定精度が向上され、装置全体が
小型化経済化される効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例装置の放射熱検出器の構造を示す
断面図。 第２図は本発明実施例の放射熱測定装置の構成図。第３
図は第２図に示す装置の点囚の電圧波形図。第４図は本
発明実施例の放射熱測定装置の構成図。第５図は本発明
実施例の放射熱測定装置の構成図。第６図は本発明実施
例の放射熱測定装置の構成図。第７図は本発明実施例の
放射熱測定装置の構成図。１・・・検温素子、２・・・
絶縁層、３・・・抵抗体、４・・・基板、５，６・・・
電極リード、７ー抵抗器、８・・・電源、９・・・コン
デンサ、１０・・・増幅器、１１・・・電流源、］２・
・・開閉回路、］３・・・チヨツパ駆動器、１４・・・
チヨツパ、１５・・・被測定物、１６・・・比較増幅器
、１７・・・加算器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 外部から放射熱が照射される構造に配置された検温
   素子と、この検温素子の近傍に配置された抵抗体と、こ
   の抵抗体が基準温度になる所定の電流を供給する電気回
   路と、上記検温素子を照射する放射熱を周期的に遮断す
   るチョッパと、このチョッパが放射熱を遮断していると
   きと遮断していないときの上記検温素子の出力電流の差
   分を検出する回路とを備えた放射熱測定装置において、 上記検温素子と上記抵抗体とはそれぞれ薄膜により一つ
   の絶縁基板のに間に絶縁層を介して形成された構造であ
   り、上記電流を供給する電気回路は上記チョッパに同期
   して上記抵抗体に所定の電流を与える回路を含み、上記
   差分を検出する回路は、上記検温素子の出力電流の交流
   成分を増幅する回路を含むことを特徴とする放射熱測定
   装置。