JPS60192231A - 高温物体の表面温度測定および位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高温物体の表面温度測定および位置検出装置に
係り、とく【こ、高温調料等・（水冷している場合の冷
却途中の表面温度を測定しかつその位置を検出する検出
装置に係る。

一般に、高温物体の表面温度測定には成用温度Ｒ］が使
用される。これは物体表面からｌｒｓ＋　ｑ＋１　”Ｊ
る赤外線を受光し温度を検出する光学式温度Ｓ１であり
、非接触式のため、高い温度の測定に適し、メンテナン
ス性に優れ、検出精度し高い。

しかし、検出視野内に湯気や微細な水滴ある（八は粉塵
等が浮遊していたり、検出面に水が滞留している場合は
赤外線がこれに吸１１″ｙ、されたり散乱あるいは滅哀
し、著しく検出粘度が劣化Ｊることは良く知られており
、とくに、湯気の発生し易い冬期における光学式検出器
の精度向上が重大な問題となっている。なかでも、調料
σ）圧延ラインを例にとれば、圧延中の鋼板表面【こ光
生するスケール等の除去あるいはロールの冷却等に多量
の水が使用され、月料表面に水が、１ｉ１留し易く、更
に、圧延機周辺では蒸気および粉塵等の発生量が多く、
正確に材料表面温度を測定することや鋼板到来を検知す
ることができず、圧延作業に重大な支障をきたしている
。一方、圧延中の鋼材を水冷し、制御圧延を行なったり
、圧延後の鋼材を水冷し、材料に所要の材質を何加Ｊる
熱処理を行なう場合には、従来の光学式検出器では検出
視野内おｊ；び被検出面上に存在する水を排除すること
ができず、鋼材温度を知ることは不可能であった。この
ため、従来は別途試験料に熱電対を埋め込み、水冷中の
鋼材内部温度を測定し、これをもとにして工程制の温度
変化を推定するとが、水冷前後の鋼材表面に水がｆｎｌ
留しておらず、周囲に水蒸気や粉塵が浮遊していない状
態の時に鋼材表面温度を敢剣温瓜計で検出し、水冷中の
鋼材温度を推定する等の方法が得られていた。しかし、
前者の方法では材質あるいは鋼１オ寸法あるいは冷却条
件が変わった場合には試験材の測温結果との対応がとれ
ず、極めて精度が悪くなるという問題があり、後者の場
合には、周囲の雰囲気条件に左右され易く、また、材料
表面の滞留水残存状態によっては測定不能となり、品質
劣化の原因となることは明らかである。

これに対し、近年、第１図に示す如く、水冷中の鋼板１
００表面に存在する水１０１をパージ装置１０２によっ
て排除し、鋼板１００と敢剣温肪訓１０３との間に水が
存在しない状態にして測温する方法が提案されている。

この方法では検出器［１１即ち放射温置割１０３は従来
装置と変わることがなく、従って、故則温度泪１０３の
防熱をｈするため、被検出面となる鋼板１００がら遠ざ
Ｌプな（づればならず、このため、パージ装置１０２と
敢剣温置割１０３の間の人気中に浮遊する水滴や粉塵に
視野を妨（Ｊられ、検出精度が著しく低下するという問
題があった。また、温度訂１０３を鋼板１００がら遠ざ
けることがら検出視野が広がり、このため、パージ装置
１０２の間口部、即ち検出面積を太きぐする必要があり
、検出視野内の水を除去するためには入団の圧縮空気が
必要で、また、鋼板１００上の水が除去される面積が広
がることによって鋼板表面に温度むらを生じ、材質欠陥
を発生量−る原因となる。更に、水除去面積が広いこと
によって水除去後の被検出部が復熱する時間を長くノボ
えることになり、他の水が滞留する鋼板表面温度と著し
く異なる表面温度となり、測温結果の信頼性が極めて低
くなるという問題がある。

また、このほかに、被検出面に水流を１ｌｒ４出し、こ
の水流を通じて入１１’７１−る赤外線を検出Ｊること
ににす４Ａ斜表面温度を測定する方法も提案されている
。しかし、この方法では検出装置から噴出する水流によ
って被検出面温度が低下し、冷ム１１むらを生じる原因
となることは明らかであり、また、被検出面に冷却効果
を与えるた（プの運動エネルギーをこの水流に持たせな
（づれば、周囲の鋼板上に；１ｉ！留する水が検出視野
内に侵入Ｊるのを防ぐことができず、被検出面上の蒸気
１９を除去りることもできない。

本発明は上記問題点の解決を目的とし、具体的には、水
蒸気や粉塵等の浮遊する極めて悪環境のもとであるいは
冷却水が月￥′Ａ表面に存在覆る水冷等を実施している
途中で移動づる月利表面温度を正確にかつ非接触で測定
でき、　（ＪＩケＴ鋼祠到来を検知し、表面温度を測定
かつ検出Ｊる表面温度測定および位置検出装置を提案−
４る１、以下、図面によって本発明の実施態様について
説明する。

なｄ３、第２図は本発明の一つの実施例に係る検出装置
の適用例を示Ｊ説明図であり、第３図（、ａ　ｌはこの
検出装置の断面図であり、第３図（１））は第３図（ａ
）の矢視Ａ−Ａ線上の断面図Ｃある。

まず、第２図は高温の鋼板１０表裏面に加圧水を噴１１
　Ｌ、所定温度まで水冷を行４ヱう場合に、本発明の一
つの実施例に係る表面温度検出および位置検出装置１０
を適用した例を示し、この場合には、鋼板１は冷ム１］
装買２により水冷され、ぞの冷Ｍ］装置２の中に表面温
度装置６１０が組込ｊ、れている。冷ムｌ中の鋼板は１
１１２送［」−ラ３上を移動し、この鋼板１の表裏面に
上部ノズル４ならＯに下部ノズル５から加圧水６を噴出
し、鋼板１を所定温瓜まで冷却Ｊ゛る。

この際、冷却水６は多聞に哨剣され、鋼板１の裏面１４
、例えば、被検出面上には水膜や、蒸気膜が形成され、
更には、検出装置１０の周囲、とくに、検出視野内には
下部ノズル５がらの水滴および鋼板裏面と衝突して飛散
Ｊる水滴あるいは水蒸気など力（浮遊している。前述し
たＪ：うに、このような雰囲気内では従来の光学式温置
割や調料到来検知器／Ｊ（使用できず、冷ｈＩＪ中の材
料表面温度や赤熱鋼（Ａの到来を検知することは不可能
であった。

これに対し、本発明に係る検出装＠１０はその検出視野
即ち検出装置１０と被検出面の間に浮遊Ｊ−る蒸気、水
滴あるいはａ：５）　Ｉ！Ｊ等を高速で噴出する空気ｌ
ｌＩ４流等の圧縮気体の噴流１９（第３図（ａ）参照）
で排除し、がっ、被検出面１４上の水流およびスケール
等の異物もこれによって吹き飛ばすことにＪ二〇、被検
出面１４から放射される赤外線を圧縮気体の噴流１９内
を通じて検出装置１０内の受光体１１（第３図（ａ）参
照）に直接入光さけ、鋼板１の温度ならひにその到来位
置が検出できる。

この検出位置１０は第３図（ａ）に示す如く、通常、ケ
ーシング１５なら０に供給管１７を通し−（圧縮空気等
の気体通路を形成し、第３図（ａ）に示す例では気体通
路は空気供給管内面の通路１３ａならＯ・にケーシング
１５の通路１３１１．１３ｃがら４１４成り−る。

従つ−Ｃ５気体通路の一端の導入口＋２ａから圧縮空気
１３が供給され、気体通路の途中、例えは、通路１３１
１と通路１３ｃどの間に収納室２０を設り、このｌゾ納
窄２０内にフォトダイオード を設置Ｊる。このため、この受光体１１の周囲を通って
圧縮気体１３は上向きに」ニ臂し、他端の噴出口１２１
）がら被検出１ｆｆｉ１４に向がって＋１ｆ４出して囁
）！ｌこ１９を形成Ｊる。この場合、上記の如＜　、”
１ｓ　ｔＡｆ，１９内を通って赤外線は受光体１１によ
り受光されるため、他端のｔｌｆＳ出１］＋２ｂの面積
は受光体１１の受光面積と同等若しくは若干大きな面積
として（１４成する。

また、供給管１７の通路１３ａからケーシング１５の通
路１３１）に供給された圧縮空気１３は例えばフＡ１へ
ダイΔ−ド等の受光体１１の°周囲に開孔された空気導
入孔１６がら収納室２０に入り、ぞこがら通路１３ｃを
経て噴出口１２１）から被検出面１４に向がって噴出さ
れる。従って、このように受光体１１が収納室２０内に
設りられていると、受光体１１には圧縮空気１３流によ
って異物のイ」着が防止されるとともに、高圧空気１３
ににって冷ムｌ］され、受光体１１の性能が維持される
。なお、この場合、被検出面１４がら放射される赤外線
は前記噴出に１１２１）から噴出する噴流１９内部を通
り、噴出口１２１〕がらケーシング１５内に入って受光
体１１に到達し、受光体１１は赤外線が入光すると光起
電力を発生Ｊるか又は内部抵抗が変化し、入射赤外線の
波長及び強庶等は電気信号として取出すことＩｆできる
。

すなわち、本発明においては、例えば、受光体１１は受
光面が直径４　、　８　ｍｍφのゲルマニウムフォトダ
イオードとし、これに被検出面１４がら敢則される赤外
線を入光させかつ気体通路他端の噴出口１　２　ｔ＋の
直径は５　１１１１１１φとし、噴出［’］１２１１と
被検出面１４との間の距離は５０冊１として接近できる
。

これに対し、通常、鋼材等の温度測定に上記のフォトダ
イオード等を検出素子とじｌ使用するときには、素子の
温度」二譬によって検出感度が大きく変化し、このため
、被検出面からの輻１’Ｊ熱による背温を避けるために
温度；１を被検出面から２〜３川以上離れた位置に設置
づることになり、加えて防熱及び防塵を目的とＪるり一
ス内に収納し、更に、このクース内にｊ］−縮空気ｄ５
」：Ｏ・冷却水を供給して検出受光面の汚れ防止および
素子の冷ムｌ］を図る必要がある。

換言Ｊると、本発明においては、受光体１１を被検出面
１４に極めて接近した位置に設置できる」、うに、その
周囲に圧縮空気を導入孔１Ｇを通じて移動させ、強制的
に空冷し、更に、この空気は前述したＪ：うに受光体１
１の受光面と接触させることによって受光面の汚れを防
止している。

更に、圧縮空気１３を受光面の正面に位置する噴出口１
２１）から被検出面１４に向がって高速で１η出し、検
出視野内に浸入する蒸気や粉塵および水滴を吹き飛ば１
とともに被検出面１４上の水およびスケール等を効果的
に排除できるようにしている。この際、前述の如く、空
気噴出口１２１）の直径は受光体１１の検出感度に影響
を与えない最小限の大きさとしており、また、検出距離
即ち空気噴流の長さが短いために、空気噴流の運動エネ
ルギーが減衰することなく被検出面１４に到）ヱするこ
と／１＜でき、周囲に浮遊する水滴史わ）昭を効果的に
排除でき、被検出面１４上の水やスクールも完全に除去
部る口とができる。更に、被検出面１４上で水やスケー
ルを排除する面積は、検出距離が短いことがら噴流１９
の断面積拡大ｍが少ないために、空気噴出口１２１）の
直径より若干人きくなる程度であり、従って、水除去に
伴う復熱時間が短く、水除去部即ち被検出面の；晶度を
非水除去部と同等の温度として測定することが可能であ
る。

史に、噴流１９によって被検出面１４となる水除去部は
いく分冷却されるが、この点、ｍ月に対する高速空気流
の熱１云達率が最大でも２００ｋｃａｌ／’　Ｉｌｌ’
　ＩＩ　ｒ　℃であることは良く知られており、水＋ｆ
１ｉＡＬの場合の２００００　ヘ、５００００ｋｃａ　
（１／　１ｌ１２１＋ｒ’ｃという熱伝達率の１／１０
０〜１／２５０であることを考えれば、殆んどこれによ
る温度低下は無視てきる。

これに加え、本光明の有利な魚は赤外線のエネルギー強
磨減衰率の極めて微少む空気噴流中を通じて直接受光て
き、まｌこ、検出距因１　／Ｊ”　’Ｊ、ｉｊ　＜、検
出視野を極力小さくできるために外部の反則・散乱・光
の影響を完全に防止７：きることＣ−ある。

なお、圧縮空気噴出量は必り゛しも限定されるものでは
なく、被検出面の温度、性状、水のイζ」る吊等にＪ、
って異なるが多くの実験結果から１００〜５０ＯＮ＋２
７分の範囲が最も安定した（ラミ出精度が１ｒＩられ、
また、経；斉的でもある。、更に、Ｊ１縮空気以外でも
、上記のバージ効果と冷ム１１効果かｌｊえられれば、
何れの気体でも用いることが（さる。

また、第２図や第３図（ａｌならひに（１））に示−リ
−Ｊ：うに受光体１１に入光した赤外線は電気（ａ＋号
に変換され、供給管１７内の通路１３ａに装入した信号
ケーブル１８を介して、外部の信号増幅器２１に送られ
、電気／温度関係に変換され記録旧２２で月１：４１表
面温度の変化状況が記録指示される。

すなわち、受光体１１を上記の如く例えばゲルマニウム
フォトダイオード又はシリコンフォトダイオード等から
構成すると、入口・１する赤り（線を自接光吊としてと
らえることがでさ、光導電効果による電流・電圧・抵抗
のいずれかをケーブル１８を介して増幅器２１に出力−
りることが５Ｊ能−Ｃある。

受光体１１がら）′Ａられる微弱な電気信号、例えば、
電５Ａ’Ｌ出力は増幅器２１で増幅され、位置検出の場
合は、一定レベルの設定値信号を検出して、被検出月利
１の有無を（（）Ｎ−〇「「）信号にｌｊ応させ−（検
出する。ｊ、た、温度測定の場合には受光体１１がら送
られる電’ＩＡｔ出力に対応した温度信局に変換される
。これを記録計２２に出力し連続した温度ヂｖ−１・と
じ−Ｃ記録できる。なお、上記構成の検出装置１０の検
出信号は、検出装置が小形で持ら運Ｏが容易であること
から、前ちって黒体炉等を使用して出力信号と温度の相
関関係を把１屋し−Ｃ１又、吹イく１空気流量にＪ、る
冷１４１１吊を補正してお（ｊぽこれをしとにして増幅
器２１てイ、Ｊ弓処理−りることにより、被検出血１４
０表面温ｌ！１を記録計２２のヂ１ノートから直接読み
取ることが１り能Ｃある。

らなみに、」二記シ１１１成の検出装置により冷ｆｉｌ
ｌ　ｌ−１１の鋼板の表面）晶１宴を検出し、ぞの到達
イイＺｉ′ｉ″ｉを（・）ｊ出りると、第４図σ）通り
である１、第４図１）−らｌ！Ｉｌらがな通り、′Ｉ昇
以上胃魚（、イ）によ−）Ｃ鋼板の九〇ｊｊ、ｉ通過か
示され、（［］）とＬ−Ｃ水冷聞殆が示され、（ハ）と
し−（鋼板の尾端通過が示される。。

また、本発明に係る検出装置は冷１ｊ］中のＱ温鋼拐の
上面の表面温ｉ■を測定り−る場合に第５図の如（ｌｊ
、ｌ成りることもできる。

水冷中の調料１の裏面と異なつＣ表面（３Ｊ冷ム１１水
６が）１１）留し、多いとき（よ５０〜Ｇ　Ｏ１１１１
１０υ水深がある。このため、高圧空気等の１１ｆ４流
１９たり−Ｃはこれを排除するのが囲動な場合がある３
、このＪうに鋼材１上の）（１）留水６が多い揚台にも
、上記の如く、表面たる被検出面１４上の冷却水０やス
ケール等を噴流１って吹き飛ばし、この噴流内に入光す
る赤外線を受光体１１で検出し、鋼材１表面温度を測定
する。

しがし、多母の冷ＭＩ　ｙｆ＜　６が；１１：留する場
合は、噴出口１２ｂがら高速で噴流１９を噴出させても
、噴！Ａｊ１９の中に周囲の冷も［］水６を巻き込むよ
うな状態となり、噴シン１９内に被検出面１４がらの赤
外Ｉｒｌを入光さＵることが困難になる。このため、気
体通路他端の噴出口１２１）の周囲に少なくとも１つの
噴出口４３を設りて、この噴出口４３がら検出？ｆ２野
の周囲に別の１１７４流５１を滞留水６の静圧より高い
圧力で噴出させると、検出視野内の噴流１９にこの）１
１）留水６が巻き込まれるのを防ぐことができる。この
場合、噴出口４３はリング状の噴１ｆｉｔ５１の壁が少
なくとも１＠形成されるよう構成し、ｆ！！’Ｉ留水６
の侵入を妨げるようにする。

Ｊなわち、噴流５１形成のために、圧縮空気等の供給配
管４２を設けると共に、ケーシング１５の外周との隙間
に噴出ｌ］４３を構成し、ケーシング１５の外周にハウ
ジング４０をに合Ｊる。従って、このリング状噴出［１
４３がらは被検出面１４に向かって円周方向に連続づる
リング状の噴）ん５１　＃　ｌｓ　；ｌ；する一方、噴
出１．−、’ｌ　１２１１から噴流１９を噴出し、該噴
流内に被検出面１４がら故国される赤外線を入光させ、
これを受光体１１で検出し、電気信号に変換Ｊることに
にり調料表面の温度を測定Ｃ−きる。また、被検出面１
４と検出装置の距ｒｌＪを一定に保ち、がっ、鋼材１と
検出装置Ｉｆ　）ｆ、触して１ＮＮ１３面に傷がつがな
いようにし、また、検出装置の破損などを防ぐため第５
図に示し、配管４２．１７およびハウジング４０筒金体
を４降自在とし、史に、ハウジング４０に鋼材１表面に
接触して回転自在なコロ５０を駁名づることもＣさる。

なお、検出精度の向上を図るため、ターシング内に同じ
特性を右Ｊる受光体を埋込み、；１品叶上臂によるドリ
フ］・を相殺さけることができる。

また、ザーミスター等のン品度検出素子をケーシング内
に装入し、本体の温度変化を検出し、口れにより受光体
１１の検出信号を補正することもできる。

以上の説明により明らかなように、本発明による表面温
度および位置検出装置は、水滴や粉１ｍ等の浮遊する極
めて悪い雰囲気条例下において、更に、被検出面上に水
流やスケ一ル等が滞留していても、検出視野内に高速の
空気等の噴ｉｊ１ｍを１１β出し、この噴流内に赤外線
を入光さけて直１ｕ月料表面温度および位置を検出する
ことができるものであり、また、被検出面に］劃近さＵ
た位置で被検出面からの赤外線を受光できることがら、
極めて正確な表面温度測定ｄ３よひ位置検出が可能であ
り、従来不可能とされていた冷却中の鋼材表面温度Ｊ５
よひ位置の変化状況をも、冷ム１１装買の中で直接時間
経過にり・ｊ応させて測定りることが可能となった。

また、鋼材等の裏面の温度および位置検出を行なうとき
には、空気等の１石川口１乱と被検出面の距離は５０〜
１００１１１１ｎ、噴出口１２１）の径はφ３〜φＧ　
ｎ１ｎｌが好ましい。また、表面温度測定の場合は噴出
口１２１）と被検出面１の距離は、５〜３０１冊とＪる
のが望ましい。噴出口１２ｂからＩＩＪ’ｉ出する空気
の圧力は０．１〜２１（ｒｌ／Ｃｌ１２、流量は１００
〜５０ＯＮ　Ｉｌ、　／分が好ましく、表面温１臭測定
にお（プる検出装置周囲の空気噴出圧力は滞留水の水深
によ−）て巽むるが、１００〜２００ｍｍａＧ程１良で
＞Ａｔ　ｍは２〜５Ｎ　ｎｌ］／分が好ましい１．また
、受光体を外部に設ｉ−１，九ノ）フィバ−をケーシン
グ内に装入し、ファイバーをｆｔ　Ｌで赤外線を外部に
送っても、同等に月利表面温度測定ｄ５よび位置を検出
Ｊることし１り能である。

Ｊ、た、上記のところ−Ｃは鋼材の表面；温度の検出に
用いた例を示したが、これ以夕目こ畠温物体の回れにも
）画用て゛きる、１

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例に係る検出装置の一例の配置「１図、第
２図は本発明の一つの実施例に係る検出装置の鋼ｔｒＡ
裏面の温度および位冒測定に適用１７た例の説明図、第
３図（ａ）ならひに（１））は本発明の一つの実施例に
係る検出装置の断面図とぞのＡ−Ａ線上の横断面図、第
４図は本発明の一つの実施例に係る検出装置ににろ水冷
中の鋼板表面温度の測定例のノロ−チャー１・、第５図
は本発明の他の実施例に係る検出装置の断面図である。 符号１・・・・・・鋼板　２・・・・・・冷却装置ト・
・・・・搬送１］−ラ　４・・・・・・ノズル５・・・
・・・ノズル　６・・・・・・加圧水１０・・・・・・
検出装置　１１・・・・・・検出素子１２ａ・・・・・
・導入口　１２１）・・・・・・噴出口１３・・・・・
・圧縮空気　１４・・・・・・被検出面１５・・・・・
・ケーシング　１Ｇ・・・・・・導入孔１７・・・・・
・空気供給管　１８・・・・・・１３号ケーブル１９・
・・・・・噴流　２０・・・・・・収納室２１・・・・
・・増幅器　２２・・・・・・記録計４０・・・・・・
ハウシング　Ａ３・・・・・・噴出ｌ］５１・・・・・
・リング１人１ｉ　５ｎｔ　１００・・・・・・鋼（反
１０１・・・・・・水　＋０２・・・・・・パージ装置
１０３・・・・・・成用温置割 筑１図 第２図 第３図（Ｃ０

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）一端の導入口から圧縮気体を導入し、他端の噴出口
   から圧縮気体を被検出面に向【づて噴出する気体通路の
   途中に収納室を設け、この収納室内において前記被検出
   面に対向しかつ前記被検出面からの赤外線を受光できる
   受光体を数例りて成ることを特徴とする高温物体の表面
   温度測定および位置検出装置。 ？）一端の導入口から圧縮気体を導入し、他端の噴出口
   から圧縮気体を被検出面に向けて噴出する気体通路の途
   中に収納室を設け、この収納室内において前記被検出面
   に対向しかつ前記被検出面からの赤外線を受光できる受
   光体を取イ」け、前記１１ｒ５出口の周囲に更に、圧縮
   気体を被検出面に向（づて噴出できる噴出口を設（プて
   成ることを特徴とする高温物体の表面温度測定および位
   置検出装置。