JPS6035231A - 物質内部の温度分布測定方法 - Google Patents

物質内部の温度分布測定方法

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JPS6035231A
JPS6035231A JP14350183A JP14350183A JPS6035231A JP S6035231 A JPS6035231 A JP S6035231A JP 14350183 A JP14350183 A JP 14350183A JP 14350183 A JP14350183 A JP 14350183A JP S6035231 A JPS6035231 A JP S6035231A
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JP
Japan
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temperature
measured
ultrasonic
probe
data
Prior art date
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Pending
Application number
JP14350183A
Other languages
English (en)
Inventor
Seiichi Watanabe
誠一 渡辺
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Steel Corp filed Critical Nippon Steel Corp
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Publication of JPS6035231A publication Critical patent/JPS6035231A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01KMEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K1/00Details of thermometers not specially adapted for particular types of thermometer
    • G01K1/02Means for indicating or recording specially adapted for thermometers
    • G01K1/026Means for indicating or recording specially adapted for thermometers arrangements for monitoring a plurality of temperatures, e.g. by multiplexing
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01KMEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K11/00Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00
    • G01K11/22Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using measurement of acoustic effects

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)

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、超音波を利用して物質内部の温度分布を測定
する方法に関する。
近時工業生産物の品質に対する要求はますますきびしく
なっており、鉄鋼業においても鋼材の調質に対する要求
は日々にきびしくなっている。例えば厚板材の品質を管
理するためには圧延時の材料温度を400℃〜800℃
の間において±10℃程度の誤差範囲で制御する等の要
求が発生している。ところで温度を計る手段としては輻
射熱を応用したものがあり、これは物質の表面温度を知
る上で実に有効な方法であるが、物質内部の温度を知る
には無力である。物質の内部温度を知る手段には例えば
白金、白金ロジウム熱電対を物質内にうめ込む方法があ
る。しかしながらこの方法はオンラインでの計測方法と
して用いることができず、現状ではオンラインにおいて
物質内部の温度分布を知る手段はないに等しいのが実状
である。
本発明は近時ますます要求が高まりつつある物質内部の
温度分布をオンラインで連続的に知る手段を提供するも
のであって、その骨子は被測温体の厚さ方向に任意の斜
角度をもって超音波を発振し、該超音波の受信信号より
、超音波が到達したピーク位置と受信に要した伝播時間
をめるとともに、さらに該被測温体の厚みと表面温度を
測定し、これらの情報と内部温度が均一の場合の超音波
到達位置情報とから該被測温体内部の温度分布を演算す
ることを特徴とする物質内部の温度測定方法にある。以
下図面を参照しながら本発明の詳細な説明する。
第1図は超音波による温度測定法の一例を示す図であり
、1は被測温体、2は探触子である。3は超音波測定器
(UST)の信号処理部であり、4はUSTの表示部を
示している。5は温度演算回路であり、6は演算に必要
な定数の設定部である。7はγ線源であり、8はγ線の
検出部、9は被測温体1の厚み測定部である。物質中の
音速Vは v=A (1+crt) m/sec ・・・・・・■
で表わされる。ここでAは0℃における物質中の音速で
あり、またαは材質によって決まる係数であり、tは°
Cで表わした温度である。ある温度における被測温体1
の上面に2のごとく探触子を設置し音波を発射すれば、
表示部4に示すごとく音波発射からバンクエコー受信ま
での時間を測定することができる。この測定した伝播時
間をSとする。一方、被測温体1の厚さは、γ線源7、
γ線検出部8及び厚み演算部9よりなるいわゆるγ線厚
み針にて知ることができ、この測定値をβとする。上記
の測定結果より以下の式が成立する。
A(1+αt)XS=2A 即ち被測温体1の内部温度(内部の平均温度)tは既知
数A、α及び測定値1.Sで表わされ、計算により知る
ことができる。温度演算回路5は上記0式を演算する回
路であり、設定部6は既知数Aおよびαを設定する回路
である。しかしながらこの装置での測定結果は被測温体
内部の平均温度であって、温度勾配や温度分布はわから
ない。
次に被測温体に温度勾配がついている場合の測定方法の
一例を第2図について説明する。この第2図で第1図と
同じ部分には同じ符号が付してあり、第1図と同じ符号
1〜9の部分で演算した結果は被測温体1内部の平均的
温度を示している。
これをtaとする。また輻射温度計10.11で被測温
体1の表面温度を測定し、その測定値tl。
t2を温度演算回路5に入力する。第4図において横軸
に測定した温度をとり、tl、ta、t2(t 2>t
a>t +)を図示のごとくプロットする。つぎに縦軸
方向に板厚βをとり、被測温体lの表面IA、裏面IB
、および平均温度taに等しい温度を持つと推定される
被測温体1内の点ICを図示のごとくプロットする。横
軸上のtaを通り縦軸に平行な直線と縦軸上のICを通
り横軸に平行な直線との交点との交点をPとし、同様に
横軸上のtl、t2を通り縦軸に平行な直線と、縦軸上
のLA、IBを通り横軸に平行な直線の交点をPI、P
2とするとP+、P、P2でプロットされる線分は板厚
β内の温度勾配曲線で、実際の温度勾配に近似した値を
示している。しかし、点ICは正確には分らず、か\る
方法では正確な温度勾配曲線は得られない。
つぎに第2図の方法を改良した本発明方法である物質内
の温度分布を知る方法を、第3図及び第5図に基づき説
明する。まず、装置構成を説明すると被測温体1の上面
に置かれた斜角探触子101は励振部102にて1〜0
.1 m Sの周期で繰り返し励振され、被測温体1中
にある角度を持たせて超音波を周期的に発信している。
アレイプローブ103は被測温体下面に配置された複数
個のプローブ列よりなり、マルチプローブ超音波測定器
(UST)104によりその1個または数個のプローブ
が組にされて超音波が発信される毎に一端より他端へ向
けて逐次選択される。斜角探触子101より発した音波
は被測温体1内を通ってその下面に達するが、その到達
位置にあるプローブが選択されるサイクルでアレイプロ
ーブ103より出力があり、このアレイプローブ103
の受信信号はマルチプローブUST104に入力されて
信号処理されたのち音波入射点演算部105に入力され
、該演算部でマルチプローブ上の受信位置がめられ(ど
のプローブが出力を生じたかでこの受信位置は容易にま
る)、また斜角探触子101を励振する励振部102の
パルス信号からプローブ受信出力があった時点までの時
間を計測することにより被測温体1内を超音波が伝播す
るに要した時間がめられる。温度演算部106は、音波
入射点演算部105がらの位置、時間の出力情報や、図
示はしていないが厚み針及び表面温度針からの厚み情報
11及び表面温度情報I2がら被測温体1の温度分布を
解析する・ アレイプローブは点線107で示すように被測温体lの
上面(斜角探触子101が置かれた面)に配置してもよ
く、この場合音波は被測温体1の底面で反射されてバッ
クエコーがアレイプローブ107に受信され、超音波は
2度被測温材中を通過するので経路変化が増幅され、高
感度となって、温度分布がさらに精度よく計れる。
次に第3図の測定方法即ちアレイプローブ1゜3を被測
温体1の下面に設けた場合の被測温体1内部の温度分布
を測定する原理を第5図(21) (blに基づいて説
明する。(alは基本原理を説明する図である。図示の
ように、被測温体1の内部の温度はtl。
t2.t3の3層に分れていると見做す(仮定する)。
t+=t2=t3なら音波は21で示すごとくθの角度
で直進し、そして音波の到達点22はアレイプローブ1
03により知ることができるので、斜角プローブ101
及びアレイプローブ103などが不変として到達点が2
2なら逆説的に、tl=t2=taであることが分る。
そして被測温体1の厚みlは予め図示しない厚み針で測
定しておけば、音波の発射角θは分っているから音波の
到達距離(直線21の長さ)J+は計算によりめること
ができ、音波の伝播時間も前述のように測定できるので
、結局第1図と同様に温度(平均温度であるが、この場
合各部均一温度としているので各部の温度そのもの)測
定することができる。
つぎに3層の状態がt+=t3かつt2<tl即ち上、
下面が中央より高温の場合音波の経路は23のごとくな
り、またt + = t 3かっt 2 > t I即
ち上下面が中央より低温の場合には音波経路は24のご
とくなる。即ち第5図においてアレイプローブ上に到達
する音波の位置が音波の発射角θで決められる線分21
より左側になれば上下面より中央部が低い温度分布とな
り、また右側となれば上下面より中央部が高い温度分布
となることが分る。これは被測温体の温度が低いところ
では音速が速くなり、高温になると音速が遅くなるため
である。
またtl、t2.t3なる温度帯の幅を仮定する、例え
ばtlの各温度帯の幅はt3のそれに等しいとすればア
レイプローブの25.22間または22.26間の距離
は温度t+=t3とt2間の温度差に比例しており、該
距離から温度t2をめることができる。これは温度t2
の温度帯の幅と、温度による伝播方向変化角とからめて
もよいが、簡単には種々のt2の差に対する上記距離を
予めめておいてそれより該当するものを選択すればよい
。またもしtl(=t3)とt2の温度を仮定すれば2
5.22間または22.26間の距離は温度帯の按分比
と一定の相関を有するから、これより各温度帯の幅を決
定できる。
また第1図ないしは第2図に示すごとき垂直測定方法と
組合せたり音波発射角θを種々変えたり、さらには横波
、縦波を用いて情報を集めれば被測温帯内部の温度分布
情報をより正確に得ることができる。第5図(bJは被
測温体内部の温度変化が連線的であった場合の音波の経
路を示している。22′。
25’、26’は第5図(alの超音波到達点22゜2
5.26に相当する。
第3図の説明においてはアレイプローブの使用例を示し
たがこれは単一のプローブを機械的にアレイプローブの
スキャン方向にそって移動させることによって得られる
情報を用いても同じ効果を得ることができる。この場合
の超音波到達位置の測定は、超音波の各発信毎にプロー
ブを所定長ずつ移動させて、プローブが超音波受信出力
を生じたそのときの該プローブ位置により行なう。また
例えば熱間厚板材の温度測定等のごとき高温での測温は
電磁超音波方式の探触子を用いることによって実現可能
である。また斜角探触子101にフォーカスプローブを
用い、受信プローブ位置で焦点を結ぶようにすれば到達
位置をより正確に知ることができるし同じ効果は送信側
にマルチプローブを用いることでも達成できる。
上述したごとく本発明は従来全く測定方法のなかった物
質内部の温度分布を外部より間接的に知る方法を提供す
るものであって、学術的、工業的に極めて有益な発明で
ある。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図は超音波による温度測定法を説明す
る図、第3図は本発明の実施例を示す説明図、第4図は
物質内部の温度パターンを説明する図、第5図は物質内
の音波経路を説明する図である。 1・・・被測温物体、2・・・探触子、3・・・UST
信号処理部、4・・・UST表示部、5・・・温度演算
回路、6・・・定数設定部、7・・・γ線源、8・・・
T線検出部、9・・・厚み測定部、10.11・・・輻
射温度針、101・・・斜角探触子、102・・・励振
部、107,103・・・アレイプローブ、104・・
・マルチプローブUST、105・・・音波入射点演算
部、106・・・温度演算部。 出 願 人 新日本製鐵株式会社 代理人弁理士 青 柳 稔 第2図 一一 六 −も 第3図 第4図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 被測温体の厚さ方向に任意の斜角度をもって超音波を発
    振し、該超音波の受信信号より、超音波が到達したピー
    ク位置と受信に要した伝播時間をめるとともに、さらに
    該被測温体の厚みと表面温度を測定し、これらの情報と
    内部温度が均一の場合の超音波到達位置情報とから該被
    測温体内部の温度分布を演算することを特徴とする物質
    内部の温度測定方法。
JP14350183A 1983-08-05 1983-08-05 物質内部の温度分布測定方法 Pending JPS6035231A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6236412A (ja) * 1985-08-12 1987-02-17 Mitsui Toatsu Chem Inc 塩化ビニル樹脂の製造方法
JP2001074567A (ja) * 1999-09-06 2001-03-23 Masahiro Nishikawa 電磁超音波を用いた非接触型流体温度測定方法
US7708461B2 (en) * 2004-09-17 2010-05-04 Siemens Aktiengesellschaft Temperature determination of an away-facing surface of an object

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