JPS6038198Y2 - 擬似黒体放射源 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、鏡面的反射を利用する放射測温に用いる擬似
黒体放射源に関する。

鏡面的反射を利用する放射測温方法および装置は例えば
特開昭５４−８５０７８に詳しく説明されているが、概
要を述べると、第１図に示すように被測温体１０の法線
Ｎの両側にほぼ同じ角θを持たせて黒体放射源１４と放
射温度計１２を配置し、放射源１４より放射線（熱線）
を被測温体１０に投射し、その反射放射線と被測温体１
０が放出する放射線を温度計１２に与え、測温する。

数式で説明すると、温度計１２が受ける放射エネルギＥ
２．Ｅ３は、被測温体１０の角θ方向の放射率をＥ（θ
）、温度をＴ１、放射源１４の温度をＴ２．Ｔ３とする
と、 Ｅ２＝ｔ（θ）・Ｅｂ （Ｔｔ） ＋（１ｔ （θ）
）Ｅｂ（Ｔ２）
・・・（１）Ｅ３＝ｒ（θ）・Ｅｂ （Ｔ１） ＋（
１ｔ （θ））Ｅｂ （Ｔ３）
・・・（２）であり、これより被測
温体１０の放射率ξ（θ）、および放射エネルギＥｂ
（Ｔｌ）は２−Ｅ３ ’ （ｅ） ”Ｉ ＥＫＴ２） ｇｂｃｒ、）”（３１
Ｅｂ （Ｔ、）＝４と一ヒバリ・Ｅｂ （Ｔ３）・・・
（４）Ｅ（θ） ξ（θ） として求められる。

Ｔ１とＥｂ （ＴＩ）の関係は例えばブランクの式など
により表わされるからこれを解いてＴ１を求めてもよい
が、簡単にはグラフ化しておいてそれより求めるのがよ
く、いずれにしてもＥｂ（Ｔ１）が分れば被測温体１ｏ
の温度Ｔ１が求まる。

この測温方式は非接触型で、高温の測定が可能であるか
ら移動加熱鋼板の測温に好適である。

しかし実用化するに当っては解決を要する問題も若干あ
る。

その１つは黒体放射源１４である。放射源１４は本測温
方式では黒体放射源っまりｔ＝１の放射源として吸って
おり、熱電対などにより測温した放射源１４の温度Ｔ２
．Ｔ３からその放射エネルギＥｂ （Ｔ２）、 Ｅｂ
（Ｔ３）を温度Ｔ２．Ｔ３の黒体の理論放射エネルギ値
として得ている。

従って放射源１４がξ岬１であると１−ｔに比例する測
定誤差が生じることになる。

黒体放射源としては第２図ａ９ ｂ、 ｃ等に示す形状
のものが実用に供されている。

ａは耐火物製の球体２２に小孔２４をあけたもので、ヒ
ータ２６により加熱されて小孔２４から放射エネルギを
放出する。

ξはは＞’ｌである。これは次のように考えることがで
きる。

即ち放射率Ｅは熱平衡状態では吸収率αに等しいが、第
２図ａでは矢印方向から孔２４に入射した放射線は球内
で多重反射するだけで小孔２４から外部へ出ることはな
く（球内面は拡散反射面でありそして孔２４は充分に小
さいとする）、従ってα″Ｆ１であるからｔ ｆ−１で
ある。

第２図すは無限に長い耐火物円筒２８にヒータ２６を取
付けたもので矢印方向から入射した放射線は無限に長い
円筒に入ったきりで出ることはないからα＝１、従って
ｔ＝■である。

円錐形の孔３２を持つ耐火物３０にヒータ２６を設けた
もので、この場合も矢印方向から入った放射線は多重反
射しながら円錐頂点へ収斂、吸収されるからα＝＝１、
ｔ ｆ−１である。

ところがか）る黒体放射源は一般に大きさが大きくなる
。

例えば第２図すのものは、無限長というのは実際には実
現できないから有限長にするが、近似黒体放射源とする
にはＬ／Ｄが１０．工業的でも５以上は必要である。

そして第１図の測温に使用する場合は径りが成る程度以
上大きいことが望まれ、そうでないと前述の測温原理の
基礎条件が満足されず、測定結果が被測温体の形状、位
置変化などで大きく変動してしまう。

しかし径りが大になれば長さＬはその５〜川倍の割合で
大になり、放射源は異常に大きくなってしまう。

第２図ａのものも同様で、孔２４の径はｂ図のＤに相当
するものであるから、このＤを大にしかつ孔２４を小孔
とするには球体２２は相当に大でなければならない。

第２図Ｃのものも、円錐孔は底面径に比べて高さの大な
るものが良いから、同様である。

しかし放射源が大型では、実用上種々不便がある。

第１図の部材１０，１２，１４は一部又は全部が炉内又
は炉外に配置されるが、特に炉内配置の場合は、余り大
型では設置困難にさえなる。

それ数本考案の目的は径りが大、Ｌ／Ｄは小で、かつ実
用上放射測温の黒体放射源となり得る放射源を提供しよ
うとするものである。

そもそも放射測温の放射源は原理的にはＥが既知のもの
であればよく、黒体放射源のようにＥが厳密に１である
ことを要さない。

またＥは一般には角θの関数であるが、放射測温には、
そして原理的には、ある角θを与えたときのξが既知で
あればよい。

しかしＥが１でないと、また角θに応じて変るものであ
ると、それぞれ修正が必要であるから実際には不便が多
い。

そこで本考案では、第１図の如き配置において実用上Ｅ
′Ｆ＝１、具体的には０．９７又は０．９８以上、Ｅ（
θ）＝一定、の擬似黒体放射源を提供しようとするもの
である。

第３図に本考案の実施例を示す。

図で４０は有底短筒体であり、内側に縦断面が台形の空
洞部４２を有する。

即ちこの空洞部４２の底部４０ａは入側の開口部４０ｃ
より広く、従ってこれらを結ぶ胴部４０ｂは円錐状をな
す。

これらの底部おつび胴部には所定温度にそれらを加熱す
るヒータ４６．４８が配置される。

５２は外筒であって、断熱材５４を介して筒体４０を収
容する。

筒体４０の詳しくは内部空洞部のＬ／Ｄは１〜２程度の
値にする。

この擬似黒体放射源５０は、第２の黒体放射源とはＳ゛
同様原理で動作する。

即ち矢印方向から入射する放射エネルギは底部４０ａに
当って反射し、一部は放射源５０外へ出るが残部は側壁
４０ｂに当り、該側壁は図示の如く中心側へ倒れるよう
に傾斜しているので底部４０ａ側へ多く反射され、以下
同様のことを繰り返して結局入射放射エネルギは外部へ
出られず、α＝：＝１従ってＥ″Ｆ１となる。

この目的では胴部４０ｂ特に底部４０ａ内面を光吸収面
としておくとよい。

例えば該内面に多数の突起または突条により断面三角状
の多数の溝を形成しておけば、第２図Ｃの原理による放
射エネルギ吸収が行なわれて光吸収面となる。

第１図の放射測温に使用する擬似黒体放射源にｔｔ−；
ｒＨｇ７二均−であることが重要である。

即ちって温度計１２は小さな立体角の視 野で放射源５０の底部を覗くことになるが、被測温体１
０が移動鋼板であると上下動、左右傾斜、表面平担度変
化などが避けられず、これらにより温度計１２が覗（底
部部分は変動することになる。

従って底部温度が不均一であると、該底部の適所に配置
した熱電対により測定した底部温度から算出した放射エ
ネルギは測定に与る放射エネルギとは異なることになり
、誤差が生じる。

底部温度が均一ならこのような誤差はない。

底部温度を底部中央から周辺に亘って均一にするには筒
体胴部を加熱することが有効であり、これにより底部周
辺部の温度低下が避けられる。

また筒体４０を熱の良導体にすること及び厚みを厚くす
ることなども有効である。

Ｄが大きく、Ｌ／Ｄが小さいと、第１図のような傾斜配
置では対流による筒体４０の上、下部温度差発生が無視
できない。

これに対してはヒーターの線密度、電流値などを変えて
筒体上部と下部では加熱度が異なるようにするとよい。

勿論加熱は電気的加熱の他に高温流体による加熱でもよ
い。

流体の場合にはヒータの代りにパイプを設けるが、この
場合は冷却に便利である。

即ち放射源５０を高温の炉内に設置し、前記の温度Ｔ２
．Ｔ３を炉温以下に設定する場合は冷却が必要になるが
、か）る場合には該パイプに低温流体を流せばよい。

筒体４０の胴部にヒータを設けてそれを適当に調整する
と、見掛けの放射率を１にすることができる。

即ち胴部から放出された放射エネルギは底部に入射し、
該底部で反射して再び胴部へ戻されたりするものの、一
部は筒体外へ放出され、これは底部から放出される放射
エネルギに加わることになるので、この擬似黒体放射源
の見掛けの放射率を１またはそれ以上にもすることがで
きる。

以上説明したように本考案によればＤが大きく、Ｌ／Ｄ
が小さく、Ｅ変化がなく、あっＥ＝１にし得る、従って
移動鋼板の放射測温に使用して極めて有効、適切な放射
源が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は放射測温の原理を示す図。 第２図ａ〜Ｃは各種黒体放射源の例を示す説明図。 第３図は本考案の実施例を示す断面図である。 図面で４０は有底短筒体、４２はその空洞部、４０ｃは
入側、４０ａは底部、４０ｂは胴部、４６．４８は加熱
手段である。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 空洞部縦断面が台形をなして空洞部入側が底部より狭い
   該空洞部を内側に形成する有底短筒体と、該筒体の底部
   および胴部に配設された加熱手段とを備えることを特徴
   とする、放射測温用の擬似黒体放射源。