JPS6049852B2 - 物体表面温度の測定方法 - Google Patents
物体表面温度の測定方法Info
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- JPS6049852B2 JPS6049852B2 JP55178559A JP17855980A JPS6049852B2 JP S6049852 B2 JPS6049852 B2 JP S6049852B2 JP 55178559 A JP55178559 A JP 55178559A JP 17855980 A JP17855980 A JP 17855980A JP S6049852 B2 JPS6049852 B2 JP S6049852B2
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/52—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using comparison with reference sources, e.g. disappearing-filament pyrometer
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- Physics & Mathematics (AREA)
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- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、物体特に加熱物体の表面温度を放射測温する
方法に関する。
方法に関する。
加熱物体例えは炉内鋼板の表面温度を第１図に示すよう
にして放射測温する方法を本出願入は既に提案している
（特願昭５５−９４５９４）。
にして放射測温する方法を本出願入は既に提案している
（特願昭５５−９４５９４）。
この図て１０は鋼板、１２は反射鏡、１４は回転セクタ
、１６は放射計、１８は炉壁に設けた窓、Ｎは測温点に
立てた法線、θ、、θ。は光路１、、１０と該法線との
なす角でθ１■θ２ある。この測定系では、温度Ｔの物
体１０が放出する放射エネルギＥＥｂ（Ｔ）は放射計１
６へ直接及び、反射鏡１２と物体１０の表面で反射した
のち入射し、後者の放射エネルギは回転セクタで開閉さ
れるので、次式が成立する。Ｅ１■Ｔ ・ε、 Ｅｂ（
Ｔ）・・・・・・（１）Ｅ２：Ｔ゜ε。
、１６は放射計、１８は炉壁に設けた窓、Ｎは測温点に
立てた法線、θ、、θ。は光路１、、１０と該法線との
なす角でθ１■θ２ある。この測定系では、温度Ｔの物
体１０が放出する放射エネルギＥＥｂ（Ｔ）は放射計１
６へ直接及び、反射鏡１２と物体１０の表面で反射した
のち入射し、後者の放射エネルギは回転セクタで開閉さ
れるので、次式が成立する。Ｅ１■Ｔ ・ε、 Ｅｂ（
Ｔ）・・・・・・（１）Ｅ２：Ｔ゜ε。
Ｅｂ（Ｔ）＋ｒａ−Ｔ３・ξ （１−ε）（１−ｐ）Ｅ
ｂ（Ｔ）・・・・・・（２）こ、でＥ、は前記の直接入
射する放射エネルギ、Ｅ２それと反射後入射する放射エ
ネルとの和で、前者は回転セクタ１４が光路１、の放射
エネルギを遮断したとき、後者は同開放したときの放射
計１６の受光エネルギである。
ｂ（Ｔ）・・・・・・（２）こ、でＥ、は前記の直接入
射する放射エネルギ、Ｅ２それと反射後入射する放射エ
ネルとの和で、前者は回転セクタ１４が光路１、の放射
エネルギを遮断したとき、後者は同開放したときの放射
計１６の受光エネルギである。
Ｔは窓１８の透過率、Ｅは物体の放射率、ｒａは反射鏡
の反射率、ｐは物体の拡散反射係数てある。この測定系
では上記（１）、（２）式が成立すればよく、各部の形
状、構造は任意に構成てき、また一部省略も可能である
。この（１）、（２）式でＥ、、Ｅ２は測定量、Ｔ、ｒ
ａも既知もしくは測定可能量てあるが、拡散反射係数ｐ
は未知である。若しｐが既知定数なら未知数はＥ、Ｅｂ
（Ｔ）の２つとなるから（１）、（２）は解くことがて
き、Ｅｂ（Ｔ）が求まればそれより物体表面温度Ｔが求
まる。これが前記出願の測定原理で”ある。しかしなが
ら拡散反射係数ｐは物体の性状に応じて変動し、正確な
その値を測定することは容易でない。物体１０から放出
された放射エネルギは反射鏡１２て反射したのち物体１
０の表面て反射して放、射計１６へ向うが、該反射が完
全鏡面反射なら放射計１６に受光される放射エネルギは
鏡面反射したものの全て（そのように放射計を設置して
ある）ｒａＴ゜Ｅ（１−Ｅ）Ｅｂ（Ｔ）となる。
の反射率、ｐは物体の拡散反射係数てある。この測定系
では上記（１）、（２）式が成立すればよく、各部の形
状、構造は任意に構成てき、また一部省略も可能である
。この（１）、（２）式でＥ、、Ｅ２は測定量、Ｔ、ｒ
ａも既知もしくは測定可能量てあるが、拡散反射係数ｐ
は未知である。若しｐが既知定数なら未知数はＥ、Ｅｂ
（Ｔ）の２つとなるから（１）、（２）は解くことがて
き、Ｅｂ（Ｔ）が求まればそれより物体表面温度Ｔが求
まる。これが前記出願の測定原理で”ある。しかしなが
ら拡散反射係数ｐは物体の性状に応じて変動し、正確な
その値を測定することは容易でない。物体１０から放出
された放射エネルギは反射鏡１２て反射したのち物体１
０の表面て反射して放、射計１６へ向うが、該反射が完
全鏡面反射なら放射計１６に受光される放射エネルギは
鏡面反射したものの全て（そのように放射計を設置して
ある）ｒａＴ゜Ｅ（１−Ｅ）Ｅｂ（Ｔ）となる。
不完全鏡面反射だとこれにより小になり、（１−ｐ）は
その小になる程度（鏡面反射係数）を示している。鋼板
表面の反射係数は表面粗度などにより異なるから、係数
ｐに推定値を使用したのでは測温の精度、信頼度の点で
難がある。本発明はこの点を改善するものてあつて、拡
散反射係数をオンライン測定し、変動する測温対象の正
確な該係数を知つて高精度の測温をしようとするもので
ある。
その小になる程度（鏡面反射係数）を示している。鋼板
表面の反射係数は表面粗度などにより異なるから、係数
ｐに推定値を使用したのでは測温の精度、信頼度の点で
難がある。本発明はこの点を改善するものてあつて、拡
散反射係数をオンライン測定し、変動する測温対象の正
確な該係数を知つて高精度の測温をしようとするもので
ある。
即ち本発明の測定方法は放射計と反射鏡を物体に対して
、該物体から放出される放射エネルギが直接、及び該反
射鏡と物体表面で鏡面反射したのち該放射計に入射する
ように配置して、前記直接入射する放射エネルギＥ１お
よび、反射後人射する放射エネルギと前記放射エネルギ
Ｅ１との和Ｅ２を測定し、また該物体表面に光を投射し
て鏡面反射する光１１とその周囲の拡散反射光１２との
比を求め、該比１２／１１より該物体表面の拡散反射係
数ｐを求め、これらの放射エネルギＥｌ，Ｅ２および拡
散反射係数ｐより該物体表面の温度を求めることを特徴
とするものである。次に拡散反射係数の測定法を説明す
る。第２図は本測定法の原理を示す。即ち本測定ではａ
図に示すように投光部Ａより物体表面に対して光Ｂを投
射し、その反射光Ｂ″を受光部Ｃで測定する。受光部て
は鏡面反射光１１とその周囲の拡散反射光１２との比１
２／１１を求める。この比は次に述べるように拡散反射
係数ｐに対応しており、同図ｂに示す予め求めておいた
Ｐ−１２／１１特性曲線Ｄよりｐを知ることができる。
前記（２）式の演算に必要な係数（１−ｐ）は入射．光
ちと鏡面反射光１１との比１１／■ｏに対応付けること
がてきる。
、該物体から放出される放射エネルギが直接、及び該反
射鏡と物体表面で鏡面反射したのち該放射計に入射する
ように配置して、前記直接入射する放射エネルギＥ１お
よび、反射後人射する放射エネルギと前記放射エネルギ
Ｅ１との和Ｅ２を測定し、また該物体表面に光を投射し
て鏡面反射する光１１とその周囲の拡散反射光１２との
比を求め、該比１２／１１より該物体表面の拡散反射係
数ｐを求め、これらの放射エネルギＥｌ，Ｅ２および拡
散反射係数ｐより該物体表面の温度を求めることを特徴
とするものである。次に拡散反射係数の測定法を説明す
る。第２図は本測定法の原理を示す。即ち本測定ではａ
図に示すように投光部Ａより物体表面に対して光Ｂを投
射し、その反射光Ｂ″を受光部Ｃで測定する。受光部て
は鏡面反射光１１とその周囲の拡散反射光１２との比１
２／１１を求める。この比は次に述べるように拡散反射
係数ｐに対応しており、同図ｂに示す予め求めておいた
Ｐ−１２／１１特性曲線Ｄよりｐを知ることができる。
前記（２）式の演算に必要な係数（１−ｐ）は入射．光
ちと鏡面反射光１１との比１１／■ｏに対応付けること
がてきる。
即ち、物体表面て拡散反射する（鏡面反射は除く）光を
ΔＩとすれはち＝Ｌ１＋ΔＩ、従つてとなる。
ΔＩとすれはち＝Ｌ１＋ΔＩ、従つてとなる。
受光部Ｃて測定する光１２はΔＩの一部であるからΔＩ
…Ｉ２＋αとおけば上記（４）式の右辺が−得られ、こ
の（４）式の右辺から明らかなようにｐ＝１２／１１と
する測定法はα，１２に伴なう若干の誤差が出るが、鏡
面反射に近い状態ではα″．０，Ｉ２＋αく１１である
ので上記誤差は小さい。そしてＩ。に比べて１２の測定
は後述のように極めて簡単にできる。（１−ｐ）を直接
測定する場合は（３）式を変形してとすれぱよい。
…Ｉ２＋αとおけば上記（４）式の右辺が−得られ、こ
の（４）式の右辺から明らかなようにｐ＝１２／１１と
する測定法はα，１２に伴なう若干の誤差が出るが、鏡
面反射に近い状態ではα″．０，Ｉ２＋αく１１である
ので上記誤差は小さい。そしてＩ。に比べて１２の測定
は後述のように極めて簡単にできる。（１−ｐ）を直接
測定する場合は（３）式を変形してとすれぱよい。
受光部Ａでは光Ｂを第３図ａに示すように細いビーム？
として、また同図ｂに示すように太いビーム式として、
あるいは同図ｃに示すようにノ測温点ＰＴで１点に集束
する円錐もしくは角錐状ビーム八として物体１０へ投射
する。
として、また同図ｂに示すように太いビーム式として、
あるいは同図ｃに示すようにノ測温点ＰＴで１点に集束
する円錐もしくは角錐状ビーム八として物体１０へ投射
する。
ａの場合はレーザ光を使用するのが適当であるが、通常
の可視光をレンズなどで紋つてもよい。ｂの場合はレー
ザ光とビームエキスパンダおよびレンズ、又−は白熱灯
とレンズまたはミラー系などで大径平行ビーム式を作る
。ｃの場合も同様な手段でビームを円錐状等にする。受
光部Ｃは第４図のように構成する。
の可視光をレンズなどで紋つてもよい。ｂの場合はレー
ザ光とビームエキスパンダおよびレンズ、又−は白熱灯
とレンズまたはミラー系などで大径平行ビーム式を作る
。ｃの場合も同様な手段でビームを円錐状等にする。受
光部Ｃは第４図のように構成する。
同図ａは中央に孔ｈがあいた円板を主体とする回転セク
タと、円板状受光器２２を使用する例を示し、回転セク
タ２０を図示位置に置くと鏡面反射光のみが孔ｈを通つ
て（そのように孔径、セクタ位置を定める）背後の受光
器２２に達し、それ以外の反射光は回転セクタ２０によ
り遮ぎられ受光器２２に達せず、従つて受光器２２の出
力は鏡面反射光成分１１に対応したものとなる。次に回
転セクタ２０を回転させて受光器２２の前方から退去さ
せると、受光器２２へは該鏡面反射光成分１１とその周
囲の反射光、詳しくは受光器２２が測温点ＰＴに対して
張る立体角内の反射光（これを１３とする）が入射し、
受光器出力は１３に対応したものとなる。従つて比１２
／１１は（１３−１１）／１１として求める回転セクタ
も受光素子としておけばその出力は１２となるから、部
材２０，２２の出力の比として直ちに１２／１１が求ま
る。孔ｈの径は鏡面反射光のみが通るように選択するか
ら、入射光が小径ビームのときは小さく、大径ビームの
ときは大となる。
タと、円板状受光器２２を使用する例を示し、回転セク
タ２０を図示位置に置くと鏡面反射光のみが孔ｈを通つ
て（そのように孔径、セクタ位置を定める）背後の受光
器２２に達し、それ以外の反射光は回転セクタ２０によ
り遮ぎられ受光器２２に達せず、従つて受光器２２の出
力は鏡面反射光成分１１に対応したものとなる。次に回
転セクタ２０を回転させて受光器２２の前方から退去さ
せると、受光器２２へは該鏡面反射光成分１１とその周
囲の反射光、詳しくは受光器２２が測温点ＰＴに対して
張る立体角内の反射光（これを１３とする）が入射し、
受光器出力は１３に対応したものとなる。従つて比１２
／１１は（１３−１１）／１１として求める回転セクタ
も受光素子としておけばその出力は１２となるから、部
材２０，２２の出力の比として直ちに１２／１１が求ま
る。孔ｈの径は鏡面反射光のみが通るように選択するか
ら、入射光が小径ビームのときは小さく、大径ビームの
ときは大となる。
受光器２２の位置にはレンズを置き、それて集光して小
径受光器に投射して計測するようにしてもよい。第４図
ｂは十字状に並ぶ点状受光素子２４により比１２／１１
を測定する。
径受光器に投射して計測するようにしてもよい。第４図
ｂは十字状に並ぶ点状受光素子２４により比１２／１１
を測定する。
即ち反射光の強度分布はＸ，ｙ方向にＣ図ｄ図の如く分
布しているからこの受光素子アレーの受光出力を積分演
算することにより鏡面反射成分１１とその周囲の反射成
分１２とを求めることができる。受光素子２４は多数設
ける代りに１素子を使用し、それをアレイ方向即ちＸ，
ｙ方向に走査してもよい。第４図ｅは同図ａの変形例で
、可動セクタ２０の前後にレンズ２６，２８を配置し、
該レンズ２８の後方に小型受光素子３０を置く。
布しているからこの受光素子アレーの受光出力を積分演
算することにより鏡面反射成分１１とその周囲の反射成
分１２とを求めることができる。受光素子２４は多数設
ける代りに１素子を使用し、それをアレイ方向即ちＸ，
ｙ方向に走査してもよい。第４図ｅは同図ａの変形例で
、可動セクタ２０の前後にレンズ２６，２８を配置し、
該レンズ２８の後方に小型受光素子３０を置く。
レンズ２６て反射光を平行光束とし、レンズ２８て集光
して受光素子３０へ投射する。セクタ２０を回転または
直進させて図示のように平行光束中へ挿入すれは受光素
子３０の出力は１１、それより外せは１１＋１２となり
、これにより比１２／１１を求めることができる。第４
図ｆは、開口を持つ凹面反射鏡３２を用いて全反射光と
鏡面反射光との比を求める例を示す。
して受光素子３０へ投射する。セクタ２０を回転または
直進させて図示のように平行光束中へ挿入すれは受光素
子３０の出力は１１、それより外せは１１＋１２となり
、これにより比１２／１１を求めることができる。第４
図ｆは、開口を持つ凹面反射鏡３２を用いて全反射光と
鏡面反射光との比を求める例を示す。
即ち、この反射鏡３２を取除くと受光素子３０には鏡面
反射光１１のみ入射し（受光素子３０の受光面の大きさ
はそのように選んておく）、反射鏡３２を図示位置に置
くと開口ｈ１から入つて物体表面て鏡面反射した反射光
は開口Ｈ２を通つて受光器３０へ入射し、また物体表面
て各方向へ拡散反射した入射光は反射鏡３２て反射して
物体表面１０へ戻され、そこで再び反射し、こうして多
重反射後開口Ｈ２を通つて受光器３０へ入る。この場合
の受光器出力ほＳ′１１＋Ｉ２てあるが、物体表面ての
拡散反射の程度が著しいとすると第４図Ａ，ｂなどの場
合より１２は大てある。第４図ｇは可視光の代りに赤外
線を使用し、受光素子としてはシリコンセルを使用して
これを可動にした例を示す。
反射光１１のみ入射し（受光素子３０の受光面の大きさ
はそのように選んておく）、反射鏡３２を図示位置に置
くと開口ｈ１から入つて物体表面て鏡面反射した反射光
は開口Ｈ２を通つて受光器３０へ入射し、また物体表面
て各方向へ拡散反射した入射光は反射鏡３２て反射して
物体表面１０へ戻され、そこで再び反射し、こうして多
重反射後開口Ｈ２を通つて受光器３０へ入る。この場合
の受光器出力ほＳ′１１＋Ｉ２てあるが、物体表面ての
拡散反射の程度が著しいとすると第４図Ａ，ｂなどの場
合より１２は大てある。第４図ｇは可視光の代りに赤外
線を使用し、受光素子としてはシリコンセルを使用して
これを可動にした例を示す。
３４は黒体炉、３６はシリコンセルで構成した受光器で
ある。
ある。
黒体炉３４から赤外線（放射エネルギ）を円錐状にして
物体１０の測温点Ｐτに照射し、その鏡面反射光を受光
器３６で受ける。これには、図示受光器位置で該受光器
が測温点ＰＴに張る立体角Ω１内に鏡面反射光のみが入
るようにすればよい（そのように受光器位置等を定めれ
ばよい）。次いで受光器３６を点線位置へ前進させ、測
温点に対して張る立体角Ω２がΩ１より大となるように
する。こうすれば前述の１１＋Ｉ２を測定することがで
きる。第５図は入、反射角θが３０こ、使用した赤外線
の波長λが０．９〜ＰｍｌΩ１＝０．００１π〔Ｓｒ〕
，Ω２＝０．０１π〔Ｓｒ〕のときの拡散反射係数ｐ対
強度比１２／１１との関係を示す。これは第２図ｂの一
具体例である。第６図は本発明の実施例を示す。
物体１０の測温点Ｐτに照射し、その鏡面反射光を受光
器３６で受ける。これには、図示受光器位置で該受光器
が測温点ＰＴに張る立体角Ω１内に鏡面反射光のみが入
るようにすればよい（そのように受光器位置等を定めれ
ばよい）。次いで受光器３６を点線位置へ前進させ、測
温点に対して張る立体角Ω２がΩ１より大となるように
する。こうすれば前述の１１＋Ｉ２を測定することがで
きる。第５図は入、反射角θが３０こ、使用した赤外線
の波長λが０．９〜ＰｍｌΩ１＝０．００１π〔Ｓｒ〕
，Ω２＝０．０１π〔Ｓｒ〕のときの拡散反射係数ｐ対
強度比１２／１１との関係を示す。これは第２図ｂの一
具体例である。第６図は本発明の実施例を示す。
４０は連続焼鈍炉であつて、本例てはストリップてある
鋼板１０を連続焼鈍する。
鋼板１０を連続焼鈍する。
４２は前述の拡散反射係数ｐの測定装置であつて炉４０
の入側に設けられる。
の入側に設けられる。
４４は第１図に示した放射測温装置のセンサ部、４６は
前記（１），（２）式の演算を行なつてストリップ１０
の放射率εおよび温度Ｔを算出する演算装置である。
前記（１），（２）式の演算を行なつてストリップ１０
の放射率εおよび温度Ｔを算出する演算装置である。
ｐ値測定装値４２は焼鈍炉４０の出側に、放射測温装置
のセンサ部４４と並設してもよく、ｐ値の変化が激しい
ときはこの方が正確な測温を可能にする。以上説明した
ように本発明によれば第１図に示す放射測温法て正確に
物体温度を測定することか可能となり、しかもそれに必
要な拡散反射係数ｐ・の計測は容易であるなどの利点を
有する。
のセンサ部４４と並設してもよく、ｐ値の変化が激しい
ときはこの方が正確な測温を可能にする。以上説明した
ように本発明によれば第１図に示す放射測温法て正確に
物体温度を測定することか可能となり、しかもそれに必
要な拡散反射係数ｐ・の計測は容易であるなどの利点を
有する。
第１図は既提案の放射測温の原理を説明する図、第２図
は本発明の測定要領を説明する図、第３図は投射される
光の各種の例を示す説明図、第２４図は受光部の各種の
例を示す説明図、第５図はＰ−１２／１１特性の１例を
示すグラフ、第６図は本発明の実施例を示す説明図であ
る。 図面で１６は放射計、１２は反射鏡、１０は物体、Ｂは
投射光、Ｂ″は反射光てある。
は本発明の測定要領を説明する図、第３図は投射される
光の各種の例を示す説明図、第２４図は受光部の各種の
例を示す説明図、第５図はＰ−１２／１１特性の１例を
示すグラフ、第６図は本発明の実施例を示す説明図であ
る。 図面で１６は放射計、１２は反射鏡、１０は物体、Ｂは
投射光、Ｂ″は反射光てある。
Claims (1)
- １ 放射計と反射鏡を物体に対して、該物体から放出さ
れる放射エネルギが直接、及び該反射鏡と物体表面で鏡
面反射したのち該放射計に入射するように配置して、前
記直接入射する放射エネルギＥ＿１および、反射後入射
する放射エネルギと前記放射エネルギＥ＿１との和Ｅ＿
２を測定し、また該物体表面に光を投射して鏡面反射す
る光Ｉ＿１とその周囲の拡散反射光Ｉ＿２との比を求め
、該比Ｉ＿２／Ｉ＿１より該物体表面の拡散反射係数ｐ
を求め、これらの放射エネルギＥ＿１、Ｅ＿２および拡
散反射係数ｐより該物体表面の温度を求めることを特徴
とする物体表面温度測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP55178559A JPS6049852B2 (ja) | 1980-12-17 | 1980-12-17 | 物体表面温度の測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP55178559A JPS6049852B2 (ja) | 1980-12-17 | 1980-12-17 | 物体表面温度の測定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57101728A JPS57101728A (en) | 1982-06-24 |
| JPS6049852B2 true JPS6049852B2 (ja) | 1985-11-05 |
Family
ID=16050597
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP55178559A Expired JPS6049852B2 (ja) | 1980-12-17 | 1980-12-17 | 物体表面温度の測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6049852B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10119599A1 (de) * | 2001-04-21 | 2002-10-31 | Bosch Gmbh Robert | Verfahren zur Bestimmung von Temperaturen an Halbleiterbauelementen |
| CN115265825B (zh) * | 2022-07-06 | 2024-04-16 | 东北大学 | 内表面温度测量方法及装置、存储介质、终端 |
-
1980
- 1980-12-17 JP JP55178559A patent/JPS6049852B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57101728A (en) | 1982-06-24 |
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