JPS6058522A - 放射温度計 - 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、被測定物体から放射てれた光に、フィルタ、
分光プリズム等の光透過手段を透過式せて既知の波長の
光にし、この透過光をもとにして被測定物体の温度をめ
る放射温度計に関するものである。

放射温度計は、非接触で被測定物体の温度を測定するこ
とができる利点を有することから、加熱された鉄鋼の温
度測定等に用いられている。

まず、このような放射温度計の原理について説明する。

物体が放射する光の分光放射輝度Ｌλ、Ｔは、物体の温
度Ｔ１物体の放射光が透過きせられるフィルタの透過率
最大になる波長（以下、中心波長とする“）λおよび物
体の放射率εに依存していて、ウィーンの公式とブラン
クの公式を用いて次のような式で与えられる。

２ °゛　−升−〔Ｗ／、、／。・〕３．）λ、Ｔ　λ５ ここで、ｃ、　＝１．１９０９６Ｘ１０−”　［ｗ−ｍ
２］Ｃ２＝　０．０１４３８８　Ｃｍ−に：＋物体の放
射光が透過させられたフィルタの中心波長上λ１．λ２
、中心波長λ１．λ２における物体の放射率’ｋ　ｇｌ
、ａ２とすると、各中心波長λ１．λ２と放射率ｇ４．
ｔ２における分光放射輝度り、、Ｌ２は、（１）式を用
いて、 Ｃつ となる。（２）式ヲ（３）式で割ると、となり、この式
から温度Ｔｉ求めると、となる。この式が、分光放射輝
度り、、Ｌ２を測定して温度をめる式である。

一般には、放射率６　、＋　ｇ　２は、波長、温度によ
って変化するほかに、物体の表面酸化物、付着物等によ
っても変わるため請求めることはむずかしい。

このことから、放射率１１＋　８２は中心波長λ４．λ
２によって変わらず、ε１−６２　であるとみなす。こ
のようにすると、（５）式は次式のようになる。

放射温度計のなかで、２種類の波長の光を用いて温度全
測定する２色放射温度計についての原理式が（６）式に
なる。

次に、このような原理を応用した放射温度計の従来の構
成例を第１図に示す。ここでは、放射温度計のなかで２
色放射温度計の場合について示している。

第１図において、１０は被測定物体、２０は収光レンズ
、３０はフィルタホイール、４０は検出部、５０は演算
部である。

被測定物体１０は、例えば高温で加熱された鉄鋼であシ
、光を放射する。

収光レンズ２０は、被測定物体１０の放射光を収束する
。

フィルタホイール３０には、異なった中心波長λ、およ
びλ２のフィルタ３１１および３１２が取シ付けられて
いて、モータ３２により回転させられる。フィルタホイ
ール３０の回転位置によシ、収光レンズ２０で収束され
た光は、フィルタ３１１と３１２を透過させられる。こ
の場合は、光透逼手段としてフィルタ３１．、ａｉ、が
用いられている。

検出部４０は、フィルタ３１．と３１２を透過した光を
検出し、分光放射輝度り１．Ｌ２に応じた信号に分離し
て出力する。

演算部５０は、検出部４０の出力をもとにして（６）式
を用いて演算を行ない、測定温度をめる。

このような構成の放射温度計において、被測定物体の温
度は次のようにしてめられる。

被測定物体１０の放射光は、収光レンズ２０によシ収束
させられ、フィルタ３１を透過させられる。

フィルタ３１は、３１１と３１２のうち収光レンズ２０
に対向する位置にあるものが透過に使用される。使用す
るフィルタの交換は、モータ３２でフィルタホィール３
０ｉ回転することにより行なう。

フィルタ３１１と３１２は交互に使用感れる。

フィルタ３１．と３１２ヲ透過した光は、検出部４０で
受けられ、それぞれ分光放射輝度り、とＬ２に応じた信
号に変換される。演算部５０は、検出部４０からの信−
砂金もとにして（６）式を用いて演算ヲ行ない、測定温
度をめる。

しかし、このような放射温度計では、次のような問題点
があった。

演算部５０は、（６）式を用いてすなわち放射率が６、
＝８．であるとみなして演算を行なっている。

このことから、演算部５０の演舞、では、放射率ε１と
６２の相違を考慮した演算がなきれていない。

このため、放射率が８．へε２の場合には、（６）式を
用いてめられた測定温度には誤差が生じる。これによっ
て、この放射温度計では、放射率の変化によシ測定誤差
が生じやすいという問題点があった。

本発明は上述したような問題点を除去するためになされ
たものであシ、放射率が変化しても測定誤差が生じにく
い放射温度計を提供することを目的とする。

第２図は本発明にかかる放射温度計の一実施例第２図に
おいて、６０は演算部である。

演算部６０は、測定条件に応じて、被測定物体の放射率
についての近似値を一意的にめ、この近似信金用いてウ
ィーンの公式またはブランクの公式から測定温度をめる
。具体的な演算については後述する。

このような放射温度計において、測定温度は次のように
してめられる。

放射率ａを所定の近似式例えばｅ”？＜　（Ｉ　ｆ−１
係数）で近似する０以下、このように近似した放射率を
近似放射率とする。放射率ε、と６２　についての近似
放射率ｅ“２？とｅ”ｌ　：１ｉ（２１式と（３）式に
代入すると次のようになる。

ここで、Ｔｍ：測定輝度温度 （７）式と（８）式では、測定輝度温度Ｔｎｌと係数α
が未知数である。このことから、（７）式と（８）式を
測定輝度温度Ｔｍと係数αについて解くと、次のように
なる。

ここで、真の放射率６１．ε２と近似放射率　ａ　Ａ　
＋　と全比較するために、（２）式と（７）式を比較す
ると、となる。（２１、（３１、＋９１およびα０式を
使用して真の放となる。フィルタ３１．．３１２の中心
波長をλ、＝０．８１×１０−６〔ｍ〕、λ２：　０，
９７Ｘ　１０−’　（ｍ）　として、この値を０２式に
代入して、真の放射率！　、＋　ａ　２と近似放射率ｅ
ａ２　？の関係をグラフにすると、第３図のようになる
。第３図のグラフ（以下、特性グラフとする）では、縦
軸に近似放射率　ｉｒ　Ｊ　ｆをとシ、横軸に真の放射
率ε、金とっている。

特性グラフで、曲線Ａ、、Ａ２・・・Ａ７は、放射率ε
２がｏ、４．　ｏ、ｓ・・・ｌである場合のグラフであ
る。特性グラフでは、放射率ε、と８２について、ｏ、
＜ｐ上１以下の範囲をとっている。なお、放射率ε４．
ε２はこれ以外の範囲にとってもよい。このような放射
率６．と８２　の範囲にかかわらず、近似放射率αλ２ ｅ　は、０．２２≦ｅａｊ子≦３．５９　の範囲にある
。

Ｂは、放射率がε、＝６２である場合のグラフである。

グラフＢとグラフＡ、およびＡ７の交点Ｃ，，Ｃ２から
、近似放射率がｅ”？）ｉのときは、真の放射率はε２
〉ε、であシ、近似放射率がｅａ２？（０，７５のとき
は、真の放射率はε、〉８２であることがわかる。

（９）式では、ｅａ２　＋Φ６．として測定ルｌｉ度温
度Ｔをめているため、真の放射率ε１と６２の差が大き
くなると、α２式から真の放射率ε、と近似放射率ｅａ
２　？の相違も大きくなる。これによって、測定輝度温
度Ｔｍには大きな測定誤差が生じる。

αλ２ 試みに、近似放射率ｅ　ｉ＝２．５の場合を考えてみる
と、特性グラフの直線りとε、　＝　０．４およびグラ
フ　Ａ、の交点り、、Ｄ２が示すように真の放射率ｇ　
、＋　ａ２は、０．４０≦６．≦０．５３．０．８≦ε
２≦１．０　の範囲に存在する。これによって、真の放
射率ｔ、、ｓ２全、ある程度狭い範囲で推測することが
できる。

ただし、放射率６．と６２の差が小さい場合は、直線り
の位置が下方にきて、交点り、とＤ２の距離が長くなる
ため、真の放射率を推測する範囲が広くなってしまう。

αλ２ 上述した近似放射率ｅ　ｊ＝２．５の場合は、近似放射
率が、真の放射率”＋１’２　についての範囲（０，４
≦８≦１．０）を大きくこえるため、（９）式からめる
測定輝度温度Ｔｍの誤差は大きくなる。したがって、近
似放射率　ａ　２　Ｆがある値以上（またはある値以下
）になった場合に、真の放射率ε、。

ε　の比を決めてやるか、または真の放射率ε、。

ε２の値を一意的に決定する必要がある。これによって
、測定温度の誤差を小さくする。

例として、真の放射率が６．＝０．５．　ａ２＝１であ
る場合について説明する。

（２）式、（３）式、（力式および（８）成金用いて測
定輝度温度Ｔｍと真の温度Ｔの関係をめると、次のよう
になる。

（９）式からめた測定輝度温度Ｔｍと放射率ε、＝Ｏ，
Ｓ、ε２＝１を０４式に代入すると、真の温度はＴ＝１
５００［Ｋ］になる。これら真の温度Ｔと放射率ε１．
ε２（鮎実際の測定では未知の値である。このことから
、放射率ε１．ε２全一意的に決定した値にし、この値
を用いて、真の温度Ｔに近いし１１］定温度をめる演算
について説明する。

０１式をもとにしてめた近似放射率ｅ−−２，６３であ
るとする。このとき特性グラフで、近似放射率ｅ”１　
＝　２．６３　となる直線Ｅとε、：＝＝０．４および
グ存在する。この範囲の中間値８３点をとると、放射率
６．についての誤差は最悪でも０．０５　である。

このことから、点Ｅ３での放射率を真の放射率８゜につ
いて一意的に決定した値（以下、近似値とする）　ａ’
、　＝　０．４５　とする。また、点Ｅ３では、グラフ
Ａからめられる放射率ε２＝０．９であることから、放
射率６２についての近似値ｇ７２＝０．９とする。

上述したようにしてめた近似値札、ε′２と（９）式か
らめた測定輝度温度Ｔｍ’！ｒ（１４式に代入すると、
温度Ｔ　；＝　１５１０　［Ｋ〕　がめられる、この温
度を測定温度とする。前述した条件すなわち真の温度Ｔ
　＝　１５００　［ｘ〕、真の放射率ε、＝０．５、　
卓、＝１で第１図の従来の放射温度計によ請求められた
測定温度は１１０７［Ｋ］である。以下、真の温度Ｔ、
真の放射率ε１．ａ２が異なる場合に、同様にしてめら
れた従来の放射温度計による測定温度Ｔ１、本実施例の
放射温度計の放射率の近似値ε′１．鴫および測定温度
Ｔ２の関係を第４図に示す。第４図に示すように、本実
施例の放射温度計の測定温度は、従来の放射温度計の測
定温度に比較してよシ真の温度に近い。

このような構成の放射温度計によれば、次のような効果
が得られる。

演算部６０は、測定条件に応じ、特性グラフを利用して
放射率ε１．ｓ２についての近似値を一意的に決定し、
この近似値を用いて測定温度をめる。

これによって、第４図に示すように、放射率ε、。

６２　が変化しても測定温度の誤差が大きくなるのが防
止嘔れる。

なお、実施例では放射温度計が２色放射温度計でおる場
合について説明したが、放射温度計は２色放射温度計以
外の単色放射温度削または多色放射温度計であってもよ
い。

また、実施例ではフィルタホイール３０、フィルタ３１
およびモータ３２全用いて放射光を既知の波長の光にす
る場合について説明したが、これに限らず、光スィッチ
、分光プリズム、回折格子等音用いて放射光を既知の波
長の光にしてもよい。

この場合は、光透過手段としてフィルタ３１のかわシに
光スィッチ、分光プリズム、回折格子を用いている。こ
れによって、構成が１１Ｎ単になりしかも小型化される
。また、分光プリズム、回折格子等を用いた場合は、異
なった波長の光を検出部４０で同時に検出することがで
きる。これによって測定温度をめるのに要する時間が短
くなシ、経時的温度変化の激しい物体の温度測定にも適
用することができる。この場合は、検出部には、複数個
の受光素子が１次元的またＶｉ２次元的に配置されてい
る。

以上説明したように本発明によれば、放射率が変化して
も測定誤差が生じにくい放射温度計全提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は放射温度計における従来の構成例を示した図、
第２図は本発明にかかる放射温度計の一実施例の構成を
示した図、第３図は被測定物体の真の放射率と近似放射
率の関係を示した特性グラフ、第４図は真の温度と第１
図の放射温度計によりめた測定温度およびＯ’Ｘ　２図
の放射温度計によりめた測定温度の関係を示した図であ
る。 １０・・・被測定物体、３１．３１４．３１２・・・光
透過手段、４０・・・検出部、６０・・・演算部。 篤　１１利 ｎ 第　Ｚ１看 Ｊ／２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 被測定物体から放射された光に、光透過手段を透過させ
   て既知の波長の光にし、この透過光を検出部で受け、こ
   の検出部の出力をもとにしてウィーンの公式またはブラ
   ンクの公式を用いて前記被測定物体の温度をめる放射温
   度計において、次のような演算により測定温度をめる演
   算部を具備したことを特徴とする放射温度計。 （（転）前記被測定物体の放射率を所定の近似式で表わ
   して近似放射率とする。 （Ｂ）　前記近似放射率と真の放射率の関係を示した特
   性グラフを作成する。 （Ｃ）　前記検出部の出力か′ら近似放射率をめる。 （Ｄ）　（Ｃ）でめた近似放射率が所定の範囲外の値で
   ある場合は、前記特性グラフを用いて放射率の近似値を
   一意的にめ、この近似値を用いてウィーンの公式または
   ブランクの公式から測定温度をめる。