JPH0341778B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

本発明は、放射温度測定方法に係り、特に、加
熱炉内の被測定材、例えばスラブの表面温度を測
定する際に用いるのに好適な、背向雑音の一部を
遮蔽するためのシールド筒が付設された放射温度
計を用いて被測定材の表面温度を測定する放射温
度測定方法の改良に関する。

【従来の技術】

加熱炉内の被測定材、例えばスラブの温度を測
定するに際して、従来から、背向雑音の一部を遮
蔽するためのシールド筒が付設された放射温度計
が用いられている。第６図は、このようなシール
ド筒１０が付設された放射温度計１２を用いた放
射温度測定方法の一例である、いわゆるシールド
率変化法の原理を示す断面図である。このシール
ド筒１０を用いた放射温度測定方法において、シ
ールド筒１０の役目は、炉壁１４から放射され、
被測定材１６の表面で反射して放射温度計１２に
入射するために雑音となる背向雑音Ｇの一部を遮
蔽して除去することである。このシールド筒１０
が背向雑音Ｇを除去する割合（以下シールド率と
称する）Ｋは、放射伝熱理論により、次式で求ま
る。 Ｋ＝（Ｒ／Ｈ）²／｛１＋（Ｒ／Ｈ）²｝ ……(1) ここで、Ｈは、シールド筒１０の下面と被測定
材１６表面の間隔、Ｒは、シールド筒１０の半径
である。 前記シールド率変化法は、シールド率Ｋが間隔
Ｈあるいはシールド筒半径Ｒによつて変化するこ
とに着目した方法であり、例えば特開昭57−
127822には、半径の異なるシールド筒を複数本用
いて、それらのシールド筒に取付けた放射温度計
の出力差を利用する方法、あるいは、長さの異な
るシールド筒を複数本用いる方法、更には、シー
ルド筒又は被測定材の少なくとも一方を動かして
間隔Ｈを変化させる方法等が提案されている。 なお放射温度計を用いた他の代表的な測定方法
については、計測技術1983年12月号の49頁〜53頁
に掲載された「放射温度計測における最近の開
発」を参照されたい。 前記特開昭57−127822で提案された方法のう
ち、間隔Ｈを変化させる方法について具体的に説
明すると、例えばウオーキングビーム式加熱炉で
は、ウオーキングビーム１８の駆動により被測定
材１６が固定スキツド２０上を上下するので、間
隔Ｈが変化する。そこで、被測定材１６が上昇限
の位置にあるときの間隔ＨをHu、下降限の位置
にあるときの間隔ＨをHdとすれば、各々の場合
のシールド率Ku，Kdは次式で表わされる。 Ku＝（Ｒ／Hu）²／｛１＋（Ｒ／Hu）²｝ ……(2) Kd＝（Ｒ／Hd）²／｛１＋（Ｒ／Hd）²｝ ……(3) 又、各々の場合の放射温度計１２の出力をそれ
ぞれEu，Edとすれば、次式の関係が成立する。 Eu＝ε・Ｑ（Ｔ）＋Ku・（１−ε）Ｇ ……(4) Ed＝ε・Ｑ（Ｔ）＋Kd・（１−ε）Ｇ ……(5) ここで、εは被測定材１６の放射率、Ｑ（Ｔ）
は、温度T°Kの被測定材１６からの放射エネルギ
である。 従つて、前出(4)、(5)式から背向雑音Ｇを消去す
れば、次式が得られる。 Ｑ（Ｔ）＝（Kd・Eu−Ku・Ed）／ε（Kd−Ku）
……(6) よつて、理論的には、前出(2)、(3)式をこの(6)式
に代入してやれば、被測定材１６の真の温度Ｔが
求まる。

【発明が解決しようとする問題点】

しかしながら、シールド率Ｋの実際の値は、前
出(2)式又は(3)式から求まる計算値と若干差がある
ため、(6)式から求まる温度Ｔも誤差を含んでい
る。従つて、精度良く温度Ｔを測定するために
は、シールド率Ｋを実測する必要があるが、この
シールド率Ｋを実測するには、被測定材１６の真
温度Ｔを何らかの方法で測定しなければならな
い。しかし、被測定材１６の真温度測定は困難な
場合が多く、又、仮に可能であつたとしても、手
間がかかる。更に、シールド率Ｋは、被測定材１
６の表面性状によつても変化するので、特定の被
測定材１６に関してシールド率Ｋを実測したとし
ても、被測定材１６が変わればシールド率Ｋも変
化してしまう可能性がある。よつて、測温精度を
向上するためには温度測定を行う毎にシールド率
Ｋを実測することが望ましい。しかしながら従来
はこのような要請を満足した温度測定方法は提案
されていなかつた。

【発明の目的】

本発明は、前記従来の問題点を解消するべくな
されたもので、温度測定を行う毎に、被測定材の
真の温度や雑音となる放射エネルギを測定するこ
となく、シールド筒の特性を測定して測温に反映
させることができ、従つて、シールド率の誤差や
変化に拘わらず被測定材の表面温度を高精度で測
定することができる放射温度測定方法を提供する
ことを目的とする

【問題点を解決するための手段】

本発明は、背向雑音の一部を遮蔽するためのシ
ールド筒が付設された放射温度計を用いて被測定
材の表面温度を測定するに際して、第１図にその
要旨を示す如く、前記シールド筒と被測定材の間
隔を変化させながらこれに対応する放射温度計の
出力を測定し、測定された放射温度計出力の変化
比から、前記シールド筒によるシールド率の変化
比の測定値を求め、一方、放射伝熱理論式を用い
てシールド率変化比の理論値を求め、前記シール
ド率変化比の測定値と理論値の差が最小となるよ
うなシールド筒の最適半径を求め、該最適シール
ド筒半径を用いて、放射伝熱理論式により被測定
材からの放射エネルギを演算して、その表面温度
を求めるようにして、前記目的を達成したもので
ある。 又、本発明は、同じくシールド筒が付設された
放射温度計を用いて被測定材の表面温度を測定す
るに際して、第２図にその要旨を示す如く、更
に、前記最適シールド筒半径を用いて求められる
シールド率変化比の理論値と前記測定値の最小差
が許容範囲内に無い場合は、該最小差が最小とな
るような前記シールド筒と被測定材の間隔の最適
補正値を求め、前記最適シールド筒半径及び最適
間隔補正値を用いて、放射伝熱理論式により被測
定材からの放射エネルギを演算して、その表面温
度を求めるようにして、同じく前記目的を達成し
たものである。

【作用】

以下作用を説明する。 シールド筒１０を用いた側温方法においては、
放射温度計１２の出力Ｅは次式で表わされる。 Ｅ＝ε・Ｑ（Ｔ）＋Ｋ・（１−ε）Ｇ ……(7) そして、前出(1)式で示したように、シールド率
Ｋは、シールド筒１０との被測定材１６との間隔
Ｈが変われば変化する。そこで、間隔Ｈの値が、
H₁，H₂，H₃の時の放射温度計１２の出力をそれ
ぞれE₁，E₂，E₃とすれば、次式が成立する。 E₁＝ε・Ｑ（Ｔ）＋K₁・（１−ε）Ｇ ……(8) E₂＝ε・Ｑ（Ｔ）＋K₂・（１−ε）Ｇ ……(9) E₃＝ε・Ｑ（Ｔ）＋K₃・（１−ε）Ｇ……(10) ここで、K₁，K₂，K₃は、シールド筒１０と被
測定材１６との間隔ＨがそれぞれH₁，H₂，H₃の
ときのシールド率である。 この(8)〜(10)式より、次式が成立する。 （E₂−E₁）／（E₃−E₁）＝（K₂・Ｇ−K₁・Ｇ）・（１−
ε）／（K₃・Ｇ−K₁・Ｇ）・（１−ε） ＝（K₂−K₁）／（K₃−K₁）＝Jm ……（11） 従つて、この（11）式の左辺の計算によりシー
ルド率の変化比の測定値Jmが求まることになる。 一方、理論的には、前出(1)式を用いてシールド
率の変化比を計算することができるので、これを
Jcとすると、この理論値Jcは次式で表わされる。 Jc＝［（Ｒ／H₂）²／｛１＋（Ｒ／H₂）²｝ −（Ｒ／H₁）²／｛１＋（Ｒ／H₁）²｝］／［（Ｒ／H₃
）²／｛１＋（Ｒ／H₃）²｝ −（Ｒ／H₁）²／｛１＋（Ｒ／H₁）²｝］＝｛R²／（H₂
²＋R²） −R²／（H₁＋R²）｝／｛R²／（H₃＋R²）−R²／（H₁＋
R²）｝……（12） 従つて、前出（11）式左辺の計算で求まつた測
定値Jmと、（12）式で求まる理論値Jcとの差が最
小になるようなシールド筒半径Ｒを求めて最適シ
ールド筒半径Roptとする。 この最適シールド筒半径Roptを求めるに際し
ては、例えばシールド筒半径Ｒの初期値に単位値
を加えて（又は減じて）行き、その度毎に前出
（12）式により理論値Jcの計算を繰返し行い、測
定値Jmとの差が最小となつたときの値を最適シ
ールド筒半径Roptとして採用すればよい。この
ようにして求まつた最適シールド筒半径Roptを
用いて、前出(2)、(3)式の計算を行い、前出(6)式に
代入すれば、真の値に近いシールド率を用いて、
精度良く被測定材の温度Ｔを測定することができ
る。 前記最適シールド筒半径Roptを用いて計算さ
れるシールド率変化比の理論値Jcと、前出（11）
式から求まる測定値Jmの最小差が許容範囲内に
ある場合には、以上の手順で精度の良い測定が可
能となるが、一方、前記最小差が許容範囲内にな
い場合には、次のようにして、更にその精度を高
める。即ち、まず、前記間隔H₁，H₂，H₃をそれ
ぞれ、H₁＋Ａ、H₂＋Ａ、H₃＋Ａとして、間隔補
正値Ａを初期値零から単位値づつ増加（又は減
少）させ、その度毎に前出（12）式により理論値
Jcの計算を繰返し行い、前記測定値Jmとの差が
最小となるときの間隔補正値Ａを求める。このと
きの値を最適間隔補正値Aoptとして、前出(2)、
(3)式の間隔Hu，Hdに加えてやり、前出(2)、(3)式
の計算を行つて、(6)式に代入すれば、真の値に非
常に近いシールド率を用いて、精度良く被測定材
の温度Ｔを測定できる。

【実施例】

以下図面を参照して、本発明の実施例を詳細に
説明する。 第３図に、本発明が採用された放射温度測定装
置の実施例の構成を示す。 第３図において、被測定材であるスラブ１６
は、炉壁１４を有する加熱炉内で、ウオーキング
ビーム１８により上下あるいは前進するようにさ
れている。偏心軸を含む駆動力伝達機構２２を介
して前記ウオーキングビーム１８を上下させるた
めのモータ２４には、パルス発信器２６が付設さ
れており、前記モータ２４の回転角に応じたパル
スを発信する。このパルス発信器２６からのパル
スは演算装置２８に取込まれており、該演算装置
２８はこのパルス数からスラブ１６の上下方向位
置を算出する。一方、上位計算機３０は、加熱炉
内のスラブ１６をトラツキングし、放射温度計１
２の直下にあるスラブ１６の厚さを前記演算装置
２８に伝送している。演算装置２８は、前記放射
温度計１２出力、スラブ１６の厚さ、及び前記パ
ルス発信器２６出力のパルス数から算出されるス
ラブ１６の上下方向位置を用いて演算処理を行
い、スラブ温度Ｔを算出する。算出されたスラブ
温度Ｔは、上位計算機３０に伝送され、加熱炉の
制御に利用される。 第４図は、ウオーキングビーム１８によりスラ
ブ１６が下降する過程での放射温度計１２の出力
の例を示したものである。本実施例においては、
前記スラブ１６のウオーキングビーム１８による
スラブ上昇量あるいは下降量は100mmとされてい
るが、第４図から明らかな如く、放射温度計１２
の出力は、スラブ１６が下降する過程で増加す
る。これは、スラブ１６が下降すると、シールド
筒１０とスラブ１６との間隔Ｈが広くなり、背向
雑音Ｇがより多く放射温度計１２に入射するよう
になるためである。又、放射温度計１２の出力
は、滑らかに増加せず、多少振れながら増加する
場合がある。これは、加熱炉内のガスの流れが変
化すること等に起因して、背向雑音Ｇが微妙に変
化するためである。従つて、前出（11）式の左辺
の計算により測定値Jmを求める際、Jmの点数が
１点だけであると、放射温度計１２の出力の振れ
の影響を大きく受ける危険性がある。そこで、本
実施例においては、スラブ１６が10mm下降する毎
に放射温度計１２の出力を測定して、測定値Jm
の点数を増加させている。 以下、第５図を参照して、前記演算装置２８に
おける演算手順を詳細に説明する。 演算装置２８は、スラブ１６の上下方向位置を
算出できるので、まずステツプ110で、スラブ１
６が下降する過程での放射温度計１２の出力を10
mm下降する毎に測定し、これらの放射温度計１２
の出力をE₁〜E₁₁とする。次いでステツプ112に進
み、前記放射温度計出力E₁〜E₁₁のうち、E₁，
E₂，E₃を用いて次の（13）式の計算を行い、求
まつた値を第１測定値Jm₁とする。次に、放射温
度計出力E₂，E₃，E₄を用いて同様に（13）式の
計算を行い、求まつた値を第２測定値Jm₁とす
る。以下、放射温度計出力E₉，E₁₀，E₁₁の組合わ
せまで同じ計算を繰返す。 Jmn＝（En＋₁−En）／（En＋₂−En）（ｎ＝
１〜９）……（13） この計算により、第１測定値Jm₁から第９測定
値Jm₉まで計９個の測定値Jmが求まる。従つて、
求められた測定値を、ステツプ113で演算装置２
８にメモリしておく。 一方、ステツプ114で、演算装置２８が放射温
度計１２の出力を読込んだときのスラブ１６とシ
ールド筒１０との間隔をそれぞれH₁〜H₁₁（H₂＝
H₁＋10mm、H₃＝H₁＋20mm、……H₁₁＝H₁＋100
mm）とし、これらの間隔H₁〜H₁₁のうち、H₁，
H₂，H₃を用いると共に、シールド筒半径Ｒの初
期値を用いて、次の（14）式の計算を行い、求ま
つた値を第１理論値Jc₁とする。次に、間隔H₂，
H₃，H₄を用いて、同様に（14）式の計算を行
い、求まつた値を第２理論値Jc₂とする。以下、
間隔H₉，H₁₀，H₁₁の組合わせまで同じ計算を繰
返す。 Jcn＝｛R²／（Hn＋₁ ²＋R²）−R²／（Hn²＋R²）｝
／｛R²／（Hn＋₂ ²＋R²） −R²／（Hn²＋R²）｝（ｎ＝１〜９）……（1
4） この計算により第１理論値Jc₁から第９理論値
Jc₉まで計９個の理論値Jcが求まる。 次いでステツプ116に進み、前出ステツプ112及
び114で求められた測定値Jm₁〜Jm₉及び理論値
Jc₁〜Jc₉を用いて、次式の計算を行う。 Ｓ＝₉ 〓^n-1 （Jcn−Jmn）² ……（15） 求められた２乗和Ｓは、ステツプ117でシール
ド筒半径Ｒの初期値と共に演算装置２８にメモリ
される。 次いでステツプ118に進み、シールド筒半径Ｒ
の初期値に設定単位値例えば５mmを加え（間隔
H₁〜H₁₁はそのまま）、ステツプ120で、前出
（14）式により理論値Jc₁〜Jc₉を再び計算する。
次いでステツプ122に進み、前出ステツプ112で算
出された測定値Jm₁〜Jm₉と新しくステツプ120
で求められた理論値Jc₁〜Jc₉とを用いて、前出
（15）式の計算を行つて、２乗和Ｓを再び計算す
る。 次いでステツプ124に進み、メモリしていた２
乗和Ｓと新しく計算した２乗和Ｓとを比較し、新
しく計算した２乗和Ｓの方が小さければ、ステツ
プ125に進み、新しく求めた２乗和Ｓとそのとき
のシールド筒半径Ｒの値を演算装置２８にメモリ
して、前出ステツプ118に戻り、ステツプ118から
124までの処理を繰返す。 一方、前出ステツプ124の判定結果が否である
場合、即ち、新しく計算した２乗和Ｓがメモリし
ていた２乗和Ｓより大きくなつたときには処理を
やめてステツプ126に進み、そのときメモリして
いたシールド筒半径Ｒを最適シールド筒半径
Roptとする。 次いでステツプ128に進み、メモリしている２
乗和Ｓと予め設定しておいた許容誤差Ｐとを比較
する。判定結果が正である場合、即ち、メモリし
ている２乗和Ｓの方が許容誤差Ｐより大であり、
そのままでは精度の高い温度測定値を得ることが
できないと判断されるときには、ステツプ130に
進み、前記間隔H₁〜H₁₁から設定単位値Ａ（例え
ば５mm）を減算する。次いでステツプ132に進み、
前出ステツプ126で求められた最適シールド筒半
径Ropt、間隔補正値Ａが引かれた間隔H₁〜H₁₁
を用いて、前出（14）式の計算を行い、新しく理
論値Jc₁〜Jc₉を求める。次いでステツプ134に進
み、新しく求められた理論値Jc₁〜Jc₉と、前出ス
テツプ112、113で計算されメモリされていた測定
値Jm₁〜Jm₉を用いて、前出（15）式により２乗
和Ｓを計算する。次いでステツプ136に進み、新
しく計算した２乗和Ｓとメモリしていた２乗和Ｓ
とを比較し、新しく計算した方が小さければ、ス
テツプ138で、新しく計算した２乗和Ｓとそのと
きの間隔補正値Ａとをメモリする。なお演算装置
２８は、間隔補正値Ａ＝０を初期値としてメモリ
している。 ステツプ138終了後、前出ステツプ130に戻り、
間隔補正値Ａに単位値５mmを加え、間隔H₁〜H₁₁
から該間隔補正値Ａを減算して、前出ステツプ
130〜136の処理を繰返す。 一方、前出ステツプ136の判定結果が否である
場合、即ち、新しく計算した２乗和Ｓがメモリし
ていた２乗和Ｓより大きくなるか、あるいは間隔
H₁〜H₁₁のいずれかが零又は負になつたときに
は、ステツプ140に進み、そのときメモリしてい
た間隔補正値Ａを最適間隔補正値Aoptとする。
次いでステツプ142に進み、(2)、(3)式の間隔Hu，
Hdから、求められた最適間隔補正値Aoptを減算
する。 該ステツプ142終了後、又は前出ステツプ128の
判定結果が否であるときには、ステツプ144に進
み、そのときの間隔Hu，Hd及び最適シールド筒
半径Roptを用いて、前出(2)、(3)式によりシール
ド率Ku，Kdを計算する。次いでステツプ146に
進み、該ステツプ144で求められたシールド率
Ku，Kd及び放射温度計出力Eu，Ed、スラブ厚
さを用いて、前出(6)式の計算を行つて放射エネル
ギＱ，Ｔを求め、これからスラブ16の温度Ｔを計
算する。 本実施例は、本発明をウオーキングビームによ
り搬送されている加熱炉内のスラブの温度測定に
適用し、ウオーキングビーム１８によるスラブ１
６の炉内搬送過程における昇降に伴なうスラブ１
６とシールド筒１０との距離変化を利用して、測
定を行うようにしているので、構成が非常に単純
である。なお、本発明の適用範囲はこれに限定さ
れず、例えばスラブ１６の上下方向位置が固定さ
れている場合には、シールド筒１０の位置を変化
させることにより同様な測定を行うことも可能で
ある。 又、前記実施例においては、シールド率変化比
の測定値Jmと理論値Jcの差が最小となるような
シールド筒１０の最適半径Roptや、シールド率
変化比の理論値Jcと測定値Jmの最小差が最小と
なるようなシールド筒１０と被測定材１６の間隔
Ｈの最適補正値Aoptを求めるに際して、２乗和
が最小となるようにしているので、前記最適半径
Roptや最適補正値Aoptを容易に且つ確実に求め
ることができる。なお、前記差が最小となるよう
なシールド筒の最適半径Roptや間隔Ｈの最適補
正値Aoptを求める方法はこれに限定されない。

【発明の効果】

以上説明した通り、本発明によれば、温度測定
を行う毎に、被測定材の真の温度や雑音となる放
射エネルギを測定することなく、該シールド筒の
特性を測定して測温に反映させることができる。
従つて、シールド率の誤差や変化に拘わらず、被
測定材の表面温度を精度良く測定することができ
るという優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る放射温度測定方法の第
１法の要旨を示す流れ図、第２図は、同じく本発
明に係る放射温度測定方法の第２法の要旨を示す
流れ図、第３図は、本発明が採用された放射温度
測定装置の実施例の全体構成を示す、一部ブロツ
ク線図を含む断面図、第４図は、前記実施例にお
ける放射温度計出力の変化状態の例を示す線図、
第５図は、同じく演算装置の処理手順を示す流れ
図、第６図は、従来のシールド筒変化法の測定原
理を示す断面図である。 １０……シールド筒、１２……放射温度計、１
４……炉壁、１６……被測定材（スラブ）、Ｇ…
…背向雑音、Ｋ，K₁〜K₃……シールド率、Ｈ，
H₁〜H₁₁……間隔、Ｒ……シールド筒半径、１８
……ウオーキングビーム、２０……固定スキツ
ド、Ropt……最適シールド筒半径、Ｑ，Ｔ……
放射エネルギ、Ｔ……温度、E₁〜E₁₁……放射温
度計出力、Jm……シールド率変化比の測定値、
Jc……シールド率変化比の理論値、Ａ……間隔補
正値、Aopt……最適間隔補正値、２２……駆動
力伝達機構、２４……モータ、２６……パルス発
信器、２８……演算装置、３０……上位計算機。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 背向雑音の一部を遮蔽するためのシールド筒
   が付設された放射温度計を用いて被測定材の表面
   温度を測定するに際して、 前記シールド筒と被測定材の間隔を変化させな
   がらこれに対応する放射温度計の出力を測定し、 測定された放射温度計出力の変化比から、前記
   シールド筒によるシールド率の変化比の測定値を
   求め、 一方、放射伝熱理論式を用いてシールド率変化
   比の理論値を求め、 前記シールド率変化比の測定値と理論値の差が
   最小となるようなシールド筒の最適半径を求め、 該最適シールド筒半径を用いて、放射伝熱理論
   式により被測定材からの放射エネルギを演算し
   て、その表面温度を求めるようにしたことを特徴
   とする放射温度測定方法。 ２ 背向雑音の一部を遮蔽するためのシールド筒
   が付設された放射温度計を用いて被測定材の表面
   温度を測定するに際して、 前記シールド筒と被測定材の間隔を変化させな
   がらこれに対応する放射温度計の出力を測定し、 測定された放射温度計出力の変化比から、前記
   シールド筒によるシールド率の変化比の測定値を
   求め、 一方、放射伝熱理論式を用いてシールド率変化
   比の理論値を求め、 前記シールド率変化比の測定値と理論値の差が
   最小となるようなシールド筒の最適半径を求め、 該最適シールド筒半径を用いて求められるシー
   ルド率変化比の理論値と前記測定値の最小差が許
   容範囲内に無い場合は、該最小差が最小となるよ
   うな前記シールド筒と被測定材の間隔の最適補正
   値を求め、 前記最適シールド筒半径及び最適間隔補正値を
   用いて、放射伝熱理論式により被測定材からの放
   射エネルギを演算して、その表面温度を求めるよ
   うにしたことを特徴とする放射温度測定方法。