JPH04155231A - 測温精度に優れた温度センサーロール - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、銅帯等の搬送される材料の温度を連続的に接
触式で測定する温度センサーロールに関する。

［従来の技術］ 圧延ライン、連続加熱ライン等では、連続的に搬送され
る銅帯等の材料の温度を連続的に測定するため、赤外線
放射温度計、２色温度計等を使用した非接触式の測部方
法が従来から一般的に採用されている。

たと久ば、特開昭６２−１９９２０９号公報では、赤外
線放射温度計を用いて圧延ラインにおける圧延後の銅帯
温度を測定し、銅帯の温度管理を行うことが開示されて
いる。すなわち、赤外線を波長域とする放射温度計を、
筒状容器の開口側に遮光板と気体供給口を設けた筒状容
器に収容している。そして、測定の外乱要因である鋼帯
上の圧延油等の蒸気層油膜を圧縮空気により吹き飛ばし
ながら、銅帯温度を非接触で測定している。

また、連続加熱ライン等においては、赤外線放射温度計
の一種である２色温度計を使用して、加熱された銅帯の
温度を測定する場合もある。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、圧延ラインのような測定環境は、圧延油の蒸
気等で汚れた状態にある。また、測温される銅帯等の材
料表面は圧延油等の皮膜で覆われており、表面状態に応
じ材料表面の放射率が不規則に変化する。しかも、放射
率は、材料の種類や酸洗度によっても影響される。この
放射率を一定条件下に設定することはできず、また実際
の銅帯温度に対応した放射率変動パターンを求めること
も困難である。そのため、赤外線放射温度計を使用した
測温方法では、材料表面の放射率の変動が測定精度に対
する外乱要因となっている。

他方、２色温度計を使用した測温方法は、２つの互いに
異なる波長帯における放射輝度の比率を計測し、被測定
物体の温度を測定する。このような測温方式のため、放
射率の変動が測定結果に与える影響は少ない。しかし、
２色温度計で測定可能な最低温度は約２００℃と低い、
そのため、冷間圧延ラインの銅帯温度のように比較的低
温の場合、測定が難しくなる。

測定精度が低いこと、測定可能な温度域に制約があるこ
と等は、銅帯等の材料から放射される光に基づいて材料
温度を求めることに原因がある。

そこで、本発明者等は、材料温度を接触式で直接測定す
ることを提案し、特願平２−７８２１７号として出願し
た。

この測温においては、異なる表面深さで複数の熱電対が
組み込まれている温度センサーロールを被測温材料に直
接接触させている。使用される温度センサーロールは、
互いに接触した複数の熱電対をそれぞれ異なる表面深さ
で温度検出ブロックに埋め込み、この温度検出ブロック
をロール本体に装着している。そして、非測温材料に接
触するように前記温度センサーロールを配置し、熱電対
によって測定された温度情報に基づき１次式の熱伝導モ
デル式を用いて温度センサーロールの表面温度及び温度
センサーロール表面の熱流束を求めることにより、温度
センサーロールに接触する銅帯温度を演算する。

新しく提案した測定方法は、温度検出ブロック内の熱流
れを１次元の熱流れと仮定して演算している。そのため
、演算精度、ひいては測温精度を向上させるため、温度
検出部の構造として可能な限り１次元の熱流れとなり易
い構造を採用すること必要となる。また、温度センサー
ロールは、非測温材料と連続的に接触するため、その検
出精度に経時変化が少ないことが要求される。

そこで、本発明者等は、このような要求に応えるべく案
出されたものであり、温度センサーロールの測温部に介
在させることにより検出精度を向上させ、また必要に応
じて耐摩耗性の熱伝導層を形成することにより検出精度
の経時変化を抑制することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明の温度センサーロールは、その目的を達成するた
め、互いに接近した複数の熱電対をそれぞれ異なる表面
深さで埋設した温度検出ブロックと、該温度検出ブロッ
クを表面に装着したロール本体と、前記温度検出ブロッ
クの温度検出面以外の面と前記ロール本体との間に介在
された断熱材とを備えており、ロール内部において前記
温度検出ブロックに対する熱の出入りが前：２断熱材で
抑制されていることを特徴とする。

ここで、温度構出ブロック温度検出面を含めてロール本
体の周面に、耐摩耗性に優れた硬質クロムめっき等の熱
伝導層を施してもよい、また、温度検出ブロックは、ロ
ール本体の胴長方向及び／又は円周方向に複数個装着し
てもよい、なお、温度検出ブロックに埋め込まれる複数
の熱電対は、温度センサー四−ルの胴長方向及び円周方
向に関して可能な限り接近した状態で配置されることが
好ましい。

［作　用］ 本発明者等は、温度センサーロールを使用した測温にお
いて、測温精度を向上させるため種々の手段を検討した
。

異なる表面深さで埋め込まれた熱電対によって得られる
温度情報は、温度センサーロール表面の熱伝達及び被測
温材料から温度センサーロールへの熱伝達率及び温度セ
ンサーロール内部における熱伝導の影響を取り込んだも
のである。そこで、逆に測定された内部の温度情報を基
にして、温度勾配及びその時間的変化から温度センサー
ロールに接する被測温材料の温度を演算することができ
る。このようにして求められた材料温度は、赤外線放射
温度計による測定とは異なり、外乱要因の影響を受は難
く、高い信頼性を持っ゛た値となる。

このとき、ロール本体の内部で、ロール側から温度検出
ブロックへの熱伝達、或いは逆に温度検出ブロックから
ロール側への熱伝達があると、熱の流れが複雑となる。

そのため、ロール周面から中心方向に向かう一次元的な
ものと仮定した熱流れを基にして、材料温度を演算する
ときの演算精度が低下する。そこで、本発明においては
、このような温度検出ブロックに対する熱の出入りを、
温度検出ブロックとロール本体との間に断熱材を介在さ
せることによって抑制する。これにより、温度検出ブロ
ックへの熱の出入りによる影響が無視できる程度に減少
され、演算精度が向上し、材料温度の正確な測定が可能
となる。

また、ロール周面に硬質クロムめっき等の耐摩耗性に優
れた熱伝導層を形成するとき、測温が長時間にわたって
行われるときでも、ロール周面と被測温材料との間の接
触状態が変化せず、一定した条件下での測温が可能とな
る。

以下、図面を参照しながら、本発明を具体的に説明する
。

本発明における温度演算システムは、たとえば第１図に
示すように、温度センサーロール１．送信機２．受信機
３．Ａ／Ｄ変換機４及び演算機５を備えている。温度セ
ンサーロールｌの内部の温度情報は、送信機２によって
ＦＭに変換されて伝送され、受信機３で受信される。そ
して、Ａ／Ｄ変換機４でデジタル情報に変換され、演算
機５に取り込まれる。なお、温度センサーロール１で得
られた温度情報の伝送手段として、電波によるワイヤレ
ス方式としているが、スリップリング方式を採用するこ
とも可能である。

演算機５は、たとえば被測温材料として圧延機６（第４
図参照）で圧延された鋼帯７の温度Ｔｒを、入力された
温度情報に基づいて演算する。

温度センサーロール１に埋め込んだ温度検出ブロック１
２は、第２図及び第３図に示すように、一方の熱電対１
）ａの検出端子が他方の熱電対１）ｂの検出端子よりも
温度センサーロールｌの表面から浅い箇所に位置するよ
うに、一対の熱電対１）ａ及びｌｌｂを可能な限り接近
させて温度センサーロールｌに内蔵している。

これら熱電対１）ａ、ｌｌｂで温度検出ブロック１２を
構成する。温度検出ブロック１２は、温度検出面以外は
断熱材１３を介してロール内部に接している。そのため
、ロール内部で温度検出ブロック１２に対する熱の出入
りが防止される。断熱材１３としては、断熱特性に優れ
たものである限り、種々の材料を使用することができる
。

温度センサーブロック１２が埋め込まれる温度センサー
ロール１は、中空ロールとなっている。

そして、ロール胴部の肉厚は、温度検出ブロック１２の
厚みとほぼ同じにされている。

このような構造によって、温度検出ブロック１２の内部
の熱流れは、実質的に温度検出ブロック１２の表面から
温度センサーロールｌの中心に向かった半径方向への１
次元の流れとなる。

温度検出ブロック１２は、温度センサーロール１の胴長
方向に向って複数個配置することも可能である。複数偏
置！することにより、鋼帯７の板幅方向の温度分布を知
ることができる。また、円周方向に関しても、温度検出
ブロック１２を複数偏置！してもよい６円周方向に複数
偏置！することによって、温度センサーロール１が１回
転する際に多数の測定点で板温を測定することが可能と
なる。

熱電対１）ａ、ｌｌｂにより検出された温度情報は、補
償溝！Ｉ８を介して温度センサーロール１の側面に取り
付けられている送信機２に入力される。

次いで、この温度センサーロール１を使用して鋼帯７の
温度を検出する手順を説明する。

温度センサーロール１の表面からの深さがＸｌである点
の温度をＴ、とじ、同じく深さがｘ３である点の温度を
Ｔ２とする。ただし、深さＸ、は深さＸ、よりも大きく
設定する。これら２点とその直線上にある温度検出ブロ
ック１２の表面上の点に関する熱伝導は、温度検出ブロ
ック１２の前述した構造から１次元の熱流れとして演算
することができる。

温度センサーロール１の表面温度Ｔｔ及び温度センサー
ロール１の表面の熱流束δは、それぞれ次式（１）及び
（２）で表される。

Ｔｔ　＝ＡＴ＋　＋ＢＴｘ　＋ＣＴ”１　＋　Ｄ　Ｔ　
’　ｔ・・・・　（１） δ＝　Ｅ　Ｔ　＋　＋　Ｆ　Ｔ　＊　＋　Ｇ　Ｔ　’　
ｒ　＋　ＨＴ　’　＊・・・・　（２） ただし、Ｔｏｌ及びＴ’ｓは、Ｔ、及びＴ２の時間ｔに
関するそれぞれ１階の導関数ｄＴ、／ｄｔ、ｄＴ＊／ｄ
ｔである。また、Ａ−Ｈは、表面深さｘ、。

ｘ２及び温度検出ブロック１２の材質によって決まる定
数である。

温度センサーロールｌが接触しているときの鋼帯温度Ｔ
、は、鋼帯７と温度センサーロール１との間の熱伝達率
をａ＋とするとき、次式（３）で表すことができる。

Ｔｒ＝Ｔ、＋δ／ａ、　　　　　・・・・　（３）した
がって、式（１）〜（３）に基づいて温度センサ−ロー
ル１内部の２点における温度Ｔ、及びＴ２から、温度セ
ンサーロール１に接触する銅帯温度Ｔｒを演算すること
ができる。

なお、１つの温度検出ブロック１２に対して、３個以上
の熱電対を埋め込んでもよい、この場合には、温度検出
ブロック１２内部の測定点が３点以上となるので、任意
の２点の温度について、前述した手順で演算を数回行う
。そして、これらの演算価の平均値によって演算精度を
高めることができる。

また、温度検出ブロック１２を装着した温度センサーロ
ール１表面に、硬質クロムめつき１４を施すことにより
、温度検出面の摩耗が抑制され、温度検出精度の経時変
化が抑制される。硬質クロムめっき１４の厚みは、めっ
き厚みの測定精度への影響及び耐摩耗性を考廖して決定
される。

［実施例］ 第４図に示した４段圧延機６に本発明を適用した実施例
を説明する。

温度センサーロール１の周面からそれぞれ０゜３ｍｍ及
び０．８ｍｍの表面深さで、熱電対１）ａ及びｌｌｂを
温度検出ブロック１２に埋め込んだ、また、温度検出ブ
ロック１２の表面を含む温度センサーロールｌの表面に
、めっき厚み２０μｍの硬質クロムめっき１４を施した
。

この温度検出ブロック１２を備えた温度センサーロール
１を、圧延機６の下流側に配！した。そして、鋼帯７と
してオーステナイト系ステンレス鋼を、圧下率３０％及
び圧延速度６００ｍ／分で圧延した。

温度センサーロールｌに接触している銅帯温度Ｔ、を、
本発明に従って求め、その結果を第５図に示した。なお
、第５図には、赤外線放射温度計の測定により求めた銅
帯温度Ｔ、も併せ示している。

第５図から明らかなように、赤外線放射温度計を使用し
て求められた銅帯温度Ｔ、は、約３５℃のバラツキをも
って不安定に変動していた。この変動は、赤外線放射温
度計による測定値が圧延雰囲気の変化等に起因した外乱
要因の影響を受けたものと考えられる。このように不安
定に変動する鋼帯温度Ｔ、は、測温精度に信頼性に欠け
るものである。これに対して、本発明で得られた銅帯温
度Ｔ、は、１４０℃レベルで一定した値であり、信頼性
の高いものであることが判かる。

また、厚み２０μｍの硬質クロムめっきを程施した温度
センサーロール、及び硬質クロムめっきを施していない
温度センサーロールによる測温結果の経時的変化を調べ
た。その結果を、第６図に示す。

第６図から明らかなように、硬質クロムめっきを施して
いない温度センサーロール１を使用して測温したとき、
測定時間と共に銅帯温度Ｔｒが変化している。これは、
測定時間が経過するに従って鋼帯７との接触により温度
検出ブロック１２の温度検出面の摩耗が激しくなること
により、温度検出精度が変化したことに起因するもので
ある。

これに対し、本発明においては、長時間の測定を行って
も、銅帯温度Ｔｒに実質的な変化がなく、安定した測定
温度が得られている。

［発明の効果］ 以上に説明したように、本発明においては、異なる表面
深さで埋め込んだ複数の熱電対を使用した温度センサー
ロールで銅帯温度を測定することによって、赤外線放射
温度計を使用する場合に比較して、外乱の影響を受ける
ことなく安定したレベルの銅帯温度が求められる。この
とき、温度検出ブロックの温度検出面以外を断熱材を介
してロール内部に配置しているので、熱流れは一次元流
れとなり、演算精度も向上する。このように、本発明に
よるとき、高精度で安定した温度測定が可能であること
から、銅帯温度に起因する品質上のトラブルが解消され
、製品の歩留が向上する。また、生産能率も向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従った銅帯温度演算システムを示し、
第２図は温度検出ブロックか埋め込まれた温度センサー
ロールの構造を示し、第３図は温度検出ブロック部分の
詳細な構造を示す、また、第４図は温度センサーロール
が組み込まれた圧延機を示し、第５図は本発明の効果を
従来法と比較したグラフであり、第６図は温度センサー
ロール表面に施した硬質クロムめっきが測定温度の経時
変化に与える影響を示したグラフである。 Ｔ、：温度センサーロールの表面温度 ’ｒｒ：１度センサーロールに接触している銅帯の温度 第５図 時　　　間　（分） 第６図 時　　　間　（時）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）互いに接近した複数の熱電対をそれぞれ異なる表
   面深さで埋設した温度検出ブロックと、該温度検出ブロ
   ックを表面に装着したロール本体と、前記温度検出ブロ
   ックの温度検出面以外の面と前記ロール本体との間に介
   在された断熱材とを備えており、ロール内部において前
   記温度検出ブロックに対する熱の出入りが前記断熱材で
   抑制されていることを特徴とする測温精度に優れた温度
   センサーロール。
2. （２）請求項１記載の温度検出ブロック温度検出面を含
   めてロール本体の周面に、耐摩耗性に優れた熱伝導層が
   施されていることを特徴とする測温精度に優れた温度セ
   ンサーロール。
3. （３）請求項１又は請求項２記載の温度検出ブロックが
   ロール本体の胴長方向及び／又は円周方向に複数個装着
   されていることを特徴とする測温精度に優れた温度セン
   サーロール。