JPH0443928A - 被測定物の放射率と温度の測定方法 - 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〕 この発明は、被測定物の放射率とその温度を測定する方
法に関するものである。

〔従来の技術〕

周知のように、被測定物の温度をその表面からの熱放射
を利用して測定する放射測温方法においては、被測定物
か黒体でない場合、その物体の未知の放射率をいかにし
て処理し、放射率による温度測定誤差を小さくするかと
いうことか課題となっている。そのため、放射率による
温度測定誤差を軽減するように考案された放射温度計と
して、その放射検出ヘッドの構成説明図の第８図に示す
ようなものか知られている。

すなわち、第８図において、５１は内面に金めつきを施
した半球形キャビティ（半球形空洞）であり、この半球
形キャビティ５１の頂点部に設けられた測定孔の位置に
は、例えばシリコンセルやサーモパイルなとの検出素子
を用いた熱放射検出器５２か配設されている。このよう
に構成される放射検出ヘッド５３を被測定物の測定面に
接近して位置させると、測定面と半球形キャビティ５１
内面とで測定面からの放射線の多重反射か生して黒体条
件に近くなり、みかけの放射率か高められる。これによ
り、被測定物か黒体でないための放射率による温度測定
誤差を小さくするようにしている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしなから、上記の多重反射を利用する放射温度計に
おいては、被測定物の放射率の違いによる温度測定誤差
は小さくされるようになってはいるか、被測定物の放射
率か求められるようにはなっていないため、放射率か例
えば０，５〜０．６程度と小さい場合には、測定距離の
変動によって大きな温度測定誤差か生じ易いという欠点
かある。

この発明は、上記の点に鑑みてなされたものであって、
被測定物の放射率をも求めることにより放射率の違いに
よる温度測定誤差を生じることなく被測定物の温度を正
確に測定し得る新規な測定方法の提供を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために、請求項１の発明による測
定方法は、予め、異なる既知の放射率を有し同一温度に
おける複数の物体それぞれにおいて、キャビティの測定
孔の位置に熱放射検出器を配設した放射検出ヘッドと前
記物体との測定距離を変化させて熱放射検出器の出力を
測定し、前記既知の各放射率における測定距離と熱放射
検出器の出力との関係を放射率測定用データとして求め
ておき、被測定物の測温に際し、前記放射検出ヘッドと
被測定物との測定距離を少なくとも２つの異なった距離
に変化させて熱放射検出器の出力を測定し、この出力の
変化と前記放射率測定用データとから被測定物の放射率
を求め、この求めた放射率を用いて被測定物の温度を測
定するようにしたことを特徴としている。

また、請求項２の発明による測定方法は、予め、異なる
既知の放射率を有し同一温度における複数の物体それぞ
れにおいて、互いに多重反射特性か異なるキャビティの
測定孔の位置に熱放射検出器を配設した二つの放射検出
ヘッドを用いて、各放射検出ヘッドと前記物体との測定
距離を変化させて各熱放射検出器の出力を測定し、前記
両放射検出ヘッドにおいて前記既知の各放射率における
測定距離と熱放射検出器の出力との関係を放射率測定用
データとして求めておき、被測定物の測温に際し、前記
両放射検出ヘッドと被測定物との測定距離を同一にして
各熱放射検出器の出力を測定し、この出力の変化と前記
放射率測定用データとから被測定物の放射率を求め、こ
の求めた放射率を用いて被測定物の温度を測定するよう
にしたことを特徴としている。

〔作　用〕

請求項１の発明に係る測定原理を第２図を参照して説明
する。第２図は、８１〜ε、て表す放射率か既知の複数
の物体それぞれにおいて、キャビティの測定孔の位置に
熱放射検出器を配した放射検出ヘッドを用いて、放射検
出ヘッドと物体との測定距離を変化させた場合の測定距
離と熱放射検出器の出力との関係を示す図である。同図
は、熱放射検出器の出力は放射検出ヘッドか被測定物表
面から離れるに従って減少するか、測定距離変化による
熱放射検出器の出力の変化は放射率により異なる傾向を
示している。このことから、測定距離変化による熱放射
検出器の出力の変化から逆に放射率を知ることかできる
。したかって、第２図に示すような放射率測定用データ
を予め求めておいて、被測定物における測定距離変化に
よる熱放射検出器の出力の変化を求め、この出力変化の
値と放射率測定用データから得られる放射率既知の物体
における被測定物測温時の測定距離変化に対応する出力
変化の値とを用いて被測定物の放射率を求めることかで
きる。更に、この放射率を用いて被測定物の温度を測定
することかできる。

請求項２の発明に係る測定原理を第６図を参照して説明
する。第６図は、ε１〜ε４て表す放射率か既知の複数
の物体それぞれにおいて、互いに多重反射特性か異なる
キャビティの測定孔の位置に熱放射検出器を配した二つ
の放射検出ヘッドを用いて、各放射検出ヘッドと物体と
の測定距離を変化させた場合の測定距離と各熱放射検出
器の出力との関係を示す図である。同図は、キャビティ
の多重反射特性か異なると同一放射率であっても各熱放
射検出器の出力か異なり、しかもキャビティの違いによ
る各熱放射検出器の出力の変化は放射率によりそれぞれ
異なる傾向を示している。このことから、多重反射特性
の異なるキャビティを用いた場合の各熱放射検出器の出
力の変化から逆に放射率を知ることかできる。したかっ
て、予め、既知の放射率における第６図に示すような放
射率測定用データを求めておいて、同一測定距離にした
ときの被測定物におけるキャビティの違いによる各熱放
射検出器の出力の変化を求め、この出力変化の値と放射
率測定用データから得られる放射率既知の物体における
被測定物測温時の測定距離での各熱放射検出器の出力変
化の値とを用いて被測定物の放射率を求めることかでき
る。更に、この放射率を用いて被測定物の温度を測定す
ることかできる。

〔実施例〕

以下、実施例に基づいてこの発明を説明する。

第１図は請求項１の発明による方法を実施するための放
射温度測定装置の一例を示す構成説明図、第２図は請求
項１の発明に係る放射率測定用データの説明図、第３図
は請求項１の発明による被測定物の放射率を求める手順
の一例を説明するための図、第４図は請求項Ｉの発明に
よる方法を実施するための放射温度測定装置の他の例を
示す構成説明図である。

第１図において、■は内面を金めつきを施して高反射率
鏡面とした半球形キャビティ、２は半球形キャビティ１
の頂点部に設けられた測定孔の位置に配設された熱放射
検出器である。この半球形キャビティ１と熱放射検出器
２により放射検出ヘッド３か構成されている。４は記憶
演算装置、５は表示装置、６は未知の放射率εＳを有し
、その温度を求めるへき被測定物である。

このように構成される放射温度測定装置を用いて行われ
る被測定物６の放射率と温度の測定について、第１図〜
第３図を参照しなから、以下に説明する。

はじめに、第２図を参照しなから、記憶演算装置４に予
め記憶させておく放射率測定用データについて説明する
。異なる既知の放射率を有し同一温度条件における複数
の物体それぞれにおいて、放射検出ヘッド３と物体との
測定距離りを変化させ、既知の放射率を育する複数の物
体における測定距離りと熱放射検出器２の出力Ｅとの関
係を測定し、これを放射率測定用データとして記憶演算
装置４に予め記憶（入力）させておく。

図示の例では、既知の放射率と、〜ε、（添字数字の大
きいものはと放射率か大きいことを表す）を存する５種
類の物体から放射率測定用データを求めている。図に示
すように、熱放射検出器２の出力Ｅは、測定距離りか長
くなるに従って減少するか、その変化の度合いが放射率
によって異なる傾向を示している。

このような特性の放射率測定用データを予め記憶演算装
置４に記憶させておき、被測定物６の測温を行う。まず
、放射検出ヘッド３と被測定物６との測定距離を距離ｈ
１に設定し、測定距離ｈ１のときの熱放射検出器２の出
力Ｅ（εＳ、　ｈｌ）を記憶演算袋ｆ１４に入力する。

続いて放射検出ヘッド３を上方に移動させ、測定距離ｈ
２のときの熱放射検出器２の出力Ｅ・（εｓ、ｈｔ）を
記憶演算装置４に入力する。上記の再出力か与えられる
と、記憶演算装置５は、次の手順にて、まず放射率とＳ
を演算により求める。すなわち、測定距離ｈ１のときの
出力Ｅ（εｓ、ｔ＋＋）に対する測定距離ｈ２のときの
出力Ｅ（εｓ、ｈ２）の比Ｖ（εｓ、　ｈａｓ　）を求
める。次いて、予め記憶されている第２図に示す放射率
測定用データから、既知の放射率ε１において、測定距
離か上記り、のときの熱放射検出器２の出力Ｅ　（ｆｆ
＋　、　ｈ＋）に対する測定距離が上記ｈ２のときの熱
放射検出器２の出力Ｅ（ε、　、　ｈ、）の比Ｖ（ε＋
　、　Ｔｏ＊　）を求める。同様にして、上記放射率測
定用データから、他の既知の放射率ε、（ｎ＝２〜５）
それぞれにおいて、測定距離り、のときの熱放射検出器
２の出力Ｅ（ε、、ｈ、）に対する測定距離ｈ２のとき
の熱放射検出器２の出力Ｅ（ε、、ｈ２）の比Ｖ（ε、
　、　ｈ＋２）を求める。

これにより、第３図に示すような、測定距離をｈｌ、ｈ
２に変化させたときの既知の放射率ε、における熱放射
検出器２の出力比Ｖ（ε、　、　ｈａｓ　）か得られる
。そして、被測定物６にて求めた上記の出力比Ｖ（εｓ
、　ｔ＋＋＊　）と、既知の放射率ε、（ｎ＝１〜５）
における出力比ｖ（ε。、　ｈａｔ　）との値の大小関
係を比較し、例えば第３図に示すような関係にある場合
には、次のような式により被測定物６の放射率εＳを求
めることかてきる。

ｅｓ＝　（Ｃεｓ−ε４）／　（Ｖ　（ε＊　、ｔ＋＋
２）−Ｖ（ε４．　ｈａｓ））ｌ　　’　　（Ｖ（εｓ
、　ｈａｔ）■（ε、　、　ｈａｔ　）　）＋ε４ そして、求めた放射率εＳを用いて、例えばＥ（εｓ、
ｈ、）／εＳから黒体における熱放射検出器２の出力Ｅ
　（Ｔ）を求めることにより、被測定物の温度Ｔを容易
に求めることかできる。なお、被測定物の温度Ｔは表示
装置５にて表示されるようになっている。

このようにして、被測定物の放射率をも求めることかで
きるので、放射率の違いによる温度測定誤差を生しるこ
となく被測定物の温度を正確に求めることかできる。な
お、上記実施例では被測定物６の測温に際し、−個の放
射検出ヘッド３を用いる構成としたが、第４図に示すよ
うに、放射検出ヘッド３及び同一のキャビティを有する
これとは別の放射検出ヘッド３を異なる測定距離の位置
にそれぞれ位置させるようにしてもよい。また、測定距
離を三通り以上とし、このときの熱放射検出器の出力を
用い補間操作を行って被測定物における測定距離変化に
よる熱放射検出器の出力の変化を求めるようにしてもよ
い。

第５図は請求項２の発明による方法を実施するための放
射温度測定装置の一例を示す構成説明図、第６図は請求
項２の発明に係る放射率測定用データの説明図、第７図
は請求項２の発明による被測定物の放射率を求める手順
の一例を説明するための図である。

第５図において、１３ａは第１放射検出ヘツトであって
、内面を金めつきを施して高反射率鏡面とした半球形キ
ャビティｌｌａの頂点部に設けられた測定孔の位置に熱
放射検出器１２を配設して構成したものである。また、
１３ｂは第２放射検出ヘツドであって、上記第１放射検
出ヘツト１３ａの半球形キャビティｌｌａよりも小径と
した半球形キャビティｌｌｂの頂点部の測定孔の位置に
熱放射検出器１２を配設して構成したものである。１４
は記憶演算装置、１５は表示装置、１６はその放射率ε
Ｓと温度を求めるへき被測定物である。

このように構成される放射温度測定装置を用いて行われ
る被測定物１６の放射率と温度の測定について、第５図
〜第７図を参照しなから、以下に説明する。

はじめに、第６図を参照しながら、記憶演算装置１４に
予め記憶させておく放射率測定用データについて説明す
る。既知の放射率を有し同一温度条件における物体それ
ぞれにおいて、互いに多重反射特性か異なるキャビティ
を備えた上記の二つの放射検出ヘッド１３ａ、　１３ｂ
を用いて、各放射検出ヘッド１３ａ、１３ｂと物体との
測定距離りを変化させた場合の測定距離りと各熱放射検
出器１２の出力との関係を測定し、これを放射率測定用
データとして記憶演算装置１４に予め入力しておく。

図示の例では、既知の放射率ε、〜ε、（添字数字の大
きいものほど放射率か大きいことを表す）を有する４種
類の物体から放射率測定用データを求めている。図に示
すように、キャヒテイｌｌａ、ｌｌｂの多重反射特性か
異なると同一放射率であっても熱放射検出器１２の出力
か異なり、しかもキャビティ１ｌａＳｌｌｂの違いによ
る熱放射検出器Ｉ２の出力の変化は放射率によりそれぞ
れ異なる傾向を示している。なお、第６図では測定距離
と熱放射検出器の出力との関係を示す特性か直線で示さ
れているが、実際には右下かりの曲線となる（第２図参
照）。

このような特性の放射率測定用データを予め記憶演算装
置１４に記憶させておき、被測定物１６の測温を行う。

まず、両放射検出ヘッド１３ａ、　１３ｂを被測定物１
６から同じ距離だけ離し、同一測定距離ｈ１での各熱放
射検出器１２の出力を記憶演算装置１４に入力する。上
記の両出力が与えられると、記憶演算装置１４は、次の
手順にて被測定物１６の放射率εＳを演算により求める
。すなわち、第１放射検出ヘツド１３ａの熱放射検出器
１２の出力Ｅ（εＳ。

Ｃ＋）に対する第２放射検出ヘツド１３ｂの熱放射検出
器１２の出力Ｅ　（εｓ、　Ｃｚ）の比Ｖ　Ｃｅ　ｓ、
　Ｃａｔ）を求める。次に予め入力されている第６図に
示す放射率測定用データから、放射率か８１で測定距離
か上記ｈ１において、第１放射検出ヘツド＋３ａの熱放
射検出器Ｉ２の出力Ｅ（Ｃ１，Ｃ＋）に対する第２放射
検出ヘツド１３ｂの熱放射検出器１２の出力Ｅ　Ｃａｔ
　、　Ｃ２）　（７）比ｖ（ε＋、ｃ＋＊）ヲ求メル。

同様にして、上記放射率測定用データから、測定距離り
、での他の既知の放射率ε、（ｎ＝２〜４）それぞれに
おいて、第１放射検出ヘツド１３ａの熱放射検出器１２
の出力Ｅ（ε、、Ｃ，）に対する第２放射検出ヘツト１
３ｂの熱放射検出器１２の出力Ｅ（ε、、Ｃ２）の比Ｖ
（ε。、　Ｃ，、＞を求める。

これにより、第７図に示すような、測定距離ｈ１ての既
知の放射率ε、における各熱放射検出器Ｉ２の出力比Ｖ
（Ｃ１，Ｃ１□）か得られる。そして、被測定物１６て
求めた上記の出力比Ｖ（εｓ＋Ｃ＋□）と、既知の放射
率ε、（ｎ＝１〜４）における上記の出力比Ｖ（εｓ、
Ｃ＋ｚ）との値の大小関係を比較し、例えば第７図に示
すような関係にある場合には、次のような式により被測
定物１６の放射率εＳを求めることができる。

εＳ＝　（（ε、−ε、）／　（Ｖ　（ε＊　＋　　Ｃ
ａｔ　）−Ｖ（εｉ＋　　Ｃａｔ））ｌ　　”　　（Ｖ
（εｓ、Ｃｌ２）■（ε、　、　Ｃ，、’）　）十ε。

そして、求めた放射率εＳを用いて、例えばＥ（εｓ、
Ｃυ／εＳから黒体における熱放射検出器１２の出力Ｅ
　（Ｔ）を求めることにより、被測定物の温度Ｔを容易
に求めることができる。なお、被測定物の温度Ｔは表示
装置ｔ１５にて表示されるようになっている。このよう
にして、被測定物の放射率をも求めることかできるので
、放射率の違いによる温度測定誤差を生じることなく被
測定物の温度を正確に求めることができる。

〔発明の効果〕 以上説明したように、請求項１の発明による測定方法に
よれば、被測定物における測定距離を変化させて熱放射
検出器の出力の変化を求め、この出力変化の値と予め求
めておいた放射率既知の物体における放射率測定用デー
タとから被測定物の放射率を求め、被測定物の温度を測
定するようにした方法であるから、放射率の違いによる
温度測定誤差を生じることなく被測定物の温度を正確に
求めることかできる。

また、請求項２の発明による測定方法によれば、互いに
多重反射特性か異なる牛ヤヒティの測定孔の位置に熱放
射検出器を配した二つの放射検出ヘッドを用いて、同一
測定距離にしたときの被測定物におけるキャビティの違
いによる各熱放射検出器の出力の変化を求め、この出力
変化の値と予め求めておいた放射率既知の物体における
放射率測定用データとから被測定物の放射率を求め、そ
の温度を測定するようにした方法であるから、放射率の
違いによる温度測定誤差を生しることなく被測定物の温
度を正確に求めることかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は請求項１の発明による方法を実施するための放
射温度測定装置の一例を示す構成説明図、第２図は請求
項１の発明に係る放射率測定用データの説明図、第３図
は請求項１の発明による被測定物の放射率を求める手順
の一例を説明するための図、第４図は請求項１の発明に
よる方法を実施するための放射温度測定装置の他の例を
示す構成説明図、第５図は請求項２の発明による方法を
実施するための放射温度測定装置の一例を示す構成説明
図、第６図は請求項２の発明に係る放射率測定用データ
の説明図、第７図は請求項２の発明による被測定物の放
射率を求める手順の一例を説明するための図、第８図は
従来の放射温度計の放射検出ヘッドの構成説明図である
。 Ｌ　１ｌａ１１１ｂ−半球形キャビティ、２．１２−熱
放射検出器、 ３−放射検出ヘッド、１３ａ−第１放射検出ヘツド、１
３ｂ−第２放射検出ヘツト、 ４．１４−記憶演算装置、５．１５−表示装置、６．１
６　　被測定物。 特許出願人　　株式会社神戸製鋼所

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）予め、異なる既知の放射率を有し同一温度におけ
   る複数の物体それぞれにおいて、キャビティの測定孔の
   位置に熱放射検出器を配設した放射検出ヘッドと前記物
   体との測定距離を変化させて熱放射検出器の出力を測定
   し、前記既知の各放射率における測定距離と熱放射検出
   器の出力との関係を放射率測定用データとして求めてお
   き、被測定物の測温に際し、前記放射検出ヘッドと被測
   定物との測定距離を少なくとも２つの異なった距離に変
   化させて熱放射検出器の出力を測定し、この出力の変化
   と前記放射率測定用データとから被測定物の放射率を求
   め、この求めた放射率を用いて被測定物の温度を測定す
   るようにしたことを特徴とする被測定物の放射率と温度
   の測定方法。
2. （２）予め、異なる既知の放射率を有し同一温度におけ
   る複数の物体それぞれにおいて、互いに多重反射特性が
   異なるキャビティの測定孔の位置に熱放射検出器を配設
   した二つの放射検出ヘッドを用いて、各放射検出ヘッド
   と前記物体との測定距離を変化させて各熱放射検出器の
   出力を測定し、前記両放射検出ヘッドにおいて前記既知
   の各放射率における測定距離と熱放射検出器の出力との
   関係を放射率測定用データとして求めておき、被測定物
   の測温に際し、前記両放射検出ヘッドと被測定物との測
   定距離を同一にして各熱放射検出器の出力を測定し、こ
   の出力の変化と前記放射率測定用データとから被測定物
   の放射率を求め、この求めた放射率を用いて被測定物の
   温度を測定するようにしたことを特徴とする被測定物の
   放射率と温度の測定方法。