JPH0579920A - 二色放射測温法および二色放射温度計 - Google Patents

二色放射測温法および二色放射温度計

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JPH0579920A
JPH0579920A JP3087205A JP8720591A JPH0579920A JP H0579920 A JPH0579920 A JP H0579920A JP 3087205 A JP3087205 A JP 3087205A JP 8720591 A JP8720591 A JP 8720591A JP H0579920 A JPH0579920 A JP H0579920A
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JP
Japan
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emissivity
1max
1min
spectral
temperature
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JP3087205A
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English (en)
Inventor
Tomio Tanaka
富三男 田中
Takashi Ohira
尚 大平
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Nippon Steel Corp
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Nippon Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、鉄鋼業等の工業プロセスなどで電
気的、光学的等の雑音があっても誤差の小さな放射測温
方法及び装置を提供する。 【構成】 2つの異なる波長帯域で分光放射輝度信号を
検出する放射計検出器、該放射輝度信号から被測定物体
の温度を計算する演算処理装置、演算のためのパラメー
タ等を入力する入力部、演算結果を出力する出力部より
なる。演算処理装置は、第一の放射率ε1 に対する第二
の放射率ε2 の関係を ε2 =R・ε1min 0<ε1 <ε1min ε2 =R・ε1 ε1min<ε1<ε1max ε2 =R・ε1max ε1max<ε1 <1 として、演算を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、鉄鋼業等のプロセス
で、或いは大学等における実験研究の場において物体の
温度を非接触で測定するための放射測温技術に関する。
【0002】
【従来の技術】放射温度計は非接触で物体の温度を測定
できるため高温物体、高速移動物体等の温度を測定する
手段として産業、学術研究の幅広い分野で利用されてい
る。しかしながら、従来から最も多用されている単色放
射温度計は放射率が変動する物体への適用においては放
射率設定値と物体の真の放射率の差による温度測定誤差
が大きくなるという問題があった。
【0003】一方、ふたつの異なる波長帯域における分
光放射率間に比例関係を仮定して物体の温度を測定しよ
うとする二色放射温度計は、単色温度計の代替手段とし
て広く用いられており、第1の分光放射率ε1 と第2の
分光放射率ε2 の間に単純な比例関係 ε2 =R・ε1 …(1) を適用して物体の温度を求めている。
【0004】しかしながら、この方法ではアルミニウム
など放射率の低い物体の測定時に分光放射輝度信号に雑
音が混入したりした場合や、測定温度範囲下限近くでの
測定時に信号がドリフトした場合などに実際にはありえ
ないほど低い放射率値を求めてしまい結果として異常に
大きな測温誤差を生じてしまう状況が発生することがあ
ったり、反対に異常に高い放射率値を求めた結果大きな
測温誤差を生じてしまうことがある。さらに、じっさい
の工業プロセスで遭遇する測定対象物体のように、2つ
の真の放射率が(1)式で表される関係からずれた場合
にも同様に大きな測定誤差を生じてしまうことが多々有
り、重大な問題となっている。
【0005】これは、第1、第2の放射率に物理的ある
いは現実的に認められる制限範囲を条件としてつけてい
ないために生じる問題であって、工業プロセス等におけ
る測定上重大な問題となっている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、放射率に物
理的あるいは現実的に認められる制限範囲を設定するこ
とによって、前述したような測定誤差を発生することの
ない二色放射測温法及び二色放射温度計を提供すること
を目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、異なる波長帯
域における二つの分光放射率に対し、第一の分光放射率
ε1 と第2の分光放射率ε2 の間の関係式を ε2 =R・ε1min 0≦ε1 <ε1min ε2 =R・ε1 ε1min≦ε1<ε1max ε2 =R・ε1max ε1max≦ε1 ≦1 ただし、ε1min:第1の分光放射率の最小設定値 ε1max:第1の分光放射率の最大設定値 R :定数(放射率比) として、対応するふたつの分光放射輝度信号から物体の
温度を測定することを特徴とする二色放射測温法であ
る。
【0008】さらに本発明は、異なるふたつのスペク
トル帯域において分光放射輝度を検出する二色型放射計
検出器と、該放射計検出器から伝送された該分光放射
輝度信号とそれらに対応する分光放射率間の関係式を ε2 =R・ε1min 0≦ε1 <ε1min ε2 =R・ε1 ε1min≦ε1<ε1max ε2 =R・ε1max ε1max≦ε1 ≦1 ただし、ε1min:第1の分光放射率の最小設定値 ε1max:第1の分光放射率の最大設定値 ε1min<ε1max として、物体の温度を計算する演算処理装置と、該放
射計検出器の黒体炉校正曲線と前期第項の関係式を表
す係数R,ε1m in,ε1maxを入力する手段と、計算に
よって得られた温度値を出力するための手段とを具備す
ることを特徴とする二色放射温度計である。
【0009】
【作用】物体からの熱放射のうち異なる波長帯域(中心
波長λ1 ,λ2 )における分光放射輝度(L1 ,L2
を検出したとする。分光黒体放射輝度をウィーンの式 Lb (λ、T)=K・exp(−C2 /λ・T)…(2) ただし、 K :定数 C2 :放射の第2定数(=14,388(μm・K)) λ :検出波長(μm) T :温度(K) で表すと(L1 ,L2 )はそれぞれ L1 =ε10・K1 ・exp(−C2 /λ1 ・T0 )…(3) L2 =ε20・K2 ・exp(−C2 /λ2 ・T0 )…(4) と表せる。
【0010】ただし、ε10,ε20:真の分光放射率 T0 :真の温度 真の温度も放射率も不明な状態で、物体の仮定温度をT
とすると(3),(4)式と同様に L1 =ε1 ・K1 ・exp(−C2 /λ1 ・T)…(5) L2 =ε2 ・K2 ・exp(−C2 /λ2 ・T)…(6) が成立する。
【0011】 ただし、ε1 ,ε2 :見かけの分光放射率 T0 :仮定の温度 (3)〜(6)式を整理すると仮定の温度Tを変化させ
たときの見かけの放射率と真の放射率の関係が次式のよ
うに求まる。
【0012】ε2 =ε20・(ε1 /ε10)…(7) 図1は真の放射率(ε10,ε20)が変化したとき、
(7)式で表される見かけの放射率(ε1 ,ε2 )間の
関係を示した曲線群である。
【0013】ある測定値(L1 ,L2 )が得られ、その
ときの真の放射率が図1中○印であったとする。このと
き仮定温度Tが真温度T。に等しければ(5),(6)
式で求められる見かけの放射率は真の放射率に等しく、
仮定温度が真の温度より低ければ見かけの放射率は曲線
に沿って右上方向に移動し、また仮定温度が真の温度よ
り高ければ見かけの放射率は曲線に沿って左下方向に移
動しついには原点(0,0)に達する(T=∞)。
【0014】さて、従来の二色放射測温法で用いられて
いる(1)式の関係式を、図1に示した見かけの放射率
間の関係を示す曲線群とあわせて示したのが図2であ
る。前述したのと同様にある測定値(L1 ,L2 )が得
られ、そのときの真の放射率が図2中●印で表され
(1)式で表される二色放射測温法の仮定を満足してい
るとする。このとき仮定温度Tが真温度T。に等しいと
きに(5),(6)式で求められる見かけの放射率は真
の放射率に等しくかつ(1)式を満足するために解とし
て求めることができる。これが、従来の二色放射測温法
の原理である。
【0015】●印で表される真の放射率をもつ物体から
の信号を測定中に、電気的、光学的等なんらかの雑音が
混入したためにL1 が32%低めに測定されたとする
と、そのときの見かけの放射率は▲印で表される点に移
動する。したがって、従来の二色法で得られる解は、▲
印を通る(7)式に対応する曲線と、原理式(1)の表
す直線との交点として■印の点となる。図中■印の点の
放射率は真の放射率の点●よりもかなり小さく実際には
ありえない程小さな値を与えるため、得られる温度値は
真の温度よりも極めて高い値にならざるをえない。
【0016】また、逆に真の放射率が高いときに分光放
射輝度信号に雑音が混入したような場合にも、実際には
ありえないほど高い放射率値と、真の温度よりもかなり
低めの温度値が得られる場合がある。
【0017】このように、実際にはありえないような放
射率値(例えば0.003とか、0.999といった異
常に低すぎたり高すぎたりする値)と、したがって大き
な誤差を含む温度測定値が得られるのは、従来の二色測
温法が単純に数学的な原理式(1)を用いているために
生じるからであり、現実の物体において認められる放射
率の変動範囲を考慮していないことに起因する。
【0018】本発明の方法では、放射率の変動範囲に現
実の物体において認められる限界値を設定することによ
り、そのような測定誤差をなくすことができる。すなわ
ち、例えば鉄鋼プロセスの一つである連続焼鈍炉内にお
ける冷延鋼板を測定することを考える。鋼板は炉内にお
いて酸化されるため放射率は、0.2程度から0.85
程度まで変化するので ε2 =R・0.20 0≦ε1 <0.20 ε2 =R・ε1 0.20≦ε1 <0.85 ε2 =R・0.85 0.85≦ε1 ≦1 として、測定を行えば従来法の欠点を除去することがで
きる。もちろん放射率比Rは測定対象にあわせて適宜最
適な値に調整すればよいことは従来法と同じである。
【0019】このようにすると、前述したように分光放
射輝度信号に雑音が混入したときでも異常に低すぎたり
高すぎたりする放射率値を誤ってもとめることがなく、
測温誤差のより小さい計測が可能となる。図2で示した
ものと同様な条件のもとでの例を図3を使って示す。
【0020】●印で表される真の放射率をもつ物体から
の信号を測定中に、電気的、光学的等なんらかの雑音が
混入したためにL1 が32%低めに測定されたとする
と、そのときの見かけの放射率は▲印で表される点に移
動する。いま、第一の放射率の設定値ε1min、ε1max
それぞれ0.35,0.8であったりすると、本発明の
方法では放射率の下限値が設定されているため、放射率
の解は○印で示された点として得られ、したがって従来
法に比べて格段に誤差の小さな測定が可能になる。
【0021】
【実施例】図4に本発明の方法による測温装置の構成例
を示す。放射計検出器1は異なる波長における2つの分
光放射輝度信号を検出し、それらは、演算処理装置2に
伝送される。演算処理装置は2つの分光放射輝度信号
と、あらかじめキーボード等の入力部3よりインプット
された諸パラメタを用いて演算を行い物体の温度を計算
し、出力部4より計算結果を出力する。放射計検出器1
は、例えば異なる波長帯域の光を透過させる干渉フィル
ターを2枚用いて分光し、透過してきた光を検出するた
めの検出器を2個用いれば容易に構成できる。
【0022】図5は、表面処理鋼板の温度測定に応用し
たときの2つの放射率間の関係を示した図である。波長
2.2μm、及び1.6μmにおける分光放射率間の関
係は、波長2.2μmの放射率が0.13から0.7ま
での範囲ではほぼ比が1.0の比例関係とみなすことが
でき、したがって波長2.2μm、及び1.6μmにお
ける分光放射率をそれぞれε1 ,ε2 とすれば ε2 =0.35 0≦ε1 <0.35 ε2 =ε1 0.35≦ε1 <0.80 ε2 =0.80 0.80≦ε1 ≦1 と表すことにより雑音信号等による測定誤差の小さな温
度測定を行うことができた。
【0023】
【発明の効果】本発明によれば、被測定物体の放射率変
動範囲を現実的なものに限定して演算し、誤差の小さな
温度測定が可能となる。電気的、光学的検出信号に雑音
信号が混入する危険性の大きい工業プロセス等における
放射温度測定にあたっては、本発明による方法および装
置を使用することによって、非現実的に低すぎたり、あ
るいは高すぎる放射率値を求める誤りを防ぐことができ
経済的な効果は大なるものがある。
【図面の簡単な説明】
【図1】見かけの放射率間の関係を示した図である。
【図2】従来の二色放射測温法の解の求めかたを示した
図である。
【図3】本発明の方法による解の求めかたを示した図で
ある。
【図4】本発明による測温装置構成例を示した図であ
る。
【図5】本発明による分光放射率間の関係例を示した図
である。
【符号の説明】
1 放射計検出器 2 演算処理装置 3 演算用パラメタ入力部 4 演算結果等の出力部
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成3年9月12日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項1
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項2
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0011
【補正方法】変更
【補正内容】
【0011】 ただし、ε ,ε :見かけの分光放射率 :仮定の温度 (3)〜(6)式を整理すると仮定の温度Tを変化させ
たときの見かけの放射率と真の放射率の関係が次式のよ
うに求まる。
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0012
【補正方法】変更
【補正内容】
【0012】 ε2 =ε20(ε1 /ε10 λ1/λ2 …(7) 図1は真の放射率(ε10,ε20)が変化したとき、
(7)式で表される見かけの放射率(ε1 ,ε2 )間の
関係を示した曲線群である。
【手続補正5】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0020
【補正方法】変更
【補正内容】
【0020】●印で表される真の放射率をもつ物体から
の信号を測定中に、電気的、光学的等なんらかの雑音が
混入したためにL が32%低めに測定されたとする
と、そのときの見かけの放射率は▲印で表される点に移
動する。いま、第一の放射率の設定値ε1min、ε
1maxがそれぞれ0.35,0.8であったとする
、本発明の方法では放射率の下限値が設定されている
ため、放射率の解は○印で示された点として得られ、し
たがって従来法に比べて格段に誤差の小さな測定が可能
になる。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 異なる波長帯域における二つの分光放射
    率に対し、第一の分光放射率ε1 と第2の分光放射率ε
    2 の間の関係式を ε2 =R・ε1min 0≦ε1 <ε1min ε2 =R・ε1 ε1min≦ε1<ε1max ε2 =R・ε1max ε1max≦ε1 ≦1 ただし、ε1min:第1の分光放射率の最小設定値 ε1max:第1の分光放射率の最大設定値 R :定数(放射率比) として、対応する二つの分光放射輝度信号から物体の温
    度を測定することを特徴とする二色放射測温法。
  2. 【請求項2】 異なる二つのスペクトル帯域において分
    光放射輝度を検出する二色型放射計検出器と、 該放射計検出器から伝送された該分光放射輝度信号とそ
    れらに対応する分光放射率間の関係式を ε2 =R・ε1min 0≦ε1 <ε1min ε2 =R・ε1 ε1min≦ε1<ε1max ε2 =R・ε1max ε1max≦ε1 ≦1 ただし、ε1min:第1の分光放射率の最小設定値 ε1max:第1の分光放射率の最大設定値 ε1min<ε1max として、物体の温度を計算する演算処理装置と、 該放射計検出器の黒体炉校正曲線と前期第項の関係式
    を表す係数R,ε1min,ε1maxを入力する手段と、 計算によって得られた温度値を出力するための手段とを
    具備することを特徴とする二色放射温度計。
JP3087205A 1991-03-28 1991-03-28 二色放射測温法および二色放射温度計 Withdrawn JPH0579920A (ja)

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