JPH06241906A - 炉内物体の放射測温法および放射測温装置 - Google Patents
炉内物体の放射測温法および放射測温装置Info
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- JPH06241906A JPH06241906A JP5053065A JP5306593A JPH06241906A JP H06241906 A JPH06241906 A JP H06241906A JP 5053065 A JP5053065 A JP 5053065A JP 5306593 A JP5306593 A JP 5306593A JP H06241906 A JPH06241906 A JP H06241906A
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- Japan
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- measured
- temperature
- radiation
- stray light
- furnace
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 遮蔽板等の補助手段を用いずに迷光雑音の影
響を除去した高精度の測温操作ができる炉内物体の放射
測温法および放射測温装置を提供する。 【構成】 被測定物体からの熱放射を2つの異なる波長
で検出し、黒体温度に対する各検出信号の特性関数f
1(T),f2(T) を温度変化補正係数C(T)を用いてC(T)・f
1(T) =f2(T) と置く。この関係を用いて各検出信号を
被測定物体が発した信号成分と迷光雑音成分との和で表
した2つの式をC(T)=1 と置いて解き、被測定物体と迷
光雑音成分の仮定の温度Ts,Twを求めてそれら各温度に
対応した補正係数C(Ts),C(Tw) を計算する。得られた計
算値を用いて前記検出信号の表現式を解くことにより被
測定物体の温度を求める。装置は、被測定物体からの熱
放射を異なる波長で分離検知する検出機構の放射温度計
3と、検出信号から前記の演算をおこなう演算装置14と
からなる。
響を除去した高精度の測温操作ができる炉内物体の放射
測温法および放射測温装置を提供する。 【構成】 被測定物体からの熱放射を2つの異なる波長
で検出し、黒体温度に対する各検出信号の特性関数f
1(T),f2(T) を温度変化補正係数C(T)を用いてC(T)・f
1(T) =f2(T) と置く。この関係を用いて各検出信号を
被測定物体が発した信号成分と迷光雑音成分との和で表
した2つの式をC(T)=1 と置いて解き、被測定物体と迷
光雑音成分の仮定の温度Ts,Twを求めてそれら各温度に
対応した補正係数C(Ts),C(Tw) を計算する。得られた計
算値を用いて前記検出信号の表現式を解くことにより被
測定物体の温度を求める。装置は、被測定物体からの熱
放射を異なる波長で分離検知する検出機構の放射温度計
3と、検出信号から前記の演算をおこなう演算装置14と
からなる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、炉内で加熱処理されて
いる被測定物体の温度を迷光雑音の影響なしに高精度で
測温することができる炉内物体の放射測温法および放射
測温装置に関する。
いる被測定物体の温度を迷光雑音の影響なしに高精度で
測温することができる炉内物体の放射測温法および放射
測温装置に関する。
【0002】
【従来の技術】放射温度計は、被測定物体の表面温度を
非接触状態で測定することができるため各種加熱炉にお
いて処理される加熱物体の温度を炉外から計測する測温
手段として汎用されている。ところが、この放射測温法
においては炉壁等の周囲環境から生じる未知の放射光が
被測定物体の表面で反射し、迷光雑音成分として測温精
度を乱す現象が発生する。
非接触状態で測定することができるため各種加熱炉にお
いて処理される加熱物体の温度を炉外から計測する測温
手段として汎用されている。ところが、この放射測温法
においては炉壁等の周囲環境から生じる未知の放射光が
被測定物体の表面で反射し、迷光雑音成分として測温精
度を乱す現象が発生する。
【0003】このような測定誤差要因となる迷光雑音の
影響を除去する手段としては、遮蔽板を用いて未知の迷
光雑音成分を除去すると共に遮蔽板から生じる既知の迷
光雑音成分を補正することを主要構成とする放射測温法
や装置が提案されている(例えば特開昭56−163428号公
報、特開昭62−282231号公報、特開平2−138836号公
報、特開平2−296121号公報等)。しかしながら、この
方法や装置による場合には遮蔽板という異物を設置する
ために炉内の状況が乱れ、特に熱風炉のような方式の炉
に適用することはできなくなる。そのうえ、遮蔽板から
発生する迷光雑音の寄与率が変動した際には新たな測定
誤差を与える難点もあった。
影響を除去する手段としては、遮蔽板を用いて未知の迷
光雑音成分を除去すると共に遮蔽板から生じる既知の迷
光雑音成分を補正することを主要構成とする放射測温法
や装置が提案されている(例えば特開昭56−163428号公
報、特開昭62−282231号公報、特開平2−138836号公
報、特開平2−296121号公報等)。しかしながら、この
方法や装置による場合には遮蔽板という異物を設置する
ために炉内の状況が乱れ、特に熱風炉のような方式の炉
に適用することはできなくなる。そのうえ、遮蔽板から
発生する迷光雑音の寄与率が変動した際には新たな測定
誤差を与える難点もあった。
【0004】特開平3−287025号公報には、この
ような問題の解消を図るために、被測定物体からの熱放
射のうち波長、偏光、測定角度のいずれかが互いに異な
る3種類の分光放射輝度信号を検出し、これら信号を被
測定物体が発した放射輝度信号成分と迷光雑音成分との
和で表した3つの式と該放射輝度信号に対応する3つの
放射率間の関係を表す独立な2つの式を解くことにより
被測定物体温度、3つの分光放射率、および周囲代表温
度を求める測温方法とその装置が提案されている。この
補正演算方式によれば遮蔽板を用いることなしに迷光雑
音の影響を除去することが可能となるが、装置構成、演
算手段等が複雑化するという問題点があった。
ような問題の解消を図るために、被測定物体からの熱放
射のうち波長、偏光、測定角度のいずれかが互いに異な
る3種類の分光放射輝度信号を検出し、これら信号を被
測定物体が発した放射輝度信号成分と迷光雑音成分との
和で表した3つの式と該放射輝度信号に対応する3つの
放射率間の関係を表す独立な2つの式を解くことにより
被測定物体温度、3つの分光放射率、および周囲代表温
度を求める測温方法とその装置が提案されている。この
補正演算方式によれば遮蔽板を用いることなしに迷光雑
音の影響を除去することが可能となるが、装置構成、演
算手段等が複雑化するという問題点があった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、被測定物体
からの熱放射を異なる2つの波長として分割検知する検
出手段と各検出信号に対応する演算手段を組み合わせる
ことにより従来技術の問題点を解消したもので、その目
的は、遮蔽板等の補助手段を用いずに迷光雑音成分の影
響を除去した高精度の測温操作をおこなうことができる
炉内物体の放射測温法および放射測温装置を提供するこ
とにある。
からの熱放射を異なる2つの波長として分割検知する検
出手段と各検出信号に対応する演算手段を組み合わせる
ことにより従来技術の問題点を解消したもので、その目
的は、遮蔽板等の補助手段を用いずに迷光雑音成分の影
響を除去した高精度の測温操作をおこなうことができる
炉内物体の放射測温法および放射測温装置を提供するこ
とにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明による炉内物体の放射測温法は、被測定物体
からの熱放射を2つの異なる波長で検出し、黒体温度に
対する各検出信号の特性関数f1(T) 、f2(T) を温度
によって変化する補正係数C(T)を用いてC(T)・
f1(T) =f2(T) とおき、この関係を用いて各検出信
号を被測定物体が発した信号成分と炉内周辺からの迷光
雑音成分との和で表した2つの式をC(T)=1と置い
て解き、被測定物体と迷光雑音成分の仮定の温度Ts 、
Tw を求めてそれら各温度に対応した補正係数C (T
s)、C (Tw)を計算し、得られた計算値を用いて前記検
出信号の表現式を解くことにより迷光雑音の影響を除去
した被測定物体の温度を求めることを構成上の特徴とす
る。
めの本発明による炉内物体の放射測温法は、被測定物体
からの熱放射を2つの異なる波長で検出し、黒体温度に
対する各検出信号の特性関数f1(T) 、f2(T) を温度
によって変化する補正係数C(T)を用いてC(T)・
f1(T) =f2(T) とおき、この関係を用いて各検出信
号を被測定物体が発した信号成分と炉内周辺からの迷光
雑音成分との和で表した2つの式をC(T)=1と置い
て解き、被測定物体と迷光雑音成分の仮定の温度Ts 、
Tw を求めてそれら各温度に対応した補正係数C (T
s)、C (Tw)を計算し、得られた計算値を用いて前記検
出信号の表現式を解くことにより迷光雑音の影響を除去
した被測定物体の温度を求めることを構成上の特徴とす
る。
【0007】また、本発明に係る炉内物体の放射測温装
置は、被測定物体からの熱放射を2つの異なる波長で分
離検知する検出機構の放射温度計と、前記放射温度計の
各検出信号から上記の放射測温法により被測定物体の温
度を求めるための演算装置とからなることを特徴とする
ものである。
置は、被測定物体からの熱放射を2つの異なる波長で分
離検知する検出機構の放射温度計と、前記放射温度計の
各検出信号から上記の放射測温法により被測定物体の温
度を求めるための演算装置とからなることを特徴とする
ものである。
【0008】
【作用】本発明による演算機構は、次のように説明する
ことができる。図2に示すように、加熱炉1の内部にあ
る被測定物体2の表面温度を炉外に設置した放射温度計
3により測定しようとすると、被測定物体の表面からは
2種類の矢印で示す被測定物体自身の放射光と炉壁の反
射光とが共に放射温度計3に入射する。この2つの波長
域λ1 、λ2 でエネルギーを検出すると、各波長域での
センサー出力m1 、m2 は近似的に次式(1) および(2)
で表わされる。
ことができる。図2に示すように、加熱炉1の内部にあ
る被測定物体2の表面温度を炉外に設置した放射温度計
3により測定しようとすると、被測定物体の表面からは
2種類の矢印で示す被測定物体自身の放射光と炉壁の反
射光とが共に放射温度計3に入射する。この2つの波長
域λ1 、λ2 でエネルギーを検出すると、各波長域での
センサー出力m1 、m2 は近似的に次式(1) および(2)
で表わされる。
【0009】 m1 =ε1 ・f1(Ts)+(1−ε1)f1(Tw) …(1) m2 =ε2 ・f2(Ts)+(1−ε2)f2(Tw) …(2) 但し、 (1)および(2) 式において、ε1 は波長域λ1 に
おける放射率、ε2 は波長域λ2 における放射率、Ts
はひ測定物体の温度、Tw は炉壁温度、f1(Ts)は温度
Ts の黒体を測定したときの波長域λ1 におけるセンサ
ー出力、f1(Tw)は温度Tw の黒体を測定したときの波
長域λ1 におけるセンサー出力、f2(Ts)は温度Ts の
黒体を測定したときの波長域λ2 におけるセンサー出
力、f2(Tw)は温度Tw の黒体を測定したときの波長域
λ2 におけるセンサー出力である。
おける放射率、ε2 は波長域λ2 における放射率、Ts
はひ測定物体の温度、Tw は炉壁温度、f1(Ts)は温度
Ts の黒体を測定したときの波長域λ1 におけるセンサ
ー出力、f1(Tw)は温度Tw の黒体を測定したときの波
長域λ1 におけるセンサー出力、f2(Ts)は温度Ts の
黒体を測定したときの波長域λ2 におけるセンサー出
力、f2(Tw)は温度Tw の黒体を測定したときの波長域
λ2 におけるセンサー出力である。
【0010】上記 (1)および (2)式において、右辺第1
項は被測定物体自身からの放射光、第2項は炉壁からの
反射光を示すが、ここで各波長での出力特性関数f
1(T) とf2(T) の間には次式(3) の関係が得られる。 f1(T) =1/C(T)・f2(T) =f(T) …(3)
項は被測定物体自身からの放射光、第2項は炉壁からの
反射光を示すが、ここで各波長での出力特性関数f
1(T) とf2(T) の間には次式(3) の関係が得られる。 f1(T) =1/C(T)・f2(T) =f(T) …(3)
【0011】但し、C(T)は温度によって変化する補
正係数で、次式(4) の関係を示す値である。 C(T)=f1(T) /f2(T) …(4)
正係数で、次式(4) の関係を示す値である。 C(T)=f1(T) /f2(T) …(4)
【0012】したがって、 (1)および(2) 式は (4)式の
関係を用いて次式(5) および(6) に書き直すことができ
る。 m1 =ε1 ・f (Ts)+(1−ε1)f (Tw) …(5) m2 =ε2 ・C (Ts)f(Ts)+(1−ε2)C (Tw)f (Tw) …(6)
関係を用いて次式(5) および(6) に書き直すことができ
る。 m1 =ε1 ・f (Ts)+(1−ε1)f (Tw) …(5) m2 =ε2 ・C (Ts)f(Ts)+(1−ε2)C (Tw)f (Tw) …(6)
【0013】(5)式を(1−ε1)で、また (6)式を(1−
ε2)C (Tw)で除すと、それぞれ次式(7) および(8) の
ようになる。
ε2)C (Tw)で除すと、それぞれ次式(7) および(8) の
ようになる。
【0014】(7)式から (8)式を引いてまとめると、次
式(9) の関係が得られる。
式(9) の関係が得られる。
【0015】したがって、ε1 、ε2 、C (Ts)、C
(Tw)が既知であれば、測定値m1 とm2 から上記 (9)
式の右辺を計算値mとして求めることができる。この場
合、f(T)は黒体炉検定から求めた校正曲線となるの
で、次式(10)により被測定物体の真温度が求められるこ
とになる。 Ts =f(-f)(m) …(10)
(Tw)が既知であれば、測定値m1 とm2 から上記 (9)
式の右辺を計算値mとして求めることができる。この場
合、f(T)は黒体炉検定から求めた校正曲線となるの
で、次式(10)により被測定物体の真温度が求められるこ
とになる。 Ts =f(-f)(m) …(10)
【0016】しかし、実際にはC (Ts)とC (Tw)は未
知であるため被測定物体の温度算出はできない。本発明
では、以下の手順により近似的なC (Ts)およびC (T
w)を求め、被測定物体の温度を演算によって求めるもの
である。 (9)式の関係において、C(T)=1とおいてm=m
* を計算し、(10)式からTs * を求める。 Ts =Ts * として (5)式の関係からf(Tw * ) =
m**を計算し、(10)式と同様にしてTw * を求める。 Ts =Ts * 、Tw =Tw * としてC (Ts)とC (T
w)を求め、 (9)および(10)式の関係からTs 算出する。
知であるため被測定物体の温度算出はできない。本発明
では、以下の手順により近似的なC (Ts)およびC (T
w)を求め、被測定物体の温度を演算によって求めるもの
である。 (9)式の関係において、C(T)=1とおいてm=m
* を計算し、(10)式からTs * を求める。 Ts =Ts * として (5)式の関係からf(Tw * ) =
m**を計算し、(10)式と同様にしてTw * を求める。 Ts =Ts * 、Tw =Tw * としてC (Ts)とC (T
w)を求め、 (9)および(10)式の関係からTs 算出する。
【0017】上記の演算機構は、各波長における出力特
性関数の関係をそれぞれの関数によって決まる補正係数
C(T)を用いて関係付けているため、検出波長の選択
が自由となり、また迷光雑音寄与率が変動しても各波長
における変化の差によってのみ影響を受けることになる
から、寄与率変動による測定誤差を受け難くなる。した
がって、炉内で加熱されている被測定物体の温度を迷光
雑音の影響を除去した正確な温度として円滑に放射測温
することが可能となる。
性関数の関係をそれぞれの関数によって決まる補正係数
C(T)を用いて関係付けているため、検出波長の選択
が自由となり、また迷光雑音寄与率が変動しても各波長
における変化の差によってのみ影響を受けることになる
から、寄与率変動による測定誤差を受け難くなる。した
がって、炉内で加熱されている被測定物体の温度を迷光
雑音の影響を除去した正確な温度として円滑に放射測温
することが可能となる。
【0018】また、本発明に係る放射測温装置によれ
ば、遮蔽板や迷光雑音源温度の測定器などの補助手段が
不要であり、1台の放射温度計を用いて測定操作をおこ
なうことができる。したがって、装置構造が簡単となる
うえ、炉の型式、方式等による適用範囲の制約を受ける
こともなくなる。
ば、遮蔽板や迷光雑音源温度の測定器などの補助手段が
不要であり、1台の放射温度計を用いて測定操作をおこ
なうことができる。したがって、装置構造が簡単となる
うえ、炉の型式、方式等による適用範囲の制約を受ける
こともなくなる。
【0019】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説
明する。
明する。
【0020】図1は本発明による放射測温装置の測定系
を示した説明図である。放射温度計3の内部には集光レ
ンズ4、5の間にチョッパー6が設置されており、被測
定物体から入射した放射光は半透鏡7により2光束に分
割されたのち、各前面に置かれた干渉フィルター8、9
により異なる波長光として検出素子10、11に入射さ
れる。12は接眼レンズである。各検出素子10、11
により検知された異なる波長の放射光はプリアンプ13
で検出信号に変換され、演算装置14に送られて上述し
た演算機構によっ迷光雑音の影響が除去された被測定物
体の温度に補正され、最終的に出力装置15に表示記録
される。
を示した説明図である。放射温度計3の内部には集光レ
ンズ4、5の間にチョッパー6が設置されており、被測
定物体から入射した放射光は半透鏡7により2光束に分
割されたのち、各前面に置かれた干渉フィルター8、9
により異なる波長光として検出素子10、11に入射さ
れる。12は接眼レンズである。各検出素子10、11
により検知された異なる波長の放射光はプリアンプ13
で検出信号に変換され、演算装置14に送られて上述し
た演算機構によっ迷光雑音の影響が除去された被測定物
体の温度に補正され、最終的に出力装置15に表示記録
される。
【0021】上記の放射測温装置を用い、検出波長域と
してλ1:3.38〜3.52μm 、λ2:3.25〜3.
85μm の2つの領域を選択して加熱炉内で加熱処理さ
れている4種類の樹脂被覆金属材の温度測定をおこなっ
た。加熱条件は、被測定物体の温度を200〜300
℃、炉壁温度が300〜400℃の範囲に設定した。得
られた各温度における放射率(ε1,ε2)および測温誤差
を表1および表2に示した。なお、測温誤差は放射率ε
1 =0.59、ε2 =0.44の一定条件における温度
差として示した。
してλ1:3.38〜3.52μm 、λ2:3.25〜3.
85μm の2つの領域を選択して加熱炉内で加熱処理さ
れている4種類の樹脂被覆金属材の温度測定をおこなっ
た。加熱条件は、被測定物体の温度を200〜300
℃、炉壁温度が300〜400℃の範囲に設定した。得
られた各温度における放射率(ε1,ε2)および測温誤差
を表1および表2に示した。なお、測温誤差は放射率ε
1 =0.59、ε2 =0.44の一定条件における温度
差として示した。
【0022】表1および表2の結果から、炉壁温度の影
響による測温誤差は2℃以内であり、迷光雑音に伴う誤
差要因は効果的に除去されていることが確認された。な
お、絶対値として生じている誤差は放射率の影響による
ものであって、炉壁温度とは無関係である。
響による測温誤差は2℃以内であり、迷光雑音に伴う誤
差要因は効果的に除去されていることが確認された。な
お、絶対値として生じている誤差は放射率の影響による
ものであって、炉壁温度とは無関係である。
【0023】
【表1】
【0024】
【表2】
【0025】
【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば補助手段
を用いずに迷光雑音成分の影響を除去して常に正確な温
度計測が可能な炉内物体の放射測温法と、この放射測温
法に有効な簡易構造の放射測温装置を提供することがで
きる。したがって、各種炉操業の温度管理に適用して極
めて有用である。
を用いずに迷光雑音成分の影響を除去して常に正確な温
度計測が可能な炉内物体の放射測温法と、この放射測温
法に有効な簡易構造の放射測温装置を提供することがで
きる。したがって、各種炉操業の温度管理に適用して極
めて有用である。
【図1】本発明による放射測温装置の測定系を示した説
明図である。
明図である。
【図2】炉内物体を放射測温する際の入射状況を示した
説明図である。
説明図である。
1 加熱炉 2 被測定物体 3 放射温度計 4 集光レンズ 5 集光レンズ 6 チョッパー 7 半透鏡 8 干渉フィルター 9 干渉フィルター 10 検出素子 11 検出素子 12 接眼レンズ 13 プリアンプ 14 演算装置 15 出力装置
Claims (2)
- 【請求項1】 被測定物体からの熱放射を2つの異なる
波長で検出し、黒体温度に対する各検出信号の特性関数
f1(T)、f2(T)を温度によって変化する補正係数C
(T)を用いてC(T)・f1(T)=f2(T)とおき、
この関係を用いて各検出信号を被測定物体が発した信号
成分と炉内周辺からの迷光雑音成分との和で表した2つ
の式をC(T)=1と置いて解き、被測定物体と迷光雑
音成分の仮定の温度Ts 、Tw を求めてそれら各温度に
対応した補正係数C (Ts) 、C (Tw)を計算し、得ら
れた計算値を用いて前記検出信号の表現式を解くことに
より迷光雑音の影響を除去した被測定物体の温度を求め
ることを特徴とする炉内温度の放射測温法。 - 【請求項2】 被測定物体からの熱放射を2つの異なる
波長で分離検知する検出機構の放射温度計と、前記放射
温度計の各検出信号から請求項1記載の方法により被測
定物体の温度を求めるための演算装置とからなる炉内物
体の放射測温装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5053065A JPH06241906A (ja) | 1993-02-18 | 1993-02-18 | 炉内物体の放射測温法および放射測温装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5053065A JPH06241906A (ja) | 1993-02-18 | 1993-02-18 | 炉内物体の放射測温法および放射測温装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06241906A true JPH06241906A (ja) | 1994-09-02 |
Family
ID=12932436
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5053065A Pending JPH06241906A (ja) | 1993-02-18 | 1993-02-18 | 炉内物体の放射測温法および放射測温装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06241906A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002303513A (ja) * | 2001-01-30 | 2002-10-18 | Fujitsu Ltd | 観測装置 |
| CN115667865A (zh) * | 2020-05-20 | 2023-01-31 | 浜松光子学株式会社 | 热辐射光检测装置及激光加工装置 |
-
1993
- 1993-02-18 JP JP5053065A patent/JPH06241906A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002303513A (ja) * | 2001-01-30 | 2002-10-18 | Fujitsu Ltd | 観測装置 |
| CN115667865A (zh) * | 2020-05-20 | 2023-01-31 | 浜松光子学株式会社 | 热辐射光检测装置及激光加工装置 |
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