JPH07260581A

JPH07260581A - 連続熱処理されている金属帯の温度測定方法

Info

Publication number: JPH07260581A
Application number: JP6049188A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Matsumoto; 健松本; Saburo Kobayashi; 三郎小林
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 1994-03-18
Filing date: 1994-03-18
Publication date: 1995-10-13

Abstract

(57)【要約】【目的】連続熱処理されている金属帯の温度を非接触
でかつ高精度で測温する。【構成】連続焼鈍炉１内で連続熱処理されている金属
帯４が放射する電磁波の輝度をスペクトロメータ８によ
って複数の異なる波長について測定し、各波長に対応す
る電磁波の輝度のうち任意の２つの異なる波長をλ₁ ，
λ₂ に対応する電磁波の輝度Ｉ（λ₁ ），Ｉ（λ₂ ）に
よって２色温度を演算し、この操作を複数回繰返して複
数の異なる２色温度を求め、複数の２色温度を平均して
金属帯４の温度とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、連続熱処理されている
金属帯の温度を測定する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】金属帯の製造工程においては、連続熱処
理が必要であり、その温度は連続熱処理される金属帯の
品位が決定される上で重要である場合が多く、正確な温
度を測定する必要がある。その方法を大別すると、熱電
対などを直接に測温対象に接触させる接触式温度計と、
測温対象から放射される電磁波に基づいて放射温度を測
定する非接触式温度計とが周知であり、金属帯の測温に
は、接触傷を防止するために、金属帯から放射される電
磁波を検出する非接触式温度計が多用されている。

【０００３】このような非接触式の放射温度計とは、測
温対象が放射する光のうち特定の波長の光だけを取込ん
で光電変換素子に導き、その光の強さを電流などの出力
に変換し、この出力に基づいて温度を換算して求めるよ
うに構成されている。放射温度計としては、単色温度
計、放射率補正機能を有する単色温度計および２色温度
計がある。

【０００４】前記単色温度計は、測温対象が放射する光
のうちある特定の波長の光をとらえ、その強度から温度
を算出するものであり、その測温手順に従って述べる
と、（１）検出波長における測温対象の放射率を知り、
あるいは推定して、その値を演算装置にインプットして
おき、（２）測温対象から放射される光を取込み、
（３）フィルタなどによって検出波長の光だけを光電変
換素子に導き、この素子から光の強度に応じた出力を導
出させ、（４）この出力を輝度に換算し（輝度に換算し
ないこともある）、（５）（４）の結果と前記（１）で
インプットされた放射率とによって温度を算出するよう
に構成されている。

【０００５】測温対象が黒体の場合、その物体は温度に
応じた分光放射輝度を放射する。その分光放射輝度のう
ち、ある１つの波長の輝度Ｉ_b （λ）は温度の関数であ
るため、（３）の素子出力から（４）の輝度Ｉ_b （λ）
を換算できるならば温度を算出することができる。ま
た、輝度Ｉ_b （λ）を換算しなくてもよい方法として、
測温対象が放つ光を黒体放射であるとし、いくつかの温
度における光を測定し、その温度と得られた出力との関
係を検量線として保持しておけば、他の被測温物体が黒
体であれば、その温度の決定が可能である。

【０００６】また測温対象が黒体ではなく、一般の物体
の場合は、同一温度であっても分光放射輝度は黒体に比
べて低い。このような黒体と一般の物体との各分光放射
輝度の比を放射率と言い、Ｉ（λ）＝ε（λ）×Ｉ_b
（λ）となる。したがって放射率ε（λ）が既知であれ
ば、波長λに対する電磁波の分光放射輝度Ｉ（λ）を測
定すれば、黒体換算して温度を算出することが可能であ
る。したがってこの単色温度計については、検出波長に
おける測温対象の放射率が既知であることが前提であ
り、前述したようにその放射率を予めインプットしてお
く必要があるのであるが、しかしそれが実際には不可能
なのである。

【０００７】たとえば測温対象がサンプルというラボテ
ストである場合は、サンプルに熱電対を直接に取付ける
ことによって測温対象の真の温度と考えられる値を測定
し、その温度を単色温度計に表示させるような放射率を
インプットしておくことによって、サンプルの放射率を
逆に求め得るが、しかしこの場合の測温は熱電対が行っ
ているのであり、単色温度計は放射率計として機能した
に過ぎない。

【０００８】特に連続熱処理ラインに通板される金属帯
に関しては、熱電対による連続測温が一般に困難である
ため、この放射率はこの手法では決定することができ
ず、したがって同一材料をサンプルとして用いるラボテ
ストを行って、実操業中のラインでの値を推定するので
あるが、ラボテストで得られた値が実際にラインに通板
される金属帯の放射率に等しいことを確かめることがで
きない。また、実操業中で連続熱処理ラインに通板され
ている金属帯に熱電対を取付けて連続的に測温すること
は不可能であり、このような測温が可能であれば、放射
温度計を用いる意味がなくなってしまう。要するに、連
続熱処理ラインに通板される金属帯に関しては、その放
射率は前述したサンプルによるラボテストという手法で
は決定しにくい上に、特に新しい成分や新しい表面仕上
げの材料などを通板し始めたときには、以前に用いてい
た放電率の値、それもラボテストによる放射率の値を踏
襲してよいという根拠がなく、したがって放射率を適当
に仮定せざるを得ず、その結果、仮定の精度が測温精度
を決定してしまう。

【０００９】さらに測温対象となる金属帯の放射率は、
各種の要因に依存している。たとえば熱処理炉の炉内雰
囲気の変化は、材料の表面酸化物の組成を変化させ、ひ
いては光の放射特性を変化させてしまう。また熱処理の
前の圧延ロールの肌によっても変化する可能性がある。
したがって、単色温度計を用いるには、こうした周辺の
操業条件の変動に注意しなければならないのであるが、
放射特性に影響する条件と、しない条件とを明確に区分
することはほとんど不可能であり、測温結果と熱電対な
どによる測温結果とを照合せざるを得なくなってしま
う。

【００１０】次に、放射率補正機能を有する単色温度計
を用いた場合には、前記単色温度計に関連して述べたよ
うに、単色温度計の測温精度の向上は、検出波長での放
射率を仮定する精度の向上によって達成されるべきであ
るため、こうした放射率の仮定精度の向上を図るために
複数の単色温度計を用いて測温対象の放射率と温度測定
とを同時に行う技術が提案されているけれども、測温対
象の放射率に関する予備知識、予想および仮定を設ける
必要があり、したがって熱放射特性の事前把握が必要な
ことから、予め調査した放射特性が通板中の材料の放射
特性と必ず一致するか否かは不明であり、この意味で前
記単色温度計を用いて放射率を仮定する温度測定方法と
何ら相違していない。

【００１１】さらに前記２色温度計とは、ある２つの波
長の輝度の比は温度の関数であるため、この比を検出し
て温度に換算する装置である。たとえば測温対象が放射
率ε＝０．４の一般の物体であるとしたとき、その分光
放射輝度の分布曲線は、同一温度の黒体（ε＝１．０）
の０．４倍となる。２波長をλ₁ ，λ₂ とし、黒体の場
合、輝度の比はＩ_b （λ₂ ）／Ｉ_b （λ₁ ）となる。ま
た放射率ε＝０．４の一般の物体においても、その輝度
比はＩ（λ₂ ）／Ｉ（λ₁ ）＝０．４・Ｉ_b （λ₂ ）／
０．４・Ｉ_b （λ₁ ）＝Ｉ_b （λ₂ ）／Ｉ_b （λ₁ ）と
なり、黒体と同一の結果を得る。さらに、この比は温度
によって変わる温度の関数である。したがって、測温対
象が一般の物体であれば放射率εの値に拘わらず、この
比を検出することにより温度換算が可能である。

【００１２】次に、２波長λ₁ ，λ₂ の輝度から温度を
換算する方法について説明する。温度が未知である物体
に対し、それが放つ分光放射輝度の分布のうち波長λ
₁ ，λ₂ における輝度Ｉ（λ₁ ），Ｉ（λ₂ ）を測定
し、放射率ε（λ₁ ），ε（λ₂）が既知であれば、ウ
ィーンの式から導かれる次式によって温度Ｔを算出する
ことができる。

【００１３】

【数２】

【００１４】すなわち、波長の比λ₁ ／λ₂ 、放射率の
比ε（λ₂ ）／ε（λ₁ ）、光の輝度の比Ｉ（λ₁ ）／
Ｉ（λ₂ ）などから温度を算出し得る。また、λ₁ ，λ
₂ は自らが２枚の色フィルターなどを選定して素子に取
り込む波長であり、値は既知であり、２つの輝度Ｉ（λ
₁ ），Ｉ（λ₂ ）は素子出力から求めることができる。
しかし問題は放射率εの値であり、未知であるため、し
たがってこの式からは温度Ｔを求めることができない。
けれども、その物体が灰色体であれば、すなわちε（λ
₁ ）＝ε（λ₂ ）であれば式１からεの項がなくなった
次式となり、温度Ｔの算出が可能となる。

【００１５】

【数３】

【００１６】このように検出に用いる２波長で測温対象
の放射率が同一であると仮定（灰色体仮定という）して
測温を行っているのが２色温度計であるが、２波長があ
る程度近い場合は、灰色体であることが期待できるけれ
ども、その間隔が離れすぎると灰色体でなくなるかもし
れないから、２色温度を演算して求めても、その温度は
実際の温度と異なったものになってしまう。しかも灰色
体であることを理論的に期待し得る波長間隔が次元（μ
ｍ，ｎｍ，…）の段階で明確ではない。

【００１７】そこで、前記２波長の間隔を極力接近させ
ることが容易に考えられるけれども、このような波長間
隔を近付けすぎると、両波長における輝度がほとんど同
一になってしまい、その差は輝度の検出に伴う誤差の範
囲に含まれてしまう。この場合、光の輝度Ｉ（λ₁ ）と
Ｉ（λ₂ ）とは測定結果としてどちらが大きくなるか明
確ではない。Ｉ（λ₁ ）≒Ｉ（λ₂ ）である。しかし、
λ₁ ＜λ₂ としてＩ（λ₁ ）とＩ（λ₂ ）の比が１より
大きいか小さいかが変化すると、算出される温度は全く
違ったものになってしまい、要するに測定２波長が近す
ぎると、測温精度は著しく低下してしまう。

【００１８】上述のように、２波長は離れすぎても、近
すぎても問題があるわけで、市販品の２色温度計の検出
２波長の間隔Δλは１００〜２００ｎｍ程度となってお
り、±１０℃程度の真温度に近い温度を検出することが
できるのであるが、稀に実温度よりも＋８０℃高い温度
を検出する場合があり、このような誤検出を生じるため
に信頼性がきわめて低下してしまうという問題を有す
る。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】上記で述べたことを総
括すると、単色温度計は、構成が簡単で、放射温度計の
基本形といえるけれども、予めインプットすべき測温対
象の放射率が既知でなければならないという課題があ
る。また２色温度計はある波長区間において物体の放射
率が一定であることを前提としなければならないが、こ
れも単なる仮定にすぎないという課題を有する。

【００２０】したがって本発明の目的は、測定対象の放
射率を仮定することなしに真温度に近い温度を得ること
ができる連続熱処理されている金属帯の温度測定方法を
提供することである。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明は、連続熱処理さ
れている測温対象が放射する電磁波の分光放射輝度をス
ペクトロメータなどの装置を用いて複数の異なる波長に
ついて測定し、前記複数の分光放射輝度のうち、任意の
２つの異なる波長λ₁ ，λ₂ に対応する分光放射輝度Ｉ
（λ₁ ），Ｉ（λ₂ ）から、２色温度Ｔを、Ｃを光速と
し、ｈをプランク常数として、次式によって演算して求
め、

【００２２】

【数４】

【００２３】前記任意の２つの異なる波長λ₁ ，λ₂ の
うち、少なくともいずれか一方が異なる２波長の対を複
数選定して、これらの複数対の２波長について上記の式
（１）によってそれぞれ２色温度を求め、こうして求め
られた複数の２色温度の平均値を演算して求めることを
特徴とする連続熱処理されている金属帯の温度測定方法
である。

【００２４】

【作用】本発明に従えば、連続熱処理されている金属帯
が放射する電磁波の分光放射輝度がたとえばスペクトロ
メータなどの計測器によって複数の異なる波長毎につい
て測定され、各波長に対応する輝度のうち任意の２つの
異なる波長λ₁ ，λ₂ に対応する輝度Ｉ（λ₁ ），Ｉ
（λ₂ ）によって２色温度Ｔを演算して求め、このよう
な２つの異なる波長λ₁ ，λ₂ に対応する輝度Ｉ（λ
₁ ），Ｉ（λ₂ ）から２色温度を求める操作を、異なる
複数対の２波長について複数回行って、複数の２色温度
を求め、前記複数の２色温度の平均値を演算することに
よって前記金属帯の温度が求められる。なお、前記複数
対の２波長は、少なくともいずれか一方、換言すると、
いずれか一方または両方の異なる２波長の対を選定して
いる。

【００２５】このようにして測温対象である金属帯の放
射率が未知であっても、単一の計測器を用いて高精度で
金属帯の温度を求めることができる。以下の説明では、
本発明に係る温度計を、多色温度計と称することにす
る。

【００２６】

【実施例】図１は、本発明の一実施例の連続熱処理され
ている金属帯の温度測定方法が実施される連続焼鈍炉１
の簡略化した断面図である。この連続焼鈍炉１の側壁に
は、内方に向けて火炎を放射する複数のバーナ３が金属
帯４の通板方向Ａに沿って間隔をあけて上下２段に設け
られている。この金属帯４は、たとえばステンレス鋼帯
である。このような炉１内に金属帯４が通板されて、複
数のサポートロール５に支持されながら加熱されて焼鈍
処理される。なお、以下の説明では、光のスペクトル強
度分布を分光放射輝度とし、ある波長の光の強さを輝度
と述べることとする。

【００２７】炉１の出口６付近には２色温度計７が設け
られ、炉１の出口６から出た直後の金属帯４の温度が検
出され、その温度が図示しないペンレコーダなどに記録
される。また前記２色温度計７に近接してスペクトロメ
ータ８が設けられ、このスペクトロメータ８によって測
定された分光放射輝度情報が演算処理装置９に入力され
て演算処理され、金属帯４の温度が求められる。

【００２８】前記２色温度計７は、これによって測定さ
れる温度と前記スペクトロメータ８によって測定された
温度とを比較するために設けられており、この比較結果
は図２に示される。すなわち、前記２色温度計７による
測定温度の指示値は、参照符Ｌ１として、その推移は連
続的に示され、スペクトロメータ８による測定温度の指
示値は参照符Ｌ２での「○」で示され、両者はよく一致
している。

【００２９】このようなスペクトロメータ８と演算処理
装置９とによって多色温度計１０を構成するものとし、
以下に多色温度計１０による温度測定方法について説明
する。

【００３０】まず、前述したスペクトロメータ８につい
て説明する。このスペクトロメータ８には、回折格子が
固定で複数の光電変換素子を備えるもの８ａと、回折格
子が回転し、単一個の光電変換素子を備えるもの８ｂと
がある。本発明者が用いた多素子タイプのスペクトロメ
ータ８ａは、可視光の波長４００〜８００ｎｍを１０２
４個の光電変換素子によって受光するように構成されて
おり、各素子毎に走査して各出力を取出し、１素子の出
力の取出しには、約１．５μｓｅｃしか要しないので、
全素子１０２４個を一走査するのに、約１．５秒ｍｓｅ
ｃで完了する。完了後はただちに次の走査に入るので、
ほとんど連続的に光のスペクトルを観測することができ
る。

【００３１】一方、１素子タイプのスペクトロメータ８
ｂも、本発明者は用いたが、これは回折格子の回転角度
に応じた波長の光が光電変換素子に受光されるように構
成され、可視光の波長３８０〜７６０ｎｍを約２分で観
測することができる。回折格子の角速度が速いと、検出
能力が低下するために、前記多素子タイプのスペクトロ
メータ８ａのように瞬間的な測定を行うことができない
上、測定完了後に前記回折格子を初期位置に復帰させる
必要があるために、２〜３分に１度の断続的な測定は可
能である。本件発明者は、前記１素子タイプのスペクト
ロメータ８ｂを用いて黒体炉で観測を行った。その結果
を実験例１として以下に説明する。

【００３２】実験例１この実験では、前述したように、１素子タイプのスペク
トロメータ８ｂを用い、真温度を得るために黒体炉内に
は熱電対が挿入されており、９００℃で実験を行った。
なお、前記スペクトロメータ８ｂは、測定した分光放射
輝度の絶対値を出力するものである。

【００３３】本実験例で注意すべきは、黒体炉がプラン
ク式どおりの充分な精度で理論黒体放射しているか否か
が不明であり、したがって黒体炉の黒体としての精度が
不明であること、スペクトロメータ８ｂが光の輝度の絶
対値を出力し得るものとされているが、その絶対値の精
度が不明であることである。したがって、黒体炉の黒体
としての精度とスペクトロメータ８ｂの光の輝度の絶対
値の精度とを互いに検証し合う必要がある。以下に図３
のフローチャートを参照しながら説明する。分光放射輝
度とは、単位面積の黒体面が、単位時間当たり単位立体
角当たりに放射する光の強さであり、その単位は、Ｗ／
ｍ² ｍｓｒである。半球はπｓｒであるから、黒体の分
光放射輝度は、プランク式をπで割ったものになる。

【００３４】まず、ステップａ１で、スペクトロメータ
８ｂによって黒体炉を観測し、分光放射輝度を図４に示
されるようにグラフ上のプロット点として得た。ここ
で、横軸は波長〔ｎｍ〕であり、縦軸は〔Ｗ／μｍ² ｓ
ｒ〕である。測定した波長は４５０〜７６０ｎｍとし、
５ｎｍピッチで測定を行った。

【００３５】ステップａ２で、黒体炉は熱電対によって
９００℃であることがわかっているので、プランクの式
から９００℃の黒体の分光放射輝度を演算して求め、ス
テップａ１で、プロットした図４のグラフ上に曲線Ｌ３
として上書きする。ここで、プロット点と曲線Ｌ３とは
一致すべきであるが、一致しても両者の精度がよいと判
断することはできない。なぜなら、たとえば黒体炉の実
際の放射率が０．８しかなく、スペクトロメータ８ｂが
実際の光の輝度の１．２５倍として出力するなどの偶然
の一致によって、スペクトロメータ８ｂで求めたプロッ
ト点とプランク式から求めた分光放射輝度とが一致して
正しいという結果を得てしまう可能性があるからであ
る。なお、黒体炉に限らず、物体の放射率が１を超える
ことは理論上あり得ない。

【００３６】次にステップａ３に移り、スペクトロメー
タ８ｂによる測定結果Ｐとプランク式の計算結果Ｌ３と
の一致・不一致を確認するために、両者の比を算出し
て、図６のラインＬ４で示されるように放射率を得る。
この比の値（ステップａ１の測定結果÷ステップａ２の
計算結果）は、測温対象、すなわち黒体炉の分光放射率
にほかならない。ここで、分母となるプランク式による
計算結果に関しては、熱電対が±２℃でほぼ正しいた
め、プランク式で算出された分光放射輝度はほぼ正しい
けれども、分子であるスペクトロメータ８ｂによる測定
結果の精度は、このスペクトロメータの精度に依存して
いるので、仮にスペクトロメータの精度がよいならば、
測温対象の分光放射率が判明し、これによって、該黒体
炉の黒体性（ラインＬ４が１．０で水平か否か）も判明
する。さて、このグラフを見ると、約５５０ｎｍ以下で
は放射率が１を超えている。したがってこの波長領域に
は、スペクトロメータの精度が悪く、入射光の輝度を実
際以上であると出力していることがわかる。

【００３７】一方、５５０ｎｍ以上では、黒体炉の放射
率がほぼ１として算出されている。この波長領域に関し
ては、次の２つの解釈が成り立つ。すなわち（１）黒体炉は理論黒体放射どおりの光のスペクトルを
放射しており、したがって黒体炉としての精度が高く、
またスペクトロメータもその分光放射輝度を精度よく測
定しており、その結果、黒体炉の分光放射率をほぼ１と
検出した。

【００３８】（２）黒体炉の実際の放射率がたとえば
０．８で、スペクトロメータが実際の光の輝度の１．２
５倍として出力するなどの偶然の一致によって黒体炉の
分光放射率をほぼ１と検出した。

【００３９】本件発明者は、この実験を９００℃以外に
も８００℃〜１３００℃の範囲で、数種の温度レベルで
行い、（１）であると考えるに至った。すなわちステッ
プａ４である。

【００４０】ステップａ５に移り、前記ステップａ１で
得た分光放射輝度Ｉ（λ）が正しいならば、そのデータ
Ｐを用いて２色温度を演算して求めることが可能であ
る。したがって、測定された波長領域の多くの輝度Ｉ
（λ）のデータのうち、任意の２つを取り出して１つの
２色温度を算出することができる。

【００４１】５，１０，１５，…，１００ｎｍという５
ｎｍ毎の２０個の値のうち、任意の値を波長間隔Δλと
して設定し、測定波長４５０〜７６０ｎｍの全データに
対し、ある波長間隔Δλで２色温度を演算し、その結果
を図７に示す。同図には、波長間隔Δλ＝２０，４０，
６０ｎｍの３つの例を示している。説明の都合上、波長
間隔Δλ＝６０ｎｍのグラフについて説明する。

【００４２】まず、ステップａ１で得た４５０ｎｍの輝
度データと５１０ｎｍ（＝４５０＋６０）の輝度データ
とから１つの２色温度が算出されるので、それを５１０
ｎｍ上にプロットした。ただし、その温度が９００℃か
ら大きく離れたので、グラフ上はプロット点がない。±
４０℃のグラフにプロット点が出力されるのは５４０ｎ
ｍからであり、この温度は４８０ｎｍ（＝５４０−６
０）と、５４０ｎｍの輝度データから算出されたもので
ある。しかしこの点も、９００℃から３０℃も離れてい
る。算出された２色温度がほぼ９００℃を示すのは、約
６００ｎｍ以上の波長のプロット点である。この６００
ｎｍの点とは、５４０ｎｍと６００ｎｍとの輝度データ
から算出されたものであるから、約５５０〜７６０ｎｍ
の波長領域における輝度データがほぼ信頼されるという
上記の結果の現れである。

【００４３】したがって、６００〜７６０ｎｍにプロッ
トされた点を平均すれば、真の温度とほぼ一致するであ
ろうことが期待される。しかし、その領域の点にもばら
つきがあるため、これらのうちのどの範囲で平均すべき
かを調査したのが、グラフの下方に記載される数値であ
る。すなわち温度のプロット点としての範囲が６１０〜
７４０ｎｍ（算出基礎の輝度データとしては５５０〜７
４０ｎｍ）の平均では９０１℃となり、６４０〜７４０
ｎｍの範囲でも９０１℃となり、６７０〜７４０ｎｍお
よび７００〜７４０ｎｍの範囲ではそれぞれ８９９℃と
なって、９００℃にほとんど一致する温度としての結果
が得られた。したがってどの範囲のデータを採用して平
均しても９００℃にほとんど一致する温度が得られるこ
とが確認された。

【００４４】以上の説明では、波長間隔Δλ＝６０ｎｍ
について説明したけれども、その他の例としてΔλ＝２
０ｎｍおよびΔλ＝４０ｎｍについても２色温度のばら
つきが大きくなるものの、同様な結果が得られた。

【００４５】このばらつきについて説明すると、波長間
隔Δλは大きすぎても小さすぎても問題があり、Δλが
小さくなるにつれてそれぞれの２色温度の精度が低下し
てばらつくことがわかる。Δλが大きい場合には、上述
の測温対象が黒体炉であるから、その黒体性が予め不明
であるけれども、灰色体に近いと予想されるので、１０
０ｎｍ程度に大きくしても、充分測温することができ、
特に各温度のばらつきは小さくなるものと予想される。
なお、灰色体でない一般の物体では、これが期待されな
いので、平均値としての測温精度があるなら、Δλは２
０ｎｍのように、より小さい方が好ましいと考えられ
る。

【００４６】上述したステップａ５に関する説明をまと
めると、ステップａ１で測定した複数の光の輝度のう
ち、任意の２つの波長λ₁ ，λ₂ に対応する、輝度Ｉ
（λ₁ ），Ｉ（λ₂ ）を取り出し、これらから２色温度
を演算し得るので、測定波長区間４５０〜７６０ｎｍよ
りも短い波長間隔Δλ＝５，１０，１５，…，１００ｎ
ｍを設定し、Δλだけ離れた２つの輝度Ｉ（λ₁ ），Ｉ
（λ₂ ）を取り出し、これらの比から２色温度を演算し
て求める。

【００４７】この操作を複数回繰返して複数の異なる２
色温度を求め、これらの２色温度の平均値を求め、測温
対象の温度としている。各２色温度に対する２つの波長
の間隔Δλは同一である必要はないけれども、計算の便
宜上、２０，４０，６０ｎｍのように一律とし、次式に
よって温度Ｔを求めることができる。すなわち

【００４８】

【数５】

【００４９】ここに、Ｉ：分光放射輝度〔Ｗ／ｍ²
・ｎｍ・ｓｒ〕 λ：波長〔μｍ〕Ｔ：温度〔Ｋ〕Ｃ：光速（＝2.99792×10^8）〔ｍ／ｓ〕ｈ：プランク常数（＝6.62608×10^-34）〔Ｊｓ〕このようにして、温度Ｔが９００℃と既知である黒体炉
に対して多色温度計１０によって得た分光放射輝度のデ
ータから、複数の２色温度を算出し、これらの平均値を
測温対象の温度であるとして出力することによって黒体
炉の温度がほぼ９００℃であることが確認されたのであ
る。しかも黒体炉の黒体性として従来確認が容易でなか
った現象も知ることができたのである。

【００５０】以上が実験例１の説明であるが、黒体炉以
外の一般の物体を測温対象とすることができるかという
ことを確かめる必要がある。そこで、次に実験例２のよ
うなラボテストを行った。

【００５１】実験例２すなわち、図８に示すように、観測用の小孔１３を有す
るラボテスト用のエレマ炉１４内にステンレス鋼から成
るサンプル１５を配置し、これには熱電対が取付けら
れ、その温度は表示画面１７に表示される。エレマ炉１
４内のサンプル１５の温度は、前記小孔１３を介して２
色温度計１８と本発明に従う多色温度計１９とによって
測温し、３つの測温結果を比較した。前記２色温度計１
８は、温度計本体２０と本体２０からの検出輝度に応じ
た信号によってその温度を表示する表示部２１とを有す
る。また前記多色温度計１９は、スペクトロメータ２３
と、このスペクトロメータ２３からの検出輝度に応じた
信号に基づいてその温度を表示する、たとえばパーソナ
ルコンピュータなどによって実現される演算処理装置２
４とを有する。

【００５２】このような実験は、サンプルによるラボテ
ストであるが、サンプル１５の真の温度を知るために、
熱電対１６を取付けたという本件発明者の意図に反し
て、熱電対１６による測温は困難である。なぜなら、熱
電対とは厳密には２本の素線の接触部の温度を検出する
装置であり、目視によって小孔１３からサンプル１５を
覗いて熱電対１６の取付状態を観察すると、熱電対１６
の先端に比べてサンプル１５の表面は輝度が高く、熱電
対１６の検出温度はサンプル表面温度に比べて低い可能
性が認められたのである。したがって、熱電対１６によ
って求められた温度は誤差を含むことが予想される。

【００５３】他の可能性として、熱電対とサンプルは同
じ温度でありながら、可視光に対する放射率の違いか
ら、目視により輝度の差を検出したということもあり得
る。

【００５４】図９は熱電対１６の温度指示値が９９２
℃、２色温度計１８の温度指示値が９６３℃のときの多
色温度計１９の測温手順を示すフローチャートである。
まず、ステップｂ１で、スペクトロメータ２３によって
サンプル１５を観測し、図１０に示されるような分光放
射輝度のグラフを得た。黒体炉の実験結果から５００ｎ
ｍ未満の測定は、精度不良が予想されたので、実施しな
かった。すなわち５００〜７６０ｎｍの波長領域での測
定を行い、測定ピッチは５ｎｍとした。

【００５５】前記ステップｂ１で得た分光放射輝度Ｉ
（λ）を正しいと仮定して、多くの２色温度演算を行っ
た。図１１には２波長の間隔Δλ＝２０，４０，６０ｎ
ｍの３つの例を示す。Δλ＝２０，４０，６０ｎｍと演
算結果の２色温度とのばらつきが小さくなってゆくこと
は、黒体炉と同様であるが、全般に黒体炉に比べてばら
つきは大きい。このことは、このサンプル１５が黒体炉
に比べて分光放射率が一定でないことを示していると考
えられている。

【００５６】さて、黒体炉の見地から６００〜７６０ｎ
ｍにプロットされた点を平均すれば、真の温度とほぼ一
致するであろうことが期待されたので、Δλ＝２０，４
０，６０ｎｍのグラフ上のプロット点のうち、範囲とし
て６１０〜７４０，６４０〜７４０，６７０〜７４０，
７００〜７４０ｎｍの４種類で平均したところ、９７１
〜９８０℃とほぼ安定した値となったので、このサンプ
ル１５の温度は約９７４℃と考えられる。

【００５７】ステップｂ３で、実際のサンプル１５の温
度は熱電対１６の指示値よりも低かったが、２色温度計
１８によって検出された温度とほぼ一致することが確か
められた。そこで、ステップｂ４に移り、９７４℃をサ
ンプル１５の真の温度と仮定すると、ステップｂ１の分
光放射輝度から、このサンプル１５の分光放射率がわか
るはずであるので、ステップｂ５で、９７４℃の理論黒
体放射をプランク式から算出し、図１０に示されるよう
にグラフ上に曲線Ｌ５として上書きし、ステップｂ６
で、（ステップｂ１の測定結果）÷（ステップｂ２の計
算結果）の比、すなわちサンプル１５の分光放射率を計
算し、図１３で示されるようなグラフ上にプロットす
る。物体の放射率が「１」を超えることが理論上あり得
ないが、スペクトロメータ２３の精度が良好な約５５０
ｎｍ以上の波長領域で、サンプル１５の分光放射率は約
０．９５でほぼ一定（灰色体に近い）と算出された。こ
の放射率の値は予め確認されていなかったものであるの
で、妥当性は不明であるが、少なくともステンレス鋼の
測温に２色温度計が使えるということから、ステンレス
鋼はほぼ灰色体であると思われていたが、そのことにつ
いて、裏付けが得られたことになる。

【００５８】２色温度計の指示値が正しいならば、この
サンプル１５の分光放射率がどうなるかを確かめるため
に、前記ステップｂ５で９６３℃として図１４に示され
るように分光放射輝度のグラフを描き、その比をとって
図１５に示されるように、放射率が約１．１と、理論上
あり得ない結果となった。したがって熱電対、２色温度
計および多色温度計の３者では、多色温度計が最も精度
よく測温したことが確かめられた。本件発明者は、この
ような実験を多数回実施して多色温度計の正確さを確認
した。

【００５９】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、２つの異
なる波長λ₁ ，λ₂ に対応する電磁波の分光放射輝度か
ら２色温度を演算して求め、このような操作を異なる複
数対の２波長によって複数回行って、複数の２色温度を
求め、その平均値を金属帯の温度とする。

【００６０】これによって、単色温度計などの従来の温
度計のように、測温対象の放射率を仮定する必要がない
ので、高精度で測温対象の温度を得ることができる。ま
た、従来における２色温度計よりも検出２波長の間隔Δ
λをより小さくすることができ、さらに複数の２色温度
を求め、それを平均するので、誤差を小さくすることが
でき、黒体を含む灰色体以外の一般の物体の温度をより
高精度に測定することができる。

【００６１】したがって従来に用いられる単色温度計や
２色温度計よりも高精度で連続熱処理されている金属帯
の温度を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の連続熱処理されている金属
帯の温度測定方法が実施される連続焼鈍炉１を示す断面
図である。

【図２】連続通板される金属帯４の２色温度計７による
指示値Ｌ１と多色温度計１０による指示値Ｌ２とを示す
グラフである。

【図３】黒体炉を用いた実験例１の手順を示すフローチ
ャートである。

【図４】スペクトロメータ８によって観測された黒体炉
の分光放射輝度を示すグラフである。

【図５】黒体炉の温度を９００℃としてプランクの式か
ら求められた分光放射輝度の計算値を示すグラフであ
る。

【図６】測定結果による分光放射輝度と、計算結果によ
る分光放射輝度との比によって得られた放射率を示すグ
ラフである。

【図７】各波長間隔Δλ＝２０，４０，６０で求めた温
度の平均値を示す図である。

【図８】エレマ炉１４を用いた実験例２を示す断面図で
ある。

【図９】実験例２の手順を説明するためのフローチャー
トである。

【図１０】エレマ炉１４内のサンプル１５の分光放射輝
度の測定値を示すグラフである。

【図１１】多数の２色温度を所定の波長範囲で平均して
求めた温度を示す図である。

【図１２】プランク式によって求められた分光放射輝度
の計算値を示すグラフである。

【図１３】測定結果から得られた分光放射輝度とプラン
ク式から得られた分光放射輝度との比によって求められ
てる分光放射率を示すグラフである。

【図１４】ステンレンス鋼の実測値による分光放射輝度
と理論値による分光放射輝度とを示すグラフである。

【図１５】図１４に示される実測値と理論値との各分光
放射輝度の比によって求められる放射率を示すグラフで
ある。

【符号の説明】

１連続焼鈍炉３バーナ４金属帯７，１８２色温度計８，２３スペクトロメータ９，２４演算処理装置１０，１９多色温度計１４エレマ炉１５サンプル１６熱電対

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】連続熱処理されている測温対象が放射す
る電磁波の分光放射輝度を放射温度計によって複数の異
なる波長について測定し、前記複数の分光放射輝度のうち、任意の２つの異なる波
長λ₁ ，λ₂ に対応する分光放射輝度Ｉ（λ₁ ），Ｉ
（λ₂ ）から２色温度Ｔを、Ｃを光速とし、ｈをプラン
ク常数として、次式によって演算して求め、【数１】前記任意の２つの異なる波長λ₁ ，λ₂ のうち、少なく
ともいずれか一方が異なる２波長の対を複数選定して、
これらの複数対の２波長について上記の式（１）によっ
てそれぞれ２色温度を求め、こうして求められた複数の
２色温度の平均値を演算して求めることを特徴とする連
続熱処理されている金属帯の温度測定方法。