JPH07324981A

JPH07324981A - 放射温度計

Info

Publication number: JPH07324981A
Application number: JP6143894A
Authority: JP
Inventors: Tomonobu Tsutsui; 朋伸筒井
Original assignee: Keyence Corp
Current assignee: Keyence Corp
Priority date: 1994-06-01
Filing date: 1994-06-01
Publication date: 1995-12-12

Abstract

(57)【要約】【目的】測温の際の放射率の設定作業が効率化された
放射温度計を提供することである。【構成】放射温度計１００に放射率メモリ回路５が設
けられる。放射率メモリ回路５の複数のチャンネルに物
体の放射率が予め記憶される。ユーザは、測温時に、操
作回路８により、測定対象物の放射率が記憶されたチャ
ンネルを選択する。ＣＰＵ６は、赤外線検出素子２によ
り検出された検出温度、温度センサ３により測定された
内部温度および放射率メモリ回路５から読み出された放
射率に基づいて測定対象物の実際の温度を算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、物体から放射される赤
外線エネルギーを検出することによりその物体の温度を
測定する放射温度計に関する。

【０００２】

【従来の技術】放射温度計は、測定対象物から放射され
る赤外線エネルギーを検出し、その赤外線エネルギーを
測定対象物の放射率で補正することにより測定対象物の
実際の温度を測定するものである。このような放射温度
計は、測定対象物と非接触で測温を行うことができるの
で、熱伝導率の悪い物体や熱容量の小さい物体でも正確
に温度を測定することができる。また、移動物体や回転
体の温度も高速かつ高精度に測定することができる。し
たがって、放射温度計は、例えばファクトリーオートメ
ーション（ＯＡ）において、種々の物体の温度管理に用
いられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、物体に
より放射率が異なるので、測温の際に測定対象物の放射
率を放射温度計に入力する必要がある。したがって、作
業者は、測定対象物の放射率を覚えておくか、あるいは
測温の際に放射率表を常に携行しなければならない。そ
のため、測温に手間がかかり、作業効率が低下するとい
う問題があった。

【０００４】それゆえに、本発明の目的は、測温の際の
放射率の設定作業が効率化された放射温度計を提供する
ことである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

（１）第１の発明第１の発明に係る放射温度計は、検出手段、記憶手段、
選択手段および演算手段を備える。検出手段は、測定対
象物からの赤外線エネルギーを検出する。記憶手段は、
物体の放射率を記憶する複数の記憶領域を含む。選択手
段は、記憶手段の複数の記憶領域のいずれかを選択す
る。演算手段は、検出手段により検出された赤外線エネ
ルギーおよび選択手段により選択された記憶領域に記憶
される放射率に基づいて測定対象物の温度を算出する。

【０００６】（２）第２の発明第２の発明に係る放射温度計は、検出手段、記憶手段、
選択手段、読出し手段、演算手段、入力手段および書込
み手段を備える。

【０００７】検出手段は、測定対象物からの赤外線エネ
ルギーを検出する。記憶手段は、物体の放射率を記憶す
る複数の記憶領域を含む。選択手段は、記憶手段の複数
の記憶領域のいずれかを選択する。読出し手段は、温度
測定時に、選択手段により選択された記憶領域から放射
率を読み出す。

【０００８】演算手段は、検出手段により検出された赤
外線エネルギーおよび読出し手段により読み出された放
射率に基づいて測定対象物の温度を算出する。入力手段
は、放射率を入力するためのものである。書込み手段
は、放射率の入力時または変更時に、選択手段により選
択された記憶領域に入力手段により入力された放射率を
書き込む。

【０００９】（３）第３の発明第３の発明に係る放射温度計は、第２の発明に係る放射
温度計の構成において、内部電源供給手段および表示手
段をさらに備えたものである。内部電源供給手段は、検
出手段、記憶手段、選択手段、読出し手段、演算手段、
入力手段および書込み手段に電源を供給する。表示手段
は、演算手段により算出された測定対象物の温度を表示
する。

【００１０】

【作用】第１〜第３の発明に係る放射温度計において
は、記憶手段の複数の記憶領域に複数の物体の放射率が
予め記憶される。温度測定時には、検出手段により測定
対象物からの赤外線エネルギーが検出される。また、測
定対象物に応じて選択手段により複数の記憶手段のいず
れかを選択すると、選択された記憶手段から放射率が読
み出される。それにより、検出された赤外線エネルギー
および読み出された放射率に基づいて、演算手段により
測定対象物の温度が算出される。

【００１１】このように、温度測定時に、記憶手段の記
憶領域を選択するだけで測定対象物の温度が自動的に算
出される。第２および第３の発明に係る放射温度計にお
いては、入力手段により放射率を入力し、選択手段によ
り記憶領域のいずれかを選択すると、入力された放射率
が選択された記憶領域に書き込まれる。したがって、記
憶手段に所望の物体の放射率を入力するとができ、また
記憶手段に記憶された放射率を所望の物体の放射率で書
き換えることができる。

【００１２】第３の発明によれば、内部電源供給手段お
よび表示手段が設けられているので、放射温度計を携行
してあらゆる場所で測温を行うことが可能となる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しながら
詳細に説明する。図１は本発明の一実施例における放射
温度計の構成を示すブロック図である。

【００１４】図１の放射温度計１００において、赤外線
集光光学系１は、赤外線を透過するＢａＦ₂、ＣａＦ₂
等からなるレンズまたはミラーからなり、測定対象物か
ら放射される赤外線を集光する。赤外線検出素子２は、
サーモンパイル、焦電素子等からなり、赤外線集光光学
系１により集光された赤外線を検出温度として電気信号
（アナログ信号）に変換する。温度センサ３は、放射温
度計１００の内部温度を計測し、計測した内部温度を電
気信号（アナログ信号）に変換する。この温度センサ３
としては、サーミスタ、白金抵抗体等の接触式温度セン
サが用いられる。

【００１５】ＡＤ変換回路４は、赤外線検出素子２から
出力されるアナログ信号および温度センサ３から出力さ
れるアナログ信号をデジタル信号に変換する。放射率メ
モリ回路５は、予め複数の物体の放射率が記憶される複
数の記憶領域を含む。また、放射率メモリ回路５は、複
数の記憶領域のいずれかを選択する選択回路、選択され
た記憶領域にデータを書き込む書込み回路、および選択
された記憶領域からデータを読み出す読出し回路を有す
る。

【００１６】ＣＰＵ（中央演算処理装置）６は、赤外線
検出素子２からＡＤ変換回路４を介して与えられた検出
温度、温度センサ３からＡＤ変換回路４を介して与えら
れた内部温度および放射率メモリ回路５から読み出され
た放射率に基づいて、測定対象物の実際の温度を算出す
る。また、ＣＰＵ６は、放射温度計１００内の各部を制
御する。

【００１７】表示回路７は、ＣＰＵ６により算出された
測定対象物の温度、放射率、放射温度計の各部の設定内
容等を表示する。操作回路８は、測定の開始、各種設定
の変更、放射率の書込み、放射率の読出し等を指示する
ためのボタン、スイッチ等を含む。

【００１８】入出力回路９は、ＣＰＵ６により算出され
た検査対象物の温度をアナログ出力信号ＡＯ、デジタル
出力信号ＤＯおよび接点出力信号ＣＯとして外部に出力
し、ＣＰＵ６の動作を外部から制御するためのデジタル
入力信号ＤＩおよび接点入力信号ＣＩをＣＰＵ６に入力
する。

【００１９】内部電源１０は充電式電池、乾電池等から
なり、外部電源１１を使用しない場合に放射温度計１０
０の電源として働く。電源コントロール回路１２は、内
部電源１０または外部電源１１からの電力を受け、放射
温度計１００内の各部に供給する。

【００２０】次に、図２のフローチャートを参照しなが
ら図１の放射温度計の動作を説明する。なお、放射率メ
モリ回路５の各記憶領域（以下、チャンネルと呼ぶ）に
は、物体の放射率が予め記憶されているものとする。

【００２１】ユーザが放射温度計１００の電源をオンに
すると（ステップＳ１）、内部電源１０または外部電源
１１により放射温度計１００内の各部に電力が供給され
る。ユーザが操作回路８のボタン、スイッチ等を用いて
測定対象物に応じた放射率が記憶されるチャンネルを選
択すると（ステップＳ２）、放射率メモリ回路５は選択
されたチャンネルから放射率を読出し、ＣＰＵ６に与え
る（ステップＳ３）。一方、赤外線検出素子２は、赤外
線集光光学系１により集光された赤外線エネルギーを検
出し、検出した赤外線エネルギーを検出温度としてＡＤ
変換回路４を介してＣＰＵ６に与える。また、温度セン
サ３は、放射温度計１００の内部温度を計測し、計測し
た内部温度をＡＤ変換回路４を介してＣＰＵ６に与え
る。

【００２２】ユーザが操作回路８のボタン、スイッチ等
を用いて測定の開始を指示すると（ステップＳ４）、測
定動作が開始される。ＣＰＵ６は、放射率メモリ回路５
から読み出された放射率、赤外線検出素子２から与えら
れた検出温度および温度センサ３から与えられた内部温
度に基づいて後述する方法で測定対象物の温度を算出す
る（ステップＳ５）。

【００２３】そして、ＣＰＵ６は、算出された温度の値
を表示回路７に表示させるとともに、入出力回路９を介
して外部に出力する（ステップＳ６）。ユーザが放射温
度計１００の電源をオフにすると（ステップＳ７）、内
部電源１０または外部電源１１からの電力の供給が停止
され、測定が終了する（ステップＳ８）。ユーザにより
放射温度計１００の電源がオフにされない場合には、ス
テップＳ４に戻る。

【００２４】ステップＳ４において、ユーザが操作回路
８のボタン、スイッチ等により測定の開始を指示せずに
放射率の変更を指示すると（ステップＳ９）、放射率の
変更動作が開始される。ユーザが操作回路８のボタン、
スイッチ等を用いて任意の放射率を入力し（ステップＳ
１０）、さらに放射率メモリ回路５のチャンネルを選択
すると（ステップＳ１１）、放射率メモリ回路５は入力
された放射率を選択されたチャンネルに書き込む（ステ
ップＳ１２）。

【００２５】ユーザが操作回路８のボタン、スイッチ等
により測定の開始を指示すると（ステップＳ１３）、ス
テップＳ５に戻り、測定動作が開始される。また、ステ
ップＳ１３において、ユーザが測定の開始を指示しない
場合には、ステップＳ１０に戻り、放射率の変更動作が
繰り返される。

【００２６】ステップＳ９においてユーザが放射率の変
更を指示しない場合には、ステップＳ２に戻る。次に、
図３を参照しながら赤外線検出素子の構造および原理を
説明する。図３は赤外線検出素子２として用いられるサ
ーモパイルの構造を示す図である。

【００２７】サーモパイルは、放射状に並べられた複数
の熱電対２１からなる。各熱電対２１は、基準接点とな
る冷接点２２および温接点２３を有し、冷接点２２およ
び温接点２３の温度差が起電力として得られる。

【００２８】複数の熱電対２１は、温接点２３が中央の
赤外線受光部２４内に位置し、冷接点２２が外側に位置
するようにセラミック等の基板上に並べられている。温
接点２３が位置する赤外線受光部２４には、赤外線の吸
収率（＝放射率）が高い受熱板が設けられる。また、冷
接点２２は、測定対象物から放射される赤外線から遮断
して温度センサ内部と同じ温度に保たれる。サーモパイ
ルでは、複数の熱電対２１を直列に接続することによ
り、僅かな温度差でも大きな起電力（＝電圧）が得られ
るようになっている。

【００２９】次に、図４を参照しながらＣＰＵ６による
測定対象物の温度の算出方法を説明する。図４に赤外線
検出素子２による検出温度に影響を与える要素を示す。
ここでは、壁３０により囲まれた空間内に測定対象物２
０および放射温度計１００が設置されているものとす
る。

【００３０】まず、測定対象物２０の温度をＴ_Xとし、
その放射率をεとすると、測定対象物２０から放射され
る赤外線エネルギーはε・Ｔ_Xとなる。また、周囲温度
をＴ ₀、測定対象物２０の反射率をｒとすると、測定対
象物２０により反射される赤外線エネルギーはｒ・Ｔ₀
となる。さらに、測定対象物２０の透過率をｔとする
と、測定対象物２０により透過される赤外線エネルギー
はｔ・Ｔ₀となる。これらの放射赤外線エネルギーε・
Ｔ_X、反射赤外線エネルギーｒ・Ｔ₀および透過赤外線
エネルギーｔ・Ｔ₀が赤外線検出素子２のサーモパイル
の温接点群に入射する。

【００３１】一方、放射温度計１００の内部温度をＴ_S
とすると、赤外線検出素子２のサーモパイルの冷接点群
の温度もＴ_Sとなる。この内部温度Ｔ_Sを温度センサ３
により測定する。

【００３２】上記の要素により、赤外線検出素子２に入
射する赤外線エネルギーＥは次式のようになる。Ｅ＝ε・Ｔ_X＋ｒ・Ｔ₀＋ｔ・Ｔ₀ …（１）一方、放射率ε、反射率ｒおよび透過率ｔの間には次式
の関係がある。

【００３３】ε＋ｒ＋ｔ＝１ …（２）式（２）より式（１）は、次のようになる。Ｅ＝ε・Ｔ_X＋（１−ε）・Ｔ₀ …（３）この赤外線エネルギーＥに相当する温度変化が赤外線検
出素子２のサーモパイルの温接点群に生じる。

【００３４】一方、赤外線検出素子２のサーモパイルの
冷接点群の温度は内部温度Ｔ_Sに等しいと考えられる。
したがって、実際に赤外線検出素子２で検出される温度
（検出温度）Ｔ_Dは式（３）より次のようになる。

【００３５】Ｔ_D＝｛ε・Ｔ_X＋（１−ε）・Ｔ₀｝−Ｔ_S …（４）ここで、放射温度計１００が周囲温度Ｔ₀の状態に十分
な時間を置かれると、内部温度Ｔ_Sは周囲温度Ｔ₀と同
じになると考えられる。したがって、式（４）は次のよ
うになる。

【００３６】Ｔ_D＝｛ε・Ｔ_X＋（１−ε）・Ｔ₀｝−Ｔ_S ＝ε・Ｔ_X＋（１−ε）・Ｔ₀ −Ｔ₀ ＝ε・（Ｔ_X−Ｔ₀） …（５）式（５）は、測定対象物２０の温度と周囲温度（＝放射
温度計１００の内部温度）との差および放射率に比例し
た検出温度Ｔ_Dが赤外線検出素子２から得られることを
意味する。

【００３７】この赤外線検出素子２の検出温度Ｔ_Dに係
数ｆ（１／ε）を掛けて周囲温度Ｔ₀（＝内部温度
Ｔ_S）を加えることにより、測定対象物２０の実際の温
度Ｔ_Xを求めることができる。

【００３８】Ｔ_X＝ｆ（１／ε）・Ｔ_D＋Ｔ_S …（６）式（６）において、係数ｆ（１／ε）は、放射率に反比
例する係数で、検知波長や赤外線検出素子２の感度等に
より決定される関数である。

【００３９】このように、本実施例の放射温度計１００
では赤外線検出素子２の検出温度および測定対象物の放
射率に基づいて測定対象物の温度が算出されるととも
に、温度センサ３により測定される内部温度によりその
温度が補償される。

【００４０】上記実施例の放射温度計１００において
は、放射率メモリ回路５に予め記憶された放射率に基づ
いて測定対象物の温度が自動的に算出されるので、温度
測定時に測定対象物の放射率を入力する作業が不要とな
る。したがって、ユーザは種々の物体の放射率を覚えて
おく必要がなく、また測温の際に放射率表を携帯する必
要もない。したがって、測温作業が効率化される。

【００４１】また、放射率メモリ回路５に記憶される放
射率を任意の放射率に容易に変更することができるの
で、任意の物体の測温が可能となる。さらに、表示回路
７および内部電源１０が内蔵されるので、放射温度計１
００を携行することが可能となり、あらゆる場所で任意
の物体の測温が可能となる。

【００４２】本実施例の放射温度計１００においては、
算出された検査対象物の温度がアナログ出力信号ＡＯ、
デジタル出力信号ＤＯおよび接点出力信号ＣＯとして外
部に出力されるので、測定結果に基づいて外部機器のフ
ィードバック制御を行うことができる。また、デジタル
入力信号ＤＩおよび接点入力信号ＣＩにより外部からＣ
ＰＵ６の動作を制御することができるので、温度測定時
の測定動作および放射率の選択動作を自動化することが
可能となる。

【００４３】

【発明の効果】以上のように第１〜第３の発明によれ
ば、所望の物体の放射率が予め記憶領域に記憶され、検
出された赤外線エネルギーおよび記憶された放射率に基
づいて測定対象物の温度が自動的に算出されるので、温
度測定時にユーザが測定対象物の放射率を入力する作業
が不要となる。したがって、測温作業が効率化される。

【００４４】特に、第２および第３の発明によれば、記
憶手段に記憶された放射率を任意の放射率で書き換える
ことができるので、任意の物体の測温が可能となる。ま
た、第３の発明によれば、放射温度計を携行することが
可能となり、あらゆる場所で任意の物体の測温が可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における放射温度計の構成を
示すブロック図である。

【図２】図１の放射温度計の動作を説明するためのフロ
ーチャートである。

【図３】赤外線検出素子に用いられるサーモパイルの構
造を示す図である。

【図４】図１の放射温度計における温度の算出原理を説
明するための図である。

【符号の説明】

１赤外線集光光学系２赤外線検出素子３温度センサ５放射率メモリ回路６ＣＰＵ７表示回路８操作回路１０内部電源１００放射温度計なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】測定対象物からの赤外線エネルギーを検
出する検出手段と、物体の放射率を記憶する複数の記憶領域を含む記憶手段
と、前記記憶手段の前記複数の記憶領域のいずれかを選択す
る選択手段と、前記検出手段により検出された赤外線エネルギーおよび
前記選択手段により選択された記憶領域に記憶される放
射率に基づいて前記測定対象物の温度を算出する演算手
段とを備えた放射温度計。
【請求項２】測定対象物からの赤外線エネルギーを検
出する検出手段と、物体の放射率を記憶する複数の記憶領域を含む記憶手段
と、前記記憶手段の前記複数の記憶領域のいずれかを選択す
る選択手段と、温度測定時に、前記選択手段により選択された記憶領域
から放射率を読み出す読出し手段と、前記検出手段により検出された赤外線エネルギーおよび
前記読出し手段により読み出された放射率に基づいて前
記測定対象物の温度を算出する演算手段と、放射率を入力する入力手段と、放射率の入力時または変更時に、前記選択手段により選
択された記憶領域に前記入力手段により入力された放射
率を書き込む書込み手段とを備えた放射温度計。
【請求項３】前記検出手段、前記記憶手段、前記選択
手段、前記読出し手段、前記演算手段、前記入力手段お
よび前記書込み手段に電源を供給する内部電源供給手段
と、前記演算手段により算出された前記測定対象物の温度を
表示する表示手段とをさらに備えた請求項２記載の放射
温度計。