JPS6039788Y2 - 放射温度計 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は温度測定対象物から放射する入射光と比較光
源から放射する比較光とを光学チョッパーによって時分
割して交互に光検出器に入射させ、その入射光及び比較
光の差が最小にするように比較光源の輝度を自動制御し
て両者を平衡させ測定対象物の温度を測定する方式の放
射温度計に関する。

放射温度計は第１図に示すように測定対象物１１から放
射する入射光はレンズ１２を介してチョッパー１３に与
えられ、比較光源１４から放射する比較光とチョッパー
１３によって時分割して交互に光検出器１５に入射され
る。

光検出器１５からは入射光と比較光とのエネルギの差に
応じた交流電圧信号■１が得られる。

交流信号■１は交流増幅器１６によって増幅される。

その増幅出力■２は同期整流器１７によってチョッパー
１３のチョッパー動作と同期して同期整流され、入射光
の強さに相当する直流電圧と比較光の強さに相当する直
流電圧とに分けられた後、両者の差が増幅器１８によっ
て増幅される。

その増幅出力Ｖ３は電圧電流変換回路１９によって電流
Ｉに変換され、その電流が比較光源１４のランプに供給
される。

この結果ランプ電流は入射光と比較光とが平衡するよう
な値に自動的に制御される。

よってこのランプ電流の値から測定対象物１１の温度を
測定することができる。

交流増幅器１６は例えば演算増幅器２１の出力側が抵抗
素子２２．２３の分圧回路を通じて共通電位点に接続さ
れ、その抵抗素子２２．２３の接続点が演算増幅器２１
の入力側に帰還接続されて構成される。

チョッパー１３は反射部及び透過部が等角間隔に設けら
れた回転板２４と、その回転板２４を回転するモータ２
５とよりなり、その回転板２４の回転タイミングや同期
タイミング発生手段２６により検出されて同期整流器１
７へ供給される。

電圧電流変換回路１９では増幅器１８の出力がｎｐｎ
トランジスタ２７のベースへ供給すれ、トランジスタ２
７のエミッタは抵抗素子２８を通じて共通電位点に接続
され、コレクタはｐｎｐトランジスタ２９のベースに接
続されると共に抵抗素子３１を通じて電源端子３２に接
続され、トランジスタ２９のエミッタは抵抗素子３３を
通じて電源端子３２に接続され、コレクタはランプ１４
のフィラメントを通じて共通電位点に接続される。

この従来の放射温度計においては測定回路のループゲイ
ンが測定温度と周囲温度とによって大きく変化するため
、測定温度範囲の下限側で周囲温度が比較的高いときに
ループゲインが不足して温度変動誤差が生じやすくなり
、また測定温度範囲の上限側で周囲温度が比較的低いと
きにループゲインが大き過ぎて回路が発振し易くなり、
不安定になりやすい。

これらのために測定する温度範囲を広くとれない欠点が
あった。

これらの点について更に説明すると、第１図に示した放
射温度計において対象物１１の温度Ｔ（Ｋ）、入射光の
エネルギＷ、交流電圧■１、ランプ１４のランプ電流１
１ランプ１４からの比較光のエネルギＷ、の関係を利得
ブロック線図で表わせば第２図に示すようになる。

即ち対象物１１の温度が微小変化ΔＴが生じると入射光
のエネルギは△Ｗ変化し、これと帰還利得βの比較光の
エネルギ変化△Ｗｒとの差が感度Ｓの光検出器１５で検
出され、その交流信号出力■、は交流増幅器１６から電
圧電流変換回路１９までの利得Ａの回路３４を通じてラ
ンプ電流の微小変化ΔＩを出力する。

ＳＡ （１） Δ””Ｉ＋ＳＡβΔＷ と表わされる。

（イ）測定温度Ｔ （Ｋ）と入射エネルギＷとの関係は
第３図に示すようにＷはＴｏに比例する。

ここでｎは光検出器１５の感度Ｓの波長スペクトルなど
によってきまる定数である。

例えばｎ＝９〜１１のような値になる。

（ロ）感度Ｓは第４図に示すように入射エネルギＷによ
って変化しＷの増加と共に減少し、また入射エネルギＷ
が小さいときは周囲温度ｔによっても変化し、周囲温度
ｔが高い程感度Ｓは大きくなる。

（ハ）利得Ａは電気回路の定数によってきまり、第１図
においては交流電圧Ｖ１に関係なく一定であり、 ９＝□１ も １ ０μ＠ ０ Ｒ２Ｒ２Ｒ６ となる。

ここてＲ１９Ｒ２＝ Ｒ３＝ Ｒ４，Ｒ５＝ Ｒ６はそ
れぞれ抵抗素子２２，２３．２８．３１及び３３の抵抗
値であり、μは増幅器１８の増幅率である。

に）ランプ電流Ｉとランプ１４からの放射エネルギＷ、
との関係は第５図に示すようにＷ「がＩｍに比例する。

ここでｍはランプ１４によって異なるが、例えばｎ＝７
〜４である。

これからβは 調、 ■ β＝ａＩ框Ｗ’ｒｚ ｌ ＝Ｉ ｍ となる。

ｍ＝７〜４の場合１≧０．９〜０．７となる。βとＷｆ
との関係は第６図に示すようになる。

上記（イ）〜に）から第２図のフィードバック回路のル
ープゲインＧ＝ＳＡβと測定温度Ｔとの関係は第７図に
示すようになる。

つまり先に述べたように測定温度Ｔが低いとループゲイ
ンＧが小さくなり過ぎ測定温度に誤差が生じ易い、また
測定温度Ｔが高く、かつ周囲温度ｔが比較的低いとルー
プゲインＧが高くなり過ぎ不安定になる。

この考案の目的は測定温度が低い場合にも正確に測定す
ることができ、かつ測定温度が高く、また周囲温度が低
い場合にも安定に動作する放射温度計を提供することに
ある。

この考案によれば交流増幅回路より電圧電流変換回路ま
でにおける増幅率を定める抵抗素子の一つに周囲温度に
よって抵抗値が変化するものを用いて測定範囲の下限側
の測定温度で、かつ周囲温度が高い時における光検出素
子の感度の低下を前記増幅率を増加することによって補
償する。

また電圧電流変換回路の変換率を定める抵抗素子として
電流により抵抗値が非線形に変化する素子を用い、測定
範囲の上限側でのループゲインの増加は、電圧電流変換
回路の変換率がランプ電流の増加により減少することに
よっておさえる。

このよにしてループゲインの変化範囲を狭くする。

この考案による放射温度計の一例を第８図に第１図と対
応する部分に同符号を付けて示す。

この実施例においては交流増幅器１６の増幅率を規定す
る抵抗素子２３の代りに負温度係数交流抵抗素子３６が
用いられる。

また電圧電流変換回路１９の帰還抵抗素子３３の代りに
、例えばニクロム線またはタングステン線など抵抗値が
電流の増加によって増える非線形抵抗素子３７が用いら
れる。

この第８図に示した放射温度計のループゲインＧは従来
と同様にＧ＝ＳＡβで表わされ、Ｓ、 Ａ。

βのうちＳとβは従来と同じであるがＡは。

＝１鄭（６）、、、、も、ＩＲ２（ｔ） Ｒ４
Ｒ６（Ｉ） となる。

Ｒ２（ｔ）は抵抗素子３６の抵抗値であり、周囲温度ｔ
により変化し、Ｒ６（Ｉ）は抵抗素子３７の抵抗値であ
り、ランプ電流Ｉにより変化する。

抵抗素子３６の抵抗値Ｒ２（ｔ）と温度ｔとの関係は例
えば第９図に示すようにｔが増加すると減少する。

非線形抵抗素子３７の抵抗値Ｒ６（Ｉ）とランプ電流（
Ｉ）との関係は例えは第１０図に示すようにＩが増加す
ると非線形に抵抗値が増加する。

従って利得Ａは第１１図に示すように電流■が増加する
と減少し、また温度ｔが上昇すると増加する。

第４図のＳ−Ｗ、第１１図のＡ−Ｉ、第６図のβ−Ｗｒ
及び第５図のＷｒ Ｉ、第３図ＢのＷ−Ｔの各関係か
らループゲインＧ…ＳＡβと測定温度Ｔとの関係を求め
ると第１２図に示すようになる。

第１２図かられかるように測定温度Ｔの変化に対してル
ープゲインＧの変化が小さくなり、温度Ｔが低いときて
もゲインＧが周囲温度ｔの変化によって変わらない。

従って広い範囲の温度測定が可能である。

また測定温度範囲の下限側での温度ドリフトが小さい。

更に光検出器１５の温度による物理的特性変化の欠点を
電気回路で簡単に補正できる。

なお交流増幅器１６において抵抗素子２４の代りに周囲
温度により抵抗値が変化する正温度係数の感温抵抗素子
を用いてもよい。

更に電圧電流変換回路の抵抗素子２８に負温度係数の感
温抵抗素子を用いて増幅率Ａが周囲温度変化に応じて変
化するようにしてもよい。

感温抵抗素子は光検出器１５の近くに配されるべきであ
り、電圧電流変換回路１９を光検出器１５から離して設
ける場合や交流増幅器１６で充分な利得を得る場合は交
流増幅器１６に感温抵抗素子を接続してその増幅率を温
度ｔに応じて変化させる方がよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の放射温度計を示す接続図、第２図はその
微小温度変化へＴに対する等価回路図、第３図は入射光
エネルギＷ−測定温度Ｔ特性図、第４図は光検出器感度
Ｓ−人射光エネルギＷ特性図、第５図は比較光エネルギ
Ｗ「ランプ電流特性図、第６図は帰還利得β−比較光エ
ネルギＷ「特性図、第７図はループゲインＧ−測定温度
Ｔ特性図、第８図はこの考案による放射温度計の一例を
示す接続図、第９図は感温抵抗素子の抵抗値Ｒ２（ｔ）
−周囲温度を特性図、第１０図は非線形抵抗素子の抵抗
値Ｒ６（ｔ）ランプ電流特性図、第１１図は増幅率Ａ−
ランプ電流特性図、第１２図はこの考案の温度計のルー
プゲインＧ−測定温度特性図である。 １１：測定対象物、１３：チョッパー、１４：比較光源
、１５：光検出器、１６：交流増幅器、１７：同期整流
回路、１８：増幅器、１９：［正電流変換回路、３６：
負温度係数抵抗素子、３７：非線形抵抗素子。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 測定対象物から放射された入射光と、比較光源用ランプ
   から放射された比較光とをチョッパーによって交互に光
   検出器に照射し、これら入射光と比較光との強度差に応
   じた波高値をもつ交流信号を得、その交流信号を交流増
   幅器で増幅し、その増幅出力を同期整流し、上記入射光
   の強さに相当する直流電圧と上記比較光の強さに相当す
   る直流電圧とに分離し、これら両者の差を増幅しその増
   幅出力を電圧電流変換器によって電流に変換し、その電
   流によって上記比較光源ランプの電流を制御して上記入
   射光と比較光とを平衡させ、その時の比較光源ランプ電
   流の値によって上記測定対象物の温度を測定する放射温
   度計において、上記交流増幅器及び電圧電流変換器間の
   増幅率を定める抵抗素子の少なくとも１個として、周囲
   温度によってその抵抗値が変化する抵抗素子が用いられ
   て周囲温度が上昇すると上記増幅率が増加するようにさ
   れ、上記電圧電流変換器の変換率を定める抵抗素子の少
   なくとも１個として上記ランプ電流の大きさによってそ
   の電流が増加すると変換率が減少するように抵抗値が変
   化する非線形抵抗素子が用いられ、測定回路のループ利
   得が測定温度及び周囲温度の変化に拘らずほぼ一定に保
   持される放射温度計。