JPS6046371B2 - 金属の表面温度と放射率の同時測定方法および装置 - Google Patents
金属の表面温度と放射率の同時測定方法および装置Info
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- JPS6046371B2 JPS6046371B2 JP3839077A JP3839077A JPS6046371B2 JP S6046371 B2 JPS6046371 B2 JP S6046371B2 JP 3839077 A JP3839077 A JP 3839077A JP 3839077 A JP3839077 A JP 3839077A JP S6046371 B2 JPS6046371 B2 JP S6046371B2
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/0003—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry for sensing the radiant heat transfer of samples, e.g. emittance meter
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- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Radiation Pyrometers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、金属の表面温度と放射率の同時測定方法お
よび装置、特に移動ないし静止した冷延鋼板等の、酸化
膜のほとんどない、光沢のある、したがつて低放射率か
つ鏡面的反射特性を有する金属の常温付近における表面
温度と放射率を同時に測定する方法とその装置に関する
ものである。
よび装置、特に移動ないし静止した冷延鋼板等の、酸化
膜のほとんどない、光沢のある、したがつて低放射率か
つ鏡面的反射特性を有する金属の常温付近における表面
温度と放射率を同時に測定する方法とその装置に関する
ものである。
酸化膜の殆んどない金属光沢のある鋼材、例えば冷延
鋼板や亜鉛メッキ鋼板は鉄鋼の最終製品であり、従つて
これら成品製造プロセスの最終段階での品質等に関する
各種制御は極めて重要な意味を持つている。例えば冷延
鋼板の場合、焼鈍プロセスを経た鋼板の温度制御は時効
促進による材質劣化を防止するためや、該鋼板温度が常
温より過低、過高の場合に鋼板面に生ずる結露や発錆を
防止するために必要である。またこのような温度制御は
品質管理のみならず省エネルギの見地からも重要であつ
て、例えば鋼板冷却のために冷却ブロワーを使用する際
、適確な温度測定によつて制御すれば、ブロワー稼動の
ために不必要なエネルギ消費を無くすことができる。こ
のようなプロセスにおいて温度測定を実施することは、
上記のように多大の利点を有するものである。
鋼板や亜鉛メッキ鋼板は鉄鋼の最終製品であり、従つて
これら成品製造プロセスの最終段階での品質等に関する
各種制御は極めて重要な意味を持つている。例えば冷延
鋼板の場合、焼鈍プロセスを経た鋼板の温度制御は時効
促進による材質劣化を防止するためや、該鋼板温度が常
温より過低、過高の場合に鋼板面に生ずる結露や発錆を
防止するために必要である。またこのような温度制御は
品質管理のみならず省エネルギの見地からも重要であつ
て、例えば鋼板冷却のために冷却ブロワーを使用する際
、適確な温度測定によつて制御すれば、ブロワー稼動の
ために不必要なエネルギ消費を無くすことができる。こ
のようなプロセスにおいて温度測定を実施することは、
上記のように多大の利点を有するものである。
しかるにこのような場合、温度測定に熱電対等による接
触式測温法は、通常適用し難い。なぜならば、特に移動
している測定対象に対して、検出端を接触させることは
一般に該測定対象の表面に傷を生成させる原因となるか
らである。したがつて赤外線などの電磁波エネルギを検
出して測温する、放射測温による方法が適切な温度測定
法である。ところで放射測温では、周囲環境からの放射
エネルギ、すなわち背光雑音を遮蔽し、かつ測定対象の
放射率を補正しなければ正確な測温は不可能である。酸
化膜のほとんどない光沢のある金属面は、一般に低放射
率である。たとえば冷延鋼板や亜鉛メッキ鋼板の赤外波
長域における垂直放射率は0.1以下で極めて小さい。
このような金属の放射測温は反射率が非常に高いだけに
背光雑音を受けやすく、しかも低放射率であるから真の
情報である測定面自体からの放射エネルギは相対的に小
さい。したがつて測温誤差は非常に大きいものになる。
常温付近における測温はこの問題が極度に顕在化する場
合であつて、このとき僅かな放射率の変化も大きな測温
誤差をもたらすことになる。本発明の目的は上記のよう
に常温付近における光沢のある金属の放射測温につきま
とう極めて困難な問題点を克服して放射率をも測定する
ことによつて、該金属の表面温度を正確に測定する方法
とその装置を提供することにある。
触式測温法は、通常適用し難い。なぜならば、特に移動
している測定対象に対して、検出端を接触させることは
一般に該測定対象の表面に傷を生成させる原因となるか
らである。したがつて赤外線などの電磁波エネルギを検
出して測温する、放射測温による方法が適切な温度測定
法である。ところで放射測温では、周囲環境からの放射
エネルギ、すなわち背光雑音を遮蔽し、かつ測定対象の
放射率を補正しなければ正確な測温は不可能である。酸
化膜のほとんどない光沢のある金属面は、一般に低放射
率である。たとえば冷延鋼板や亜鉛メッキ鋼板の赤外波
長域における垂直放射率は0.1以下で極めて小さい。
このような金属の放射測温は反射率が非常に高いだけに
背光雑音を受けやすく、しかも低放射率であるから真の
情報である測定面自体からの放射エネルギは相対的に小
さい。したがつて測温誤差は非常に大きいものになる。
常温付近における測温はこの問題が極度に顕在化する場
合であつて、このとき僅かな放射率の変化も大きな測温
誤差をもたらすことになる。本発明の目的は上記のよう
に常温付近における光沢のある金属の放射測温につきま
とう極めて困難な問題点を克服して放射率をも測定する
ことによつて、該金属の表面温度を正確に測定する方法
とその装置を提供することにある。
次に添付図面を参照しながら本発明を詳細に説明する。
第1図および第2図は酸化膜の殆んどない、光沢のある
金属面の反射特性すなわち鏡面性に関する実験例を示し
ている。
第1図および第2図は酸化膜の殆んどない、光沢のある
金属面の反射特性すなわち鏡面性に関する実験例を示し
ている。
第1図はその測定装置を示したものであり、1は被測定
金属、2は黒体光源、3はレンズで黒体光源の開口21
からの放射エネルギを測定金属1の面11に、その法線
Nに対して800の角度で集光投射する。該金属1の面
11の法線Nに対して、該黒体光源と同一平面上に、か
つ角度0対の位置に放射温度計4を配する。黒体光源2
からのエネルギを一定に保つて、角0を可変にして放射
温度計4で検出した反射エネルギr(θ)を0=80計
のときの反射エネルギr(80()で除算してその分布
を求めたのが第2図である。この図においてλは検出波
長を表わしており、図より明らかなように検出波長λが
10μmのところでは該測定金属面はきわめて鏡面的な
反射特性を有することがわかる。この結果はノイズ除去
に利用することができる。即ち周囲環境からの背光雑音
を除去するためには、放射温度計4を該金属面法線Nに
対して角度θをつけて設置し、該法線に関して放射温度
計4に対称的な位置に放射吸収板を設けてやればよい。
このような構成によれば背光雑音が完全に遮蔽されるこ
とは、前記結果から容易に理解できる所である。しかし
ながら放射吸収板それ自体からの放射エネルギは、黒体
光源2の場合と全く同様に、面11で鏡面的反射をして
放射温度計4に入射してしまう。
金属、2は黒体光源、3はレンズで黒体光源の開口21
からの放射エネルギを測定金属1の面11に、その法線
Nに対して800の角度で集光投射する。該金属1の面
11の法線Nに対して、該黒体光源と同一平面上に、か
つ角度0対の位置に放射温度計4を配する。黒体光源2
からのエネルギを一定に保つて、角0を可変にして放射
温度計4で検出した反射エネルギr(θ)を0=80計
のときの反射エネルギr(80()で除算してその分布
を求めたのが第2図である。この図においてλは検出波
長を表わしており、図より明らかなように検出波長λが
10μmのところでは該測定金属面はきわめて鏡面的な
反射特性を有することがわかる。この結果はノイズ除去
に利用することができる。即ち周囲環境からの背光雑音
を除去するためには、放射温度計4を該金属面法線Nに
対して角度θをつけて設置し、該法線に関して放射温度
計4に対称的な位置に放射吸収板を設けてやればよい。
このような構成によれば背光雑音が完全に遮蔽されるこ
とは、前記結果から容易に理解できる所である。しかし
ながら放射吸収板それ自体からの放射エネルギは、黒体
光源2の場合と全く同様に、面11で鏡面的反射をして
放射温度計4に入射してしまう。
しかも被測定金属面1の放射率が未知の場合や温度、場
所などによつて変化する場合には、両者のエネルギが重
なつて測定されるため、真の温度測定は依然不可能であ
る。しかるに、該測定金属面がきわめて鏡面的な反射特
性を有するということは、いま角度0方向の放射率をε
θとすれば、同じ角度0方向の反射率rθはとなる性質
を該金属剖が有していることを意味す”る。
所などによつて変化する場合には、両者のエネルギが重
なつて測定されるため、真の温度測定は依然不可能であ
る。しかるに、該測定金属面がきわめて鏡面的な反射特
性を有するということは、いま角度0方向の放射率をε
θとすれば、同じ角度0方向の反射率rθはとなる性質
を該金属剖が有していることを意味す”る。
この事実を利用すれば、上述の背光雑音を遮蔽する基本
的な構成をもとにして、被測定金属の放射率が変化して
も、放射率も同時に測定して、該金属の表面温度を正し
く測定することができる。次に本発明の測定方法の具体
的な説明をする。第3図は第1図の構成において、黒体
光源2の代りに放射吸収板5を同じ位置に設置したもの
である。
的な構成をもとにして、被測定金属の放射率が変化して
も、放射率も同時に測定して、該金属の表面温度を正し
く測定することができる。次に本発明の測定方法の具体
的な説明をする。第3図は第1図の構成において、黒体
光源2の代りに放射吸収板5を同じ位置に設置したもの
である。
放射吸収板5は近似的に黒体を実現するように製作して
おけば、その放射率は1.0であり、j周囲からの入射
エネルギはすべて吸収してしまう。黒体光源2、本例で
放射吸収板5を法線Nに対して0=80、の角位置に置
くのは、この角範囲の放射率が非常に高いためである。
即ち例えば冷延鋼板の法線方向の放射率をε。とし、角
0に対するEθ/EOを求めると第4図に示す如くなり
、0=75O〜85るにするとその方向の放射率ROは
O=05つまり法線方向の放射率E。の数倍にすること
ができる。この第3図の如き装置において、本発明では
2度または2種の測温を行なう二いま放射吸収板5の温
度を連続的に変化させるか、離散的に設定するかして2
つの異なる温度T2,T,を実現したとする。
おけば、その放射率は1.0であり、j周囲からの入射
エネルギはすべて吸収してしまう。黒体光源2、本例で
放射吸収板5を法線Nに対して0=80、の角位置に置
くのは、この角範囲の放射率が非常に高いためである。
即ち例えば冷延鋼板の法線方向の放射率をε。とし、角
0に対するEθ/EOを求めると第4図に示す如くなり
、0=75O〜85るにするとその方向の放射率ROは
O=05つまり法線方向の放射率E。の数倍にすること
ができる。この第3図の如き装置において、本発明では
2度または2種の測温を行なう二いま放射吸収板5の温
度を連続的に変化させるか、離散的に設定するかして2
つの異なる温度T2,T,を実現したとする。
放射率ROの被測定金属1の温度をT1とすれば、放射
温度計4には温度T2,T3のそれぞれに対して下式で
表わされるEl,E2なるエネルギが入射される。ここ
で、Eb(T)は放射温度計4が受取る温度Tの黒体物
体の放射エネルギを示す。
温度計4には温度T2,T3のそれぞれに対して下式で
表わされるEl,E2なるエネルギが入射される。ここ
で、Eb(T)は放射温度計4が受取る温度Tの黒体物
体の放射エネルギを示す。
(2),(3)式を辺々引けば〜轟2ノJlll
となり、この(4)式より被測定金属の放射率Eθは次
式で表わされる。
式で表わされる。
この(5)式でEb(T)は既知であり、ΔEも放射温
度計4の指示の差として測定できるので、結局放射率E
Oは(5)式から算出できる。このようにして求めた放
射率EOで(2)式を辺々割れば、放射温度計4の演算
出力EOlを得る。(6)式において右辺第1項が被測
定金属1の温度T1の信号であり第2項が変動分つまり
ノイズである。
度計4の指示の差として測定できるので、結局放射率E
Oは(5)式から算出できる。このようにして求めた放
射率EOで(2)式を辺々割れば、放射温度計4の演算
出力EOlを得る。(6)式において右辺第1項が被測
定金属1の温度T1の信号であり第2項が変動分つまり
ノイズである。
この変動分を構成するε0は(5)式によつて求められ
、Eb(T2)も既知であるから、結局第2項は演算に
よつて求めることができる。したがつて(6)式のE。
lから右辺第2項分を差し引き、ノイズのないを得るこ
とができ、これによつて被測定金属の温度T1を正確に
指示することができる。
、Eb(T2)も既知であるから、結局第2項は演算に
よつて求めることができる。したがつて(6)式のE。
lから右辺第2項分を差し引き、ノイズのないを得るこ
とができ、これによつて被測定金属の温度T1を正確に
指示することができる。
この本発明の測温法を、第5図にブロックダイヤグラム
で示す。
で示す。
この第5図で21,22,24,25,28は加算器ま
たは比較器、23,26,27は割算器、29は掛算器
である。加算器21は放射温度計が測定した前述のエネ
ルギEl,E2が入力され、その差ΔE=E2上1を出
力する。加算器22は前述のEb(T3),Eb(T2
)を基準値として入力され、その差Eb(T3)上b(
T2)を出力する。割算器23は、加算器21,22の
各出力を入力され、前者を後者で割つて商ーーコ1≧−
ーを出力する。加算器24は基準El(T3)上b(T
2)値1と割算器23の出力を入力され、それらの差を
とつて(5)式のEθを出力する。
たは比較器、23,26,27は割算器、29は掛算器
である。加算器21は放射温度計が測定した前述のエネ
ルギEl,E2が入力され、その差ΔE=E2上1を出
力する。加算器22は前述のEb(T3),Eb(T2
)を基準値として入力され、その差Eb(T3)上b(
T2)を出力する。割算器23は、加算器21,22の
各出力を入力され、前者を後者で割つて商ーーコ1≧−
ーを出力する。加算器24は基準El(T3)上b(T
2)値1と割算器23の出力を入力され、それらの差を
とつて(5)式のEθを出力する。
割算器27は加 1−εθ
算器24,25の各出力を入力されE,を出力する。
算器24,25の各出力を入力されE,を出力する。
掛算器29はこの出力と基準値Eb(T2)を入力され
、W上b(T2)を出力する。また割算器26は検出工
ネルギE1と加算器 El24の出
力εOを入力され、71つまりE。
、W上b(T2)を出力する。また割算器26は検出工
ネルギE1と加算器 El24の出
力εOを入力され、71つまりE。
lを出力する。更に加算器28は割算器26と掛算器2
9の出力を入力され、I督−1tE0。?Eb(T2)
つ まりEb(T1)を出力する。
9の出力を入力され、I督−1tE0。?Eb(T2)
つ まりEb(T1)を出力する。
次に前述のエネルギEl,E2を求める具体的装置の数
例を説明する。
例を説明する。
第6図は温度をT2,T3に設定した2つの放射吸収板
5a,5bを使用する例を示す。これらの放射吸収板は
連結されて一体になつてレール31上を移動する。矢印
Fはこの移動方向を示す。放射吸収計4は図示状態で前
記(2)式のエネルギE1を測定し、放射吸収を移動さ
せて5bが放射温度計に対向するようにした状態で前記
(3)式のエネルギE2を測定する。第7図は放射温度
計と放射吸収板を4aと5a14bと5bの2組設けた
例を示し、aは平行装置、bは交叉配置の例を示す。ど
ちらの場合も放射温度計4a,4bは前記(2),(3
)式のエネルギEl,E2を測定する。第8図は放射温
度計1つに対して2つの固定放射吸収板5a,5bを設
け、切換用に固定反射鏡32,33および回転反射鏡3
4を設けた例を示す。この装置では放射温度計4は、回
転反射鏡34が点線位置にあらとき前記(2)式のエネ
ルギE1を、実線位置にあるとき前記(3)式のエネル
ギE2を測定する。第9図は放射温度計および放射吸収
板とも各1つを設ける例を示す。
5a,5bを使用する例を示す。これらの放射吸収板は
連結されて一体になつてレール31上を移動する。矢印
Fはこの移動方向を示す。放射吸収計4は図示状態で前
記(2)式のエネルギE1を測定し、放射吸収を移動さ
せて5bが放射温度計に対向するようにした状態で前記
(3)式のエネルギE2を測定する。第7図は放射温度
計と放射吸収板を4aと5a14bと5bの2組設けた
例を示し、aは平行装置、bは交叉配置の例を示す。ど
ちらの場合も放射温度計4a,4bは前記(2),(3
)式のエネルギEl,E2を測定する。第8図は放射温
度計1つに対して2つの固定放射吸収板5a,5bを設
け、切換用に固定反射鏡32,33および回転反射鏡3
4を設けた例を示す。この装置では放射温度計4は、回
転反射鏡34が点線位置にあらとき前記(2)式のエネ
ルギE1を、実線位置にあるとき前記(3)式のエネル
ギE2を測定する。第9図は放射温度計および放射吸収
板とも各1つを設ける例を示す。
本例では同図bに示すように放射吸収板5は温度T2,
T3間を周期的に変動する。従つて放射温度計4は放射
吸収板5が温度T2である時点t1でエネルギE1をま
た温度T3である時点■ではエネルギE2を検出する。
以上詳細に説明したように本発明によれば、ノイズ除去
と共に放射率も測定できるので、正確な温度測定が可能
になる。
T3間を周期的に変動する。従つて放射温度計4は放射
吸収板5が温度T2である時点t1でエネルギE1をま
た温度T3である時点■ではエネルギE2を検出する。
以上詳細に説明したように本発明によれば、ノイズ除去
と共に放射率も測定できるので、正確な温度測定が可能
になる。
この測温方法によれば、その測温対策である酸化膜のほ
とんどない、光沢のある金属の表面情報、すなわち成品
としてあるべき表面光沢度、粗度あるいは薄い酸化膜の
厚さや色調の固定、衷面品質の評価など、従来の測温方
式からは得られない全く新しい情報も得ることが可能で
ある。これらをプロセスの制御に利用することもできる
。
とんどない、光沢のある金属の表面情報、すなわち成品
としてあるべき表面光沢度、粗度あるいは薄い酸化膜の
厚さや色調の固定、衷面品質の評価など、従来の測温方
式からは得られない全く新しい情報も得ることが可能で
ある。これらをプロセスの制御に利用することもできる
。
第1図および第2図は光沢のある金属面の反射特性の試
験装置の説明図および試験結果を示すグラフ、第3図は
本発明の測温方法の説明図、第4図は放射率の角度依存
性を示すグラフ、第5図は本発明の測温装置の演算部の
ブロック図、第6図〜第9図は同測温端の各種実施例を
示す説明図である。 図面で1は被測定金属、11はその測定面、5は放射吸
収板、4は放射温度計、21〜29は演算回路である。
験装置の説明図および試験結果を示すグラフ、第3図は
本発明の測温方法の説明図、第4図は放射率の角度依存
性を示すグラフ、第5図は本発明の測温装置の演算部の
ブロック図、第6図〜第9図は同測温端の各種実施例を
示す説明図である。 図面で1は被測定金属、11はその測定面、5は放射吸
収板、4は放射温度計、21〜29は演算回路である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 被測定金属面の法線に対して70゜〜85゜の範囲
内に任意の角度の線上に放射吸収体を設け、該放射吸収
体により2種の異つた温度状態を設定するとともに、該
法線に対して放射吸収体とは逆側のかつ前記角度と同じ
角度をなす線上の放射エネルギーを検出する放射温度計
を設け、放射測温体の前記2種の温度状態に対する該温
度計の出力により被測定金属面の表面温度と放射率を求
めることを特徴とする金属の表面温度と放射率の同時測
定方法。 2 被測定金属面の法線に対して70゜〜85゜の範囲
内の任意の線上に配置され、2種の異つた温度を設定す
る放射吸収板と、該法線に対して放射吸収板とは逆側の
、かつ前記角度と同じ角度をなす線上の放射エネルギー
を検出するように配設された放射温度計と、前記放射吸
収板の2種の温度状態に対する該温度計の出力を受けて
被測定金属面の表面温度と放射率を算出する演算回路と
を備えることを特徴とする金属の表面温度と放射率の同
時測定装置。 3 互いに異なる温度の2つの放射吸収板が、1つの固
定放射温度計と切換えて対向しうるように可動に配置さ
れたことを特徴とする特許請求の範囲第2項記載の金属
の表面温度と放射率の同時測定装置。 4 互いに異なる温度の2つの固定放射吸収板および2
つの固定放射温度計が設けられ、これらの放射温度計が
各々の放射吸収板と対向配置されたことを特徴とする特
許請求の範囲第2項記載の金属の表面温度と放射率の同
時測定装置。 5 互いに異なる温度の2つの固定放射吸収板および2
つの固定放射温度計が設けられ、これらの放射板と放射
温度計との間に、放射温度計へのエネルギ入射経路を切
換える光学系が設けられることを特徴とする特許請求の
範囲第2項記載の金属の表面温度と放射率の同時測定装
置。 6 1つの固定放射温度計と、異なる2つの温度状態を
とる1つの固定放射吸収板とが設けられることを特徴と
する特許請求の範囲第2項記載の金属の表面温度と放射
率の同時測定装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3839077A JPS6046371B2 (ja) | 1977-04-04 | 1977-04-04 | 金属の表面温度と放射率の同時測定方法および装置 |
| GB13108/78A GB1599949A (en) | 1977-04-04 | 1978-04-04 | Method and an apparatus for simultaneous measurement of both temperature and emissivity of a heated material |
| US05/893,311 US4172383A (en) | 1977-04-04 | 1978-04-04 | Method and an apparatus for simultaneous measurement of both temperature and emissivity of a heated material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3839077A JPS6046371B2 (ja) | 1977-04-04 | 1977-04-04 | 金属の表面温度と放射率の同時測定方法および装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS53123982A JPS53123982A (en) | 1978-10-28 |
| JPS6046371B2 true JPS6046371B2 (ja) | 1985-10-15 |
Family
ID=12523945
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3839077A Expired JPS6046371B2 (ja) | 1977-04-04 | 1977-04-04 | 金属の表面温度と放射率の同時測定方法および装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6046371B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4881823A (en) * | 1988-03-29 | 1989-11-21 | Purdue Research Foundation | Radiation thermometry |
| JPH0382717A (ja) * | 1989-08-25 | 1991-04-08 | Nippon Steel Corp | 鋼帯の熱処理方法及び鋼帯表面の酸化膜厚測定方法 |
-
1977
- 1977-04-04 JP JP3839077A patent/JPS6046371B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS53123982A (en) | 1978-10-28 |
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