JPS6047538B2 - 物体の温度と放射率の測定方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、放射率が変化する銅板等の加熱物体の放射
測温法において、該物体の放射率も同時に測定すること
によつて、該物体の表面温度を正確に測定する方法に関
するものである。

より詳細には本発明は、連続焼鈍炉等の工業用炉にお
いて、鋼板その他炉内において加熱される物体や、大気
中において常温付近の金属の放射測温のように、周囲か
らの放射エネルギーすなわち背光雑音が、測定物体から
の放射エネルギーと同等ないしそれ以上放射されている
ような環境や雰 囲気中の放射エネルギー透過係数が変
化するよう な環境において、しかも該測定物体の放射
率が変化している場合のように、通常の放射測温法が適
用不可能なときに、特に有効な放射測温法に関す るも
のである。

工業炉内において静止または走行状態の加熱された物
体の表面温度を測定するには、非接触で測温可能な放射
温度計または放射計が好都合であり・実際多くの分野で
使用されている。

即ち、炉内においては炉壁や熱源からの放射エネルギー
が、該測定物体で反射したのち放射計で検出されるので
大きな外乱、すなわち雑音となり、この外乱エネルギー
を遮蔽しなければ正確な測温は不可能であフる。また、
測定物体の放射率が変動するとき、放射測温は一般に大
きな測温誤差を生じることは公知のことである。炉内に
おける放射測温は上記２つの問題をかかえているために
事実上意味のない測温をしている場合も多くみられると
ころであ５る。特に測定物体が焼鈍炉中の薄板や厚板な
どの鋼板の場合、炉内て加熱されるにつれて該鋼板の表
面は通常酸化が進行し、したがつて該鋼板の放射率はそ
れに伴なつて大きく変化するために、放射測温は大きな
誤差を生じ、実質的に測温不可能となる。同様な事情は
大気中における、常温付近の金属の放射測温の際にも生
じることである。すなわち、測定物体（例えば金属）の
温度が常温付近であるために、その面からの放射エネル
ギーが外乱である周囲からの放射エネルギーより同等以
下であることが多いからである。また、測定系の雰囲気
が使用する放射計の検出波長域において吸収特性をもつ
とき、雰囲気の濃度によつて放射エネルギーの透過係数
が変化する場合にも、放射測温は大きな測温誤差を生じ
ることになる。

本発明の目的は、上記のような環境において生ずる放射
測温の問題点を克服し、常に正確な表面温度を測定する
ことを可能にすることである。

本発明者の１人ほ、すでに特願昭５２−１５３４４７に
おいて上記の放射測温の問題点を克服し、正確な測温を
可能ならしめる方法を提案した。この方法５は、加熱物
体の面法線に対して互いに鏡面対称的な方向に、温度可
変なる黒体放射源と、該加熱物体面が鏡面的な反射特性
を示すように、検出放射線の波長帯を選択した放射計を
それぞれ該加熱物体に向けて配置し、該黒体放射源の温
度を変化さ！せてそれに対応した該放射計の出力を用い
て演算することにより、該加熱物体の放射率を求め、次
いでその表面温度を求めることを特徴とするものであつ
た。したがつて、この方法においては、測定物体面が鏡
面的反射面となるように、放射計の３検出波長を選択す
ることが発明の主たるポイントであつた。これに対して
本発明は、これを更に一般化し測定物体表面が粗面、即
ち非完全鏡面的反射面であつてもまた測定環境に例えば
ＣＯ２、Ｈ２Ｏ等の放射エネルギーの透過を害するもの
が存在し３ていても測定物体の表面温度を高精度で測定
するものである。次に、本発明の構成を前述の特願昭５
２−１５３４４７と比較しつつ図面を参照して詳述する
。測定物体面が光学的に滑らかで平担であると４、き、
すなわち完全鏡面的な反射面であるとき、測定物体の法
線Ｎに対して角度θ方向の放射率をＥ（θ）、その方向
の反射率をｒ（０）とすると次式の関係が成り立つ。

第１図を参照して本方法の原理を展関する。

放射計１と黒体放射源２を法線Ｎに対して角度θの方向
に互いに鏡面対称的に配置する。いま、測定物体３の温
度をＴ１、黒体放射源の温度をＴ２とすると放射計１に
よつて検出される放射エネルギーＥ２が、次式で表わす
ことができる。ここで、Ｅｂ（Ｔ）は温度Ｔの黒体放射
源からの放射エネルギーである。

（２）式においては、右辺第１項は、測定物体面自体か
ら放射されるエネルギー、第２項は、黒体放射源からの
放射Ｅｂ（Ｔ２）のうち、測定物体面て鏡面反射する成
分（放射率ｒ（０）＝１−ε（０））である。次に、該
黒体放射源２の温度をＴ３に変更したときの検出値をＥ
３とすると、同様に次式で示される。（２）式と（３）
式は、求むべき２つの未知数ε（θ）、Ｔ１を含む２つ
の本程式てあるから、両者を連立方程式として解けば、
ε （０）とＴ１を同時に求めることができる。（２）
式から（３）式を辺々差し引くと（４）式を整理すると
、ε（０）が次式のように求められる。

？）式？（３）式に代人して整理すると が得られる。

（６）式より、Ｔ１が放射計１の出力特性から求めらる
。以上の議論は、測定物体面が完全鏡面的反射面の場合
について成立するもので、これは特願昭５２−１５３４
４７によつて実現できる方法である。一方、一般の物体
面はある程度粗面であるから、理想状態からずれてくる
。

この事情は、（１）式の放射率ｒ（０）＝１−ε（０）
が拡散反射のために理想状態より小さくなることを意味
している。そこで、ｒ （０）の代りに、Ｏ＜ｆ〈１な
るｆを用いてみかけの放射率をｒ（０） ・ｆ：（１一
Ｅ（０））・ｆとおいて、（２）式と（３）式を整理す
ると、それぞれ（７）式、（８）式になる。Ｅ，＝Ｅ（
０）・Ｅｂ（Ｔ，）＋（１−Ｅ（０））・ｆ −Ｅｂ（
Ｔ，） ・・・・・（７）Ｅ３＝Ｅ （０） ・Ｅｂ（
Ｔ１）＋（１−Ｅ（０））・ｆ −Ｅｂ（Ｔ（３） ・
・・・（８）ｆを鏡面反射の割合を表わす「鏡面反射係
数」と名づける。

上記の２式より、演算による放射率は次式で求められる
。このｔ （０）を用いて、温度が次式から求められる
。

Ｅｂ（Ｔ，）＝このように、鏡面反射係数ｆを導入し、
測定物体面の反射特性が非完全鏡面的反射特性、すなわ
ち放射計の検出域の波長に対して粗面の状態に対しても
容易に正確な測定可能ならしめるが本発明の第・ｌの特
徴である。

非完全鏡面的反射面の場合に第１図において周囲壁４が
高温でそこからの放射が無視できないとき、この背光雑
音の処理も必要である。

周囲壁温度をＴ４とし、その実効放射率Ｅ４を１．０と
すると（７）式および（８）式は、それぞれ次のように
書き換えられる。ここで、ｐは測定面３の拡散的反射の
程度を表わす係数で「拡散反射係数」と名づける。

上述の２式の右辺第３項は、周囲壁４からの放射Ｅｂ（
Ｔ４）のうち、測定面３で拡散反射して放射計で検出さ
れる放射エネルギーを表わしている。次に、ｐ＜５ｆの
間の間係を求めてる。いま、Ｔ，＝Ｔ，＝Ｔ３＝Ｌ＝Ｔ
，すなわち測温系が完全熱平衡であれば、Ｅｂ（Ｔ，）
＝Ｅｂ（Ｔ２）＝Ｅｂ（Ｔ３）＝Ｅｂ（Ｔ４）＝Ｅｂ（
Ｔ）であるから、（１１）式および（１２）式はいずれ
も次式にある。（１３）式から結局次の（１４）式が得
られる。

ｆ ＋ｐ ＝１ ・・・・（１４）（１４）式を（１１
）式および（１２）式に代人すると、検出値Ｅ２、Ｅ３
はそれぞれ次のように表わすことができる。

この両式の辺々を差し引いて整理すれば、Ｅ（０）が、
（９）式と全く同様に得られる。

ｔ （０）＝１このＥ （０）を（１６）式に代人して
、Ｔ，が次式から求められる。

（＼Ｕ ！Ｃ＼ｖノ （１７）式および（１８）式が本発明の測定原理式であ
る。

すなわち、被測定物体面３の法線Ｎに対し、黒体放射源
２と放射計１とを互いに鏡面対称的な角度に配置し、前
記黒体放射源２からの放射エネルギーを変化させて、該
変化に対応する２種類の放射エネルギーＥｂ（Ｔ，）ま
たはＥｂ（Ｔ３）のうち、被測定物体面３で反射される
放射エネルギー（１上（０）） （１−ｐ）・Ｅｂ（Ｔ
２）または（１上（０）） （１−ｐ）・Ｅｂ（Ｔ３）
と被測定物体面３自体からの放射エネルギーＥ （０）
Ｅｂ（Ｔ，）および周囲壁４の温度Ｔ，により外乱成分
（１−Ｅ（０））・ｄ −Ｅｂ（Ｔ４）の和を前記放射
計で検知し、前記被測定物体３に対応する拡散［反射係
数ｐを用いて、放射率Ｅ （０）を（１７）式で、次い
でこのＥ（０）を用いて、温度Ｔ，を（１８）式によつ
て求めるものである。本発明の方法を効果的に実現する
演算ブロックダイヤグラムを第２図に示す。

第２図の演算を実施するためには、黒体放射源の温度を
異なる２つの値、Ｔ２およびＴ３に設定する必要がある
。これを実現する１つの方式は、第３図に示すように２
つの黒体放射源２″，２″を用意し、それぞれを温度Ｔ
２およびＴ３に設定し、１つの放射計１に交互に導く２
光束光学システムが考えられる。第３図ａにこのシステ
ムの構成を示す。各黒体放射源２″，２″からの放射束
は、測定物体面３の１点Ａで交叉し、そこで反射して一
方はミラーＭ２、他方はミラーＭ３を介して回転ミラー
Ｍ１に導かれ、Ｍ１の回転に応じて交互に放射計１に入
射する。また第３図ｂに示すように、測定地点Ａ″，Ａ
″は若干異なるが、２つのミラー、Ｍ２，Ｍ３を必要と
せず、１つの回転ミラーＭ１でけで２光束システムを実
現することができる。もちろん、この場合、測定物体３
が移動しているか、ある面積にわたつて一様な温度、放
射率になつていることが必要てある。２つの黒体放射源
２″，２″を使用する代りに、第４図に示すように１つ
の黒体放射源２と、その開口直前にセクター５をモータ
ＭＴで回転させて２光束と同等のシステムを実現できる
。

黒体放射源２の温度をＴ２に設定する。一方、回転セク
ター５の表面５−１を充分に黒化吸収面にして、近似黒
体面とし、かつ水冷等の処理で上記表面の温，度を測定
物体表面温度Ｔ１および前記温度Ｔ２に比較して充分に
低くする。したがつてＥｂ（Ｔ１）およびＥｂ（Ｔ２）
に比べて、そこからの放射を無視できる。黒体開口面２
−１を回転セクター５が覆つている状態と覆つていない
状態のときに対応して、放射計１で、交互に２つの放射
エネルギーが検出される。前者の状態における検出値Ｅ
１とすれば、（１６）式の代りに次式が得られる。
＼ＶｌＰｌν ＼Ａ４ノ
一 （１υノ ．二後者の状態における検出値Ｅ
２は、（１５）式で与えられるから、この両式より、ε
（θ）が次式のように求められる。

このε（θ）を（１９）式に代人して、次式よりＴ１が
得られる。

（２０）式および（２１）式は、先に得た（１７）式お
よび（１８）式より演算が簡単になる。

この演算は、前述の２光束システムにおいても、Ｔ，を
Ｔ１およびＴ２に比較して、その放射が無視できるほど
低くすれば全く同様に得られる。第３図および第４図の
構成に、いずれも、本発明者らによる実願昭５３−８０
１０８に提示するものであつて、本発明）において、演
算において拡散反射係数ｐを導入し、被測定物体面が必
ずしも完全鏡面的反射面である必要はなく、より現実的
な測定法を提供するところに特徴がある。次に、本発明
の効果を適確に実証する実施例お−よびその実験結果を
示す。

第５図は、背光の影響のない大気中での実験装置の概略
を示すものである。第５図に示すように、１００Ｔｒｆ
ｍφの測定試料３を加熱炉６の上に置いて加熱した。角
度０＝５６定の方向に、放射計１と黒体放射源２を互い
に鏡面対称的に配置した。黒体放射源２は、開口径Ｄ＝
５ｈφ、長さＬ＝１２５？の黒鉛製円筒キャビティであ
り、その内壁温度Ｔ２は底面にとりつけたＣＡ熱電対２
−２によつて検出し、ＰＩＤ温度制御装置で±１℃の精
度でＴ２＝３６８℃に設定した。測定面３−１から開口
を見込む立体角ｄΩは０．０５πＳｔｅｒ．である。放
射計１として検出素子の異なる３種類の放射計を用いた
。その仕様は次の通じである。実験の手順は次の通りで
ある。まず、黒体放射源２の温度Ｔ２に対する各放射計
１により検出値Ｅｂ（Ｔ２）を求めた。次にＴ２を３６
８℃に制御した。各種試料３を加熱炉６の上でヒータ７
で加熱し、試料面３に点溶接したＣＡ熱電対８で表面温
度を測定し、２００℃〜４５０℃までの任意の温度Ｔ１
に設定した。各温度Ｔ１における放射率ε （θ）を直
接求めるために、表面を黒化した水冷セクター５″を黒
体放射源２の開口２−１直前に設けた。そのときの放射
計１により検出値Ｅ１から、 Ｌ八へＡ１ノが
求められる。

ここで、Ｅｂ（Ｔ１）は、Ｔ１がＣＡ熱電対８によつて
求められており、その温度に対応する黒体放射の検出値
てあるからＥｂ（Ｔ２）と同様にあらかじめ得られてい
る。（２２）式のＥ （θ）は試料３の真の放射率であ
る。Ｅ１は形式的に次式で書くことができる。

次に、本発明方法の原理に基づき、上述の黒化した水冷
セクター５″をはずしたときの検出値Ｅ２は（７）式で
表わされる。

ここに再び書いておく。−ε （Ｕノｆ −〜
（ ・一ーー（２３）式と（２
４）式より、本方法の演算よる放射率と温度は、それぞ
れ次の（２５）式および（２６）式で求められる。とこ
ろで本発明方法の測定精度は真の放射率（２２）式と、
本発明方法の演算によつて得られる放射率（２５）式を
比較することによつて見積ることができる。

表１は、冷延鋼板、ステンレス鋼板および粗面化したア
ルミニウム板を試料として本発明方法によつて得た測定
結果である。

表１において、ｆは各試料を任意の温度Ｔ１に設定し、
（２２）式および（２５）式に基づいて得れる放射率ε
（θ）の値が等しくなるように求めたものである。ま
たｆの平・均値〒とその変動Δｆを求め、〒を用いて（
２５）式、および（２６）式に基づいて演算した場合の
放射率、温度の相対誤差をも記載している。なお、後者
については、Ｔ１＝４００℃で評価している。（２５）
式をｆについて次式のように整理する。ｆがΔｆだけ変
動するときのε （θ）の変動をΔＥとする。（２７）
式の両辺の対数をとり、微分すると（２８）式より （２９）式より、放射率の相対誤差はｆの相対誤差と放
射率の値そのものに依存することがわかる。

温度の相対誤差ΔＴ／Ｔ１は、よく知られた公式から導
くことができる。

（３０）式に（２９）式を代人して次式を得るただし、
Ｃ２＝１４３８８μｍ−Ｋ表１のΔＥ／Ｅ（θ）、ΔＴ
／Ｔ１は、（２９）式および（３１）式においてｆ＝〒
とし、Ｅ（θ）に（２２）式によるＥ（０）を用いて求
めたものである。

表１から明らかなように、ｆは同じ試料に対して波長λ
の長いほど１に近づく。すなわち試料面は鏡面的反射面
に近づく。また、ｆの相対変動Δｆ／ｆも、λの長いほ
ど小さくなる。しかるに、本発明の演算による放射率解
と温度解は、（２９）式と（３１）式に示されるように
、Δｆ／ｆ以外にε（θ）とλに依存するので、測定精
度は必すしも長波長がすぐれているとはいえない。表１
から、放射率解の相対誤差は、λ＝８μｍが最も小さい
が、温度解の相対誤差は、λ＝２．２μｍが最も小さい
。第６図は、冷延鋼板の多くの試料について、λ＝２．
２μｍの楊合に電熱対によつて直接得られた放射率（（
２２）式）と、本発明方法によつて得られた演算放射率
解（（２５）式）を比較図示したものである。

ｆとして平均値了＝０．９２を用いた。同図より加熱に
よつて生ずる銅板面の酸化膜生成に伴う放射率の大幅な
変化にもかかわらず両者はよく一致している。第７図は
同様に熱電対による温度指示と、本発明の演算による演
算を比較したものである。両者の差は、ほとんど±５゜
Ｃ以内にある。表１、第６図および第７図より、同鋼種
であれば、放射率が大幅に変化しても、ｆを一定値に設
定して非常によい精度で温度と放射率を同時測定できる
ことが明らかになつた。本発明方法は、鏡面的な反射を
利用するために、特に背光雑音の除去にすぐれている。

したがつて、炉内における測温にきわめて有効と考えら
れる。シミュレーション炉を製作して、本発明方法によ
る炉内での測定実験を実施した。第８図に実験装置の概
略を示す。シミュレーション炉は内壁４は薄い銅板て箱
型である。内壁４の全面は黒化塗料（テツゾールを塗布
して放射率を０．９５にした。この内壁４と外壁４″の
間の天井部および側壁部に３つの独立したヒーター９が
設置されており、内壁４を放射加熱している。内壁温度
Ｔ４は、銅表面に埋め込んだＣＡシース熱電対（天井、
側壁２３ケ所）によつてそれぞれ独立に制御でき、内壁
４全体をほぼ一様な温度Ｔ４にすることができる。炉の
一対の側壁には、幅５０Ｗｒ１ｎ１長さ１００ＴｍＩｆ
Ｌの開口１０が設けられており、その一方の黒体放射源
２を挿入し、他方から放射計１で炉内１１を覗くことが
できる。炉の下側からは、試料３と試料加熱炉６が挿入
できる。試料３は、この加熱炉６上で独立に加熱、温度
制御できる。ま，“た、試料３を下側から加熱する代り
に水冷却して常温に保つことができる。黒体放射源２の
開口面２−１の前面には黒体化した水冷セクター５があ
り、モーター１２駆動によつて一定時間毎に開口面２−
１を覆うことができる。このような炉構成において、シ
ミュレーション炉の内壁温度Ｔ，が一様になつたとき、
周囲壁４は、ほぼその温度の黒体とみなしてよく、炉内
測温における最も厳しい状態にあると考えられる。原理
の有効性についてはすでに大気中での実験によつて確認
したので、ここでは炉内において内壁４からの放射エネ
ルギーが測定面３−１で反射して放射計１で検出される
割合、すなち背光雑音の割合を定量化する実験を実施し
た。図９に示すように、シミュレーション炉の内壁温度
Ｔ４が３９０゜Ｃになるように温度調節した。

黒体放射源２の開放面２−１を黒化した水冷セクター５
″が覆つた状態にしたのち、各種試料３を下側から炉内
に挿入した。試料３の下面は常時水冷されているために
、炉内でも常温に保たれている。この状態において、放
射計１で放射エネルギーＥｓを検出した。この検出値の
大部分は、黒体空洞となつている炉内壁４から放射され
るエネルギーＥｂ（Ｔ４）のうち、測定面３−１で反射
して放射計１の方向に来る量であるから背光雑音の量を
定量化できる。？光率ηは次式で定義される。

７０．．、′ 試料３の放射率はあらかじめ測
定してあるので、（３３）式から拡散反射係数ｐが計算
できる。なお、本実験においては、θ＝６７がに設定し
、測定点から黒化した水冷セクター５″を見込む立体角
ｄΩを変化させるために、セクターと測定点７の距離を
変化させた。表２に実験結果を示す。

試料として酸化の進行と共に放射率が変化する冷延鋼板
およびステンレス鋼板を用いた。試料の測定点からセク
ター面５″−１までの距離ｚを変えて、セクター面を見
込む立体角ｄΩ＝２７ｒ（１−ＣＯｓ（Ｔａ『１Ｄ／２
２′））に対する背光率ηを（３２）式に従つて求め、
このηから各試料の放射率ε （θ）を用いて、（３３
）式からｐとその変動Δｐを計算した。

第１０図にｐとｄΩの関係を図示した。表２または第１
０図から、各試料についてｐは波長λが長くなるについ
れＯに近づく。すなわち、試料は鏡面的反射に近づく、
また、ｄΩが大きくなるにつれて反射の拡散分は、セク
ター面の存在によつて減少するので、ｐを小さくする。
Ｐ．ｌ！：．ｆの間には、（１４）式の関係がある。実
際、表１のｆの実測値を表２にも記載したが、両者の間
にほぼ（１４）式が成り立つことがわかる。以上により
本発明方法が炉内でも有効であることが明らかとなつた
。次に黒体放射源の開口３部の寸法を決定する方法を述
べる。大気中でも炉内においても、放射率は（２０）式
で与えられる。

測温誤差は、大気中の場合（３０）式で示される。した
がつて、大気中では、試料のｆの変動が放射率ε（θ）
の変動に置き換えられ・る（２９）式だけを基本にして
誤差解析すればよかつた。一方、炉内の場合では、ｐの
変動による放射率の変動と、炉内壁温度Ｔ４の変動も考
慮せねｌばならない。そこで、誤差が許容範囲内に収ま
るためには、立体角ｄΩをどの程度の大きさにすればよ
いか、次のようなステップで検討した。みかけの測定温
度をＴａとすると、（１９）式において次式が満足され
る。Ｅ（θ）の変動範囲をあらかじめ実験によつて予想
し、ε（θ）の最小値を想定してε（θ）＝ε而ｎとお
く。

これを（３３）式に代人すると次式を得る。
ド
一 （Ｏυノこの式を（３４）式に代
人し、Ｅｂ（Ｔ）としてウィーンの公式、Ｅｂ（Ｔ）＝
Ｃ１・λ−５・Ｅｘｐ（−Ｃ２／λ・Ｔ）を使用すれば
、次式が成り立つ。

゜ （３６
ノいま、許容測温誤差をΔＴａ＜−Ｔａ−Ｔ１℃とすれ
ば、（３６）式の左辺においてであるから（゜．゜ΔＴ
ａ／Ｔ１＜１）、この式を（３６）式に代人して整理す
ると、拡散反射係数ｐの許容ャ゜最大値Ｐｍａｘが次式
で得られる。

（３８）式において、測温領域におけるＴ１、Ｌを与え
、λを選択すれば、測温誤差を±ΔＴａ／２゜Ｃ内にす
るＰｍａｘの定量値が得られる。

そこで、このｐ＝Ｐｍａｘを与える立体角ＤＯｍａｘを
第１０図から求められばよい。冷延鋼板とステンレス鋼
板について具体的に計算する。

表３にＴ１＝７０００Ｃ．．Ｔ４＝６０００Ｃ１７００
℃、８００℃の場合に、ΔＴａ＝１０℃の誤差内に抑え
るのに必要なＰｍａｘおよびｄΩＭａｘの計算結果を示
している。第１０図から、ｐはλが長くなるほど小さく
なり、それだけ背光雑音は少なくなるが、同じ測温誤差
ΔＴａを抑えるために必要なＤＯｍａｘは表３から明ら
からように、逆にλの小さい方が小さくてよい。Ｄｆｌ
ｍａｘを小さくできることは、技術上の観点から非常に
重要なことである。ステンレス鋼板の場合、非常に小さ
な立体角で充分である。次に測定物体面の粗度をもとに
したｐの決定方法について述べる。ｐは試料面法線に対
して角度をもつ方向の遮蔽状態における拡散的反射の度
合を表わしている。そのために、ｐと試料面の表面粗度
を表わす平均傾斜角θａの間に相関のあることが考えら
れる。実際、表２の結果を用いて、ｄΩ＝０．２πＲａ
ｄの場合についてｐと０ａの関係を第１１図に図示した
。ここで、θａは第１２図に示したように、相面の傾斜
角をθｃ（７）市／淑とするときを中心線として で定義される。

以上詳述したように、炉内において試料面の表面粗度に
応じて必要な立体角を決定して、黒体放射源の開口の寸
法およびその測定面までの距離ｚを設定すれば、所定の
精度で温度と放射率の測定が可能である。

なおその際粗度以外に測定物体の形状や搬送時の形状変
化または加熱による形状変化を考慮すればより測定精度
を高めることができる。本発明は、測定物体面が一般的
に粗面で非完全鏡面的反射特性を有する場合に、場合と
放射率を測定する必要のある対象に対して特に有効であ
る。

しかも同時に背光雑音も消去できるので、放射率が酸化
の進行によつて大幅に変化する炉内における鋼板の放射
測温に著しい効果を発揮すると考えられる。近年、連続
焼鈍炉の新たな建設が進められている。

これは従来のものと異なり、時代の要求に応じ省エネル
ギー的な見解を徹底させ、熱効率向上によるコストダウ
ンを追及している。そのために、炉内は還元雰囲気では
なく、直火バーナーによる急速加熱方式を焼鈍炉の一部
に適応している。この加熱方式を有する炉をＮＯＥ（Ｎ
Ｏｎ木Ｋが常時変化するような場合には、前記黒体放射
源または第３の基準黒体放射源を新たに設置し、前記放
射計または第２の新たな放射計で一定ｊの光路を介して
該基準黒体放射源からの放射を、前記被測定物体面を経
由せず直接検出し、その変化からＫを求め、この値を（
４３）式および（４４）式に代人することによつてＫは
変動しても精度よく放射率ε（θ）および温度Ｔ１を求
めることが・できる。なお、設定場所環境条件によつて
は光路中の雰囲気気吸収による透過系数Ｋの変化をなく
する方法も考えられる。

即ち使用する放射計の検出波長ｒ＋［；１，１二Ｅテ１
１０／．：ＦＯＺミ木０ｘｉｄｉｚｉｎｇＦｕｍａｃｅ
）と称する。このため、炉内鋼板は走行中に炉内弱酸化
性雰囲気により酸化され、その放射率が大幅に変化する
。本発明は、背光雑音と放射率の問題を一挙に解決する
ものであつて、上訃べ０Ｆにおける測温にきわめて有効
なものである。さらにＮＯＦは微量の未燃０２が鋼板酸
化膜形成に微妙な作用をするので、放射率測定さら逆に
酸化膜ないし酸化の状態に関して有益な情報を得ること
もできる。ノ 本発明はさらに放射計の検出波長に対し
て吸収特性を有する雰囲気やシールガラスなどが測定系
の光路に存在する場合にも、その雰囲気などに対する透
過係数を測定して、正確な測温を可能ならしめることが
できる。

たとえば、（１５）式および（１６）式において、放射
計によつて検出されるエネルギーＥ２，Ｅ３が光路中の
吸収によつて、透過係数Ｋ（イ）〈Ｋく１）だけ小さく
すると、両式に対応してそれぞれ次式が得られる。（４
１）式と（４２）式より放射率ε（０）力；−″このＥ
（θ）を（４２）式に代人してＴ１が次式から求められ
る。

に対して透明なガス体（例えば不活性ガス）を光路中に
流出させればよい。

こうすることによつて、透過系数Ｋに大幅な変動がある
ような環境においても、安定した既知のＫに設定するこ
とができ、したがつて正確な測定が可能である。以上本
発明は放射計と黒体放射源を測定面法線に対して、互い
に拡散反射的に配置し、黒体放射源から異なる２つの放
射量を交互に放射させることによつて、測定物体の表面
温度と放射率を測定する放射測温法において本来、測定
物体が完全鏡面的反射面の場合に成立する方法を拡散反
射係数ｐを導入して適用範囲をＭ一般的に非完全拡散的
ｒ＋口し１二Ｅ１）０／．；トｑζ反射面にまで拡
張したものである。

ｐと測定面の表面粗度の間の密度な関係を明らかにし、
さらにｐと検出波長、および黒体放射源の開口径を測定
面から見込む立体角の間の関件を測定誤差に関連させて
測定評価する手順を導き、さらに透過係数Ｋの変動にも
対応できるものであつて、従来存在しなかつた全く新規
な測温法を提供するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の概念略図、第２図は本発明の演算ブロ
ックダイアグラム図、第３図Ａ，ｂは本発明の平面概略
図、第４図は本発明の側面概略図、第５図は本発明の大
気中ての一実施例側面図、第６図は真の放射率値と本発
明による放射率測定値の比較図、第７図は真の温度と本
発明による温度測定値の比較図、第８図は本発明を炉内
で実施した例の側面図、第９図は背光雑音の定量化実験
の概略図、第１０図はＰＩ：．ｄΩの関係実験値図、第
１１図はｐとθａの関係実験値図、第１２図は平均傾斜
角θａの定義図である。 ） 図面で１は放射計、２は黒体放射源、３は測定物体
、４は炉壁である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 放射計と黒体放射源を測定面法線に対して、互に鏡
   面対称的に配置し、黒体放射源から異なる２つの放射量
   を交互に放射させることによつて、測定物体の表面温度
   と放射率を測定する放射測温法において、上記放射計で
   検知された測定値と上記黒体放射源自体の温度と前記被
   測定物体に対応する拡散反射係数により被測定物体の放
   射率を求め、次にこれから被測定物体の表面温度を測定
   することを特徴とする物体の温度と放射率の測定方法。 ２ 放射計と黒体放射源を測定面法線に対して互に鏡面
   対称的に配置し、黒体放射源から異なる２つの放射量を
   交互に放射させることによつて、測定物体の表面温度と
   放射率を測定する放射測温法において、上記放射計で検
   知された測定値と上記黒体放射源自体の温度と前記被測
   定物体に対応した拡散反射係数と更に測定系の光路の透
   過係数とにより被測定物体の放射率を求め次にこれから
   被測定物体の表面温度を測定することを特徴とする物体
   の温度と放射率の測定方法。