JPS6119925B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、放射温度計による表面温度測定の
際に誤差要素となる放射率の影響を除去し、物体
の真温度を測定する方法に関するものである。

従来放射温度計には、物体からの放射エネルギ
ー量より物体温度を求める単色温度計及び、異な
る２波長の分光放射エネルギーの比より物体温度
を求める２色温度計があつた。これらの放射温度
計は単色温度計の場合は黒体、２色温度計の場合
は灰色体のみ真の温度が測定でき、一般の物体で
は放射率の影響は除去することができず、大きな
欠点があつた。

この発明の目的は以上の点に鑑み、一般の物体
においても放射率の影響を除去し、物体の表面温
度を測定できる放射温度測定方法を提供すること
である。

この発明による放射温度計は次のようにして実
現することができる。

一般に金属の分光放射率εは、10μｍ以上の長
波長側では波長λに対し、Hagen―Rubensの式
ε∝１／√で近似されることが知られている。
しかし近赤外領域では必ずしも成立しない。比較
的狭い波長領域では、Hagen―Rubensの式を一
般化し、波長λに対する分光放射率ε（λｉ）は
次式で近似できる。

ε（λｉ）＝ε（λｏ）（λｏ／λｉ）ⁿ ……(1) ここでε（λｏ）はある定まつた波長λｏの分
光放射率、ｎは定数で金属の種類、波長領域に依
存する。なお、ｎ＝0.5のときHagen―Rubensの
式に一致する。

次に(1)式で近似される放射率をもつ物体の温度
測定において、この放射率の影響を受けない放射
温度計を考える。

温度Ｔの物体から放射される波長λｉの放射エ
ネルギーＥ（λｉ，Ｔ）はウイーンの式により次
のように表わされる。

Ｅ（λｉ，Ｔ）＝C1λi^-5exP（−Ｃ２／λｉＴ）…
… (2) ここでC1，C2は定数である。これは放射源が
黒体の場合で、一般的にはその分光放射率をεｉ
（λｉ）とすると、その分光放射エネルギーEi
（λｉ，Ｔ）は次式で表わされる。

Ei（λｉ，Ｔ）＝εｉ（λｉ）・Ciλ^-5exp（−
Ｃ２／λｉＴ） ……(3) (3)式より波長λ１，λ２，λ３について次式が
成り立つ。

lnE1（λ１，Ｔ）＝lnε１（λ１）＋lnC1 −5lnλ１−Ｃ２／λ１Ｔ ……(4) lnE2（λ２，Ｔ）＝lnε２（λ２）＋lnC1 −5lnλ２−Ｃ２／λ２Ｔ ……(5) lnE3（λ３，Ｔ）＝lnε３（λ３）＋lnC1 −5lnλ３−Ｃ２／λ３Ｔ ……(6) (4)×α−(5)×β＋(6)×γを作ると次式のように
なる。

lnＥ１〓・Ｅ３〓／Ｅ２〓＝lnε１〓・ε３〓／ε２
〓＋lnC1〓^-〓⁺〓 −5lnγ１〓・α３〓／λ２〓−C2（α／λ１−β／
λ２＋γ／λ３）・１／Ｔ… …(7) α＋γ＝βとすれば右辺第２項は消え次式が成
り立つ。

(8)式より放射率の影響を受けない条件は lnε１〓・ε２〓／ε２〓＝０ ……(9) である。つまり ε１〓・ε２〓／ε２〓＝１ ……(10) であればよい。ここで(10)式に(1)式を代入すると次
のようになる。

ε（λ０）〓^-〓⁺〓・λ０〓^-〓⁺〓 ・（λ２〓／λ１〓・λ３〓）ⁿ＝１ ……(11) α＋γ＝βであるから （λ２〓／λ１〓・λ３〓）ⁿ＝１ ……(12) が成り立つ。(12)式がｎの値によらず常時、成り立
つためには、 λ２〓／λ１〓・λ３〓＝１ ……(13) であればよい。(13)式の両辺の対数をとり、α＋
γ＝βを用いて、次式を得る。

（α＋γ）lnλ２＝αlnλ１＋γlnλ３
……(14) これより γ＝α・ｌｎλ１−ｌｎλ２／ｌｎλ２−ｌｎλ３…
…(15) が成り立つ。ところで、(8)式においてαをＫα，
βをＫβ，γをＫγとおいても(8)式は常に成り立
つのでα＝Ｋ（＝１）とおくことができる。

つまり、(1)式で近似される分光放射率をもつ金
属のような物体に対しては、関係 α＋γ＝β，α＝Ｋ，γ＝Ｋ・ｌｎλ１−ｌｎλ２／
ｌｎλ２−ｌｎλ３ にあるα，β，γを用いて分光放射エネルギー
E1，E2，E3を累乗し、E1〓・E3〓／E2〓なる
演算を行うことにより物体の放射率の影響を除去
して物体の温度の測定を行うことができる。

演算の方法としては、３つの分光放射エネルギ
ーの信号の各々をα，β，γで累乗してもよい
し、 Ｅ１〓・Ｅ３〓／Ｅ２〓＝Ｅ１〓・Ｅ３〓／Ｅ２〓_＋
〓＝（Ｅ１／Ｅ２）〓 ・（Ｅ３／Ｅ２）〓 ……(16) と表わされることから各分光放射エネルギーの信
号の比に累乗してもよい。

第１図はこの発明の一実施例を示す具体的構成
図である。被測定物体（放射源）１から放射され
た放射エネルギー束は集光レンズ２で集光され、
分光器３（フイルター、回折格子等）にて３つの
波長についての分光放射エネルギーを選択され、
検出素子４に入射され電気信号に変換される。前
置増幅器５で増幅してインピーダンス変換後対数
変換器６で対数変換し分光器３の同期信号により
同期整流され各波長毎の信号値に弁別される。そ
の後第１波長λ１の信号lnV（λ１）はα、第２
波長λ２の信号lnV（λ２）にはβ、第３波長λ
３の信号lnV（λ３）にはγに比例した増幅率を
持つ増幅器７，８，９で増幅後、加減算器１０で lnＶ（λ１）〓Ｖ（λ３）〓／Ｖ（λ２）〓−Ｃの演
算をさせる（Ｃは 定数）。

この信号値は放射率の影響が除去されたものとな
りこの信号を逆数変換器１１で逆数をとることに
より放射源の真温度Ｔが得られる。

第２図は、この発明の他の一実施例を示す構成
説明図で第１図と同一符号は同一構成要素を示
し、対数変換器６の出力は減算器１２，１３にて
lnV（λ１）−lnV（λ２），lnV（λ２）−lnV（λ
３）なる演算を行い、それぞれの信号は増幅器１
４，１５によりα倍，γ倍され、加算器１６で加
算され ln（Ｖ（λ１）／Ｖ（λ２））〓・（Ｖ（λ３）／Ｖ
（λ２））〓 なる信号が得られる。この信号は放射率の影響が
除去されたものとなり、逆数変換器１１で逆数を
とることにより放射源１の真温度Ｔが得られる。

以上述べたようにこの発明による温度計は放射
温度計の弱点であつた放射率の影響を除去でき
る。また使用方法は従来の放射温度計と何ら変ら
ず測定が容易で、しかも保守点検が必要である。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図はこの発明の一実施例を示す構
成説明図である。 １……放射源、４……検出素子、６……対数変
換器、１１……逆数変換器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 物体からの放射エネルギー束より３つの波長
   λ１，λ２，λ３に対する分光放射エネルギー
   E1，E2，E3を選択し、これらを電気信号に変換
   後、関係 α＋γ＝β，α＝Ｋ、 γ＝Ｋｌｎλ１−ｌｎλ２／ｌｎλ２−ｌｎλ３ にあるα，β，γで前記分光放射エネルギー
   E1，E2，E3を累乗し、E1〓・E3〓／E2〓なる
   演算を行うことにより、前記物体の温度を測定す
   ることを特徴とする放射温度測定方法。