JPS6255529A - 放射温度計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、物体から放射される赤外線のエネルギー量
を計測して物体の温度を非接触的に測定する放射温度計
に係り、特に赤外線検出素子に熱望赤外線検出素子を用
い、かつ常温付近の温度測定が可能である低温測定用の
放射温度計に関する。

〔従来の技術〕

物体から放射される赤外線のエネルギー量を計測する赤
外線検出素子には、量子型赤外線検出素子と熱望赤外線
検出素子の２種類がある。常温付近の温度測定が可能な
量子型赤外線検出素子はそれ自体が高価であり、また、
液体窒素等を用いて常時冷却する必要がある。そのため
、装置が大型化し費用が嵩むという欠点がある。したが
って、一般に常温付近の温度測定には熱望赤外線検出素
子が用いられている。

ところで、周知のように、ステファン・ポルツマンの法
則（下記参照）により物体から放射される赤外線のエネ
ルギー量は、絶対温度の４乗に比例する。

Ｗ＝εσＴ４ この弐において、 Ｗ；物体の単位面積から単位時間に放射される赤外線の
エネルギー量（ＷＣｍ−２）σ：ステファン・ボルツマ
ン定数（５，６７ｘｌｏ−１２Ｗｃｍ−”Ｋ−’　　） ε：放射率 Ｔ：絶対温度 したがって、温度が低ければ低いほど放射される赤外線
のエネルギー量は微量なものになる。それゆえ、測定対
象物以外の物体からの影響も受けやすく、低温測定用の
放射温度計において正確な温度測定を行うのは至難の技
であった。また、温度が低ければ低いほど放射される赤
外線の波長は長波長（遠赤外線）の方へ移行する。よっ
て、この遠赤外線を透過させるためには特殊な物質から
なる光学部品を用いる必要があった。

一般に、常温付近の温度測定のための低温用の放射温度
計の光学系として、反射鏡方式とレンズ方式が従来から
よく使用されている。

反射鏡方式としてはカセグレン弐が一般的テする。この
方式の利点は、遠赤外線を透過させるために特殊な物質
からなる光学部品を用いずに温度測定が可能な点である
。しかし、その反面、赤外線検出素子に熱望赤外線検出
素子を用いた場合に問題がある。それは、装置を大型化
せずに熱望赤外線検出素子と放射温度計内の構成部品と
を同一温度に保つことは甚だ困難なため、放射温度計を
小型化した場合に、前記構成部品から放射される赤外線
のエネルギーの影響を受は易いという問題点である。

すると、前述したように、低温測定用の放射温度計にお
いては測定対象物から放射される赤外線のエネルギーが
ａｆｆｌであるため、測定対象物以外からの僅かな赤外
線のエネルギーを受けても、大きな影響を被り誤差が生
じ正確な温度測定は不可能になる。そこで、この欠点を
除去するために、赤外線検出素子の前方にモータに連動
されたチョッパを設ける提案が種々なされている。とこ
ろが、この方法ではやはり放射温度計自体が大型化し、
また、機構的にも複雑さを増し測定値の信頼性および機
械的寿命の点で問題があった。

それに比べてレンズ方式は、小型化する場合に反射鏡方
式のような問題点がない。しかし、レンズには透過しな
い波長範囲の赤外線を放射するという性質があるので、
レンズ自身から放射される赤外線の工ふルギーが赤外線
検出素子に到達してしまい、誤った温度信号が発生する
。そのため、正確な温度測定が不可能となる欠点がある
。この欠点を除去するためには、ゲルマニウムレンズを
用いれば良いのだが、ゲルマニウム自体が高価なうえ、
表面に反射を押さえるために無反射コーティングを施さ
なければならず、非常に高価なものとなってしまう。

この問題点を解決するために、本出願人は特願昭６０−
３４７３４号を出願済である。以下この出願に係る発明
を而単に説明する。

第２図に示すように、放射温度計の検知ヘッド１の先端
開口部に、所望の波長範囲の赤外線を透過させる第１の
フィルタ２が嵌入されている。この第１のフィルタ２の
内側には、レンズ３が嵌入されている。このレンズ３は
第１のフィルタ２と同等か、若しくは広い波長透過特性
を有している。

したがって、第１のフィルタ２によって所望の波長範囲
の赤外線を透過させた後、レンズ３によりこれらの赤外
線を余すところな（集光している。

なぜなら、常温付近の物体から放射される赤外線のエネ
ルギー■は極めて微ｆｆｌであるので、正確な温度測定
のためには僅かな赤外線の遺漏も許されないからである
。

レンズ３の内側の検知ヘッド１の終端部に熱伝導率の良
いケース４が突設されている。このケース４の先端開口
部に、第１のフィルタ２と同等か若しくは狭い波長透過
特性を有する第２のフィル゛り５が嵌入されている。第
２のフィルタ５の内側には熱望赤外線検出素子６が設け
られている。熱望赤外線検出素子６は自身の温度信号を
処理する外部機器（開示省略）に、接続コード７により
繋がれている。前記第２のフィルタ５によって、レンズ
３により集光された赤外線のうち、所望の波長範囲の赤
外線のみが選択され透過される。したがって、熱望赤外
線検出素子６に到達された赤外線は、測定対象物および
第２のフィルタ５からのものである。

ところが、第２のフィルタ５は熱望赤外線検出素子６と
同一のケース４内に収容され、このケース４は熱伝導率
が良いので第２のフィルタ５と熱望赤外線検出素子６間
に温度差は生じない。熱望赤外線検出素子６は、自身の
温度と異なった温度の物体を測定する場合のみ温度信号
を出力する。

それゆえ、熱望赤外線検出素子６の出力する温度信号は
、測定対象物からの赤外線のみを受けて出力されたもの
となるのである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

この出願により、本出願人は、安価なレンズを使用した
レンズ方式の低温測定用の放射温度計の精度を飛躍的に
向上させた。ところが、次のような問題点が残存してい
た。まず、測定対象物が微小なものでかつ低温である場
合に周囲または背後に高温物体が存在すると、この高温
物体による赤外線も一緒に集光してしまい、検知へラド
１　（第２図参照）の内周部分が温度上昇を惹起し、誤
測定を行うという問題点があった。もう１つの問題点は
、高温の測定対象物の温度測定を行っていた場合に、前
述と同様に、検知ヘッド１の内周部分が前記測定対象物
の赤外線のエネルギーを受は温度上昇を惹起し、この直
後に低温の測定対象物の温度測定を行うと、前記検知ヘ
ッド１の内周部分から放射される赤外線が熱望赤外線検
出素子６に到達し誤測定を行うことである。

この発明の目的は、測定対象物が微小であっても正確な
温度測定が行え、かつ高温の測定対象物の温度測定を行
っていてその直後に低温の測定対象物の温度測定を行う
際にも、誤測定を行うことがないレンズ方式の低温測定
用の放射温度計を提供することである。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、こ
の問題点を解決するための具体的手段は、物体から放射
される赤外線のエネルギー量を赤外線検出素子によって
計測することにより、この物体の温度を測定する放射温
度計において、前記赤外線検出素子の前記物体側前方に
中央部分に開口部を有し、かつ前記物体側の面が鏡面で
ある絞りを配設するようにしたことである。

〔作　　用〕

この発明は前述のような手段を採ったので、測定対象物
が微小であっても背景の外乱による赤外線を絞りによっ
て除去できるとともに、高温の測定対象物の温度測定を
行った直後に低温の測定対象物の温度測定を行っても、
その影響による赤外線を除去でき、かつ、この絞りの測
定対象物側の面を鏡面にしたので前記赤外線を反射し、
絞り自身の温度が上昇することがない。したがって、絞
りから放射される赤外線の影響を全く受けない。

〔実　施　例〕

この発明を、以下１実施例に基づいて詳細に説明する。

なお、従来技術と同一部分は同一番号を付しその説明を
簡略化している。

第１図に示すように、検知ヘッド１の先端開口部に第１
のフィルタ２が嵌入され、この第１のフィルタ２の内側
にレンズ３が嵌入されている。検知ヘッド１の終端部に
、前面開口部に絞り８０が嵌入された筺体８が突設され
、この筐体８には断熱材９を介在して熱伝導率の良いケ
ース４が内設されている。このケース４は前面が開口さ
れ、この開口部に前方から順に、絞り４１．４２および
第２のフィルタ５が配設されている。絞り４１および４
２はその前面が鏡面になっている。開口部の終端部に熱
望赤外線検出素子６が固設され、この熱望赤外線検出素
子６からの温度信号を処理する温度信号処理部１０が、
ケース４の後方で前記筐体８の内部に断熱材９を介在し
て連設されている。温度信号処理部１０には、処理され
た信号を外部機器（図示省略）に伝達するための接続コ
ード７が、筺体８および検知ヘッド１を貫通して繋がれ
ている。

以上のような構成からなるこの発明の動作を次に説明す
る。まず、微小な測定対象物の場合について述べる。

第１のフィルタ２を透過し、レンズ３により集光された
測定対象物および測定対象物の背後の外乱による赤外線
のうち、まず絞り８０によって外乱による赤外線がある
程度除去される。次に絞り４１によりさらに除去され、
最後に絞り４２によりほぼ完全に除去される。したがっ
て、絞り４２を透過して熱量赤外線検出素子６に到達し
た赤外線は、測定対象物からのみのものとなる。

この時に、絞り４１および４２の前面が鏡面で形成され
ているため、除去された外乱による赤外線は絞り４１お
よび４２によって反射され、ケース４に吸収される。そ
れゆえ、絞り４１および４２自身の温度は上昇せず、ケ
ース４と同一の温度を保持する。

ケース４の開口部の絞り４Ｌ４２の嵌入されている部分
は、前記赤外線を吸収し温度上昇が起こるが、熱伝導率
が良いため直ちに拡散し、熱量赤外線検出素子６および
第２のフィルタ５の間に温度差は生じない。したがって
、熱量赤外線検出素子６には測定対象物と第２のフィル
タ５からの赤外線が到達されるが、第２のフィルタ５と
熱量赤外線検出素子６の温度差がないため、発生する温
度信号は測定対象物からのみの赤外線を受けて出力した
温度信号となる。

次に、高温の測定対象物の温度測定を行っていて、その
直後に低温の測定対象物の温度測定を行う場合の動作に
ついて説明する。

この場合において、検知ヘッド１の内周部分。

筺体８および絞り８０等が、測定対象物からの赤外線を
受けて温度上昇を惹起している。この際に低温の測定対
象物の温度測定を行うと、前述したように、まず、この
測定対象物からの赤外線は熱量赤外線検出素子６に到達
する。次に、温度上昇を惹起していた検知へラド１の内
周部分等から放射される赤外線は、絞り４１．４２によ
って遮られ熱量赤外線検出素子６に到達しない。そして
、絞り４１゜４２の前面に形成された鏡面により反射さ
れる。

すると、上記した場合と同様に、ケース４により赤外線
のエネルギーは速やかに拡散され、かつ絞り４１．４２
自身の温度上昇も起こらないので、第２のフィルタ５と
熱型赤外線検出素子６間に温度差は生ぜず、熱量赤外線
検出素子６は前記低温の測定対象物から放射される赤外
線のみを受けて温度信号を発生する。

この実施例においては絞り４１．４２の両前面を鏡面で
形成したが、絞り４２の前面のみを鏡面で形成するだけ
でもほぼ同様の効果が得られる。また、前面のみならず
後面も鏡面で形成しても良い。さらに、絞り８０の前面
あるいは後面を鏡面で形成しても良い。

また、この実施例においては絞り４２を第２のフ゛　イ
ルタ５の前方に配設したが、第２のフィルタ５の後方に
配設しても同等の効果が得られる。

さらに、この実施例においては絞り４１．４２の２つの
絞りを配設したが、絞り４１のみでもほぼ同等の効果が
得られる。あるいは、３個以上の絞りを配設しても構わ
ない。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、この発明は、物体から
放射される赤外線のエネルギー量を赤外線検出素子によ
って計測することにより、この物体の温度を測定する放
射温度計において、前記赤外線検出素子の前記物体側前
方に中央部分に開口部を有し、かつ前記物体側の面が鏡
面である絞りを配設するようにしたので、絞りによって
測定対象物以外の外乱からの赤外線の除去ができ、微小
な測定対象物であってもその温度測定が可能である。ま
た、高温の測定対象物の温度測定を行っていてその直後
に低温の測定対象物の温度測定を行っても、絞りにより
高温の測定対象物からの赤外線の影響を除去し得る。さ
らに、絞りによって前記赤外線が反射されるので、絞り
自身の温度が上昇せず、赤外線検出素子は絞りから放射
される赤外線の影響を全く受けない。したがって、常に
正確な温度測定が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る放射温度計の断面図、第２図は
従来の放射温度計の断面図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）物体から放射される赤外線のエネルギー量を赤外
   線検出素子によって計測することによりこの物体の温度
   を測定する放射温度計において、前記赤外線検出素子の
   前記物体側前方に中央部分に開口部を有し、かつ前記物
   体側の面が鏡面である絞りが配設されていることを特徴
   とする放射温度計。
2. （２）赤外線検出素子と絞りの間に所望の波長範囲の赤
   外線を透過するフィルタが配設されている特許請求の範
   囲第１項記載の放射温度計。
3. （３）赤外線検出素子と絞りが熱伝導率の良い同一のケ
   ース内に収容されている特許請求の範囲第１項または第
   ２項記載の放射温度計。