(57)【要約】【課題】温度測定対象部位の表面温度を低下させることなく、ケーシング内の光ファイバ及び受光部を確実に冷却し、該測定対象部位の表面温度を正確且つ安定的に測定でき、且つ、熱対策が容易で、メンテナンス性に優れた光ファイバ温度測定装置を得る。【解決手段】ケーシング１の先端側に、該ケーシング１の軸方向に延びる耐熱用保護筒３を、ケーシング先端から突出するように連結し、該保護筒３におけるケーシング先端から突出した部分の筒壁に、該ケーシング先端の開口１ａから保護筒３内に流入した冷却用の気体を保護筒３外に排出するための排出孔を貫設する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端に開口を有する筒状のケーシングと、該ケーシング内に設けられ、基端側が温度測定器に接続されると共に、先端側に放射熱検出用の受光部が取付けられた光ファイバと、上記ケーシング内に冷却用の気体を供給して該ケーシング先端の開口から排出させる構成の光ファイバ温度測定装置において、
上記ケーシングの先端側に、該ケーシングの軸方向に延びる耐熱用保護筒が、ケーシング先端から突出するように連結されていて、該保護筒におけるケーシング先端から突出した部分の筒壁に、該ケーシング先端の開口から保護筒内に流入した冷却用の気体を保護筒外に排出するための排出孔が貫設されていることを特徴とする光ファイバ温度測定装置。
【請求項２】
上記保護筒は、該保護筒内の基端側に上記ケーシングの先端側が嵌入された状態で該ケーシングに連結されていることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ温度測定装置。
【請求項３】
上記保護筒は、該保護筒及びケーシングをこれらの保護筒及びケーシングの軸方向と直交する方向に貫通する複数の固定用ボルトによって該ケーシングに抜脱不能に連結されていると共に、上記光ファイバは、これらの固定用ボルトにおけるねじ杆の各先端部によって挟まれることによりケーシング内に保持されていることを特徴とする請求項２に記載の光ファイバ温度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバを用いた温度測定装置に関するものであり、さらに詳しくは、電気炉等の炉内のロールの表面温度など測定するのに適した光ファイバ温度測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気炉等の炉内のロールなど、高温の被熱物の表面温度を測定するに際しては、従来より広く用いられていた熱電対を被熱物に押しつけて温度を測定する温度測定装置に変えて、近年では、短い測定時間で安定的且つ正確な温度を測定する光ファイバを用いた温度測定装置が一般化してきている。
この光ファイバを用いたタイプの温度測定装置は、炉壁に設けられた通孔（覗き穴）から、筒状のケーシング内に光ファイバ及び該光ファイバの先端に設けられた放射熱検出用の受光部を備えたプローブを炉内に挿入し、ケーシングの先端のみを被熱物に接触させる一方で、受光部は非接触とした状態で該被熱物の表面温度を測定するようになっている。
ここで、このタイプの温度測定装置においては、上記炉内温度は約１２００℃程度の高温に達しているのに対し、上記受光部や光ファイバは耐熱温度が比較的低い（受光部の耐熱温度は約１００℃程度）ことから、例えば特許文献１に示すように、受光部及び光ファイバを冷却するために、ケーシング内部における基端側から先端側に向けて冷却用のエアを供給し、ケーシングの先端の測定用開口から該冷却用のエアを排出するように構成するのが一般的となっている。
【０００３】
しかしながら、上記冷却用のエアは全てケーシング先端の開口から排出されることから、ケーシングの先端を接触させて温度の測定する際には、このエアが被熱体の表面の温度測定対象部位まで冷却してしまい、被熱体の正確な表面温度を計測することができないという大きな問題が生じていた。一方で、被熱体の温度測定対象部位の表面温度の低下を防ぐために冷却用のエアの供給量を減らすと受光部及び光ファイバの冷却が十分に行われない場合が考えられるため、受光部及び光ファイバの冷却を十分に行いながらも、被熱体の温度測定対象部位の温度を下げることなく安定的且つ確実に測定できるようにすることが望まれていた。
また、上述のように炉内の温度は非常に高温であることから、熱に対する対策が不可避であるが、熱対策を容易化すると共にメンテナンス性の確保の観点から、受光部及び光ファイバの冷却と被熱体の温度低下の防止の両方を実現するに際しては、できるだけ部品点数を少なくし、且つ全体の構造を簡単にすることが重要である。
【０００４】
【特許文献１】特開平６−１０９５４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の技術的課題は、温度測定対象部位の表面温度を低下させることなく、ケーシング内の光ファイバ及び受光部を確実に冷却し、該測定対象部位の表面温度を正確且つ安定的に測定することができる光ファイバ温度測定装置を提供することにある。
また本発明の他の技術的課題は、熱対策が容易で、且つメンテナンス性に優れた光ファイバ温度測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明の光ファイバ温度測定装置は、先端に開口を有する筒状のケーシングと、該ケーシング内に設けられ、基端側が温度測定器に接続されると共に、先端側に放射熱検出用の受光部が取付けられた光ファイバと、上記ケーシング内に冷却用の気体を供給して該ケーシング先端の開口から排出させる構成の光ファイバ温度測定装置において、上記ケーシングの先端側に、該ケーシングの軸方向に延びる耐熱用保護筒が、ケーシング先端から突出するように連結されていて、該保護筒におけるケーシング先端から突出した部分の筒壁に、該ケーシング先端の開口から保護筒内に流入した冷却用の気体を保護筒外に排出するための排出孔が貫設されていることを特徴とするものである。
【０００７】
本発明においては、上記保護筒は、該保護筒内の基端側に上記ケーシングの先端側が嵌入された状態で該ケーシングに連結されているものとすることができる。
この場合、上記保護筒は、該保護筒及びケーシングをこれらの保護筒及びケーシングの軸方向と直交する方向に貫通する複数の固定用ボルトによって該ケーシングに抜脱不能に連結されていると共に、上記光ファイバは、これらの固定用ボルトにおけるねじ杆の各先端部によって挟まれることによりケーシング内に保持されていることが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、光ファイバ及び受光部を内蔵したケーシングの先端に、耐熱用保護筒を該ケーシングの先端から突出するように連結すると共に、該保護筒におけるケーシング先端から突出した部分の筒壁に排出孔を設けて、該排出孔からケーシング先端の開口から保護筒内に流入した冷却用の気体を保護筒外に排出する構成であるため、ケーシング内の光ファイバ及び受光部は冷却用の気体により確実に冷却される一方、ケーシング先端から保護筒内に流入した冷却用の気体のほとんどは、被熱体の温度測定対象部位に接触する前に上記排出孔から保護筒外に排出されるため、温度測定対象部位の表面温度を低下させることなく、該部位の表面温度を正確且つ安定的に測定することができる。
また、ケーシング先端に上記排出孔を設けた耐熱用保護筒を連結するだけのきわめて簡単な構成であり、また部品点数も非常に少ないため、熱対策がきわめて容易であり、且つメンテナンス性にも優れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１から図３は、本発明の光ファイバ温度測定装置の一実施の形態を示すもので、この実施の形態の温度測定装置は、先端に温度測定に供する開口１ａを有する筒状のケーシング１と、該ケーシング１内に設けられ、先端側に放射熱検出用の受光部２ａが取付けられた光ファイバ２と、上記ケーシング１の先端に連結された耐熱用保護筒３とを有している。
【００１０】
上記ケーシング１は、軸方向に長い略円筒状に形成されていて、先端側には上記開口１ａが設けられ、基端側には、上記光ファイバ２の基端側を気密に導出する導出孔４を有する光ファイバ用の閉塞部材４が取付けられている。
また、このケーシング１の基端近傍には、ケーシング１内に冷却用のエアを供給するためのエア供給用管部５が、ケーシング１の基端側方向に傾いた状態で一体に連結されている、このエア供給用管部５の管内とケーシング１の筒内の空間とは気密に連通した状態となっていて、温度測定時や測定終了直後等には、エアがケーシング１内の基端側から先端側に向けて常時供給される構成となっている。なお、このエア供給用管部５の先端側（ケーシング１との連結部分とは反対側の端部）には、エアを供給するための図示しないチューブの先端をエア供給用管部５内に気密に導入する導入口６ａを備えたチューブ用の閉塞部材６が取付けられている。
【００１１】
上記光ファイバ２は、先端側に、被熱体からの放射光を集光するレンズを備えた上記受光部２ａを備える一方、基端側は光ファイバ２から送られてきた放射光に基づき温度を測定・表示する温度測定器（図示せず）に接続されている。
この光ファイバ２は、後述する一対の固定用ボルト９，９のねじ杆９ａ，９ａ先端部に挟持されることにより、上記ケーシング１内のほぼ中央に保持され、光ファイバ２や受光部２ａがケーシング１の筒壁に接触しないように構成されている。これにより、ケーシング１内における光ファイバ２及び受光部２ａの外周に上記冷却用のエアをスムーズに流通させると共に、被熱体や炉内雰囲気からケーシング１に伝わる熱が、できるだけ光ファイバ２や受光部２ａに伝わらないようにしている。
なお、光ファイバを用いた温度測定の技術自体は周知のものであるため、測定原理等の詳細な説明は省略する。
【００１２】
上記耐熱用保護筒３は、セラミック等の耐熱性に優れた素材により形成されて上記ケーシング１の軸方向に延びる円筒状のもので、上記ケーシング１と共に電気炉等の炉内に挿入されるプローブ７を構成している。
この保護筒１は、上記ケーシングとは別体に形成されていて、該ケーシング１の外径とほぼ同じ内径を有し、ケーシング１の先端部分が保護筒３に基端側から筒内に嵌入された状態で連結されており、熱の影響等で劣化した場合等に保護筒を交換する際にケーシングを保護筒から抜き差しすることにより該保護筒を簡単に取外し・装着が行えるようになっている。
さらに、この保護筒３は、ケーシング１に連結された状態において、先端側が上記ケーシング１の先端よりも突出しており、この突出した部分の筒壁には、ケーシング１内を冷却した後に該ケーシング先端の開口１ａから保護筒３内に流入した冷却用のエアを保護筒外に排出するための排出孔８が貫設されている。
【００１３】
上記排出孔８は、図１及び図２に示すように、図中の保護筒３の上部及び下部、並びに左側、右側に位置する四方の筒壁にそれぞれ複数個（この実施の形態の場合、３個）ずつ等間隔に配設されていて、各排出孔８は、保護筒３の軸線と直交する向きにそれぞれ穿設されている。
また、これらの排出孔８は、図１に示すように、全体として保護筒３の突出部分における基端側（先端から離れる方向）寄りに配設されていて、保護筒３内に流入したエアをできるだけ被熱体から離れた位置で外部に排出する構成とし、エアが被熱体に与える影響を可及的に抑えるようにしている。
【００１４】
上記保護筒３及び排出孔８については、具体的に、上記ケーシングの軸方向長さが約１４５０ｍｍ程度とした場合に、上記保護筒３のケーシング１からの突出部分は約１００ｍｍ程度とすることが望ましく、上記排出孔８は、最先端に位置するものを保護筒３の先端から３０ｍｍ程度離れた位置に設け、以降３０ｍｍ間隔で設けることが望ましい。なお、上記排出孔８は、直径が約２ｍｍ程度のものを、保護筒の筒壁の上下左右の各列に直線的に配置することが好ましい。
【００１５】
ところで、上記保護筒３とケーシング１とは、図１に示すように、該保護筒３の内部にケーシング１の先端側を保護筒３の基端側から嵌入した状態において、これら保護筒３及びケーシング１の軸方向と直交する方向に貫通する複数の固定用ボルトによって、保護筒３が該ケーシング１から抜脱不能なるように相互に固定されている。そして、これらの固定ボルトにおけるねじ杆の先端部で上記光ファイバ２を挟み込むことにより、光ファイバ２をケーシング１の筒壁に接触しない状態で常時保持している。したがって、上記固定用ボルトは、保護筒３のケーシング１への確実な固定と、該ケーシング１内での光ファイバ２の保持との両方の機能を有することになり、これにより、全体構成の簡単化すると共に、部品点数を少なくすることができ、メンテナンス性の一層の向上が図られ、また製造コストもより抑えることができる。
【００１６】
この実施の形態においては、図１及び図３に示すように、図中の保護筒３の上部及び下部の２か所に、固定用ボルト９，９をそれぞれ着脱可能に螺挿するようになっており、これらの２本の固定用ボルト９，９の各ねじ杆９ａ，９ａの先端部によって上記光ファイバ２を上下から挟む構成となっている。また、上記保護筒３及びケーシング１の上部及び下部には、これら保護筒３及びケーシング１の各筒壁を上下方向に貫通するボルト孔３ａ，１ｂがそれぞれ設けられていて、上記固定用ボルト９が保護筒３及びケーシング１の各筒壁を貫くように着脱可能に螺挿される構成となっている。
また、この実施の形態においては、図１に示すよう、上記固定用ボルト９，９とは別に、保護筒の基端側近傍において、ねじ杆が保護筒及びケーシングを貫通し且つ上記光ファイバに接触しない程度の長さに成形された２本の補助ボルト１０，１０を、保護筒及びケーシングの上下からそれぞれ螺挿する構成とし、保護筒のケーシングへの固定をより確実に行うことができるようにしている。なお、この実施の形態の場合、すべての固定用ボルト９，９及び補助ボルト１０，１０を取り除くことにより上記保護筒３をケーシング１から取外すことができる。
【００１７】
上記構成を有する光ファイバ温度測定装置は、例えば電気炉等の炉壁に設けられた覗き穴から、プローブ７を炉内に挿入し、保護筒３の先端をロール等の被熱物に接触させ、上記受光部２ａによって該被熱物からの光を受光して、光ファイバ２を通じて送られてきた放射光に基づいて温度測定器で温度を算出し、その温度を表示する。測定に際しては、ケーシング１内には冷却用のエアが常時供給され、図１中の矢印で示すように、該エアはケーシング１内を流通して光ファイバ２及び受光部２ａを冷却した後、ケーシング先端の開口１ａから排出される。
このとき、上記ケーシング１の先端に、耐熱用保護筒３を該ケーシング１の先端から突出するように連結すると共に、該保護筒３におけるケーシング先端から突出した部分の筒壁に複数の排出孔８を設けて、これらの排出孔８から開口上記１ａから保護筒３内に流入した冷却用のエアを保護筒３外に排出するように構成されているため、ケーシング先端から排出されたエアは保護筒３内に流入する一方で、そのエアは被熱体の温度測定対象部位に接触する前に上記排出孔８から保護筒３外に排出される。
したがって、ケーシング１内の光ファイバ２及び受光部２ａは冷却用のエアによって確実に冷却することができるだけでなく、温度測定対象部位の表面温度を低下させることないため、該部位の表面温度を正確且つ安定的に測定することができる。
【００１８】
さらに、上記光ファイバ温度測定装置は、ケーシング１の先端に上記排出孔８を設けた耐熱用保護筒３を連結するだけのきわめて簡単な構成であるため、各種構成部品、特に最も熱の影響を受ける保護筒３のチェック、あるいは交換等を簡単に行うことができるため、メンテナンス性にも優れる。また、部品点数も非常に少ないため、各部品ごとの熱対策が比較的容易に行うことができるため、装置全体としての熱対策がきわめて容易であり、製造コストも抑えることができる。
【００１９】
上記実施の形態では、電気炉の炉内のロールの表面温度を測定する例を挙げて説明したが、これに限らず、圧延等に使用される各種ロールの表面温度を測定する場合など、適当な被熱体の表面温度の測定に用いることができる。
【００２０】
上記実施の形態においては、上記排出孔８を保護筒３の上下左右の各列に３個ずつ直線的に配置し、全部で１２個設けた構成としているが、この排出孔は、保護筒に対する熱の影響を考慮した上で、保護筒の十分な剛性の確保や、冷却用気体供給量に応じた確実な排出等が可能な範囲内であれば何個設けてもよく、また、排出孔の配列や径も適宜に設定することができる。
【００２１】
また、上記排出孔８は、上記実施の形態では、保護筒の軸線と直交する向きにそれぞれ穿設したものとしているが、排出孔の穿設方向は、保護筒の基端側に傾いた方向にすることができ、この場合には、排出孔からのエアが被熱物から遠ざかる方向に排出されるため、エアが被熱体に接触することを防止することができ、被熱体に与えるエアの影響をより確実に排除することが可能である。
【００２２】
上記実施の形態においては、２本（一対）の固定用ボルト９，９を保護筒及びケーシング１の上下からそれぞれ螺挿して、１個所で保護筒３のケーシング１への固定と光ファイバの挟持とを同時に行うようにしているが、複数対の固定用ボルトを用いて複数個所で保護筒のケーシングへの固定と光ファイバの挟持とを同時に行う構成としてもよい。
また、必ずしも固定用ボルト２本で保護筒のケーシングへの固定と光ファイバの挟持を行う必要はなく、固定用ボルトを３本以上用いてもよい。
なお、光ファイバをケーシング内において他の金具等の適当な手段を用いて保持する場合、あるいは保持する必要がない場合は、必ずしも上記固定用ボルトによって光ファイバを挟持させる必要はない。
【００２３】
さらに、上記実施の形態においては、固定用ボルト９，９とは別に、保護筒３の基端側で２本の補助ボルト１０，１０を保護筒及びケーシング１の上下から螺挿する構成としているが、この補助ボルトは、保護筒をケーシングに確実に固定できれば適当な位置に１本あるいは３本以上配設することができる。なお、この補助ボルト自体は必ずしも設ける必要はなく、省略することも可能である。
【００２４】
また、上記実施の形態では、保護筒３の基端側の内部にケーシング１の先端側を嵌入させることにより、保護筒３をケーシング１に連結する構成としているが、これに限らず、保護筒の基端側をケーシング先端の開口から該ケーシングの内部に嵌入することにより、これら保護筒とケーシングとを相互に連結する構成としてもよい。
なお、保護筒の交換が不要な場合には、保護筒の基端側とケーシングの先端側とを溶接等によって相互に固定するようにしてもよく、この場合には、上記固定用ボルトを省略することができる。
【００２５】
さらに、上記実施の形態では、冷却用の気体としてエアを用いているが、その他の不活性ガス等を用いることもでき、適当な気体を選択することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係る光ファイバ温度測定装置の一実施の形態を示す断面図である。ただし、温度測定器は省略してある。
【図２】図１のＡ−Ａ拡大断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ拡大断面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１      ケーシング
１ａ    開口
２      光ファイバ
２      受光部
３      耐熱用保護筒
８      排出孔
９      固定用ボルト
９ａ    ねじ杆  
【図１】
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【図２】
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【図３】
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