(57)【要約】【課題】  放射温度計によって測定される鋼板表面の分光放射輝度が背光の影響を受ける場合においても、精度の高い温度測定を行う鋼板の温度測定方法を提供する。【解決手段】  放射温度計４で異なる２つの偏光成分について測定される鋼板１の２つの分光放射輝度Ｌ１およびＬ２と、オフラインで背光を受けない状態で測定した鋼板１の前記異なる２つの偏光成分での放射率ε１ｔおよびε２ｔとを用いて背光の影響を補償し、走行する鋼板の温度Ｔ（Ｋ）を求める。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射温度計による鋼板の温度測定方法おいて、異なる２つの偏光成分について測定される鋼板の２つの分光放射輝度と、オフラインで背光を受けない状態で測定した鋼板の前記異なる２つの偏光成分での放射率とを用いて背光の影響を補償し、走行する鋼板の温度を求めることを特徴とする鋼板の温度測定方法。
【請求項２】
鋼板の温度を求める手順が以下のａ）〜ｆ）によることを特徴とする請求項１記載の鋼板の温度測定方法。
ａ）オフラインで背光を受けない状態で、異なる２つの偏光成分の放射率ε１ｔおよびε２ｔとを測定する。
ｂ）前記異なる２つの偏光成分で、オンラインで走行中の鋼板の分光放射輝度Ｌ１およびＬ２を測定する。
ｃ）背光による分光放射輝度と走行する鋼板からの自発光による分光放射輝度との比Ｒｄを次式で求める。
Ｒｄ＝（ε２ｔ／ε１ｔ−Ｌ２／Ｌ１）／｛Ｌ２／Ｌ１−（１−ε２ｔ）／（１−ε１ｔ）｝
ｄ）鋼板の自発光による分光放射輝度Ｌ１ｔを次式で求める。
Ｌ１ｔ＝Ｌ１／（１＋Ｒｄ）
ｅ）鋼板の黒体放射輝度Ｌｂ（λ，Ｔ）を次式で求める。
Ｌｂ（λ，Ｔ）＝Ｌ１ｔ／ε１ｔ
ただし、λ：検出器の検出波長
ｆ）走行する鋼板の温度Ｔを次式で求める。
Ｔ＝１／Ａ＊（−Ｃ２／（Ｌｎ（Ｌｂ（λ，Ｔ）／Ｃ））−Ｂ）
ここで、
Ａ：測定波長
Ｂ：フィルタの透過波長帯域幅と遮断帯の透過率および検出器感度のリニアリティが関係して決まる、個々の放射温度計に固有の係数
Ｃ：放射温度計の幾何光学的な条件と検出器の感度によって決まる定数
Ｃ２：プランクの第二定数＝０．０１４３８８［ｍ・Ｋ］
【請求項３】
放射温度計による鋼板の温度測定装置おいて、異なる偏光成分について測定される鋼板の２つの分光放射輝度と、オフラインで背光を受けない状態で測定した鋼板の前記２つの偏光成分での放射率とを用いて背光の影響を補償し、走行する鋼板の温度を求めるロジックを当該放射温度計内に持つことを特徴とする鋼板の温度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼種毎の鋼板表面の放射率が変化しても無視可能な程度であり、放射温度計によって測定される分光放射輝度が背光雑音の影響を受ける場合の鋼板の温度測定方法および温度測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、連続鋼板熱処理炉内その他において、鋼板の表面温度の測定に非接触で測定できる放射温度計が多く使用されている。しかし、炉内を走行する鋼板の放射率は未知であったり、材質、熱処理温度、酸化、表面粗さ等の影響を受けて変動したりするため、鋼板の温度測定に放射温度計の適用が困難であったり、あるいはその測定精度が低いと言う課題があった。この課題を解決するものとして、特許文献１には、２つの異なる分光放射率間の関係を解くことによって被測定物体の温度と放射率を同時に求める放射温度測定法が開示されている。
【特許文献１】特公平６−２３６７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
放射エネルギーを測定して物体の温度を測定する放射温度計においては、背光雑音を除去することによりはじめて正しい測温が可能となる。しかしながら、前記特許文献１による被測定物体の温度と放射率を同時に求める放射温度計では、取付け角度の制約が非常に厳しく、例えば４５°±１°が要求されるが、実際には放射温度計の据付の誤差が生じるため、完全なる背光雑音の除去は困難で、背光雑音の影響を受けているのが実情である。一方、走行する鋼板の放射率は、鋼種毎には、無視できる程度に小さい場合が多い。
【０００４】
そこで、本発明の課題は、鋼種毎の鋼板表面の放射率が変化しても無視可能な程度であり、放射温度計によって測定される分光放射輝度が背光の影響を受ける場合の鋼板の温度測定おいて、精度の高い温度測定を行うことができる温度測定方法および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】
【０００５】
上記目的を解決するために、請求項１に記載の発明は、鋼種毎の鋼板表面の放射率が変化しても無視可能な程度であり、放射温度計によって測定される分光放射輝度が背光の影響を受ける場合の鋼板の温度測定方法おいて、異なる偏光成分について測定される鋼板の２つの分光放射輝度Ｌ１およびＬ２と、オフラインで背光を受けない状態で測定した鋼板の前記２つの偏光成分での放射率ε１ｔおよびε２ｔとを用いて背光の影響を補償し、走行する鋼板の温度Ｔ（Ｋ）を求めることを特徴とする。
【０００６】
また、請求項２に記載の発明は、走行する鋼板の温度Ｔ（Ｋ）を求める手順が以下のａ）〜ｆ）によることを特徴とする。
ａ）オフラインで背光を受けない状態で、異なる２つの偏光成分の放射率ε１ｔおよびε２ｔとを測定する。
ｂ）前記異なる２つの偏光成分で、オンラインで走行中の鋼板の分光放射輝度Ｌ１およびＬ２を測定する。
ｃ）背光による分光放射輝度と走行する鋼板からの自発光による分光放射輝度との比Ｒｄを次式で求める。
Ｒｄ＝（ε２ｔ／ε１ｔ−Ｌ２／Ｌ１）／｛Ｌ２／Ｌ１−（１−ε２ｔ）／（１−ε１ｔ）｝
ｄ）鋼板の自発光による分光放射輝度Ｌ１ｔを次式で求める。
Ｌ１ｔ＝Ｌ１／（１＋Ｒｄ）
ｅ）鋼板の黒体放射輝度Ｌｂ（λ，Ｔ）を次式で求める。
Ｌｂ（λ，Ｔ）＝Ｌ１ｔ／ε１ｔ
ただし、λ：検出器の検出波長
ｆ）走行する鋼板の温度Ｔを次式で求める。
Ｔ＝１／Ａ＊（−Ｃ２／（Ｌｎ（Ｌｂ（λ，Ｔ）／Ｃ））−Ｂ）
ここで、
Ａ：測定波長
Ｂ：フィルタの透過波長帯域幅と遮断帯の透過率および検出器感度の    リニアリティが関係して決まる、個々の放射温度計に固有の係数
Ｃ：放射温度計の幾何光学的な条件と検出器の感度によって決まる定数
Ｃ２：プランクの第二定数＝０．０１４３８８［ｍ・Ｋ］
【０００７】
また、請求項３記載の発明は、鋼種毎の鋼板表面の放射率が変化しても無視可能な程度であり、放射温度計によって測定される分光放射輝度が背光の影響を受ける場合の走行する鋼板の温度測定装置おいて、異なる偏光成分について測定される鋼板の２つの分光放射輝度Ｌ１およびＬ２と、オフラインで背光を受けない状態で測定した鋼板の前記２つの偏光成分での放射率ε１ｔおよびε２ｔとを用いて背光の影響を補償し、走行する鋼板の温度Ｔ（Ｋ）を求めるロジックを当該温度計内に持つことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、背光の影響を補償できるので、放射温度計の据付時の誤差が多少あっても、正しい温度を得ることが可能である。また、遮蔽装置設計・据付双方に対してコスト上のメリットも期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に本発明を実施例に基づき説明する。図１は本発明にかかる実施例を示す図である。
【００１０】
連続鋼板熱処理炉内を走行する鋼板１の温度を放射温度計４で測定する際には、鋼板１からの放射２と、鋼板１で反射した背光雑音３との和を放射温度計４に入力する。なお、遮蔽板５はすべての背光が鋼板１で反射して入力されて外乱となるのを防止するために吸収させるものである。
【００１１】
一般に、放射測温では、温度Ｔと放射率εと背光雑音の３つの未知数がある。単色温度計は放射率εを既知として、温度Ｔを求める。単色温度計では、背光雑音は無視されている。また、トレース温度計では、偏光または２波長を用いて、２つの分光放射率間の方程式から２つの未知数を解く。トレース温度計では、背光雑音がないことを前提としている。本発明は、鋼板の放射率が鋼板の表面状態によって変化するものの、測定場所が固定されていることを考慮すると、鋼種毎に放射率の変化が無視できる程小さい場合が多く、そのような場合に適用できる。
【００１２】
本発明においては、鋼種毎の原板の放射率を既知として、測定して得られた走行する鋼板の分光放射輝度より、鋼板の温度および背光率Ｒｄを求める方法を提案する。以下にその手順を詳述する。ここで、背光率Ｒｄは、鋼板から放射温度計に入射する自発光成分に対する、鋼板で反射して放射温度計に入射する背光成分の比率（背光成分／自発光成分）を言う。
【００１３】
温度Ｔの物体の分光放射輝度Ｌは以下の式で表される。
Ｌ＝εＬｂ（λ、Ｔ）
ここで、黒体放射輝度Ｌｂ（λ、Ｔ）はウィーンの式で求められる。
Ｌｂ（λ、Ｔ）＝Ｃ１／λ５＊ｅｘｐ｛−Ｃ２／（λ＊Ｔ）｝
ただし、Ｃ１，Ｃ２は放射の第１，第２定数
【００１４】
放射温度測定は、Ｐ偏光成分、Ｓ偏光成分のような異なる２つの偏光成分Ｌ１ｔ，Ｌ２ｔで測定すると、
Ｌ１ｔ＝ε１ｔＬｂ（λ、Ｔ）      （１）
Ｌ２ｔ＝ε２ｔＬｂ（λ、Ｔ）      （２）
故に、
Ｌ２ｔ／Ｌ１ｔ＝ε２ｔ／ε１ｔ    （３）
【００１５】
次に、鋼板に入射する背光Ｎを考慮すると、分光放射輝度Ｌ１，Ｌ２は、背光Ｎのうち（１−ε１ｔ）が反射するので、
Ｌ１＝Ｌ１ｔ＋（１−ε１ｔ）＊Ｎ  （４）
Ｌ２＝Ｌ２ｔ＋（１−ε２ｔ）＊Ｎ  （５）
故に、
Ｌ２／Ｌ１＝｛Ｌ２ｔ＋（１−ε２ｔ）＊Ｎ｝
／｛Ｌ１ｔ＋（１−ε１ｔ）＊Ｎ｝  （６）
【００１６】
また、鋼板から放射温度計に入射する自発光成分に対する、鋼板で反射して放射温度計に入射する背光成分の比率である背光率Ｒｄは、以下の式で表される。
Ｒｄ＝（１−ε１ｔ）＊Ｎ／Ｌ１ｔ  （７）
式（３）及び式（７）よりＬ２ｔ，Ｌ１ｔを求め、これを式（６）に代入し、変形してＲｄにてまとめると、
Ｒｄ＝（ε２ｔ／ε１ｔ−Ｌ２／Ｌ１）／｛（Ｌ２／Ｌ１−（１−ε２ｔ）
／（１−ε１ｔ）｝                （８）
【００１７】
また、背光率Ｒｄは次式でも表せる。
Ｒｄ＝（Ｌ１−Ｌ１ｔ）／Ｌ１ｔ    （９）
式（９）を変形すると、
（１＋Ｒｄ）＊Ｌ１ｔ＝Ｌ１          （１０）
式（１０）を変形すると、
Ｌ１ｔ＝Ｌ１／（１＋Ｒｄ）        （１１）
式（１）を変形すると、
Ｌｂ（λ、Ｔ）＝Ｌ１ｔ／ε１ｔ    （１２）
【００１８】
黒体放射輝度は、放射温度計を用いて測定する時、以下の様にも表せる。
Ｌｂ（λ、Ｔ）＝Ｃ＊ｅｘｐ（−Ｃ２／（Ａ＊Ｔ＋Ｂ））        （１３）
ここで、
Ａ  ：測定波長
Ｂ：フィルタの透過波長帯域幅と遮断帯の透過率および検出器感度のリニアリティが関係して決まる、個々の放射温度計に固有の係数
Ｃ：放射温度計の幾何光学的な条件と検出器の感度によって決まる定数
Ｃ２：プランクの第２定数
式（１２）と（１３）より、
Ｔ＝１／Ａ＊（−Ｃ２／（Ｌｎ（Ｌｂ（λ、Ｔ）／Ｃ））−Ｂ）  （１４）
【００１９】
以上より、鋼種毎の鋼板表面の放射率が変化しても無視可能な程度であり、放射温度計によって測定される分光放射輝度が背光の影響を受ける場合には、異なる偏光成分について測定される鋼板の２つの分光放射輝度Ｌ１およびＬ２と、オフラインで背光を受けない状態で測定した鋼板の前記２つの偏光成分での放射率ε１ｔおよびε２ｔとを用いて背光の影響を補償し、走行する鋼板の温度Ｔ（Ｋ）を求めることができる。
【００２０】
次に、鋼種毎の鋼板表面の放射率が変化しても無視可能な程度であり、放射温度計によって測定される分光放射輝度が背光の影響を受ける場合の本発明による測定例と、トレース温度計での測定例を示す。
【実施例】
【００２１】
以下に、測定条件および測定結果例を示す。
【００２２】
オフラインで背光を受けない状態で測定した鋼板の前記２つの偏光成分での放射率ε１ｔおよびε２ｔ：
ε１ｔ＝０．２０４６
ε２ｔ＝０．３６８７
測定した放射温度計の各係数：
Ａ＝１．５５４１×１０−６
Ｂ＝−９×１０−７
Ｃ＝３．２２２×１０８
Ｃ２＝０．０１４３８８ [ｍ・Ｋ]
λ＝１．５５４１  [μｍ]
異なる偏光成分について測定される鋼板の２つの分光放射輝度Ｌ１およびＬ２：
Ｌ１＝６７５６．８６
Ｌ２＝１０５４０．１
式（８）より、
Ｒｄ＝（０．３６８７／０．２０４６）−６７５６．８６／１０５４０．１）／（６７５６．８６／１０５４０．１−（１−０．３６８７）／（１−０．２０４６））
＝０．３１６
式（１１）より、  
Ｌ１ｔ＝６７５６．８６／（１＋０．３１６）
＝５１３４．３３８
式（１２）より
Ｌｂ（λ、Ｔ）＝５１３４．３３８／０．２０４６
＝２５０９４．５２
式（１４）より、本発明により背光の影響を除去後の走行する鋼帯温度Ｔは、
Ｔ＝１／１．５５４１×１０−６
＊（−０．０１４３８８／（Ｌｎ（２５０９４．５２／３．２２２×１０８））＋９×１０−７）
＝９７９  [Ｋ]
＝７０６  [℃]となる。
【００２３】
一方、従来のトレース温度計の出力は、７２８℃であった。
【００２４】
走行する鋼板の温度Ｔ（Ｋ）を求める上記ロジックを放射温度計内に持つことにより、−２２℃の温度が補償できたことになる。本発明のロジックは、温度計変換器内にプログラムすることが前提だが、それに限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明にかかる実施例を示す図である。
【符号の説明】
【００２６】
１：鋼板
２：鋼板からの放射
３：背光雑音の鋼帯から反射
４：放射温度計
５：遮蔽板
【図１】
2007107939.tif 000003