(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物の表面温度を測定する第１領域の近傍に所定の温度に制御した流体を接触させて該流体を接触させた第２領域の表面温度を変化させ、第１領域からの放射赤外線光量及び第２領域からの放射赤外線光量をそれぞれ検出し、両領域からの放射赤外線光量のうちの迷光雑音による影響分を、第１領域からの放射赤外線光量から第２領域からの放射赤外線光量を減じることにより除去する演算をして第１領域の表面温度を求める演算式を得、該演算式に基づいて第１領域の表面温度を算出する表面温度測定方法において、第１領域の熱容量、第２領域に単位時間あたりに接触する前記流体の流量及び熱容量、並びに前記流体の温度の関数により求まる第１領域と第２領域との表面温度差を前記演算式に与えて第１領域の表面温度を算出することを特徴とする表面温度測定方法。
【請求項２】
移動する測定対象物の表面温度を測定する第１領域の近傍に所定の温度に制御した流体を接触させて該流体を接触させた第２領域の表面温度を変化させ、第１領域からの放射赤外線光量及び第２領域からの放射赤外線光量をそれぞれ検出し、両領域からの放射赤外線光量のうちの迷光雑音による影響分を、第１領域からの放射赤外線光量から第２領域からの放射赤外線光量を減じることにより除去する演算をして第１領域の表面温度を求める演算式を得、該演算式に基づいて第１領域の表面温度を算出する表面温度測定方法において、前記測定対象物の移動速度を検出し、該移動速度、第１領域の熱容量、第２領域に単位時間あたりに接触する前記流体の流量及び熱容量、並びに前記流体の温度の関数により求まる第１領域と第２領域との表面温度差を前記演算式に与えて第１領域の表面温度を算出することを特徴とする表面温度測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低温領域にある測定対象物（例えば冷間圧延中の測定対象物）の表面温度を測定する非接触式表面温度測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ライン上を移動する測定対象物の表面温度を測定する方法として測定対象物の表面からの放射赤外線を利用した非接触式温度測定方法が知られている。
【０００３】
特開平５−２４８９５７号公報に記載されている非接触式温度測定方法で使用する表面温度測定装置は、放射温度計の赤外線センサが測定対象物を覗き見る位置に覗筒を設け、覗筒の先端部には中央部に覗き開孔を有する水冷遮蔽板が設けてある。また、水冷遮蔽板の表面温度を測定するための熱電温度計の熱電対が水冷遮蔽板の測定対象物対向面に、更に、周囲の温度（この場合測定位置周辺部の空気）を測定するため熱電温度計の熱電対が、迷光雑音（表面温度を測定する領域から放射されるのではなくこの領域外にある物体から放射される赤外線がこの領域で反射されて検出される赤外線）が最も入射しやすい位置に設けてある。
【０００４】
赤外線センサは、測定対象物から放射される赤外線を水冷遮蔽板の開孔部を通して検出することによって測定対象物の表面温度を測定する。また、測定対象物の表面温度が測定されている間に上述した熱電温度計は、水冷遮蔽板の表面温度及び周囲の温度を測定する。
【０００５】
放射温度計及び２つの熱電温度計によって検出される温度の検出値は、演算装置へ出力される。ここでは、水冷遮蔽板の測定対象物対向面から測定対象物までの距離の関数により定まる水冷遮蔽板からの迷光雑音影響関数及び周囲物体からの迷光雑音影響関数と、上述した温度の検出値とに基づいて、放射温度計が検出した放射赤外線光量のうち水冷遮蔽板及び周囲物体からの迷光雑音の影響分を演算し、この放射赤外線光量から迷光雑音の影響分を除去することにより測定対象物の表面温度の測定精度を向上させている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
低温領域にある測定対象物（例えば冷間圧延中の測定対象物）の表面から放射される赤外線光量を検出して表面温度を測定する場合、測定対象物からの放射赤外線光量は少ないために上述した非接触式温度測定方法では水冷遮蔽板及び周囲物体からの迷光雑音の影響が顕著になる。この迷光雑音の影響を考慮に入れ、測定対象物の表面温度の測定精度を向上させるためには、覗き開孔中心から水冷遮蔽板の測定対象物対向面の外周までの距離を、水冷遮蔽板の測定対象物対向面から測定対象物までの距離に対して大きくすればよいことが知られている。しかしながら、この様な水冷遮蔽板を有する大型の放射温度計を備えた表面温度測定装置は高価であり、また、設置スペースが限られている場合には設置が困難である。
【０００７】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、測定対象物の表面温度測定領域及びこの領域の近傍にある流体を接触させた参照領域からの放射赤外線光量に基づいて放射赤外線光量のうちの迷光雑音による影響分を演算により除去した結果と、表面温度測定領域の熱容量、単位時間あたりに参照領域に接触する流体の流量及び熱容量とに基づいて表面温度を算出することにより、低温領域にある測定対象物の表面温度を測定するための表面温度測定装置を小型化することが可能な表面温度測定方法を提供することを目的とする。
【０００９】
更に、演算結果に基づいて表面温度を算出する際に測定対象物の移動速度を考慮した演算を行うことにより、上述した表面温度測定方法をより高精度に実施することが可能な表面温度測定方法を提供することを他の目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る表面温度測定方法は、測定対象物の表面温度を測定する第１領域の近傍に所定の温度に制御した流体を接触させて該流体を接触させた第２領域の表面温度を変化させ、第１領域からの放射赤外線光量及び第２領域からの放射赤外線光量をそれぞれ検出し、両領域からの放射赤外線光量のうちの迷光雑音による影響分を、第１領域からの放射赤外線光量から第２領域からの放射赤外線光量を減じることにより除去する演算をして第１領域の表面温度を求める演算式を得、該演算式に基づいて第１領域の表面温度を算出する表面温度測定方法において、第１領域の熱容量、第２領域に単位時間あたりに接触する前記流体の流量及び熱容量、並びに前記流体の温度の関数により求まる第１領域と第２領域との表面温度差を前記演算式に与えて第１領域の表面温度を算出することを特徴とする。
【００１２】
請求項２に係る表面温度測定方法は、移動する測定対象物の表面温度を測定する第１領域の近傍に所定の温度に制御した流体を接触させて該流体を接触させた第２領域の表面温度を変化させ、第１領域からの放射赤外線光量及び第２領域からの放射赤外線光量をそれぞれ検出し、両領域からの放射赤外線光量のうちの迷光雑音による影響分を、第１領域からの放射赤外線光量から第２領域からの放射赤外線光量を減じることにより除去する演算をして第１領域の表面温度を求める演算式を得、該演算式に基づいて第１領域の表面温度を算出する表面温度測定方法において、前記測定対象物の移動速度を検出し、該移動速度、第１領域の熱容量、第２領域に単位時間あたりに接触する前記流体の流量及び熱容量、並びに前記流体の温度の関数により求まる第１領域と第２領域との表面温度差を前記演算式に与えて第１領域の表面温度を算出することを特徴とする。
【００１３】
測定対象物の表面温度を測定する第１領域の表面温度がＴｓ（未知）である測定対象物の、この領域からの放射赤外線光量及びこの領域外からの迷光雑音による放射赤外線光量との和Ｌは下記（１）式で与えられる。
【００１４】
Ｌ＝εｓ・Ｌｂ（Ｔｓ）＋α（１−εｓ）・εｗ・Ｌｂ（Ｔｗ）  …（１）
ここで、Ｌｂ（Ｔｓ）は温度Ｔｓの物体の黒体放射輝度、
εｓは測定対象物の放射率、
αは迷光雑音影響係数、
εｗは周辺物体の放射率（平均値）、
Ｔｗは周辺の環境温度をそれぞれ表す。
【００１５】
（１）式において、右辺第１項は第１領域からの放射赤外線光量を、また、右辺第２項はこの領域以外からの迷光雑音による放射赤外線光量をそれぞれ表す。第１領域の近傍にある第２領域（表面温度の参照領域）に所定の温度に制御した流体を接触させたとき、この領域の表面温度はΔｔだけ変化し、このとき、第２領域からの放射赤外線光量及びこの領域以外からの迷光雑音による放射赤外線光量の和Ｌｔは下記（２）式で表される。
【００１６】
Ｌｔ＝εｓ・Ｌｂ（Ｔｓ＋Δｔ）＋α（１−εｓ）・εｗ・Ｌｂ（Ｔｗ）…（２）
【００１７】
（１）式における、第１領域以外からの迷光雑音による放射赤外線光量及び（２）式における、第２領域以外からの迷光雑音による放射赤外線光量は等しいため、（１）式から、（２）式を減じることにより、迷光雑音による放射赤外線光量を消去することが可能であり、下記（３）式を得る。
【００１８】
0003975584.tif 000002
ここで、ΔＬは、第１領域と第２領域との放射赤外線光量差である。
【００１９】
第１領域と第２領域との間の表面温度差Δｔは、第１領域の温度と熱容量、単位時間に第２領域に接触する上述した流体の流量と熱容量、及びこの流体の温度により定まり、これらを用いて表面温度を算出することによって回帰的に求められた関数Ｆにより下記（４）式に示す如く定まる。
【００２０】
Δｔ＝Ｆ（Ｔｓ，Ｃｓ，ｌ，Ｃａ，Ｔａ，）                    …（４）
ここで、Ｃｓは第１領域の熱容量、
ｌは単位時間に第２領域に接触する上述した流体の流量、
Ｃａはその熱容量、
Ｔａはその温度をそれぞれ表す。
【００２１】
（３）式及び（４）式より、ΔＬは下記（５）式に示す如く表せる。
【００２２】
0003975584.tif 000003
【００２３】
上述の流体の温度をＴａに制御し、上述した放射赤外線光量差ΔＬを検出してこれらを（５）式に与え、（５）式より第１領域の表面温度Ｔｓを算出する演算を行うことにより測定対象物の表面温度が算出される。
以上が第１発明に係る表面温度測定方法である。
【００２９】
測定対象物表面からの放射赤外線光量を検出する際に、測定対象物表面から実際に放射される赤外線光量と検出される赤外線光量とには相違があり、この相違は、測定対象物が高速で移動する場合には大きくなることが知られている。この場合、検出される放射赤外線光量に基づいて測定対象物の表面温度を算出する際に測定対象物の移動速度を考慮しないと精度の高い測温精度が得られない。
【００３０】
そこで、第２発明に係る表面温度測定方法では、測定対象物が高速で移動する場合においても高い測温精度が得られるように、第１領域と第２領域との表面温度差Δｔを定める関数の要素に測定対象物の移動速度Ｖｓを加えた下記（８）式を用いる。
【００３１】
Δｔ＝Ｆ（Ｔｓ，Ｃｓ，ｌ，Ｃａ，Ｔａ，Ｖｓ）              …・（８）
【００３２】
（８）式を（５）式の関数Ｆに代えて与えることによって下記（９）式を得る。
【００３３】
0003975584.tif 000004
【００３４】
上述した流体の温度をＴａに制御し、上述した放射赤外線光量差ΔＬ及び測定対象物の移動速度Ｖｓを検出し、これらを（９）式に与えて第１領域の表面温度Ｔｓを算出する演算を行うことにより測定対象物の表面温度が算出される。
以上が第２発明に係る表面温度測定方法である。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
【００３６】
実施の形態１．
図１は、本発明に係る表面温度測定方法を冷間圧延中の鋼板に対して実施する際に用いる装置を示した模式図である。
図において１は測定対象物である鋼板であり、鋼板１の上方には表面温度を測定する第１領域を視野とする赤外線センサ２と、第１領域の近傍にある第２領域（表面温度の参照領域）を視野とする赤外線センサ３とが設けられている。第２領域には、送風機４から送風され配管５を流れる空気が空気吹き付け口８から吹き付けられる。この空気の温度は、配管５を流れる間に空気加熱器６及び空気冷却器７により予め設定した温度（鋼板１の冷却程度により決定される）に制御され、第２領域に単位時間あたりに吹き付けられるこの空気の吹き付け量は、図示しない流量制御手段により予め設定した流量に制御される。空気吹き付け口８の近傍には、第２領域に吹き付けられる空気の温度を検出するための温度センサ９が設けてある。
【００３７】
温度センサ９が検出した空気温度は、表面温度演算器１０ａへフイードバックされ、空気加熱器６及び空気冷却器７により配管５を流れる空気温度が制御される。また、赤外線センサ２、３によって検出される放射赤外線光量及び温度センサ９により検出される空気温度は表面温度演算器１０ａへ逐次入力される。本実施の形態では、第２領域の表面温度を変化させるための流体として空気を用いるが、これは、例えば水のような液体であっても良い。
【００３８】
表面温度演算器１０ａには、鋼板１の黒体放射輝度Ｌｂ、放射率εｓ及び迷光雑音影響係数α、鋼板１の周辺にある物体の放射率εｗ（平均値）及び周辺の環境温度Ｔｗ（表面温度を測定する環境を考慮した温度）が予め与えてあり、下記に示す（１）式及び（２）式、
0003975584.tif 000005
が設定されている。（２）式中のΔｔは、第１領域及び第２領域の表面温度差であり、これは、第１領域の表面温度Ｔｓ及び熱容量Ｃｓ、単位時間あたり第２領域に吹き付けられる空気の流量ｌ及び熱容量Ｃａ並びにこの空気温度Ｔａの（４）式に示す関数により定義されている。
Δｔ＝Ｆ（Ｔｓ，Ｃｓ，ｌ，Ｃａ，Ｔａ，）                    …（４）
【００３９】
表面温度演算器１０ａは、赤外線センサ２、３によって検出された放射赤外線光量を（１）式のＬ、（２）式のＬｔに与え、（１）式から（２）式を減算し、第１領域、第２領域からの放射赤外線光量のうちの迷光雑音の影響分が除去された第１領域の表面温度を算出するための（５）式を得る。
0003975584.tif 000006
（５）式に温度センサ９により検出された空気温度Ｔａを与えて第１領域の表面温度を算出する。算出された第１領域の表面温度Ｔｓは温度表示部１１に出力されて表示される。
【００４５】
実施の形態２．
図２は本発明に係る表面温度測定方法を長手方向に移動する冷間圧延中の鋼板に対して実施する際に用いる装置を示した模式図である。
【００４６】
本実施の形態では、実施の形態１に用いる表面温度演算器１０ａに代えて表面温度演算器１０ｃを設ける。また、ロータリーエンコーダーを用いた速度検出器１３をロール１２に連結して設け、鋼板１を案内するロール１２の回転速度から鋼板１の移動速度を検出する。
【００４７】
表面温度演算器１０ｃでは、鋼板１の移動速度Ｖｓ、第１領域の表面温度Ｔｓ及び熱容量Ｃｓ、第２領域に単位時間あたりに接触する空気の流量ｌ及び熱容量Ｃａ、並びにこの空気の温度Ｔａにより（８）式の如く定まる関数により第１領域及び第２領域の表面温度差Δｔが定義されている。
Δｔ＝Ｆ（Ｔｓ，Ｃｓ，ｌ，Ｃａ，Ｔａ，Ｖｓ）                …（８）
【００４８】
表面温度演算器１０ｃは、上述の如く迷光雑音を除去する演算をし、第１領域の表面温度を求めるための（９）式を得る。
0003975584.tif 000007
（９）式より第１領域の表面温度を算出する際に速度検出器１３により検出された鋼板１の移動速度を与える。こうして算出された第１領域の表面温度は温度表示部１１に出力され表示される。尚、その他は発明の実施の形態１と同一であるので説明を省略する。
【００４９】
【発明の効果】
以上詳述した如く本発明に係る表面温度測定方法によれば、測定対象物の表面温度を測定する第１領域及びこの領域の近傍にある流体を接触させた第２領域からの放射赤外線光量に基づいて第１領域から検出された放射赤外線光量のうちの迷光雑音による影響分を演算により除去し、これと、第１領域の熱容量、単位時間あたり第２領域に吹き付けられる空気の流量及び熱容量並びにこの空気温度とに基づいて第１領域の表面温度を算出することが可能になる。従って、低温領域にある測定対象物の表面温度を算出するために測定対象物からの放射赤外線光量を検出するための装置に迷光雑音を除去するための水冷遮蔽板を設けなくてもよく、表面温度測定装置を小型化することが可能になる。
【００５１】
更に、第１領域の表面温度を算出する際に測定対象物の移動速度を考慮した演算を行うことにより、第１領域の表面温度をより高精度に算出することが可能になる等、本発明は優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る表面温度測定方法を冷間圧延中の鋼板に対して実施する際に用いる装置を示した模式図である。
【図２】  本発明に係る表面温度測定方法を長手方向に移動する冷間圧延中の鋼板に対して実施する際に用いる装置を示した模式図である。
【符号の説明】
１  鋼板
２、３  赤外線センサ
４  送風機
５  配管
６  空気加熱器
７  空気冷却器
８  空気吹き付け口
９  温度センサ
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ  表面温度演算器
１１  温度表示部
１２  ロール
１３  速度検出器
【図１】
0003975584.tif 000008
【図２】
0003975584.tif 000009