(57)【要約】【課題】本発明は、被測定鋼板、反射板の各放射率の変動および経時変化の影響を受けることなく、鋼板温度を迅速かつ精度良く測定できる鋼板の温度測定装置を提供することを目的とする。【解決手段】反射板２、仕切壁４ａ、４ｂと背面板５から構成された流路８と、流路８に設けられた電気ヒータ２０と、流路８を流れる冷却ガス５０と、電気ヒータ２０に電流を流す電気ヒータ用電源２５と、冷却ガス５０を供給するための電磁弁５５、レギュレータ５６と、これらに指令を送るための制御手段３０と、反射板２と鋼板との間で反射する射度から放射温度計３により求められた射度温度Ｔｇと熱電対４０により測定された反射板温度Ｔ２とに基づき鋼板温度とみなす近似値Ｔ１’を算出する鋼板温度演算回路６０とから構成される。【選択図】図３
2009174958.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定鋼板に対向して設置され、かつ、流路が設けられた反射板と、前記流路に設けられたヒータまたは前記流路に高温媒体を流すための高温媒体供給手段と、前記流路に低温媒体を流すための低温媒体供給手段と、前記ヒータまたは高温媒体供給手段と低温媒体供給手段とを制御するための制御手段と、前記反射板の温度（以下、「反射板温度」という。）Ｔ２を直接測定する温度検出器と、前記被測定鋼板と前記反射板のそれぞれから放射される放射エネルギーが前記反射板と前記被測定鋼板との間で所定の回数反射される角度となるように前記被測定鋼板に向けて設置され、この角度で前記被測定鋼板から放出されるエネルギーが測定され、この測定されたエネルギーと等価なエネルギーを放射する黒体の温度に相当する等価温度Ｔｒに換算され出力するための放射温度計と、下記式（１）より前記被測定鋼板の温度（以下、「鋼板温度」という。）の近似値Ｔ１’を算出する鋼板温度演算回路と、を備え、
前記流路は前記反射板の前記被測定鋼板側とは反対側の面（以下、「裏面」という）に設けられ、前記反射板温度Ｔ２が前記近似値Ｔ１’に一致するように前記制御手段により、前記ヒータまたは高温媒体供給手段と、前記低温媒体供給手段とが制御され、前記近似値Ｔ１’が前記鋼板温度とみなされるように構成されたことを特徴とする鋼板の温度測定装置。
Ｔ１’＝Ｔｒ＋Ｋ（Ｔｒ−Ｔ２）  ―――  式（１）
ここに、Ｋは、別途の測定または文献値から求めた前記反射板および前記被測定鋼板の各放射率の推定値に基づく補正係数である。
【請求項２】
前記測定されたエネルギーは、前記被測定鋼板と前記反射板のそれぞれから放射される放射エネルギーが前記反射板と前記被測定鋼板との間で反射する回数が１または２回である場合の射度であり、前記等価温度Ｔｒは、前記射度と等価なエネルギーを放射する黒体の温度に換算して求めた射度温度Ｔｇである請求項１に記載の鋼板の温度測定装置。
【請求項３】
前記測定されたエネルギーは、前記被測定鋼板と前記反射板のそれぞれから放射される放射エネルギーが前記反射板と前記被測定鋼板との間で多重反射する場合の前記被測定鋼板からの放射エネルギーあり、前記等価温度Ｔｒは、前記多重反射した場合の放射エネルギーと等価なエネルギーを放射する黒体の温度に換算して求めた多重反射温度Ｔｍである請求項１に記載の鋼板の温度測定装置。
【請求項４】
前記流路は、前記反射板と、前記反射板の裏面に接するように設けられた複数の仕切壁と、前記反射板の裏面に対向するように設けられた背面板と、この背面板側に前記低温媒体または高温媒体が供給される供給口と排出される排出口とを有した構成よりなり、前記ヒータは、電気ヒータであり、この電気ヒータが前記流路の全域に渡って配設され、前記反射板の厚さｔと前記複数の仕切壁間の間隔Ｗ、および、前記仕切壁の厚さＨと高さＬとの関係は、下記式（２）、（３）を満たすように構成された請求項１乃至３に記載の鋼板の温度測定装置。
２≦Ｗ／ｔ≦１０  ―――  式（２）
１≦Ｌ／Ｈ≦２０  ―――  式（３）
【請求項５】
前記供給口は前記流路の中央部近傍に設けられ、前記排出口は前記流路の両端側に設けられ、前記低温媒体または高温媒体が前記中央部近傍から前記両端部に向かって流れるように構成された請求項４に記載の鋼板の温度測定装置。
【請求項６】
前記低温媒体は、低温ガスであり、前記制御手段の指令により低温媒体供給手段から前記低温ガスの流量を複数のレベルで供給できるように構成された請求項５に記載の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、例えば連続焼鈍設備や合金化溶融亜鉛メッキ設備に使用され、非接触にて鋼板の温度が測定できる鋼板の温度測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼板を連続熱処理する連続焼鈍設備や溶融メッキの後に合金化処理する合金化溶融亜鉛メッキ設備においては、多品種の鋼板は連続処理される。このため、品種ごとに異なる鋼板の機械的特性（強度や伸びなど）やメッキ特性（合金化度など）を安定化させるためには、加熱・冷却を伴う熱処理プロセス後の鋼板温度を目標温度に精度良く制御することが重要である。
【０００３】
これらの設備において連続的に搬送される鋼板の温度測定は、非接触による放射温度計を用いた測定が一般的である。放射温度計を用いる場合、被測定対象物である鋼板の放射率の設定が必要である。ところが、鋼板の放射率は鋼種、表面性状など鋼板自体の物理的性状の他、鋼板温度など種々の要因によって変動するため、実用上、このような変動に対応させて鋼板の放射率を設定することは非常に困難である。その結果、鋼板温度の測定に誤差が生じやすく、鋼板温度を目標温度に精度良く制御できない問題があった。
【０００４】
上記のような鋼板の放射率の変動の影響を極力排除し、鋼板温度の測定を高精度に行なうことを目的とする鋼板の温度測定装置として、次のようなものが提案されている。「反射板と鋼板との間で多重反射を行なわせると見かけ上放射率が高くなるという知見」と反射板の裏面に加熱手段を設置して反射板の温度を制御することで反射板の放射率の経時変化にも影響されないようにするという意図」のもとに構成された鋼板の温度測定装置が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００５】
また、万一炉内で鋼板の破断等が発生し、比較板が破損しても炉壁レンガの破損等が起きないようにすることを目的とする鋼板の温度測定装置として、次のようなものが提案されている。「鋼板と近接して設置された、気体によって冷却可能な比較板と、この比較板に設けた表面温度を測定するための温度検出器と、鋼板からの放射と、比較板からの放射とを測定する放射温度計とを備え、放射温度計の測定値から鋼板の温度を求めるように構成された鋼板の温度測定装置が提案されている（例えば、特許文献２を参照）。
【０００６】
しかし、特許文献１に記載された鋼板の温度測定装置では、原理的に精度の良い温度測定を可能にするためには、多重反射回数が無限大（または、無限大とみなせるよう）にしなければならない。また、このように構成した場合は、鋼板の温度、放射温度計で測定された多重反射温度と反射板の温度との間に四次式が成立する。しかし、この四次式を解いて鋼板の温度を求める場合は、演算に長時間を要してしまう。そこで、一次近似式を用いて演算を行なう。ところが、放射温度計で測定された多重反射温度と反射板の温度との間にずれがあると、鋼板の温度を精度良く求める上では、一次近似式内の微小項も無視できなくなる。しかし、この温度測定装置では、反射板に加熱手段しか備えていないため、放射温度計で測定された多重反射温度と反射板の温度とを迅速に一致させることができない。したがって、鋼板の温度を迅速かつ精度良く求めることはできない。特に、反射板を加熱手段で加熱し過ぎた場合には、冷却手段を備えていないため、目標とする反射板の温度と放射温度計で測定された多重反射温度を一致させるのに極めて長時間を要してしまうという問題がある。
【０００７】
また、特許文献２に記載された鋼板の温度測定装置では、比較板に冷却手段を備えているものの加熱手段を備えていないため、目標とする反射板の温度に迅速に制御できないばかりか、そもそもこの装置では、原理的に鋼板、反射板の各放射率の変動および経時変化の影響に配慮されていない。したがって、鋼板の温度を迅速かつ精度良く測定できないという問題がある。
【特許文献１】特開平５−２０３４９７号公報
【特許文献２】特開昭５２−４４６８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、被測定鋼板、反射板の各放射率の変動および経時変化の影響を受けることなく、鋼板温度を迅速かつ精度良く測定できる鋼板の温度測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的を達成するために、本発明の請求項１に記載の発明は、被測定鋼板に対向して設置され、かつ、流路が設けられた反射板と、前記流路に設けられたヒータまたは前記流路に高温媒体を流すための高温媒体供給手段と、前記流路に低温媒体を流すための低温媒体供給手段と、前記ヒータまたは高温媒体供給手段と低温媒体供給手段とを制御するための制御手段と、前記反射板の温度（以下、「反射板温度」という。）Ｔ２を直接測定する温度検出器と、前記被測定鋼板と前記反射板のそれぞれから放射される放射エネルギーが前記反射板と前記被測定鋼板との間で所定の回数反射される角度となるように前記被測定鋼板に向けて設置され、この角度で前記被測定鋼板から放出されるエネルギーが測定され、この測定されたエネルギーと等価なエネルギーを放射する黒体の温度に相当する等価温度Ｔｒに換算され出力するための放射温度計と、下記式（１）より前記被測定鋼板の温度（以下、「鋼板温度」という。）の近似値Ｔ１’を算出する鋼板温度演算回路と、を備え、
前記流路は前記反射板の前記被測定鋼板側とは反対側の面（以下、「裏面」という）に設けられ、前記反射板温度Ｔ２が前記近似値Ｔ１’に一致するように前記制御手段により、前記ヒータまたは高温媒体供給手段と、前記低温媒体供給手段とが制御され、前記近似値Ｔ１’が前記鋼板温度とみなされるように構成されたことを特徴とする鋼板の温度測定装置である。
Ｔ１’＝Ｔｒ＋Ｋ（Ｔｒ−Ｔ２）  ―――  式（１）
ここに、Ｋは、別途の測定または文献値から求めた前記反射板および前記被測定鋼板の各放射率の推定値に基づく補正係数である。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記測定されたエネルギーは、前記被測定鋼板と前記反射板のそれぞれから放射される放射エネルギーが前記反射板と前記被測定鋼板との間で反射する回数が１または２回である場合の射度であり、前記等価温度Ｔｒは、前記射度と等価なエネルギーを放射する黒体の温度に換算して求めた射度温度Ｔｇである。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記測定されたエネルギーは、前記被測定鋼板と前記反射板のそれぞれから放射される放射エネルギーが前記反射板と前記被測定鋼板との間で多重反射する場合の前記被測定鋼板からの放射エネルギーあり、前記等価温度Ｔｒは、前記多重反射した場合の放射エネルギーと等価なエネルギーを放射する黒体の温度に換算して求めた多重反射温度Ｔｍである。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３に記載の発明において、前記流路は、前記反射板と、前記反射板の裏面に接するように設けられた複数の仕切壁と、前記反射板の裏面に対向するように設けられた背面板と、この背面板側に前記低温媒体または高温媒体が供給される供給口と排出される排出口とを有した構成よりなり、前記ヒータは、電気ヒータであり、この電気ヒータが前記流路の全域に渡って配設され、前記反射板の厚さｔと前記複数の仕切壁間の間隔Ｗ、および、前記仕切壁の厚さＨと高さＬとの関係は、下記式（２）、（３）を満たすように構成されている。
２≦Ｗ／ｔ≦１０  ―――  式（２）
１≦Ｌ／Ｈ≦２０  ―――  式（３）
【００１３】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、前記供給口は前記流路の中央部近傍に設けられ、前記排出口は前記流路の両端側に設けられ、前記低温媒体または高温媒体が前記中央部近傍から前記両端部に向かって流れるように構成されている。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記低温媒体は、低温ガスであり、前記制御手段の指令により低温媒体供給手段から前記低温ガスの流量を複数のレベルで供給できるように構成されている。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように、本発明の鋼板の温度測定装置は、被測定鋼板に対向して設置され、かつ、流路が設けられた反射板と、前記流路に設けられたヒータまたは前記流路に高温媒体を流すための高温媒体供給手段と、前記流路に低温媒体を流すための低温媒体供給手段と、前記ヒータまたは高温媒体供給手段と低温媒体供給手段とを制御するための制御手段と、前記反射板の温度（以下、「反射板温度」という。）Ｔ２を直接測定する温度検出器と、前記被測定鋼板と前記反射板のそれぞれから放射される放射エネルギーが前記反射板と前記被測定鋼板との間で所定の回数反射される角度となるように前記被測定鋼板に向けて設置され、この角度で前記被測定鋼板から放出されるエネルギーが測定され、この測定されたエネルギーと等価なエネルギーを放射する黒体の温度に相当する等価温度Ｔｒに換算され出力するための放射温度計と、下記式（１）より前記被測定鋼板の温度（以下、「鋼板温度」という。）の近似値Ｔ１’を算出する鋼板温度演算回路と、を備え、
前記流路は前記反射板の前記被測定鋼板側とは反対側の面（以下、「裏面」という）に設けられ、前記反射板温度Ｔ２が前記近似値Ｔ１’に一致するように前記制御手段により、前記ヒータまたは高温媒体供給手段と、前記低温媒体供給手段とが制御され、前記近似値Ｔ１’が前記鋼板温度とみなされるように構成されているため、被測定鋼板、反射板の各放射率の変動および経時変化の影響を受けることなく、鋼板温度を迅速かつ精度良く測定できる。
Ｔ１’＝Ｔｒ＋Ｋ（Ｔｒ−Ｔ２）  ―――  式（１）
ここに、Ｋは、別途の測定または文献値から求めた前記反射板および前記被測定鋼板の各放射率の推定値に基づく補正係数である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００１７】
本発明に係る鋼板の温度測定装置は、被測定鋼板に対向して設置され、かつ、流路が設けられた反射板と、前記流路に設けられたヒータまたは前記流路に高温媒体を流すための高温媒体供給手段と、前記流路に低温媒体を流すための低温媒体供給手段と、前記ヒータまたは高温媒体供給手段と低温媒体供給手段とを制御するための制御手段と、前記反射板の温度（以下、「反射板温度」という。）Ｔ２を直接測定する温度検出器と、前記被測定鋼板と前記反射板のそれぞれから放射される放射エネルギーが前記反射板と前記被測定鋼板との間で所定の回数反射される角度となるように前記被測定鋼板に向けて設置され、この角度で前記被測定鋼板から放出されるエネルギーが測定され、この測定されたエネルギーと等価なエネルギーを放射する黒体の温度に相当する等価温度Ｔｒに換算され出力するための放射温度計と、下記式（１）より前記被測定鋼板の温度（以下、「鋼板温度」という。）の近似値Ｔ１’を算出する鋼板温度演算回路と、を備え、
前記流路は前記反射板の前記被測定鋼板側とは反対側の面（以下、「裏面」という）に設けられ、前記反射板温度Ｔ２が前記近似値Ｔ１’に一致するように前記制御手段により、前記ヒータまたは高温媒体供給手段と、前記低温媒体供給手段とが制御され、前記近似値Ｔ１’が前記鋼板温度とみなされるように構成されていることを特徴とする。これにより、被測定鋼板、反射板の各放射率の変動および経時変化の影響を受けることなく、鋼板温度を迅速かつ精度良く測定できる。
Ｔ１’＝Ｔｒ＋Ｋ（Ｔｒ−Ｔ２）  ―――  式（１）
ここに、Ｋは、別途の測定または文献値から求めた前記反射板および前記被測定鋼板の各放射率の推定値に基づく補正係数である。
【００１８】
以下に、上記構成に至った理由について詳述する。
【００１９】
本発明者らは、反射板の裏面に単に加熱手段または冷却手段を設けて温度制御するだけでは、反射板の温度Ｔ２を目標値（すなわち、鋼板温度の上記近似値Ｔ１’）に迅速に近づけることができず、どうしても上記等価温度Ｔｒと反射板の温度Ｔ２との間にずれが発生してしまうことを明らかにした。また、このずれが、一次近似式を用いて鋼板の温度を迅速かつ精度良く求める場合の阻害要因であることも突き止めた。そこで、反射板の裏面に流路を設け、この流路を活用して反射板を応答性良く、かつ、均一に加熱、冷却する構成を採用したならば、反射板の温度Ｔ２を目標値（すなわち、鋼板温度の上記近似値Ｔ１’）に迅速に近づけることができるのではないかと発想した。その結果、一次近似式を用いる場合の演算の高速化の効果と相俟って、鋼板温度を迅速かつ精度良く測定できるようになった。
【００２０】
次に、上記本発明に係る鋼板の温度測定装置を用いることで、鋼板、反射板の各放射率の変動および経時変化の影響を受けることなく、鋼板温度を迅速かつ精度良く測定できることの理論的裏づけの説明を行なう。
【００２１】
２枚の有限の平板である鋼板および反射板の射度（以下、鋼板と反射板のそれぞれから放射される放射エネルギーが反射板と鋼板との間で反射する回数が１または２回である場合の射度に関して説明する。）は、２枚の有限平板の周囲からの背景放射を無視すると下記式（１１）および（１２）のように表される。
【数１】
2009174958.tif 000003
【００２２】
ここに、Ｆ１２およびＦ２１はそれぞれ、鋼板から反射板への形態係数および反射板から鋼板への形態係数で、鋼板および反射板の幾何学的形状および位置関係より決まる値である。
【００２３】
上記式（１１）および（１２）より反射板の射度Ｇ２を消去してＥ（Ｔ１）を求めると、下記式（１３）が得られ、鋼板の黒体放射エネルギーを求める式が得られる。
【数２】
2009174958.tif 000004
【００２４】
ここで、Ｋは下記式（１４）で定義され、鋼板および反射板の放射率から決まる補正係数である。
【数３】
2009174958.tif 000005
【００２５】
ここで、Ｆ１２およびＦ２１がともに１にほぼ等しい場合は、式（１３）は、Ｆ１２＝Ｆ２１＝１とおくことにより下記式（１５）に簡略化される。
【数４】
2009174958.tif 000006
【００２６】
また、鋼板の射度Ｇ１と、これと等価なエネルギーを放射する黒体の温度（以下、「射度温度」という。）Ｔｇとの間には、Ｇ１＝σＴｇ４の関係があるので、上記式（１５）より下記式（１６）が導かれ、鋼板温度Ｔ１は上記等価温度Ｔｒとしての射度温度Ｔｇおよび反射板温度Ｔ２から算出できることとなる。
【数５】
2009174958.tif 000007
【００２７】
また、上記式（１６）より、
Ｔ１４＝（１＋Ｋ）Ｔｇ４−ＫＴ２４
＝Ｔｇ４＋Ｋ（Ｔｇ４−Ｔ２４）
＝Ｔｇ４［１＋Ｋ（１−（Ｔ２／Ｔｇ）４）］
となり、さらに、Ｔ２／Ｔｇ＝ａとおくと、
Ｔ１４＝Ｔｇ４［１＋Ｋ（１−ａ４）］
＝Ｔｇ４［１＋Ｋ（１−ａ）（１＋ａ）（１＋ａ２）］
となり、ａ≒１の場合は、
Ｔ１４≒Ｔｇ４［１＋４Ｋ（１−ａ）］
となる。
【００２８】
したがって、
Ｔ１≒Ｔｇ［１＋４Ｋ（１−ａ）］１／４
となる。
【００２９】
ここで、ｂ≒０の場合、（１−ｂ）４＝（１−４ｂ＋６ｂ２−４ｂ３＋ｂ４）≒（１−４ｂ）であるから、１−ｂ≒（１−４ｂ）１／４となる。この関係を上式に適用する。
【００３０】
したがって、
Ｔ１≒Ｔｇ［１＋Ｋ（１−ａ）］
＝Ｔｇ［１＋Ｋ（１−Ｔ２／Ｔｇ）］
＝Ｔｇ＋Ｋ（Ｔ２−Ｔｇ）
となり、Ｔ１をＴ１’と置き換えることにより、上記式（１）が導かれる。
【００３１】
ここに、Ｋは、上記式（１４）で示したように、鋼板および反射板の放射率ε１、ε２のみの関数からなる補正係数である。このため、補正係数Ｋ自体は、鋼板および反射板の放射率変動の影響を受けることになるが、反射板温度Ｔ２を射度温度Ｔｇに一致するように（すなわち、反射板温度Ｔ２を鋼板温度の上記近似値Ｔ１’に一致するように）制御するので、補正係数Ｋによる誤差が除外され鋼板温度の高精度な測定が可能となる。
【００３２】
したがって、補正係数Ｋは、厳密な設定を要しないが、測定された鋼板温度が所定の精度に達するのに要する時間には影響があるので、ある程度の精度は必要である。このため、鋼板および反射板の放射率ε１、ε２の推定値として、例えば別途オフラインで測定した値または文献値から想定される変動の範囲における平均的な値を採用し、これらの値を上記式（１４）に代入して算出したものを補正係数Ｋとして用いればよい。
【００３３】
また、上記本発明に係る鋼板の温度測定装置では、反射板の裏面に流路が設けられたているため、反射板温度Ｔ２が鋼板温度の上記近似値Ｔ１’に一致するように、この流路を活用して反射板を応答性良く、かつ、均一に加熱、冷却できる。したがって、反射板温度Ｔ２と射度温度Ｔｇとの差ΔＴを短時間で零に近づけることができる。よって、射度温度Ｔｇと鋼板温度の上記近似値Ｔ１’が当然短時間で一致する。すなわち、鋼板温度の上記近似値Ｔ１’を鋼板温度Ｔ１とみなすことができることになる。上述したように、上記本発明に係る鋼板の温度測定装置であれば、鋼板、反射板の各放射率の変動および経時変化の影響を受けることなく、鋼板温度を迅速かつ精度良く測定できる。
【００３４】
上記本発明に係る鋼板の温度測定装置において、鋼板、反射板の各放射率の変動および経時変化の影響を受けることなく、鋼板温度を迅速かつ精度良く測定できることの理論的裏づけに関する説明は、鋼板と反射板のそれぞれから放射される放射エネルギーが反射板と鋼板との間で反射する回数が１または２回である場合の射度を用いて説明したが、特にこれに限定されるものではない。例えば、上記射度の代わりに、鋼板と反射板のそれぞれから放射される放射エネルギーが反射板と鋼板との間で多重反射する場合の鋼板からの放射エネルギーを用いることも可能である。この多重反射した場合の放射エネルギーと等価なエネルギーを放射する黒体の温度である多重反射温度Ｔｍを上記等価温度Ｔｒに採用すれば、上記式（１）がそのまま適用できる。
【００３５】
また、上記反射板の裏面に設けられた流路の形状は、特に限定されるものではないが、反射板の裏面に接するように設けられた複数の仕切壁と、反射板の裏面に対向するように設けられた背面板と、この背面板側に低温媒体または高温媒体が供給される供給口と排出される排出口とを有した構成とするのが好ましい。このようにすることで、反射板を応答性良く、かつ、均一に加熱、冷却できる。また、反射板の厚さＴと複数の仕切壁間の間隔Ｗ、および、仕切壁の厚さＨと高さＬとの関係が、下記式（２）、（３）を満たすように構成することで、反射板を応答性良く、かつ、均一に加熱、冷却できるため、反射板内の温度偏差ΔＴを所定値以下にすることができ、より好ましい。  
２≦Ｗ／Ｔ≦１０  ―――  式（２）
１≦Ｌ／Ｈ≦２０  ―――  式（３）
このような構成とする場合は、前記供給口は前記流路の中央部近傍に設けられ、前記排出口は前記流路の両端側に設けられ、前記低温媒体または高温媒体が前記中央部近傍から前記両端部に向かって流れるように構成するのが、好ましい。このようにすることで、低温媒体および高温媒体のそれぞれの冷却能力、加熱能力が維持できるため、反射板内の小さな領域毎に温度制御が可能である。その結果として、上述のように、反射板内の温度偏差ΔＴを所定値以下にすることができる。
【００３６】
また、上記反射板の形状も特に限定されるものではなく、矩形、円形等さまざまな形状を用いることが可能である。
【００３７】
また、上述の説明では、加熱手段として高温媒体を利用する場合について、説明したが、特にこれに限定されるものではない。例えば、流路内にヒータを配設しておいても良い。特に、電気ヒータを用いれば、特別な設備も不要になるばかりか、制御性も良い。
【００３８】
また、上述の説明では、冷却手段として低温媒体を利用する場合について、説明したが、この低温媒体もさまざまものが使用可能であり、特定のものに限定されない。例えば、低温ガスによる冷却以外にも、空冷、水冷等を用いることも可能である。ただし、低温ガスによる冷却を行なえば、制御性も良いばかりか装置も比較的安価にできるため、何かと好都合である。
【実施例】
【００３９】
以下、本発明の鋼板の温度測定装置の実施例について図面を参照しながら説明する。
【００４０】
図１は本発明の実施例の鋼板の温度測定装置の測定原理を説明するための概念図、図２は図１に示す反射板の裏面に設けられた流路を背面板を取り外した状態で示した平面模式図、図３は本実施例の鋼板の温度測定装置の概略構成を示すブロック図、図４は図３に示す反射板内の位置と冷却ガス温度、反射板温度の関係を示す特性図、図５は図３に示す流路と比較するために設けた別の流路構成とその特性を示す特性図、図６は図３に示す流路の詳細仕様を説明するための模式図、図７は図６に示す流路の詳細仕様と反射板内の温度偏差の関係を示す特性図、図８は本実施例の流路に流す冷却ガスの流量、電気ヒータ出力と鋼板温度、反射板温度の各挙動を示す特性図、図９は本実施例の別の形態の流路を説明するための説明図である。図１に示すように、鋼板１に対向して平行に反射板２が設けられている。反射板２は、上記式（１３）中の形態係数Ｆ１２およびＦ２１をできるだけ大きくして１に近づけることで測定誤差をより小さくできるので、同じ反射板面積で形態係数が最大となるように鋼板１に対して反射板２を平行に、かつ、できるだけ近づけて設置することが望ましい。ただし、鋼板１が上下にうねる（波打つ）ような場合があるので、鋼板１が反射板２に接触しないように、所定の間隔を設けて設置することが必要である。
【００４１】
また、鋼板１の射度を受取れるように、放射温度計３を反射板２と鋼板１との隙間から鋼板１の表面に向けて設置し、鋼板１と反射板２のそれぞれから放射される放射エネルギーが反射板２と鋼板１との間で交互に反射する回数がそれぞれで１または２回となるように鋼板１に対する放射温度計３の設置角度θを調整する。反射板２と鋼板１との間での放射エネルギーの反射回数をそれぞれで少なくとも１回とした理由は、放射エネルギーが反射板２で１回も反射することなく放射温度計３で受取られると、炉内壁など背景からの放射エネルギーが直接鋼板１で反射されて鋼板１の射度の一部（反射エネルギー）となるため、測定誤差が大きくなるのに対し、反射板２で少なくとも１回反射させてから鋼板１で反射させることで背景からの放射エネルギーの影響が無視できる程度に小さくなり、測定誤差が十分小さくなるからである。また、反射板２と鋼板１との間での放射エネルギーの反射回数をそれぞれで多くとも２回とした理由は、３回以上反射させても背景からの放射エネルギーの影響はすでに十分小さくなっており、測定誤差の改善効果は少なく、そのわりに反射板２が大きくなるためである。
【００４２】
鋼板１に対する放射温度計３の設置角度θは、反射板２と鋼板１との間での放射エネルギーの反射回数をそれぞれで１または２回となるように、反射板２の大きさ、鋼板１と反射板２との距離等に応じて適宜調整すればよいが、鋼板表面の指向放射率を高めて射度を受取りやすくすること、放射温度計３の設置スペースなどの設備制約等を考慮して、５°以上６０°未満、さらには１０〜５０°、特に２０〜４０°の範囲で適宜調整するとよい。
【００４３】
また、放射温度計３で測定される放射エネルギーと鋼板１の射度との関係は、下記式で表される。
【数６】
2009174958.tif 000008
【００４４】
すなわち、Ｆｇ＝εｒとすると、Ｇ１＝Ｅｒとなる。したがって、放射温度計３に鋼板１から放射温度計３への形態係数Ｆｇに相当する放射率εｒを設定することにより、鋼板１の射度Ｇ１と等価なエネルギーを放射する黒体の温度に相当する等価温度Ｔｒとしての射度温度Ｔｇに放射温度計３で換算され出力される。
【００４５】
鋼板１から放射温度計３への形態係数Ｆｇは、両者の幾何学的形状および位置関係と鋼板１の指向放射率より決定されるため、理論的に求めることも可能であるが、別途、例えばオフラインにて同様な幾何学的形状および位置関係にて実験的に決定することも可能である。
【００４６】
図２において、４ａは矩形状の反射板２の裏面に反射板２の長手方向に略平行で、かつ、略垂直な状態で設けられた仕切壁、４ｂは仕切壁４ａと略直交するように、かつ、反射板２の端部側に設けられた仕切壁である。また、流路８は、反射板２、仕切壁４ａ、４ｂ、背面板５（後記図３を参照）から複数構成されている。また、図２に示すように、流路８内には流路８の長手方向に向かって、反射板２の裏面の端から端まで電気ヒータ２０（破線で示す）が配設されている。また、流路８内には電気ヒータ２０に平行し、かつ、流路８の中央部（正確には、後記図３に示す供給口６側：○印で示す）から両端部（正確には、後記図３に示す排出口７側：●印で示す）に向かって、低温媒体としての冷却用ガス５０（実線で示す。詳細は後記図３を参照）が流れる様子を模式的に示す。
【００４７】
図３のブロック図内に描かれた流路８の模式断面のように、断面コ字状の背面板５が反射板２の裏面に対向するように配設されている。これにより、反射板２の裏面側に接近した短く、かつ、体積の小さな流路８が多数形成可能になる。また、反射板２の裏面の見かけ上の面積が増加したことにもなるので、実質的に加熱及び冷却能力が向上したことにもなる。また、この流路８には、反射板２の裏面の中央部近傍に対応する位置に冷却用ガスの供給口６、両端部近傍に対応する位置に冷却用ガスの排出兼電気ヒータ２０の接続スペースを兼ねた排出口７を備えることも可能となる。
【００４８】
図３において、２５は電気ヒータ用電源、３０は制御手段、４０は反射板２の温度を直接測定するための温度検出器としての熱電対、５０は冷却ガス、５５は電磁弁、５６はレギュレータ、６０は鋼板温度演算回路である。電気ヒータ２０は、電気ヒータ用電源２５に接続され、制御手段５０からの指令により流路８内が加熱され、反射板２の温度が上昇する。また、制御手段５０からの指令により低温媒体供給手段としての電磁弁５５が開かれ冷却ガス５０が中央部近傍の供給口６から供給され流路８内を流れ、両端部近傍の排出口７から排出される。これにより、流路８内が冷却され、反射板２の温度が降下する。さらに、電磁弁５５にはレギュレータ５６が併設されているため、冷却ガス５０の流量を常に一定に保つこともできる。
【００４９】
次に、本実施例の鋼板の温度測定装置の動作について、以下に説明する。本装置の動作初期においては、例えば、反射板２の初期設定温度を、例えば鋼板１の目標温度Ｔ０にすればよい。この場合、初期設定温度（鋼板１の目標温度Ｔ０）と熱電対４０で実測された反射板温度Ｔ２との間には大きな温度差があるため、制御手段５０から電気ヒータ用電源２５に指令が送られ、電気ヒータ２０により流路８内が急速に加熱される。その後、熱電対４０で実測された温度上昇した反射板温度Ｔ２と放射温度計３から出力された射度温度Ｔｇが鋼板温度演算回路６０内に入力され、上記式（１）に基づき演算され、鋼板温度Ｔ１の近似値Ｔ１’が算出される。この近似値Ｔ１’が以降、反射板２の目標の設定温度として制御手段５０内で用いられる。その後、近似値Ｔ１’と反射板温度Ｔ２が一致するまで、電気ヒータ２０により、加熱し続ける。その結果、反射板温度Ｔ２と射度温度Ｔｇとの差ΔＴが次第に小さくなり０に近づき、反射板温度Ｔ２と近似値Ｔ１’とが一致した場合は、この近似値Ｔ１’を鋼板温度Ｔ１とみなす。ただし、反射板温度Ｔ２が射度温度Ｔｇを超えてしまった場合は、鋼板温度演算回路６０内で算出された近似値Ｔ１’が、反射板２の目標の設定温度として新たに制御手段３０内に設定される。これにより、制御手段３０から電磁弁５５を開く指令が送られ、直ちに冷却ガス５０が中央部近傍の供給口６から流路８内に流され、冷却を開始する。したがって、反射板温度Ｔ２と射度温度Ｔｇとの差ΔＴが速やかに０に近づき、反射板温度Ｔ２と近似値Ｔ１’とが一致する。以上により、鋼板１、反射板２の各放射率の変動および経時変化の影響を受けることなく、鋼板温度Ｔ１を迅速かつ精度良く測定できるようになる。
【００５０】
図４の場合は、冷却ガス５０が中央部近傍の供給口６から流路８内に供給され、両端部近傍の排出口７から排出される構成であるため、個々の流路８の長さが短く、かつ、体積も小さく、流路８内での冷却ガス５０の温度上昇が少ないことがわかる。したがって、反射板２内の温度分布も小さくなり、後記図５に示す流路１００の構成に比べて、好ましいことがわかる。
【００５１】
図５（ａ）に示す流路１００は、図３に示す背面板５に代えて断面コ字状の背面板９０を用いるだけで構成できるものである。この構成では、反射板２の裏面の一端側から冷却ガス５０が供給され、他端側から排出されるため、流路１００の長さが流路８の長さの約２倍となり、流路１００内での冷却ガス５０の温度上昇が流路８の場合に比べて、多少大きくなる。したがって、反射板２を冷却する効果は十分あるものの、図３に示すような流路構成を有する反射板２内の温度分布（図４参照）に比べると多少大きくなる。
【００５２】
次に、図３に示す本実施例の流路８の詳細仕様と反射板２内の温度偏差ΔＴ（℃）の詳細な関係について、検討した結果を図６、図７に示す。図６は流路８を反射板２の長手方向から見た、仕切壁４ｂを取り除いた側面断面模式図である。図７（ａ）において、横軸は仕切壁４ａの間隔（Ｗ）／反射板２の厚さ（ｔ）、縦軸の左側は反射板２内の温度偏差ΔＴ（℃）、縦軸の右側は電気ヒータ用電源２５の容量指数（−）である。また、図７（ｂ）において、横軸は仕切壁４ａにおける実質的に流路８を構成するのに寄与している高さ（Ｌ）／仕切壁４ａの厚さ（Ｈ）、縦軸の左側は反射板２内の温度偏差ΔＴ（℃）、縦軸の右側は電気ヒータ用電源２５の容量指数（−）である。
【００５３】
図７（ａ）において、仕切壁４ａの間隔（Ｗ）を小さくすれば、反射板２内の温度偏差ΔＴは小さくなることがわかる。しかし、仕切壁４ａの間隔（Ｗ）の大きさには、実用上限界がある。また、反射板２の厚さ（ｔ）を厚くすると反射板２内の温度偏差ΔＴは小さくなることがわかる。しかし、反射板２の厚さ（ｔ）を厚くすると、反射板２を加熱するために必要な電気ヒータ用電源２５の容量が大きくなってしまい、装置費用が高くなってしまう。本願発明の目的を達成する上では、図７（ａ）に示す反射板２内の温度偏差ΔＴが１℃以上１０℃以下であることが好ましい。これを実現するのは、図７（ａ）からＷ／ｔが２以上１０以下であることが好ましいことがわかる。図７（ｂ）において、仕切壁４ａの実質的高さ（Ｌ）を小さくすれば、反射板２内の温度偏差ΔＴは小さくなることがわかる。しかし、仕切壁４ａの実質的高さ（Ｌ）を小さくするのも実用上限界がある。また、仕切壁４ａの厚さ（Ｈ）を厚くすると反射板２内の温度偏差ΔＴは小さくなることがわかる。しかし、反射板２の厚さ（ｔ）の場合と同様に、仕切壁４ａの厚さ（Ｈ）を厚くすると、加熱するために必要な電気ヒータ用電源２５の容量が大きくなってしまい、装置費用が高くなってしまう。図７（ｂ）に示す反射板２内の温度偏差ΔＴが１℃以上１０℃以下を実現するためには、Ｌ／Ｈが１以上２０以下であることが好ましいことがわかる。
【００５４】
図８（ａ）は、鋼板温度Ｔ１が一時的に高くなった場合に、如何にして反射板２を任意の一定温度に保つかを説明するために、流路８に流す冷却ガス５０の流量、電気ヒータ２０の出力、鋼板温度Ｔ１と反射板温度Ｔ２の各挙動を示したものである。このように鋼板温度Ｔ１が一時的に高くなった場合に、単純に電気ヒータ２０の出力を下げる、または、ゼロにするだけでは、反射板２は鋼板１からの輻射熱を受けているため、反射板２を任意の一定温度に保つことができない。しかし、レギュレータ５６を用いて、鋼板１からの輻射熱量の大きさに対応するだけの微量の冷却ガス５０を常時流しておき、残りは電気ヒータ２０の出力を調整する（図８（ａ）参照）ようにすれば、鋼板温度Ｔ１が一時的に高くなっても、反射板２を任意の一定温度に保つことが可能になる。これにより、鋼板温度Ｔ１をさらに迅速かつ精度良く測定できるようになる。
【００５５】
図８（ｂ）は、鋼板温度Ｔ１がある一定の高い温度から低下した場合に、如何にして反射板温度Ｔ２を鋼板温度Ｔ１に追従して下げるかを説明するために、流路８に流す冷却ガス５０の流量、電気ヒータ２０の出力、鋼板温度Ｔ１と反射板温度Ｔ２の各挙動を示したものである。このように鋼板温度Ｔ１がある一定の高い温度から低下した場合に、単純に電気ヒータ２０の出力を下げる、または、ゼロにするだけでは、反射板２は鋼板１からの輻射熱および反射板２自体の蓄熱量があるため、反射板温度Ｔ２を急速に下げることができない。しかし、このような場合に、鋼板１からの輻射熱量の大きさに対応するだけの微量の冷却ガス５０を常時流しておくだけでなく、反射板２自体の蓄熱量の大きさ、かつ、鋼板温度Ｔ１まで急速に下げれるだけの大きさに相当する冷却ガス５０をさらに増加させるようにすれば、反射板温度Ｔ２を鋼板温度Ｔ１に追従して下げることが可能になる。このためには、制御手段３０の指令により電磁弁５５を開け、冷却ガス５０の流量を複数のレベルで供給できるように構成しておけばよい。
【００５６】
なお、本実施例においては、図２に示すような、矩形状の反射板２、仕切壁４ａ、４ｂと背面板５から構成された流路８、図５に示すような、矩形状の反射板２、仕切壁４ａ、４ｂと背面板９０から構成された流路１００を用いた例について説明したが、特にこれに限定されるものではない。例えば、図９に示すように、円板状の反射板２００と、この反射板２００の外周に略垂直な状態で設けられた円筒形の仕切壁２１０ａと、この仕切壁２１０ａに接し、反射板２００の直径上に略垂直な状態で設けられた仕切壁２１０ｂと、この仕切壁２１０ｂと直交するような仕切壁２１０ｃと、この仕切壁２１０ｃに略平行で仕切壁２１０ａから延出するように設けられた仕切壁２１０ｄと、反射板２００の裏面に対向するように配設された背面板（図示せず）とから構成された流路３００など様々な形態が考えられる。また、本実施例においては、ヒータとして電気ヒータ２０を用いた例について説明したが、必ずしもこれに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施例の鋼板の温度測定装置の測定原理を説明するための概念図である。
【図２】図１に示す反射板の裏面に設けられた流路を背面板を取り外した状態で示した平面模式図である。
【図３】本実施例の鋼板の温度測定装置の概略構成を示すブロック図である。
【図４】図３に示す反射板内の位置と冷却ガス温度、反射板温度の関係を示す特性図である。
【図５】図３に示す流路と比較するために設けた別の流路構成とその特性を示す特性図である。
【図６】図３に示す流路の詳細仕様を説明するための模式図である。
【図７】図６に示す流路の詳細仕様と反射板内の温度偏差の関係を示す特性図である。
【図８】本実施例の流路に流す冷却ガスの流量、電気ヒータ出力と鋼板温度、反射板温度の各挙動を示す特性図である。
【図９】本実施例の別の形態の流路を説明するための説明図である。
【符号の説明】
【００５８】
１：鋼板
２、２００：反射板
３：放射温度計
４ａ、４ｂ、２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ、２１０ｄ：仕切壁
５、９０：背面板
６：供給口
７：排出口
８、１００、３００：流路
２０：電気ヒータ
２５：電気ヒータ用電源
３０：制御手段
４０：熱電対
５０：冷却ガス
５５：電磁弁
５６：レギュレータ
６０：鋼板温度演算回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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