KR101750800B1 - Method and apparatus of temperature measurement without contingence for non-gray body - Google Patents
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Abstract
비회색체의 온도를 정확하게 측정할 수 있는 온도 측정 방법 및 장치를 제공한다. 본 발명에 따른 온도 측정 방법은 피측정물로부터 방사되는 IR의 방사 에너지를 서로 다른 적어도 두 온도별로 선측정하여 온도와 파장에 따라 변화하는 방사율 정보를 얻고, 상기 방사율 정보에서 온도에 따른 방사율 편차가 최소가 되는 파장 대역을 선별하여 상기 피측정물의 온도를 연산한다. 본 발명에 따라 방사율 편차가 없는 파장 대역에서 온도 측정을 시행할 경우, 이론적으로 약 0.2 % 이내의 오차를 보이며 기존에 온도 측정이 어려웠던 대표적 비회색체인 용융 유리의 비접촉식 온도 측정과 온도 분포 측정에 이용 가능하다.A method and apparatus for measuring temperature of a non-gray body accurately. The temperature measuring method according to the present invention is characterized in that the radiant energy of IR radiated from a measured object is measured by at least two different temperatures to obtain emissivity information that varies with temperature and wavelength, And selects the minimum wavelength band to calculate the temperature of the object to be measured. According to the present invention, when temperature measurement is carried out in a wavelength band without emissivity variation, the non-contact temperature measurement and the temperature distribution measurement of a typical non-gray glass melting glass having a theoretical error of about 0.2% It is possible.
Description
본 발명은 비회색체의 비접촉식 온도 측정 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 온도 측정의 정확도 향상을 위해 비회색체의 방사율(emissivity)을 모니터링하여 온도를 계산하는 비접촉식 온도 측정 방법 및 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a non-contact type temperature measurement method and apparatus for non-gray bodies, and more particularly, to a non-contact type temperature measurement method and apparatus for measuring temperature by monitoring emissivity of non- .
다양한 재료를 이용한 공정 동안에는 이러한 재료에 대해 다수의 열적 단계가 실행될 수 있다. 예를 들어, 유리 제조 단계에서는 유리 원료 물질을 용융한 후 성형하여 냉각하는 열적 단계들이 실행된다. 이러한 열적 단계들은 공정 제어를 위하여 정확한 온도 측정을 필요로 한다. 부정확한 온도 제어는 재료에 손상을 가져오거나 결과물 성능에 악영향을 끼칠 수 있기 때문이다. During the process using various materials, a number of thermal steps can be carried out for this material. For example, in the glass manufacturing step, thermal steps of melting glass raw material, molding and cooling are executed. These thermal steps require accurate temperature measurement for process control. This is because incorrect temperature control can cause damage to the material or adversely affect the performance of the resulting product.
공정 동안에 재료 온도를 측정하는 데에는 여러 유형의 온도 측정 장치가 사용될 수 있다. 예를 들어, 재료 표면상에서 재료와 물리적으로 접촉함으로써 그 온도를 측정하는 열전대(thermocouple)가 사용될 수 있다. 그러나, 온도 측정 면적이 큰 경우는 전체 온도 변화를 측정하는 것이 곤란하고, 열전대의 열적 물리적 접촉의 신뢰성(reliability)을 제어하기 어려운 경우가 있다.Various types of temperature measurement devices can be used to measure the material temperature during the process. For example, a thermocouple that measures its temperature by physically contacting the material on the material surface may be used. However, when the temperature measurement area is large, it is difficult to measure the overall temperature change, and it may be difficult to control the reliability of the thermal physical contact of the thermocouple.
대안적으로, 광학 고온측정법(optical pyrometry)이 재료 온도를 측정하는 데 이용된다. 일반적으로, 물체는 그 온도에 따른 적외선(IR) 영역의 에너지를 방사하기 때문에, 물체의 온도를 비접촉식으로 측정하려면, 미리 그 물체를 이루는 물질의 방사율을 설정하고, IR 센서를 이용하여 그 물체로부터 방사되는 IR 세기(IR의 방사 에너지)를 측정하는 수법이 알려져 있다.Alternatively, optical pyrometry is used to measure the material temperature. Generally, since an object emits energy in an infrared (IR) region according to its temperature, in order to measure the temperature of the object in a noncontact manner, the emissivity of the material constituting the object is set in advance, A method of measuring the radiated IR intensity (radiant energy of IR) is known.
기존의 비접촉식 온도 측정 장치인 파이로미터(pyrometer)는 파장별, 온도별 방사율이 일정한 회색체(ε≠1)와 흑체(ε=1)인 물체의 온도를 측정하도록 되어 있다. 특히, 흔히 이용되는 2색법(2-color method)은, 온도 측정에 앞서 물체(피측정물)에 고유의 방사율을 요구해 설정하는 번잡함을 해소할 수 있도록, 다시 말해, 물체(물질)의 방사율을 몰라도 온도 측정을 실시할 수 있도록, 플랭크의 법칙(Planck's radiation law)에 기초하여 물체로부터 방사되는 IR의 방사 에너지를 다른 복수의 파장 영역에 대해 측정해, 각각의 방사 에너지의 비(IR 센서의 출력 비)와 온도의 대응 관계에 의해 물체의 온도를 구하는 것이 알려져 있다(예를 들면, 특개평6-137953호공보 참조). Pyrometer, a conventional non-contact temperature measuring device, is designed to measure the temperature of a gray body (ε ≠ 1) and a black body (ε = 1) with a constant emissivity per wavelength and temperature. Particularly, the commonly used two-color method is a method in which the emissivity of an object (material to be measured) is requested prior to temperature measurement, The radiant energy of the IR emitted from the object is measured for different wavelength regions based on Planck's radiation law so that the temperature measurement can be performed without knowing the ratio of the respective radiant energy It is known to obtain the temperature of an object by the corresponding relationship between temperature and temperature (see, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-137953).
그렇지만, 이 방사 온도 측정 장치에서는, 온도와 IR의 파장 영역에 관계없이 물체의 방사율이 일정하다는 것을 전제로 하고 있기 때문에, 물체(물질)가 흑체 또는 회색체의 경우에는 적합하지만, 방사율이 온도나 IR의 파장 영역에 의해 변화하는 물체(예를 들면, 유리, 즉 비회색체)의 경우에는, IR 센서의 출력비로부터 산출한 온도가 실제의 온도로부터 크게 일탈해 버리는 우려가 있다.However, this radiation temperature measuring apparatus is based on the assumption that the emissivity of an object is constant regardless of the temperature and the wavelength range of IR. Therefore, it is preferable that the object (substance) is a black body or a gray body, There is a possibility that the temperature calculated from the output ratio of the IR sensor deviates greatly from the actual temperature in the case of an object (for example, glass, that is, a non-gray matter) which changes depending on the wavelength region of IR.
따라서, 비회색체에 대해서는 2색법을 비롯한 과거의 방사율 기반 온도 측정 기술을 온도 측정에 그대로 이용할 수 없으며, 정확한 온도 측정을 위해 개선된 온도 측정 방법 및 장치가 요구된다. Thus, for non-gray bodies, past emissivity-based temperature measurement techniques, including the two-color method, are not available for temperature measurement, and improved temperature measurement methods and apparatus are required for accurate temperature measurement.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 비회색체의 온도를 정확하게 측정할 수 있는 온도 측정 방법 및 장치를 제공하는 것이다.A problem to be solved by the present invention is to provide a temperature measuring method and apparatus capable of accurately measuring the temperature of a non-gray body.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 온도 측정 방법은 피측정물로부터 방사되는 적외선(IR)의 방사 에너지를 서로 다른 적어도 두 온도별로 선측정하여 온도와 파장에 따라 변화하는 방사율 정보를 얻고, 상기 방사율 정보에서 온도에 따른 방사율 편차가 최소가 되는 파장 대역을 선별하여 상기 피측정물의 온도를 연산한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a temperature measurement method for measuring radiation energy of an infrared ray (IR) radiated from a measured object by at least two different temperatures, obtaining emissivity information that varies with temperature and wavelength, A wavelength band in which the emissivity deviation according to temperature becomes minimum in the emissivity information is selected to calculate the temperature of the object to be measured.
본 발명에 따른 온도 측정 방법에 있어서, 상기 방사율 정보는 다음 수식에 상기 IR의 방사 에너지를 대입하여 방사율로 변환하여 얻을 수 있다(여기서, 절대온도를 T(K), 방사 정수를 C1, C2, 피측정물의 방사율을 ε라고 나타냄).In the temperature measuring method according to the present invention, the emissivity information may be obtained by conversion to the emissivity by applying radiant energy of the IR to the following formula: (wherein the absolute temperature T (K), the emission constant C 1, C 2 , and the emissivity of the object to be measured is?).
상기 선별된 파장 대역 중에서 서로 다른 두 파장 λ1, λ2를 선정하여, 각 파장에서의 각각의 방사 에너지 I(λ1), I(λ2)를 상기 선측정된 정보로부터 구하고 각 파장에서의 각각의 방사율 ελ1, ελ2를 상기 방사율 정보로부터 구해, 다음 수식에 대입하여 온도 T를 연산하는 것이 바람직하다(여기서, 절대온도를 T(K), 방사 정수를 C1, C2, 피측정물의 방사율을 ε라고 나타냄). The two different wavelengths λ 1 and λ 2 are selected from the selected wavelength bands, and the respective radiant energy I (λ 1 ) and I (λ 2 ) at each wavelength are obtained from the above-mentioned measured information, It is preferable to obtain the respective emissivities? 1 and? 2 from the above emissivity information and to calculate the temperature T by substituting the following equation (where T (K) is the absolute temperature and C 1 and C 2 The emissivity of water is denoted by?).
상기 두 파장 λ1, λ2은 상기 파장 대역 중 투과도가 낮으면서 방사율 편차가 작은 두 파장으로 선정할 수 있다. The two wavelengths? 1 and? 2 can be selected as two wavelengths having a low transmittance in the wavelength band and a small emissivity deviation.
본 발명에 따른 온도 측정 방법에 있어서, 상기 선측정은 피측정물에 대해 복수의 다른 파장 영역을 포함한 IR을 조사하는 단계; 및 상기 피측정물로부터의 방사광에 있어서의 복수의 다른 파장 영역에서의 IR 세기를 파장 변화에 따라 검출하여 스펙트럼을 얻는 단계를 포함할 수 있고, 상기 스펙트럼으로부터 배경 잡음(background noise) 신호, 암전류(dark current), 신호 잡음(signal noise) 중 적어도 어느 하나를 제거하도록 하는 노이즈 필터링 단계를 더 포함할 수 있다. In the temperature measuring method according to the present invention, the line measurement may include irradiating the object to be measured with IR including a plurality of different wavelength regions; And detecting the IR intensity in a plurality of different wavelength regions in the radiation from the measured object according to a wavelength change to obtain a spectrum, and extracting a background noise signal, a dark current dark current, and signal noise. The noise filtering step may include a noise filtering step.
본 발명에 따른 온도 측정 장치는 피측정물에 대해 복수의 다른 파장 영역을 포함한 IR을 조사하는 적외광 소스; 상기 피측정물로부터의 방사광에 있어서의 복수의 다른 파장 영역에서의 IR 세기를 검출하는 분광기; 및 상기 분광기 검출 정보에 기초하여 피측정물의 온도를 연산하는 연산 수단을 구비하여, 상기 분광기는 피측정물로부터 방사되는 IR의 방사 에너지를 서로 다른 적어도 두 온도별로 선측정하고, 상기 연산 수단은 상기 선측정된 정보로부터 온도와 파장에 따라 변화하는 방사율 정보를 얻어, 상기 방사율 정보에서 온도에 따른 방사율 편차가 최소가 되는 파장 대역을 선별하고, 상기 선별된 파장 대역을 이용하여 상기 피측정물의 온도를 연산하도록 한다.An apparatus for measuring temperature according to the present invention includes: an infrared light source for irradiating an IR including a plurality of different wavelength regions to an object to be measured; A spectroscope for detecting IR intensity in a plurality of different wavelength regions in the radiation from the measured object; And calculation means for calculating the temperature of the object to be measured based on the spectroscopic detection information, wherein the spectroscope measures the radiant energy of IR emitted from the object by at least two different temperatures, The method includes the steps of: obtaining emissivity information that varies according to temperature and wavelength from information measured in a line; selecting a wavelength band in which the emissivity deviation according to temperature is minimum in the emissivity information; and using the selected wavelength band, .
본 발명에 따르면, 비접촉식으로 비회색체의 온도를 측정함에 있어 측정의 정확도를 향상시킬 수 있다. According to the present invention, the accuracy of measurement can be improved in measuring the temperature of the non-gray body in a non-contact manner.
본 발명에 따라 방사율 편차가 없는 파장 대역에서 온도 측정을 시행할 경우, 이론적으로 약 0.2 % 이내의 오차를 보이며 기존에 온도 측정이 어려웠던 대표적 비회색체인 용융 유리의 비접촉식 온도 측정과 온도 분포 측정에 이용 가능하다.According to the present invention, when temperature measurement is carried out in a wavelength band without emissivity variation, the non-contact temperature measurement and the temperature distribution measurement of a typical non-gray glass melting glass having a theoretical error of about 0.2% It is possible.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명에 따른 온도 측정 방법의 순서도이다.
도 2는 본 발명에 따른 온도 측정에 이용될 수 있는 온도 측정 장치의 개략도이다.
도 3 내지 도 5는 실험예에 따른 복사 신호 그래프를 도시한다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of the specification, illustrate exemplary embodiments of the invention and, together with the description of the invention, It should not be construed as limited.
1 is a flowchart of a temperature measurement method according to the present invention.
2 is a schematic view of a temperature measuring device which can be used for temperature measurement according to the present invention.
FIGS. 3 to 5 show radiation signal graphs according to an experimental example.
이하에서 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. It is provided to let you know.
플랭크의 법칙에 의하면, 절대온도를 T(K), 방사 정수를 C1, C2, 파장을 λ(μm), 피측정물의 방사율을 ε라고 나타내면, 파장 λ의 IR에 의해 방사되는 IR 세기(방사 에너지, 분광 방사 발산도 또는 복사 에너지) I(λ)는, 다음 수식 (1)로 나타내진다. According to Flank's law, when the absolute temperature is T (K), the radiation constants are C 1 and C 2 , the wavelength is λ (μm), and the emissivity of the object to be measured is ε, the IR intensity I (λ) is expressed by the following equation (1).
여기서, I(λ)는 Wㆍcm-2ㆍμm - 1와 같은 단위를 가진 스펙트럼 방사 플럭스 밀도이고, C1은 3.74 ×10-12 Wㆍcm-2와 동일하며, C2는 1.44cmㆍK와 동일하다. Here, I (λ) is and W cm -2 μm and - a spectral radiation flux density has a unit such as 1, C 1 are the same as 3.74 × 10 -12 W and cm -2, and C 2 is 1.44cm K.
수식 (1)과 같이 물체로부터 방사되는 IR의 방사 에너지 I(λ)를 다른 복수의 파장 영역 λ1, λ2에 대해 측정해, 각각의 방사 에너지 I(λ1), I(λ2)의 비(R)를 구하면 다음 수식 (2)와 같이 그 값(IR 센서의 출력 비)과 온도의 대응 관계가 구해진다. To equation (1) measured for the radiant energy I (λ) of the IR emitted from the object in a plurality of different wavelength ranges λ 1, λ 2 steps, each of the radiant energy I (λ 1), I (λ 2) (R), the corresponding relationship between the temperature (the output ratio of the IR sensor) and the temperature is obtained as shown in the following equation (2).
비회색체인 유리의 IR 방사 에너지, 즉 복사 에너지가 I(λ)이고, 서로 다른 파장 λ1, λ2에서 측정된 방사 에너지 비율을 R이라고 한다면, 비회색체의 IR 방사와 관계되는 복사신호는 위 수식 (1) 및 (2)를 이용해 연산 가능하고, 수식 (2)에서 T 이외의 모든 변수는 상수이거나 실험으로 취득 가능하므로, 서로 다른 파장 λ1, λ2에서 측정된 IR 방사 에너지 비(R)를 수식 (2)에 대입한다면 온도 T를 연산할 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 아래와 같은 방법으로 복사신호를 처리한다. If the IR radiation energy of the non-gray chain glass, ie the radiant energy I (λ), and the ratio of the radiant energy measured at different wavelengths λ 1 , λ 2 is R, then the radiation signal associated with the IR emission of the non- Since all variables except T in equation (2) are constant or experimentally obtainable, the IR radiation energy ratio measured at different wavelengths? 1 and? 2 can be calculated using the above equations (1) and (2) R) into equation (2), the temperature T can be calculated. Therefore, in the present invention, the copy signal is processed in the following manner.
도 1은 본 발명에 따른 온도 측정 방법의 순서도이다. 1 is a flowchart of a temperature measurement method according to the present invention.
온도와 광파장에 따라 변화되는 복사신호의 방사율을 파장과 온도별로 선측정하는 신호 획득 단계를 수행한다(단계 s1). A signal acquisition step of measuring the emissivity of the radiation signal, which changes according to temperature and light wavelength, by wavelength and temperature is performed (step s1).
피측정물에 대해 복수의 다른 파장 영역을 포함한 IR을 조사하고, 상기 피측정물로부터의 방사광에 있어서의 복수의 다른 파장 영역에서의 IR 세기를 파장 변화에 따라 검출하여 스펙트럼을 얻는 방식으로 이 단계를 수행할 수 있다. A method of irradiating an IR including a plurality of different wavelength regions with respect to the object to be measured and detecting the IR intensity in a plurality of different wavelength regions of the emitted light from the object in accordance with a wavelength change to obtain a spectrum, Can be performed.
도 2는 본 발명에 따른 온도 측정에 이용될 수 있는 온도 측정 장치의 개략도이다. 2 is a schematic view of a temperature measuring device which can be used for temperature measurement according to the present invention.
도 2를 참조하면, 온도 측정 장치(100)는 피측정물(t)에 대해 복수의 다른 파장 영역을 포함한 IR을 조사하는 적외광 소스(20)와 상기 피측정물(t)로부터의 방사광에 있어서의 복수의 다른 파장 영역에서의 IR 세기를 검출하는 분광기(30)를 포함한다. 피측정물(t)은 예컨대 공정 중이어서 챔버(10)에 수용되어 있는 상태일 수 있으며, 챔버(10)에 마련된 창(w)을 통해 온도 측정이 이루어질 수 있다. 2, the
적외광 소스(20)는 발열체로 이루어질 수 있다. 복수의 다른 파장 영역을 포함한 IR을 발하는 것이면, 니크롬선이나 캔탈선 등과 같은 저항체, 할로겐 히터, 카본 히터, 세라믹 히터, 백금 히터 등이 발열체로 적용될 수 있다. 분광기 (30)는 IR 센서를 포함하는 분광기일 수 있다. 적외광 소스(20)에서 나온 IR을 받아 피측정물(w)로부터 방사되는 복사신호는 예컨대 광섬유를 거쳐 분광기(30)까지 이송될 수도 있다. 실제, 분광기(30)까지 복사신호가 이송되는 과정의 구현 방법은 어떤 것이라도 상관이 없다. The
온도 측정 장치(100)는 상기 분광기(30) 검출 정보에 기초하여 피측정물의 온도를 연산하는 연산 수단(40)을 더 구비한다. 연산 수단(40)은, 다양한 연산 및 제어를 맡는 CPU, 다양한 피측정물에 관한 정보 및 제어 프로그램이 미리 격납된 ROM, 분광기(30)의 검출 신호를 증폭하는 AMP, AMP로부터 출력되는 아날로그 신호를 디지털 값으로 변환하는 A/D 변환 회로, A/D 변환 회로의 출력 신호를 일시적으로 격납하는 RAM, 적외광 소스(20)의 온/오프를 제어하는 구동 회로, 누름 버튼이나 키보드 등에 의해 형성되는 입력 회로, 각종 신호를 출력 하는 출력 인터페이스 등을 갖추고 있을 수 있다.The temperature measuring apparatus (100) further comprises calculating means (40) for calculating the temperature of the measured object based on the detection information of the spectroscope (30). The calculation means 40 includes a CPU for carrying out various calculations and controls, information about various objects to be measured and a ROM in which a control program is previously stored, an AMP for amplifying a detection signal of the
도 2에 도시한 바와 같은 온도 측정 장치(100)를 이용하여 온도 변화에 따른 고온 방사 스펙트럼을 측정한다. 이러한 단계는 온도 측정 장치(100)의 분광기(30)가 수행하도록 할 수 있다.Temperature radiation spectrum according to the temperature change is measured using the
다음, 정확한 스펙트럼을 얻기 위해 노이즈 필터링을 실시한다(단계 s2).Next, noise filtering is performed to obtain an accurate spectrum (step s2).
피측정물(t)이 수용된 챔버(10) 벽으로부터의 광학적 방사 및/또는 창(w)으로 인한 산란광(stray light)과 같은 배경 잡음(background noise) 신호, 암전류(dark current), 신호 잡음(signal noise) 등을 제거할 수 있도록 사전에 분광기 보정계수를 산출하여 이 단계에서 적용할 수 있다. 이와 같은 보정 처리는 연산 수단(40)에 의해 수행될 수 있다.A background noise signal such as optical radiation from a wall of the
노이즈 필터링된 고온 방사 스펙트럼을 기초로 하여, 온도에 따른 방사율 정보를 얻는다. 이 때 상기 수식 (1)이 적용될 수 있다. 선측정된 IR의 방사 에너지를 수식 (1)에 대입하여 파장에 따른 방사율 스펙트럼을 얻을 수 있다. 이러한 단계는 온도 측정 장치(100)의 연산 수단(40)이 수행하도록 할 수 있다. 본 발명에 따른 방법이 프로그램화되어 연산 수단(40)의 ROM에 격납됨으로써, 이와 같이 방사율 정보를 요구할 때에 수식 (1)을 이용하여 소정의 환산 처리를 하는 것이다.Based on the noise filtered high temperature emission spectrum, emissivity information according to temperature is obtained. At this time, the above equation (1) can be applied. The emissivity spectrum according to the wavelength can be obtained by substituting the radiant energy of the measured IR into the equation (1). This step may be performed by the calculation means 40 of the
이와 같이 얻은 온도에 따른 방사율 정보에서 온도에 따른 방사율 편차가 최소가 되는 파장 대역을 선별하는 파장 대역 선별(pickup) 단계를 수행한다(단계 s3). 이 때 투과도가 낮으면서 방사율 편차가 작은 두 파장을 선정한다. In the emissivity information according to the temperature thus obtained, a wavelength band picking step is performed to select a wavelength band in which the emissivity deviation according to temperature becomes minimum (step s3). At this time, two wavelengths having a low emissivity deviation with low transmittance are selected.
다음, 선택된 파장 대역 중의 두 파장을 상기 수식 (2)에 넣어 온도를 연산하는 온도 연산 단계를 수행한다(단계 s4). 2 개의 파장에서 발생된 복사 에너지 신호 크기와 방사율을 비교하여 온도를 연산하게 된다. 이러한 단계 역시 온도 측정 장치(100)의 연산 수단(40)이 수행하도록 할 수 있다. 본 발명에 따른 방법이 프로그램화되어 연산 수단(40)의 ROM에 격납됨으로써, 이와 같이 온도 연산을 요구할 때에 수식 (2)를 이용하여 소정의 환산 처리를 하는 것이다.Next, a temperature calculation step of calculating the temperature by putting the two wavelengths of the selected wavelength band into the equation (2) is performed (step s4). The temperature is calculated by comparing the radiant signal amplitude and the emissivity at two wavelengths. This step may also be performed by the calculating means 40 of the
선별된 파장 대역 중에서 서로 다른 두 파장으로 λ1, λ2를 선정하였다고 하면, 각 파장에서의 각각의 방사 에너지 I(λ1), I(λ2)를 상기 선측정된 정보로부터 구해 그 비(R)를 알 수 있다. 그리고, 각 파장에서의 각각의 방사율 ελ1, ελ2는 상기 방사율 정보로부터 구할 수 있다. 이들 값을 수식 (2)에 대입하면, 온도 T를 산출해낼 수 있다. If we choose λ 1 and λ 2 as two different wavelengths in the selected wavelength band, we obtain the respective radiant energy I (λ 1 ), I (λ 2 ) at each wavelength from the above measured information and calculate the ratio R) can be known. Then, the respective emissivity? 1 and? 2 at each wavelength can be obtained from the emissivity information. By substituting these values into the equation (2), the temperature T can be calculated.
이하에서는 실제 실험예를 통해 본 발명에 따른 온도 측정 방법을 보다 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, the temperature measuring method according to the present invention will be described in more detail with reference to actual experimental examples.
도 3 내지 도 5는 실험예에 따른 복사 신호 그래프를 도시한다.FIGS. 3 to 5 show radiation signal graphs according to an experimental example.
먼저 1350, 1450, 1550 ℃에서 선측정으로 취득한 고온 방사 스펙트럼이 도 3에 도시되어 있다. 도 3 그래프에서 가로축은 파장(wavelength)이고, 세로축은 분광기 (30)의 신호 세기(signal intensity)를 나타낸다. First, the high temperature emission spectrum obtained by line measurements at 1350, 1450, and 1550 ° C is shown in FIG. 3, the abscissa represents the wavelength and the ordinate represents the signal intensity of the
정확한 스펙트럼을 얻기 위해 산출한 분광기 보정계수를 이용해 도 3의 스펙트럼을 보정하고, 방사 에너지로 변환하여 도 4와 같은 spectral radiance 그래프를 얻는다. The spectra of FIG. 3 are corrected using the spectrometer correction coefficients calculated to obtain an accurate spectrum, and converted into radiant energy to obtain a spectral radiance graph as shown in FIG.
다음으로 도 4의 방사 에너지 데이터를 방사율로 변환하여 도 5와 같은 그래프를 얻고, 온도별 방사율 편차가 최소화된 파장 λ1, λ2을 2개 선정한다. 오차가 적은 영역을 2개 선정하여 온도 연산에 이용하며, 측정 시스템과 피측정물이 동일하다면 다른 온도에서도 이용 가능하다. Next, the radiant energy data of FIG. 4 is converted into the emissivity to obtain a graph as shown in FIG. 5, and two wavelengths λ 1 and λ 2 in which the emissivity deviation at each temperature is minimized are selected. Two areas with small errors are selected for temperature calculation and can be used at different temperatures if the measurement system and the object to be measured are the same.
다음으로 I(λ1), I(λ2), ελ1, ελ2를 수식 (2)에 대입하여 온도 T를 연산한다. Next, the operation temperature T are substituted for the I (λ 1), I ( λ 2), ε λ1, ε λ2 in the equation (2).
실험예에서는 λ1, λ2 세트를 6개 선정하였고, 이것을 대입하여 온도를 연산한 결과 표 1과 같은 결과를 얻었다.In the experimental example, six sets of λ 1 and λ 2 were selected, and the temperature was calculated by substituting these sets. The results are shown in Table 1.
파이로미터 등을 이용하여 측정한 온도가 1350℃, 1450℃, 1550 ℃였지만, 본 발명에 따른 온도 측정 방법을 이용하여 온도를 연산하면 각 온도가 1355℃, 1463℃, 1544 ℃로 연산이 되어, 최대 오차 1% 미만의 온도 측정 결과를 얻을 수 있었다. 이와 같이 본 발명에 따르면 피측정물의 방사율을 모니터링하여 온도에 따른 방사율 편차가 최소가 되는 파장 대역을 온도 측정에 이용하여 온도를 산출하기 때문에, 온도에 따라 방사율이 변화하는 비회색체의 온도를 고정확도로 측정하는 것이 가능해진다. The temperatures measured using a pyrometer or the like were 1350 ° C, 1450 ° C, and 1550 ° C, but when the temperature was calculated using the temperature measurement method according to the present invention, the respective temperatures were calculated at 1355 ° C, 1463 ° C, and 1544 ° C , And the maximum temperature error was less than 1%. As described above, according to the present invention, the emissivity of the object to be measured is monitored, and the temperature is calculated by using the wavelength band in which the emissivity variation according to temperature is minimized for temperature measurement. Therefore, It becomes possible to measure with accuracy.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but many variations and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and detail may be made therein without departing from the scope of the appended claims.
20: 적외광 소스
30: 분광기
40: 연산 수단
t: 피측정물
100: 온도 측정 장치20: Infrared light source
30: spectroscope
40:
t: measured object
100: Temperature measuring device
Claims (7)
상기 선측정된 정보로부터 온도와 파장에 따라 변화하는 방사율(emissivity) 정보를 얻는 단계;
상기 방사율 정보에서 온도에 따른 방사율 편차가 최소가 되는 파장 대역을 선별하는 단계; 및
상기 선별된 파장 대역을 이용하여 상기 피측정물의 온도를 연산하는 단계를 포함하는 온도 측정 방법.Measuring the radiant energy of IR emitted from the object by at least two different temperatures;
Obtaining emissivity information that varies according to temperature and wavelength from the linearly measured information;
Selecting a wavelength band having a minimum emissivity deviation according to temperature in the emissivity information; And
And calculating the temperature of the measured object using the selected wavelength band.
여기서, 절대온도를 T(K), 방사 정수를 C1, C2, 피측정물의 방사율을 ε라고 나타냄. The method of claim 1, wherein obtaining the emissivity information comprises converting the radiant energy of the IR into emissivity using the following equation:
Here, the absolute temperature is T (K), the radiation constant is C 1 , C 2 , and the emissivity of the object to be measured is ε.
여기서, 절대온도를 T(K), 방사 정수를 C1, C2, 피측정물의 방사율을 ε라고 나타냄. 2. The method according to claim 1, wherein two different wavelengths? 1 and? 2 are selected from the selected wavelength bands, and each radiation energy I (? 1 ) and I (? 2 ) And calculating the temperature T by obtaining each of the emissivity? 1 and? 2 at each wavelength from the emissivity information, and substituting the emissivity into the following equation:
Here, the absolute temperature is T (K), the radiation constant is C 1 , C 2 , and the emissivity of the object to be measured is ε.
상기 선측정하는 단계는 피측정물에 대해 복수의 다른 파장 영역을 포함한 IR을 조사하는 단계; 및
상기 피측정물로부터의 방사광에 있어서의 복수의 다른 파장 영역에서의 IR 세기를 파장 변화에 따라 검출하여 스펙트럼을 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 측정 방법.The method according to claim 1,
The line measurement may include irradiating the object to be measured with an IR including a plurality of different wavelength regions; And
And detecting the IR intensity in a plurality of different wavelength regions in the radiation from the measured object according to the wavelength change to obtain a spectrum.
상기 피측정물로부터 방사되는 IR의 방사 에너지를 서로 다른 적어도 두 온도별로 선측정하는 분광기; 및
상기 분광기가 선측정한 정보로부터 온도와 파장에 따라 변화하는 방사율(emissivity) 정보를 얻어, 상기 방사율 정보에서 온도에 따른 방사율 편차가 최소가 되는 파장 대역을 선별하고, 상기 선별된 파장 대역을 이용하여 상기 피측정물의 온도를 연산하는 연산 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 온도 측정 장치. An infrared light source for irradiating an IR including a plurality of different wavelength regions with respect to the object to be measured;
A spectroscope for measuring the radiant energy of IR emitted from the object by at least two different temperatures; And
Obtaining emissivity information that changes according to temperature and wavelength from the information measured by the spectroscope in advance, selecting a wavelength band in which the emissivity deviation according to temperature is minimum in the emissivity information, and using the selected wavelength band And calculation means for calculating a temperature of the object to be measured.
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