放射温度計：非接触式温度センサー

放射温度計は、遠隔の物体が放出する熱放射を検出してその温度を測定する装置です。この種の温度センサーは、物体に触れたり熱接触したりする必要がないため、熱電対や抵抗温度検出器（RTD）などの他の温度計とは異なります。放射温度計は主に750℃以上の高温を測定するために使用され、高温物体との物理的な接触が不可能または望ましくない場合に使用されます。

放射温度計とは

放射温度計は、物体が自然に放出する熱放射を検出してその温度を推測する非接触式の温度センサーと定義されます。物体の熱放射または放射量は、その温度と放射率によります。放射率は、完全な黒体に対してどれだけ効果的に熱を放射するかを示す指標です。シュテファン・ボルツマンの法則によれば、物体が放出する全熱放射は以下の式で計算できます：

ここで、

• Q は W/m$^2$ での熱放射です

• ϵ は物体の放射率 (0 < ϵ < 1) です

• σ は W/m$2$K$4$ でのシュテファン・ボルツマン定数です

• T は絶対温度（ケルビン）です

放射温度計は以下の3つの主要な構成要素から成ります：

• レンズまたは鏡が物体からの熱放射を集め、受信要素に焦点を合わせます。

• 受信要素は熱放射を電気信号に変換します。これは抵抗温度計、熱電対、または光電検出器である可能性があります。

• 記録装置は電気信号に基づいて温度読み取りを表示または記録します。これはミリボルトメータ、ガルバノメータ、またはデジタルディスプレイである可能性があります。

放射温度計の種類

主に2種類の放射温度計があります：固定焦点型と可変焦点型。

固定焦点型放射温度計

固定焦点型放射温度計には、前方端に狭いアパーチャを持つ長い管と後方端にある凹面鏡があります。

感度の高い熱電対が凹面鏡の前に適切な距離で配置され、物体からの熱放射が鏡によって反射され、熱電対の熱結合部に焦点を当てられます。熱電対で生成された電圧はミリボルトメータまたはガルバノメータで測定され、直接温度に校正することができます。このタイプの温度計の利点は、物体と装置間の距離を調整する必要がないことです。しかし、このタイプの温度計は測定範囲が限定的であり、鏡やレンズの汚れに影響される可能性があります。

可変焦点型放射温度計

可変焦点型放射温度計には、高精度に磨かれた鋼製の調整可能な凹面鏡があります。

物体からの熱放射はまず鏡によって受けられ、その後、銅または銀の小さな円盤に形成された接合部に反射されます。物体の可視像はアイピースと主鏡の中央穴を通じて円盤上に見ることができます。主鏡の位置は、焦点が円盤と一致するまで調整されます。熱画像による熱接合部の加熱により生成された電圧はミリボルトメータまたはガルバノメータで測定されます。このタイプの温度計の利点は、広い範囲の温度を測定でき、また目に見えない放射線も測定できることです。ただし、正確な読み取りのために慎重な調整と整列が必要です。

放射温度計の利点と欠点

放射温度計は他の種類の温度センサーと比較していくつかの利点と欠点があります。

いくつかの利点は：

• 他のセンサーが溶けたり損傷したりする600℃以上の高温を測定できます。

• 物体に物理的に触れる必要がないため、汚染、腐食、または干渉を避けることができます。

• 反応速度が速く、出力が高いです。

• 腐食性の大気や電磁場の影響を受けにくいです。

いくつかの欠点は：

• 放射率の変動、介入するガスや蒸気、周囲温度の変化、または光学部品の汚れによる非線形のスケールと可能なかかり違いがあります。

• 正確な読み取りには校正とメンテナンスが必要です。

• 高価で操作が複雑な場合があります。

放射温度計の応用

放射温度計は、高温が関与する産業用途や、物体との物理的な接触が実現不可能または望ましくない場合に広く使用されています。

いくつかの例は：

• 炉、ボイラー、窯、オーブンなどの温度測定

• 溶融金属、ガラス、陶器などの温度測定

• 炎、プラズマ、レーザーなどの温度測定

• ローラー、コンベヤー、ワイヤーなどの移動物体の温度測定

• 壁、屋根、パイプなどの大面積の平均温度測定

結論

放射温度計は、遠隔の物体が放出する熱放射を検出してその温度を測定する装置です。この種の温度センサーは、物体に触れたり熱接触したりする必要がないため、熱電対や抵抗温度検出器（RTD）などの他の温度計とは異なります。放射温度計は主に750℃以上の高温を測定するために使用され、高温物体との物理的な接触が不可能または望ましくない場合に使用されます。

放射温度計には2種類あります：固定焦点型と可変焦点型。固定焦点型は、後方に凹面鏡と熱電対を持つ長い管を持っています。可変焦点型は、前方に小さな円盤を持つ調整可能な凹面鏡と熱接合部を持っています。どちらのタイプも、物体からの熱放射により受信要素が加熱されることによって生成される電圧を測定します。

放射温度計は他の種類の温度センサーと比較していくつかの利点と欠点があります。いくつかの利点は：高温を測定できる、物体に物理的に触れる必要