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パイロメーターは温度、特に物理的接触を必要とせずに物体や表面の温度を測定します。 測定対象に触れなければならない従来の温度計とは異なり、パイロメーターは対象物から発せられる熱放射を検出し、その信号を温度測定値に変換します。この非接触機能により、炉内、移動機械、溶融金属など、直接測定が不可能、非実用的、または危険な環境では不可欠なものとなっています。
基本原則: 高温計が実際に検出するもの
絶対零度 (-273.15°C) を超えるすべての物体は、その温度の関数として電磁放射を放出します。物体が熱くなると、より多くの放射線をより短い波長で放射します。これが、鋼片が徐々に加熱されると、鈍い赤に輝き、次に明るいオレンジ色に輝き、次に白に近くなる理由です。高温計は、この放出された放射線 (通常は赤外線または可視スペクトル) を捕捉し、それを使用してターゲットの表面温度を計算します。
基礎となる物理学は、温度と放出される放射線の強度および波長との正確な関係を記述するプランクの法則とステファン・ボルツマンの法則によって支配されます。高温計のセンサーと電子機器はこれらの原理をリアルタイムで適用して、放射線測定値を温度値に変換し、オペレーターに表示します。
高温計の種類とそれぞれの測定内容
光学式高温計（輝度高温計）
光学式高温計は、高温の物体から発せられる可視光を、校正された内部基準 (通常は加熱されたフィラメント) と比較することで温度を測定します。オペレータは、光るターゲットに対してフィラメントが消えて明るさが一致するように見えるまで、フィラメント電流を調整します。その時点で、フィラメント温度、つまり目標温度が校正されたスケールから読み取られます。
光学式高温計は、約 700 °C から 3,000 °C 以上の範囲で最も効果を発揮し、鉄鋼やガラスの製造、セラミック窯、高温材料の研究などの用途をカバーします。これらは放出された可視放射線に基づいて温度を測定し、大部分が手動の機器ですが、最新のバージョンには照合プロセスを自動化するために電子検出器が組み込まれています。
赤外線高温計（放射温度計）
赤外線高温計は、現在最も広く使用されているタイプです。定義された波長帯域にわたって表面から放射される赤外線を測定し、これを電子的に温度測定値に変換します。氷点下 (一部のモデルは -50 °C で測定) から摂氏数千度までの広大な範囲で動作し、事実上あらゆる業界で多用途に使用できます。
ハンドヘルド赤外線高温計は、メンテナンス、空調設備、食品の安全性、電気検査においてよく知られたツールです。固定式または走査式赤外線高温計は工業用生産ラインに組み込まれ、板金、紙、ガラス、プラスチックなどの移動する製品の温度を継続的に監視します。
レシオ高温計（2色高温計）
比率高温計は、2 つの異なる波長で放射線を測定し、それらの比率を計算して温度を決定します。この比率は受け取った放射線の総量にほとんど依存しないため、これらの機器は塵、煙、蒸気、またはターゲットの部分的な障害物、つまり単波長高温計の精度を低下させる条件に対してはるかに敏感ではありません。
レシオパイロメーターは、測定経路がほとんどきれいではない鋳物工場、鍛造工場、セメント窯などの過酷な産業環境で特に価値があります。機器の視野内に対象物の一部しか見えない場合でも、効果的に温度を測定します。
消えるフィラメント高温計
光学式高温計の特殊な形式である消失フィラメント タイプは、白熱灯のフィラメントの明るさとターゲットの輝きを比較します。フィラメントの電流がターゲットの明るさに一致するように調整されると、フィラメントは視覚的に背景と同化し、消えたように見えます。このヌルマッチング技術は高い精度を提供し、歴史的には電子機器が主流になる前は高温測定の参照標準でした。
高温計測定における放射率の役割
放射率は、高温計測定において最も重要であり、最も誤解されやすい要素の 1 つです。これは、放射率 1.0 の黒体として知られる完全な理論上のエミッターと比較して、表面がどの程度効率的に熱放射を放出するかを表します。実際のマテリアルの放射率は 0 ～ 1 であり、この値はマテリアル、表面仕上げ、さらには温度によって異なります。
研磨されたアルミニウム表面の放射率は約 0.05 です。これは、同じ温度で完全な黒体が放射する放射のわずか 5% しか放射しないことを意味します。素焼きのセラミック表面は 0.95 に近い場合があります。高温計が間違った放射率値に設定されている場合、温度測定値に大幅な誤差が生じる可能性があり、場合によっては数百度も誤差が生じることがあります。
最新の赤外線高温計では、オペレータがターゲットの材質に合わせて放射率設定を調整できます。正確な測定は、測定対象の表面の放射率を知ることにかかっています。放射率は、公開されている参照表で確認するか、比較のために接触温度計を使用して実験的に決定できます。比率高温計は、絶対強度ではなく 2 つの波長の比率に依存することでこの問題を部分的に回避し、放射率の不確実性に対する感度を低くします。
高温計が測定できる温度範囲
接触温度計に対するパイロメーターの決定的な利点の 1 つは、非常に広い温度範囲にわたって測定できることです。標準的な工業用赤外線高温計は通常、モデルに応じて 0°C ～ 1,000°C または -50°C ～ 500°C などの範囲をカバーします。鉄鋼、ガラス、セラミックス産業向けに設計された専門の高温温度計は、最大 2,000°C 以上の温度を定期的に測定します。研究や防衛用途で使用される光学式高温計は、究極的には 3,000°C を超える温度を測定できます。これは、熱電対や抵抗温度計の能力をはるかに超えています。
スペクトルの下端では、高感度の赤外線検出器を使用して、一部の高温計で周囲温度に近い温度、さらには氷点下の温度を測定できるため、食品の冷蔵監視、医薬品のコールドチェーン管理、建物のエネルギー監査に役立ちます。
産業用途: 高温計が実際に測定するもの
金属の製造と加工
高温計は、製鉄、アルミニウム精錬、金属鍛造の基本的なツールです。炉や取鍋内の溶融金属の温度、圧延機を通過する際のビレットやスラブの表面温度、熱処理や焼鈍中の完成品の温度を測定します。各段階での正確な温度制御が、最終製品の冶金的特性を直接決定します。
ガラス製造
ガラスは、成形、アニーリング、焼き戻し中に正確な温度範囲内に維持する必要があります。高温計は、炉内の溶融ガラス、フロートライン上のガラスリボン、および徐冷徐冷炉を通過するガラスシートの温度を測定します。溶融したガラスや移動するガラスでは接触測定は不可能であるため、非接触高温測定がこれらの測定に唯一実行可能な技術となります。
陶磁器と窯
陶器、磁器、耐火レンガ、最先端の工業用セラミックスはすべて、1,600°C を超える温度で焼成されます。パイロメーターは、焼成サイクル全体を通じて窯内の温度と製品自体の温度を測定するため、オペレーターは均一な加熱を確保し、熱衝撃や焼成不足を防ぐことができます。
プラスチックおよびゴムの加工
プラスチックやゴムの押出、射出成形、カレンダー加工では、製品の品質を確保し、劣化を防ぐために正確な表面温度を測定する必要があります。赤外線高温計は、材料が金型から出てくるとき、または材料がコンベア システムに沿って移動するときの温度を測定し、プロセス制御にリアルタイムのフィードバックを提供します。
電気的および機械的メンテナンス
ハンドヘルド赤外線高温計は、電気検査員やメンテナンス エンジニアの標準装備です。開閉装置、変圧器、モーター、ベアリング、ケーブル接合部の表面温度を測定し、絶縁不良、導体の過負荷、または潤滑不足を示すホットスポットをすべて故障が発生する前に特定します。
食品の安全性と空調設備
食品生産やケータリングでは、高温計は調理済みおよび冷蔵製品の表面温度を測定し、製品を汚染することなく食品の安全性が遵守されていることを確認します。建築サービスでは、パイプの表面、ラジエーター、エアダクト、断熱材の温度を測定して、暖房システムの性能を評価し、熱損失を特定します。
接触温度計に対する高温計の利点
高温測定の非接触の性質は、単に物理的な危険を回避するだけでなく、いくつかの実際的な利点をもたらします。高温計は、熱電対では追跡できない移動するターゲットを測定したり、熱を吸収することなく非常に小さなターゲットを測定したり、温度変化にほぼ瞬時に応答したりすることができます。応答時間は、材料に埋め込まれた熱電対の場合は数秒であるのに対し、ミリ秒が一般的です。
また、パイロメーターは、半導体製造、医薬品加工、食品生産において重要なプローブ接触による敏感な物質の汚染のリスクを排除します。消耗品のプローブチップや保護チューブが不要なため、大量生産環境における継続的なメンテナンスコストが削減されます。
理解すべき限界
高温計には多用途性があるにもかかわらず、重要な制限があります。測定するのは表面温度だけであり、物体の内部温度を決定することはできません。厚肉鍛造品や鋳造品など、厚さ方向の温度勾配が大きい用途では、補助的な接触測定方法が必要になる場合があります。
測定精度は、正しい放射率設定、きれいな光路、および機器の視野に対する適切なターゲット サイズに大きく依存します。ターゲットが測定スポットより小さい場合、バックグラウンド放射線が測定値を汚染します。重度の粒子汚染、蒸気、またはガラスの介在がある環境では、放射線信号が減衰し、単波長高温計では実際の温度が実際よりも低く読み取られます。
概要
パイロメーターは、物理的接触をせずに放出される熱放射を検出することにより、物体や表面の温度を測定します。高温計は、光学式、赤外線式、比率式などの種類に応じて、幅広い産業、科学、メンテナンスの用途にわたって氷点下から 3,000°C 以上の温度を測定できます。その精度は、正しい放射率設定と対象物への明確な見通し線に依存しますが、これらのパラメータの範囲内では、接触式温度測定が非現実的、不可能、または安全でないあらゆる状況に対応できる独自の能力を備えた機器です。
