開放特許抄録集機械関係

整理番号:0089

超音波を用いた温度測定方法

利用分野

各種プラントや材料の製造・加工設備の他、高温環境下における製品の温度測定等

発明者

井原　郁夫
高橋　学
釜親　大輔

発明の目的

従来、高温環境下での材料加工プロセスでは、被測定媒体の内部の温度を測定できてもその温度分布の測定が困難でしたが、これを被測定対象の媒体内に超音波を伝播することにより、その内部温度分布を短時間で測定できるようにします。

概要

被測定媒体の一側面の上面から超音波パルスを入射し、該媒体の他側面の底面に前記媒体と温度の異なる熱源を配置し反射した超音波パルスエコーの伝播速度を測定し、その内部の温度分布と共に熱源との接触面の温度を推定する。

この場合、被測定媒体中の一定距離を伝播する超音波の伝播時間と該媒体の温度に対する超音波の速度のデータや温度伝導率などの既知のデータが用いられます。

特徴・効果

測定に用いる超音波は、超音波パルスですので超音波パルスエコー法やピッチキャッチ法（斜入射法）を用いることができ、また、被測定対象物の一側であるその上面で測定が可能です。

また、被測定対象の媒体の表面温度を測定するので、内部の温度分布と共に、表面温度を推定して算出することにより測定できるので、従来の温度測定法に比し時間応答性に優れた測定が可能となります。

発明の詳細・図面等

【特許請求の範囲】

媒体の一側面に超音波探触子を配置し、前記媒体の他側面を加熱し、前記媒体中の一定距離を伝播する超音波パルスの伝播時間と前記媒体の既知のデータとから前記媒体中の温度分布を測定する超音波を用いた温度測定方法であって、前記既知のデータに、前記媒体の温度に対する前記超音波パルスの伝播速度と、前記媒体の温度伝導率とを用い、前記超音波探触子により前記超音波パルスを前記媒体の一側面から入射すると共に、前記媒体の他側面で反射した超音波パルスの伝播時間を測定し、前記媒体の初期温度と、前記媒体の前記温度伝導率と、前記加熱後の測定時間とにより定まる前記媒体の温度分布を示す関数Ｔ（ｘ，ｔ）を仮定し、前記加熱前に前記媒体の表面の温度を測定して得られた前記初期温度と、前記媒体の既知の前記温度伝導率と、前記加熱後の測定時間と、測定した前記超音波パルスの前記伝播時間とから、前記既知の前記媒体の温度に対する前記超音波パルスの伝播速度により求める超音波パルスの伝播時間の数式及び前記関数Ｔ（ｘ，ｔ）を用いて、前記媒体の他側面温度及び温度分布を算出することを特徴とする超音波を用いた温度測定方法。

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【詳細】

温度測定装置１は、ブロック状の被測定対象媒体２の上面３と底面４及び、容器５中に温水６を底面４に接するように配置します。

また、前記被測定対象媒体２の上面３にはカプラ11を介して超音波探触子12を配置し、該超音波探触子の振動子（図示せず）から発した超音波は前記被測定対象媒体２に入射し、該媒体の底面４で反射した超音波パルスエコーを検出後、検出制御手段13により、前記媒体中に入射する超音波パルスの制御と共に、戻ってきた超音波パルスエコーの波形や戻るまでの伝播時間などを検出し、これら検出データを波形等データ出力手段14、演算処理制御手段15によりその内部の温度分布を演算して表示手段16に表示します。

なお、21は熱電対で、温度検出手段22で温度検出データを演算し、その結果を前記演算処理制御手段15を介して表示手段16に表示します。

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温度測定装置の概要図