温度を極める!その3の3・・・放射温度計を赤外波長域から見てみよう。

前の記事で「放射温度計もしくは赤外線放射温度計として、

すでに数多く市場で使われている温度計です。」と書きました。

この赤外線というのが大事なんですね!

科学の世界では波長域という概念を理解することで、

様々な計測・分析のアイデアや応用につながる事が期待できます。

今回はその第一歩として赤外線という波長域に触れてみましょう。

 

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放射温度計が受光している波長域は赤外線でも遠赤外というところ。

ここは大気による吸収という影響をほとんど受けない為に、

遠くの温度まで測る事が出来ます。

この8~14μmの波長領域は「大気の窓」と呼ばれ、

赤外線エネルギー量を測定する放射温度計にとって重要な意味を持ちます。

 

ちょっと脱線しますがこの難しい波長域という考えは色々なところで役に立ちます。

それはほとんどすべての物質において特定の波長で吸収や透過をする性質があるからです。

たとえば・・・それを利用してガス中の分からない物質を特定するとか・・・

レントゲン写真なんかもX線の吸収や透過で成り立っているんですね。

この切り口はとても奥が広く面白いのですよ。

 

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ひとつの例として石英ガラスの吸収や透過の曲線を加えてみました。

石英ガラスは4μm以下で透過していますね。

これを放射温度計で具体的に表現すると・・・

「窓越しに遠くの景色は見えていますが、放射温度計が示している温度は

窓ガラスの温度になります。」です!

可視光は透過しても遠赤外光は通さないのですよ。

 

この現象を身近なところでも起こり利用されています。

 

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太陽の光が差し込む明るいハウスがそうですね。

可視光を含む範囲の広い波長の太陽光で暖められた地面からは遠赤外が放射されますが、

ガラスにより遮断されているためにハウスの中の温度は高くなります。

 

夏の車の中も同じですね・・・

ダッシュボードやシートが暖まり遠赤外を放射しますが、

ガラスで遮られるために内部は異常に高くなるのです。

もし透過するガラス系の物を使えば中はそれほど暑くなりません。(コストが合わないけど・・・)

 

そうそう、そのガラスも全波長域で見てみるとマイクロ波の波長域でまた透過が始まります。

つまり、通す通さないは全波長域では様々なんですね。

 

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例として電子レンジでガラスが使われているタイプがありますが、

温めるために使う波長のマイクロ波はガラスを透過します。

それはとても危険なのである対策がしてあるのですよ。

 

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皆さんご存じのこの小さな穴の空いた金属の網です。

マイクロ波はその波長より小さな穴を通り抜けられないという特性をもっています。

もし、これが無いと・・・

台所にあるレタスやリンゴ、花瓶の水などが温められてしまうことになります。

 

参考:一般的に電子レンジの周波数が2.45GHz帯とすると波長は約12.2cmです。

 

ちょっと難しかったかもしれません。

すこし脱線してしまいましたが次回は放射率と透過レンズに関して書く予定です。

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温度を極める!その3の2・・・放射温度計はカメラと似ているのです。

すべての物体は赤外線を放射しています。

放射温度計はその放射エネルギー量を検知することで温度を知ることができるのですが、

これを勘違いする方も多いのです・・・。

 

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一部の放射温度計で計っている場所の特定をするために、

レーザーマーカーを照射するタイプがあります。

赤外を集光するレンズの左右に小さな穴二つ・・・

これがレーザーマーカー部です。

 

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計るときに測定面にピンクの光点が分かりますね。

写真の場合、ピンク色の2点のレーザーポイントを直径にした

オレンジの円の中の平均温度を測ることになります。

おそらく、この機能によりレーザー光を利用し

計測していると勘違いする方がいたのだと推測しています。

 

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これも知らない方が多いかな~と思い描いてみました。

主な放射温度計には視野角があります。

大きな分類として2つのタイプ。

距離が離れるとひたすら広い範囲を計測するもの。

一度、焦点を結びその後広がるタイプのものとなります。

後者は顕微鏡のイメージですね。

右の方にそれぞれの得意な計測用途例を書いてみました。

 

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放射温度計と熱容量との関係も重要ですね。

接触式の温度計ではセンサ自体に熱容量があるので、

計りたい物の熱を奪ってしまう/与えてしまう事例です。

焦点を結ぶタイプでは小さな基板上の部品の温度測定が代表的です。

また、薄く熱容量の小さな葉・紙・フィルム等の温度を計測する場合などにも使われています。

 

少し非接触で計るというメリットがおわかりいただけたでしょうか?

 

資料:タスコジャパン殿

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温度を極める!その3の1・・・放射温度計とは?

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放射温度計とは・・・

放射温度計もしくは赤外線放射温度計として、

すでに数多く市場で使われている温度計です。

(普通の家庭で使われているは耳式体温計もそうです。)

放射温度計とは
すべての物体は赤外線を放射しています。
この放射される赤外線の強さ(エネルギー量)は温度が
高くなるにしたがい増加しますので、その放射エネルギー量を検知することで温度を知ることができます。
このような原理から「(赤外線)放射温度計」と呼ばれます。

今までの温度センサーとは原理が違うので正しい使い方を知るとかなり応用できます。

この温度計のおもしろさを表す意味でも2問ほどクイズを出しましょう。

まずはビルの上から放射温度計を空に向けてみます。

 

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さて・・・この時、放射温度計は何を計っているでしょう?

さらに何度ぐらいを示すと思いますか?

 

 

 

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答えは・・・

上空の大気の温度です。

これを計ったときは7月だったのでまだ暖かいですね。

-14.7℃という値になりました。

これが冬になりますといわゆる寒気団になるので、

-40℃以下になることもあります。

 

つまり、放射温度計は理論的には無限大の距離の温度を取ることが出来ます。

面白いですね。

これに近いイメージの物はカメラと同じだと言うこと・・・

カメラで景色を撮すと遠くの山々まで写りますよね。

そう、これと同じなんです。

 

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お次は手の温度に関する質問です。

手の温度を放射温度計で測るのですが、

どこの部分が一番高い温度を示すのでしょう?

 

 

 

 

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答えは・・・

なんと指先の爪の部分です。

 

答えを分かりやすくするために放射温度計と同じ原理の赤外線サーモグラフィで撮ってみました。

白くなっている部分が一番温度が高いという事が分かります。
(個人差があり血行がいい人は違う場合もあります)

この理由も興味深いですよ。

体や手には無数の汗腺があって体温調節を行っています。

つまり、汗が気化することによって熱を奪う作用ですね(気化熱・蒸発潜熱)。

ところが爪にはこの汗腺が無いために、

表面温度が高いのでありますよ。

 

なかなか面白いでしょう?

 

この様に放射温度計はいろいろな計測に応用できます。

次回はもう少し深く放射温度計を解説いたしますね。

 

説明:安立計器殿より
写真:タスコジャパン殿/オプテックス殿より

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