| 【発明の名称】 |
放射温度検出素子 |
| 【発明者】 |
【氏名】本多 由明
【氏名】相澤 浩一
【氏名】渡部 祥文
【氏名】櫟原 勉
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| 【要約】 |
【課題】待機時間をなくし、雰囲気温度が変化が起こる状況下でも安定に非接触で温度を計測できる放射温度検出素子を提供する。
【解決手段】一方の面側から他方の面側に貫通して成るリード２が一体成型されたステム１に、略凹型形状のキャップ３がステム１の一方の面の外周縁で接続され、ステム１とキャップ３とで空間４を構成している。そして、キャップ３の凹部底面には開口部３ａが形成され、開口部３ａには赤外線透過フィルタ５が封止されてパッケージが構成されている。空間４内のステム１から立ち上がったリード２上には、支持体７が設けられ、対象物からの赤外線を検出するための赤外線検出素子６ａが、赤外線透過フィルタ５が視野角に入る空間４内の支持体７上に配置され、支持体７の下部のステム１上には赤外線検出素子６ａを保障する赤外線検出素子６ｂが配置されている。ここで、本実施の形態においては、保障用の赤外線検出素子６ｂの視野角に位置する部分を低放射率化させている。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 ステムと開口部を有するキャップと該開口部を塞ぐフィルタとを有するパッケージと、該パッケージ内に配置された１つまたは複数の赤外線検出素子と、前記パッケージ内の前記赤外線検出素子の少なくとも１つの視野角内に位置する部位を低放射率化させたことを特徴とする放射温度検出素子。
【請求項２】 前記低放射率化として、鏡面処理及び／またはメッキ処理を施したことを特徴とする請求項１記載の放射温度検出素子。
【請求項３】 前記パッケージ内を真空にしたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の放射温度検出素子。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、赤外線を利用して非接触で温度を検出する放射温度計に用いる放射温度検出素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の放射温度計、特に、例えば0〜500℃のような中低温領域においては、主に熱型赤外線検出素子が用いられ、熱型赤外線検出素子としては、チョッパーを用いた焦電素子やサーモパイル素子が使用されている。
【０００３】実際に赤外線を用いて、非接触で温度を計測するためには、赤外線の検出と赤外線検出素子の素子温度の計測が必要である。即ち、赤外線検出素子に入射される赤外線により、赤外線検出素子と対象物との温度差が算出でき、この値に赤外線検出素子の素子温度を加えることにより、対象物の絶対温度を計測できるのである。
【０００４】従来においては、サーモパイルのような赤外線検出素子とサーミスタのような接触式温度検出素子を用いて、対象物の絶対温度を計測していた。より具体的には、キャンパッケージタイプの赤外線検出素子に外付けでサーミスタを接触させたり、キャンパッケージ内のステム側にサーミスタを接着させることによって、赤外線検出素子の温度をキャンパッケージの温度で代用していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記に示したように、キャンパッケージの外側や、キャンパッケージ内のステム側にサーミスタを接着させることで赤外線検出素子の温度の計測を行った場合、上記の赤外線検出素子と接触式温度検出素子とを有する放射温度検出素子を使用する雰囲気温度が変化すると、先ず、キャンパッケージ外周の温度が変化し、特にパッケージの熱容量の小さいキャップが変化し、その後、熱容量の大きなステムが外側及びキャップへの接着部から変化し、サーミスタ，赤外線検出素子の順で温度が変化する。
【０００６】このため、非常に大きな熱容量のメタル製ブロックで放射温度検出素子を囲んだり、また、温度が安定するまでの待機時間を必要とした。
【０００７】この待機時間は、測定精度が上がれば上がるほど大きくなり、赤外線より温度換算するまでの時間が１秒以内であっても、待機時間が数十分にもおよんで実使用上問題がある。
【０００８】本発明は、上記の点に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、待機時間をなくし、雰囲気温度が変化が起こる状況下でも安定に非接触で温度を計測できる放射温度検出素子を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、ステムと開口部を有するキャップと該開口部を塞ぐフィルタとを有するパッケージと、該パッケージ内に配置された１つまたは複数の赤外線検出素子と、前記パッケージ内の前記赤外線検出素子の少なくとも１つの視野角内に位置する部位を低放射率化させたことを特徴とするものである。
【００１０】請求項２記載の発明は、請求項１記載の放射温度検出素子において、前記低放射率化として、鏡面処理及び／またはメッキ処理を施したことを特徴とするものである。
【００１１】請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２記載の放射温度検出素子において、前記パッケージ内を真空にしたことを特徴とするものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態について図面に基づき説明する。
【００１３】＝実施の形態１＝図１は、本発明の一実施の形態に係る放射温度検出素子の概略断面図である。本実施の形態に係る放射温度検出素子は、一方の面側から他方の面側に貫通して成るリード２が一体成型されたステム１に、略凹型形状の、例えば金属製のキャップ３がステム１の一方の面の外周縁で接続され、ステム１とキャップ３とで空間４を構成している。そして、キャップ３の凹部底面には開口部３ａが形成され、開口部３ａには赤外線透過フィルタ５が封止されてパッケージが構成されている。
【００１４】空間４内のステム１から立ち上がったリード２上には、支持体７が設けられ、対象物からの赤外線を検出するための赤外線検出素子６ａが、赤外線透過フィルタ５が視野角に入る空間４内の支持体７上に配置され、支持体７の下部のステム１上には赤外線検出素子６ａを保障する赤外線検出素子６ｂが配置されている。なお、支持体７を持ち上げているリード２は、赤外線検出素子６ａ,６ｂの信号の出力端子を兼ねている。
【００１５】ここで、本実施の形態においては、保障用の赤外線検出素子６ｂの視野角に位置する部分（本実施の形態においては支持体７の裏面）を低放射率化させている。なお、低放射率化としては、金（Ａｕ），銀（Ａｇ），ニッケル（Ｎｉ），アルミニウム（Ａｌ）等のメッキまたは真空蒸着を行うことで可能であり、図１においてはメッキ８を形成した場合を示している。
【００１６】一般的な放射温度検出素子としては、赤外線検出素子６ａが検出する熱量は、開口部３ａの視野角比率をφa、対象とする物体の放射率をεa、対象とする物体の温度をＴa、赤外線検出素子６ａの温度をＴsとすると、φa・εa（Ｔa4−Ｔs4） ・・・式１で表すことができる。
【００１７】環境温度が安定で、赤外線検出素子６ａの視野角内にあるパッケージの部位（ステム１,キャップ３及び赤外線透過フィルタ５）の温度と赤外線検出素子６ａの温度とが同じ場合、式１で対象物温度が得られるが、環境温度が変化し、赤外線検出素子６ａの視野角内にあるパッケージの部位の温度と赤外線検出素子６ａの温度とが異なると、対象物からの赤外線に加え、パッケージからの赤外線も検出することになるため、誤差が生じる。
【００１８】また、パッケージ部位の温度補正項は、パッケージ部位ｎの視野角比率をφn、パッケージ部位ｎの放射率をεn、パッケージ部位ｎの温度をＴnとすると、φ1・ε1（Ｔ14−Ｔs4）＋φ2・ε2（Ｔ24−Ｔs4）＋・・・・＋φn・εn（Ｔn4−Ｔs4） ・・・式２で表すことができる。以上の式１と式２の和あるいは差を取ることにより赤外線検出素子６ａからの出力を補正して、対象物温度を正確に検出することができる。
【００１９】ここで、視野角内にある部位の放射率を低減化させると、補正項はほぼゼロとなり、補正無し、または補正項目の削減ができ、誤差要因を低減して、環境温度変化時においてもより簡単に正確な対象物温度を検出することができる。
【００２０】なお、本実施の形態においては、赤外線検出素子６ｂの視野角内にある部位にのみメッキ８を形成したが、これに限定されるものではなく、赤外線検出素子６ａの視野角内にある部位にメッキ８を形成しても良い。
【００２１】＝実施の形態２＝図２は、本発明の他の実施の形態に係る放射温度検出素子の概略断面図である。本実施の形態に係る放射温度検出素子は、一方の面側から他方の面側に貫通して成るリード２が一体成型されたステム１に、略凹型形状の、例えば金属製のキャップ３がステム１の一方の面の外周縁で接続され、ステム１とキャップ３とで空間４を構成している。そして、キャップ３の凹部底面には開口部３ａが形成され、開口部３ａには赤外線透過フィルタ５が封止されてパッケージが構成されている。
【００２２】空間４内のステム１から立ち上がったリード２上には、支持体８が設けられ、対象物からの赤外線を検出するための赤外線検出素子６ａが、赤外線透過フィルタ５が視野角に入る空間４内の支持体７上に配置され、支持体７の異なる面側には赤外線検出素子６ａを補償するための赤外線検出素子６ｂが配置されている。
【００２３】なお、支持体７を持ち上げているリード２は、赤外線検出素子６ａ,６ｂの信号の出力端子を兼ねている。
【００２４】ここで、本実施の形態においては、赤外線検出素子６ａ，６ｂの視野角に位置する部分を低放射率化させている。なお、低放射率化として鏡面処理を施しており、図２においては金メッキ９を形成している。
【００２５】従って、本実施形態においても、実施形態１と同様の効果が得られる。なお、赤外線検出素子６ａ，６ｂの配置や構成は、実施の形態１，２の配置や構成に限定されるものではない。
【００２６】また、実施の形態１，２に示す放射温度検出素子において、パッケージ内の空間４を真空にするようにすれば、赤外線検出素子６，６ａ，６ｂとパッケージ間を断熱化することができ、パッケージ周囲が温度変化しても、赤外線検出素子６，６ａ，６ｂの温度をより安定にすることができ、環境温度の急激な変化においても赤外線のやり取りのみで正確な放射温度を検出することができる。
【００２７】
【発明の効果】請求項１または請求項２記載の発明は、ステムと開口部を有するキャップと該開口部を塞ぐフィルタとを有するパッケージと、該パッケージ内に配置された１つまたは複数の赤外線検出素子と、前記パッケージ内の前記赤外線検出素子の少なくとも１つの視野角内に位置する部位を鏡面処理及び／またはメッキ処理等により低放射率化させたので、待機時間をなくし、雰囲気温度が変化が起こる状況下でも安定に非接触で温度を計測できる放射温度検出素子を提供することができた。
【００２８】請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２記載の放射温度検出素子において、前記パッケージ内を真空にしたので、請求項１または請求項２記載の発明の効果に加えて、赤外線検出素子とパッケージ間をより断熱化することができ、赤外線検出素子温度をより安定にすることができ、環境温度の急激な変化においても赤外線のやり取りのみで正確な放射温度を検出することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５８３２
【氏名又は名称】松下電工株式会社
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| 【出願日】 |
平成１０年（１９９８）５月２５日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】安藤 淳二 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開平１１−３３７４１６ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）１２月１０日 |
| 【出願番号】 |
特願平１０−１４３００３ |
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