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超音波を用いた温度測定方法 新技術説明会

国内特許コード P08P005773
掲載日 2008年4月4日
出願番号 特願2006-251806
公開番号 特開2008-070340
登録番号 特許第4843790号
出願日 平成18年9月15日(2006.9.15)
公開日 平成20年3月27日(2008.3.27)
登録日 平成23年10月21日(2011.10.21)
発明者
  • 井原 郁夫
  • 高橋 学
  • 釜親 大輔
出願人
  • 国立大学法人長岡技術科学大学
発明の名称 超音波を用いた温度測定方法 新技術説明会
発明の概要

【課題】媒体内に超音波を伝播することにより該媒体内の温度分布を測定できる超音波を用いた温度測定方法を提供する。
【解決手段】板材2中の一定距離を伝播する超音波の伝播時間と板材2の既知のデータとから板材2中の温度分布を測定する。既知のデータには、温度に対する超音波の速度のデータや温度伝導率などを用いる。超音波の板材2内の速度が温度に依存することを利用し、超音波の伝播速度とに関する既知のデータから板材2内の温度分布を測定することが可能となる。また、従来の温度測定法より、時間応答性に優れたものになる。
【選択図】図1

従来技術、競合技術の概要


従来、被測定物の表面温度の測定は熱電対などを利用した接触式温度計或いは放射などを利用した放射温度計により測定することができる。



また、媒体に入射された超音波の伝播速度が媒体の温度に依存する温度依存性を利用した超音波による温度測定が知られており、気体や固体材料等の媒体の温度測定方法(例えば特許文献1~3)が提案されている。



ところで、産業界では、高温環境での材料加工プロセスが多数あり、各種材料の温度及びその内部の温度分布を非破壊的に且つインプロセスで測定したいという要望が多数あるが、従来の温度測定方法では、内部の温度を測定できても、その温度分布までは測定することができなかった。

【特許文献1】特開昭53-124486号公報

【特許文献2】特開昭57-16874号公報

【特許文献3】特開2000-234963号公報

産業上の利用分野


本発明は、超音波を用いて媒体の温度分布を測定する超音波を用いた温度測定方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
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。

【請求項2】
前記媒体の表面が一側面であり、前記媒体の一側面の温度を測定して前記初期温度を得ることを特徴とする請求項1記載の超音波を用いた温度測定方法。

【請求項3】
前記伝播時間の数式が
【数式1】


であり、数1において、tLは超音波パルスの伝播時間、V(T)は温度Tの関数で表される媒体の音速であり、この音速V(T)は下記の数2で表され、
【数式2】


上記数2において、A,Bは、それぞれ媒体固有の定数であり、
前記関数T(x,t)が
【数式3】


であり、数3において、ηは下記の数4により表され、
【数式4】


数3及び数4において、Tsは他側面温度、T0は媒体の初期温度、αは温度伝導率(α=λ/ρC:λは媒体の熱伝導率、ρは媒体の密度、Cは媒体の比熱容量)、xは他側面からの距離、tは加熱後の測定時間、uは確率変数であることを特徴とする請求項1又は2記載の超音波を用いた温度測定方法。

【請求項4】
前記超音波パルスを一側面から斜めに入射することを特徴とする請求項1~3のいずれか1項に記載の超音波を用いた温度測定方法。

【請求項5】
前記超音波パルスの周波数が100kHz以上であることを特徴とする請求項のいずれか1項に記載の超音波を用いた温度測定方法。
産業区分
  • 測定
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2006251806thum.jpg
出願権利状態 権利存続中
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