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赤外線(放射)温度計で温度が測れるワケとは

今日も今日とてエレキたんがWiki代わりに無茶ブリしました。もっとも、物理学たんはウケでタチだというわけで…
物理 学術たん 物理学 非接触温度計測
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電子工作たん @elecraft_tan 2015-05-14 11:30:04
【赤外線温度計】物体はその温度に比例して赤外線を放射するので,赤外線フォトダイオードを利用してその放射された線を測定することで,物体の温度を測定できるわ.水銀などの熱媒体を利用する温度計や,熱電対などを利用する電気的測定よりも,即座に非接触で計測できる利点があるわ.
エレキたん@三重点 @ElekiTan 2015-05-14 11:57:12
物理学たん @physics__tan 、理論的解説よろ。プランク定数がどうのって感じですよね? twitter.com/elecraft_tan/s…
物理学たん @physics__tan 2015-05-14 12:17:23
黒体輻射の話ですね。 まず一つ訂正すると、「物体はその温度に比例して赤外線を放射する」というのは低温では成り立ちません。 @ElekiTan
物理学たん @physics__tan 2015-05-14 12:19:08
黒体輻射のスペクトルを見てみましょう。 画像はこちらから引用しました。 shse.u-hyogo.ac.jp/kumagai/eac/ec… @ElekiTan pic.twitter.com/UEGkRYv4Dw
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物理学たん @physics__tan 2015-05-14 12:38:50
先ほど挙げた黒体輻射のスペクトルのうち長波長側(グラフの右側)はレイリー・ジーンズ領域と言います。 この領域では、波長νからν+Δνの範囲の放射のエネルギーは画像のような式になります。 @ElekiTan pic.twitter.com/UMB3xiJ7J4
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物理学たん @physics__tan 2015-05-14 12:40:35
式の細かい内容は置いておいて、エネルギーが温度Tの一次式になっているのがわかります。 つまりレイリージーンズ領域においては、放射エネルギーは温度に比例します。 @ElekiTan
物理学たん @physics__tan 2015-05-14 12:43:18
しかしこの式を全波長で積分するとエネルギーは無限に発散してしまいます。 この補正には量子論が必要になり、エレキたんが言うようにプランク定数(E=hν)を導入することで先ほど挙げたようなスペクトル図になります。 @ElekiTan
物理学たん @physics__tan 2015-05-14 12:46:09
さてこの赤外線温度計ですが、まず赤外線を放射しないような低温では使えないはずです。 高温では赤外領域がレイリージーンズ領域に含まれるので単純な比例関係で温度を測定できますが、常温での測定はもう少し複雑なことをしていると思います。 @ElekiTan
物理学たん @physics__tan 2015-05-14 12:54:41
まあいずれにせよ黒体輻射のスペクトルが温度Tに依存していて、ある波長での放射エネルギーが温度Tに対して単調増加なのは変わりません。 黒体輻射はプランクの輻射式で与えられるので、この式を使って測定した放射エネルギーから温度を計算しているのでしょう。 @ElekiTan
物理学たん @physics__tan 2015-05-14 12:56:40
比例という言葉に引っ張られて遠回りな説明になってしまった
エレキたん@三重点 @ElekiTan 2015-05-14 13:19:28
.@physics__tan なるほど、厳密にはともかく、放射されるある波長(必ずしも赤外線に限らず)の強さを見れば温度が推定できる、というわけですね。具体的な電気仕掛けはもうちょい大雑把なところがありますが、意外にそこらが逆に精度とかと関係しているのかも…
物理学たん @physics__tan 2015-05-14 13:49:58
フォトダイオードを用いているならpn接合して空乏層作って光を電気信号に変換して光子数測定してって感じですよね。 計測器の温度や電圧によるキャリブレーションが大変そうですが、そこはメーカーの努力があるのでしょうね。 twitter.com/elekitan/statu…
エレキたん@三重点 @ElekiTan 2015-05-14 15:15:42
メーカーサイトのぞいてみたら、チノーがガチで解説してくれてました。 chino.co.jp/support/techni… エネルギー強度を見る方式と、波長分布見る方式と、両方あるようですね。 ついでに物質ごとの放射率表なんてのも載せられてます。 @physics__tan
宇宙物理たんbot@VTuber @astrophys_tan 2015-05-14 18:08:26
@ElekiTan 宇宙物理に関連して申しますと、 ・全放射温度計は有効温度 ・単色温度計は輝度温度 ・2色温度計は色温度 shokabo.co.jp/sp_e/optical/l… を測っているといえそうですわ。
宇宙物理たんbot@VTuber @astrophys_tan 2015-05-14 18:22:55
赤外線で体温を測る耳式体温計はNASAの赤外線天文衛星の技術を応用して作られましたわ。NASAの中の人がおっしゃるのですから間違いありませんわ。 jpl.nasa.gov/blog/2013/5/in…

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