JP2000310572A - 温度分布測定センサーと温度分布測定装置および温度分布測定方法 - Google Patents

温度分布測定センサーと温度分布測定装置および温度分布測定方法

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JP2000310572A
JP2000310572A JP11119795A JP11979599A JP2000310572A JP 2000310572 A JP2000310572 A JP 2000310572A JP 11119795 A JP11119795 A JP 11119795A JP 11979599 A JP11979599 A JP 11979599A JP 2000310572 A JP2000310572 A JP 2000310572A
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JP
Japan
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temperature distribution
temperature
sensor
ultrasonic
region
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JP11119795A
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Sadaji Obata
貞二 小畑
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Takuma Co Ltd
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Takuma Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 低温域から高温域まで温度変動が大きく、し
かも分布範囲が広い領域の温度分布を比較的精度良く測
定でき、しかも高価でない温度分布測定センサーと、こ
れを備えた温度分布測定装置およびこの装置を用いた温
度分布測定方法を提供する。 【解決手段】 長尺形状をなしていて、その一端に超音
波プローブ2を備えると共に、この超音波プローブ2よ
り送波した超音波を反射可能な反射部3を長手方向に有
する温度分布測定センサーと、これを備えた温度分布測
定装置およびこの装置を用いた温度分布測定方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は温度分布測定センサ
ーと温度分布測定装置および温度分布測定方法に関し、
詳しくは、超音波を利用して1000℃以上の高温測定
も可能な温度分布測定センサーと、これを備えた温度分
布測定装置および温度分布測定方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、燃焼装置内部のような低温域から
高温域まで温度変動が大きく、しかも分布範囲が広い領
域の温度分布の測定には、レーザを用いて測定する温度
分布測定器が実用化されている。
【0003】しかしながら、この装置は測定温度が30
0℃以下と低く、燃焼装置内部における1000℃以上
の高温域の測定をすることは到底できず、しかも、装置
が極めて高価である。
【0004】他に、高温域での温度分布を測定する装置
としては、光高温計がある。この装置は2000℃を越
えるような高い温度域の測定をすることができる利点は
あるものの、低温域から高温域までの広い範囲にわたる
測定には必ずしも精度が良いとはいい難く、特に数百度
といった低温域の測定精度は低い。しかも装置が高価で
ある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、上記
従来技術の有する問題点に鑑みて、燃焼装置内部のよう
な数百度程度の低温域から1000℃以上の高温域まで
温度変動が大きく、かつ分布範囲が広い領域の温度分布
を比較的精度良く測定でき、しかも従来の装置のように
高価でない温度分布測定センサーと、これを備えた温度
分布測定装置およびこの装置を用いた温度分布測定方法
を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的は各請求項記載
の発明により達成される。すなわち、本発明に係る温度
分布測定センサーの特徴構成は、長尺形状をなしてい
て、その一端に超音波プローブを備えると共に、この超
音波プローブより送波した超音波を反射可能な反射部を
長手方向に有することにある。
【0007】このように構成されていると、超音波プロ
ーブを備えた個所を被測定領域の外に配置し、その他の
個所を被測定領域内部に挿入することにより、センサー
内を伝搬する超音波の速度が温度に依存することを利用
して、反射部からの反射エコーの速度を測定すると共
に、その測定データと、予め求めてある超音波伝達速度
と温度との関係データを比較することから、反射部の位
置する領域の温度が精度良く得られることになる。従っ
て、燃焼装置内部のような数百度程度の低温域から10
00℃以上の高温域まで温度変動が大きく、かつ分布範
囲が広い領域であっても、センサーの構成材料を、その
耐熱性などを配慮しつつ適宜選択することにより、その
領域の温度分布を比較的精度良く測定できるようにな
り、しかも比較的安価な超音波プローブを用いるので、
従来の装置のように高価でない温度分布測定センサーを
提供できた。
【0008】反射部を複数設けると、一度に被測定領域
の複数個所の測定ができて都合がよい。
【0009】前記反射部が、異質材料、低熱膨張率材料
からなる溶接棒で接合された部分、異種密度部分、切り
込み部分のいずれかから形成されていることが好まし
い。
【0010】このように構成されていると、反射部から
の反射エコーが確実に得られ、その速度を精度良く測定
できて都合がよい。異質材料としては、例えば、温度分
布測定センサーを構成する基材が、耐熱性を備えた金属
であると共に反射部をセラミック板から構成して両者を
接続する、あるいはこの逆の組み合わせとする等が考え
られる。接続する方法としては、機械的にネジ止めする
ようにしてもよいし、溶接接合するようにしてもよく、
その接続方法は特に限定されない。
【0011】又、反射部が低熱膨張率材料からなる溶接
棒で接合された部分であると、基材端面を突き合わせて
その周囲を基材よりも低熱膨張率の溶接棒で溶接するだ
けでよいので、容易に反射部を設けることができて都合
がよい。
【0012】同様に、基材の所定個所に異種密度部分、
例えば密度が徐々に変化するように構成して反射部とし
てもよく、このようにしても反射部からの反射エコーが
確実に得られ、その速度を精度良く測定できて都合がよ
い。
【0013】基材の所定個所に切り込み部分を設けるよ
うにしても、この個所から反射エコーが得られるので、
同様に反射エコーが確実に得られ、その速度を精度良く
測定できて都合がよい。切り込みは、センサーと用いる
場合に曲がったり、折損したりしない程度に穿孔するな
どによって設ければよい。
【0014】本発明に係る温度分布測定装置の特徴構成
は、超音波発生機構と、請求項1又は2記載の温度分布
測定センサーと、反射部より反射した超音波信号を表示
する表示手段とを備えることが好ましい。
【0015】このように構成されていると、上記したよ
うに、反射部の位置する領域の温度が精度良く得られる
温度分布測定センサーを用いるので、燃焼装置内部のよ
うな数百度程度の低温域から1000℃以上の高温域ま
で温度変動が大きく、かつ分布範囲が広い領域であって
も、その領域の温度分布を比較的精度良く測定できるよ
うになる。しかも比較的安価な超音波発生機構と、超音
波プローブを用いるので、従来の装置のように高価でな
い温度分布測定装置を提供できた。
【0016】温度分布測定装置が、前記温度分布測定セ
ンサーにより検出されたデータを温度に変換する演算手
段を備えると共に、前記表示手段が温度表示可能になっ
ていることが好ましい。
【0017】このように構成されていると、被測定領域
の温度を直接視認することがてきて都合がよい。
【0018】更に又、本発明に係る温度分布測定方法の
特徴構成は、被測定領域に、請求項1又は2記載の温度
分布測定センサーを挿入し、前記超音波プローブより超
音波を送波し、ついで各反射部からの信号を受波し、こ
の受波信号に基づいて被測定領域の温度分布を測定する
ことにある。
【0019】このように構成されていると、上記したよ
うに、反射部の位置する領域の温度が精度良く得られる
温度分布測定センサーを用いるので、燃焼装置内部のよ
うな数百度程度の低温域から1000℃以上の高温域ま
で温度変動が大きく、かつ分布範囲が広い領域であって
も、その領域の温度分布を比較的精度良く測定できるよ
うになる。しかも比較的安価な超音波発生機構と、超音
波プローブを用いるので、従来の装置のように高価でな
い温度分布測定方法を提供できた。
【0020】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を、図面を参
照して詳細に説明する。図1は、温度分布測定センサー
(単に「センサー」と称することがある)1を被測定領
域の一例である燃焼装置Aの内部に配置した概略構造を
示す。このセンサー1は耐熱性を備えた棒状材料から形
成されていて、一方の端部に超音波発生機構である超音
波発振装置(図示略)と接続された超音波振動子を備え
たプローブ2が取り付けられていると共に、他方の端部
にいくに従い、超音波の一部を反射する反射部を構成す
る反射片3が所定間隔を隔てて複数個挿入されて構成さ
れている。もっとも、反射片3を1個所に挿入したセン
サーを用いて測定位置を移動させるようにしてもよい
が、図1のように反射片3を複数備えて測定すると、被
測定領域の複数個所の測定が一度にできて都合がよい。
【0021】前記プローブ2は、超音波を送波する送波
素子と、各反射片31〜35あるいは他方の端面1aか
らの反射エコーを受波する受波素子とを備えて構成され
ている。反射片3は、超音波がセンサー1の基材4を構
成する媒質とは異質の材料からなり、送波された超音波
の一部を反射するが,大部分を透過するようになってい
る。図1に示す反射片3は、図3に示すように、センサ
ー1の基材4とは異なる材質の反射片3の両側に、セン
サー1の基材4と同材質のボルト5を通しておき、これ
をセンサー1の基材4に予めネジ切りされた有底の穴6
に螺合させることによって、基材4に配設されるように
なっている。そして、センサー1は、このような接続が
繰り返されて、センサー1の基材4どうしを接続し長尺
の形状に構成されているのである。尚、センサー1の基
材4と反射片3の材質としては、例えば耐熱性を有する
金属材料とセラミック等の組み合わせが考えられるが、
もとよりこれに限定されるものではなく、異種金属どう
し、異種セラミックどうし等、被測定領域の温度環境に
応じて種々の材料の組み合わせを採用できる。
【0022】次に、センサー1を燃焼装置Aの内部に配
置して、装置内の温度分布を測定する方法について説明
する。まず、燃焼装置Aの外側に位置するプローブ2か
ら送波される超音波は、各反射片31〜35およびセン
サー1の端面1aから反射される。各反射片31〜35
の数は、測定目的に応じて適宜変更すればよい。又、各
反射片31〜35の間隔d1〜d5は、一定間隔でもよ
いし、異なる間隔でもよい。
【0023】図外の超音波発信装置からプローブ2を介
して超音波を発信すると、各反射片31〜35及び端面
1aからの反射エコーは、例えば図2に示すように現れ
る。すなわち、同図の左端に示す矩形状の送信波形を有
するパルスが各反射片31〜35及び端面1aから、夫
々T1〜T5の時間間隔をおいて所定形状の波形を有す
る信号として現れる。
【0024】この場合、センサー1の内部を伝わる縦波
(超音波)の速度Cv は、次式で表される。 Cv =(E/ρ01/2 ここに、Eはセンサーを構成する基材のヤング率、ρ0
は基材の密度である。
【0025】温度が上昇すると、Eもρ0 も小さくなる
が、ヤング率の低下の方が大きいので、センサー1中を
伝わる超音波の速度は低下する。その場合の速度の低下
率は温度によって決まるため、各反射片31〜35及び
端面1aとの間隔d1〜d5を伝わる超音波の速度は、
それら各反射片間の領域での温度に依存することにな
る。従って、各反射片31〜35及び端面1aからの反
射エコーに基づく時間間隔T1〜T5は、各被測定領域
の温度を反映することになる。そして、基材中の超音波
の伝達速度と温度との関係を予め測定しておけば、上記
時間間隔T1〜T5を測定することにより、各反射片3
1〜35及び端面1a間の被測定領域個所の温度を測定
できることになる。
【0026】尚、各反射片31〜35及び端面1aとの
間隔d1〜d5は、夫々均等な間隔であっても、不均等
な間隔であってもよい。不均等な間隔の場合であって
も、予め温度と超音波の伝達速度とを求めておくことに
より、容易に換算可能となる。この場合、反射エコーを
オッシロスコープで表示して、各速度を得るようにして
もよいが、得られた速度データを温度に換算する演算手
段を別に設けておき、直ちに測定温度を表示するような
表示手段と接続する装置構成としてもよい。
【0027】センサー1が以上のような構成であると、
被測定領域Aが1000℃以上の高温域を有する各種燃
焼装置内、加熱炉内などであっても、かかる温度域に耐
え得る材料をセンサーの基材として選択することにより
測定可能であるし、反射片の個数を適宜増やすことによ
り、被測定領域Aの広い範囲にわたる測定が可能にな
り、各測定個所の温度変動が大きかったとしても各測定
個所を個別に測定可能となる。しかも、超音波発生装置
を含めても装置全体を安価に構成でき、レーザを用いる
装置や光温計のような装置に比べて格段に安価な測定装
置とすることができる。
【0028】〔別実施の形態〕 (1) 上記実施形態では、反射部3をセンサーを構成
する基材4とは異質の材料からなる反射片としたが、こ
れに代えて、図4に示すように、低熱膨張率材料からな
る溶接棒で接合された部分で構成してもよい。すなわ
ち、センサーを構成する基材4の端面どうしを突き合わ
せ、基材4より熱膨張率が低い溶接棒を用いて突き合わ
せ端面の周囲を接合するのである。溶接された部分に
は、溶融した材料が凝固する際に圧縮応力が作用するた
め、この基材個所に圧縮応力が残存する。その結果、こ
の接合個所は超音波プローブからの送波信号を一部反射
し、反射部3として機能するようになる。溶接棒から持
ち込まれる肉盛部分7は、基材4より熱膨張率が低いた
め、この部材によって測定精度が損なわれることはな
い。
【0029】(2) 更に、反射部3を図5に示すよう
に構成してもよい。すなわち、この反射部3は、密度が
徐々に変化する反射片を左右の基材4,4間に挟持し接
合して一体化したものである。このようになっていて
も、この部分からの反射エコーを生じるので、それを受
波することにより、上記実施形態の場合と同様な作用効
果を得ることができる。この反射片は、基材の端面どう
しの間に挟み込み、両基材4,4を圧接することによ
り、あるいは両基材を回転させながら圧接する等して、
一体化することができる。
【0030】(3) 更に、反射部3を図6に示すよう
に構成してもよい。すなわち、この反射部3は、基材4
の所定個所に切り込みが形成されて構成されており、超
音波プローブからの送波信号に対してこの個所から反射
エコーを発するので、それを受波することにより、上記
実施形態の場合と同様な作用効果を得ることができる。
【0031】(4) センサー1の断面形状は、上記実
施形態に示した丸棒状のみならず、角棒状など種々の形
状が考えられ、特に限定されるものではない。要は、燃
焼装置などの被測定領域の内部位置に搬入し易い形状で
あればよい。更に、超音波プローブを備えた側(オペレ
ータ側)に被測定対象物から熱的に保護する部材を設け
てもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る温度分布測定センサーの使用状態
を説明する概略構成図
【図2】本発明に係る温度分布測定センサーにより発信
された超音波信号の受信状態を説明する図
【図3】本発明に係る温度分布測定センサーに用いる反
射部の取り付け状態を説明する斜視図
【図4】別実施形態に係る反射部を示す断面図
【図5】更に別実施形態に係る反射部を示す断面図
【図6】更に別実施形態に係る反射部を示す断面図
【符号の説明】
1 温度分布測定センサー 2 超音波プローブ 3 反射部

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 長尺形状をなしていて、その一端に超音
    波プローブを備えると共に、この超音波プローブより送
    波した超音波を反射可能な反射部を長手方向に有する温
    度分布測定センサー。
  2. 【請求項2】 前記反射部が、異質材料、低熱膨張率材
    料からなる溶接棒で接合された部分、異種密度部分、切
    り込み部分のいずれかから形成されている請求項1の温
    度分布測定センサー。
  3. 【請求項3】 超音波発生機構と、請求項1又は2記載
    の温度分布測定センサーと、反射部より反射した超音波
    信号を表示する表示手段とを備える温度分布測定装置。
  4. 【請求項4】 前記温度分布測定センサーにより検出さ
    れたデータを温度に変換する演算手段を備えると共に、
    前記表示手段が温度表示可能になっている請求項3の温
    度分布測定装置。
  5. 【請求項5】 被測定領域に、請求項1又は2記載の温
    度分布測定センサーを挿入し、前記超音波プローブより
    超音波を送波し、ついで各反射部からの信号を受波し、
    この受波信号に基づいて被測定領域の温度分布を測定す
    る温度分布測定方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009078298A (ja) * 2007-09-27 2009-04-16 Sumitomo Metal Ind Ltd 連続鋳造用鋳型銅板の温度測定方法及び装置
JP2011141280A (ja) * 2010-01-11 2011-07-21 General Electric Co <Ge> ねじれセンサ、その方法及び流体のパラメータを測定するシステム
KR101954567B1 (ko) 2018-01-08 2019-03-05 충남대학교산학협력단 초음파 도파로를 이용한 표면 온도 측정 장치

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