JP2005121643A

JP2005121643A - 測温センサ

Info

Publication number: JP2005121643A
Application number: JP2004273004A
Authority: JP
Inventors: Makoto Sonoda; 誠園田; Koji Tajika; 康二田鹿; Takuro Ikegaki; 卓朗池墻
Original assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Priority date: 2003-09-24
Filing date: 2004-09-21
Publication date: 2005-05-12

Abstract

【課題】応答速度、感熱速度の速い測温センサを提供すること。
【解決手段】シース型測温体の感温部位が保護管内壁に接触するよう、感温部位を該内壁に押付け可能な押付け部材を、シース型測温体に設けてなることを特徴とする測温センサ。押付け部材は、伝熱媒体で形成されていることが好ましく、またその形状は、例えば筒状、渦巻き筒状等が挙げられる。
【選択図】図５

Description

本発明は、測温センサに関する。

化学工場においては、通常反応器、熱交換器等の種々の製造設備の構成機器の内容物をはじめとした各所の温度を常時測定しながら、運転されている。かかる内容物をはじめとした各所の温度の測定には、例えばシース型測温抵抗体等の測温センサがよく用いられている。かかる測温センサをそのまま、温度を測定すべき被測温物内に挿入すると、シース型測温体が該被測温物により腐食を起こす虞があるため、通常保護管が用いられ、該保護管内に測温センサを挿入した状態で、被測温物内へ差し込まれ、温度が測定されている。しかしながら、シース型測温体の感温部位と保護管内壁との間には空間があるため、感温速度が遅く、被測温物の温度変化に対する応答速度の遅れが見られていた。応答速度が遅いと、被測温物の温度変化のみならず、該温度変化による被測温物の性状の変化等の発見も遅れることになり、かかる各種の変化に応じた対応策を迅速にとるためには、応答速度の速い測温センサが望まれていた。

シース型測温体の感温部位への伝熱をよくし、応答速度の遅れを小さくする方法としては、例えば保護管内に、シリコンオイル等の伝熱媒体を入れて、伝熱をよくする方法、伝熱フィンをシース型測温体の感温部位に設けて、伝熱をよくする方法等が知られているが、前者のシリコンオイル等の伝熱媒体を保護管内に入れる方法は、応答速度の向上は見られるものの、伝熱媒体自身の熱容量により、被測温物の温度変化の初期応答が遅いという問題があった。また、後者の伝熱フィンをシース型測温体の感温部位に設ける方法は、応答速度がわずかに向上する程度であった。

このような状況のもと、本発明者らは、測温センサの応答速度を向上させるべく鋭意検討したところ、シース型測温体の感温部位が保護管内壁に接触するよう、感温部位を該内壁に押付け可能な押付け部材を、シース型測温体に設けることにより、被測温物の温度変化に対する応答速度が改善され、また、初期応答も速くなるということを見出し、本発明に至った。

すなわち本発明は、シース型測温体の感温部位が保護管内壁に接触するよう、感温部位を該内壁に押付け可能な押付け部材を、シース型測温体に設けてなることを特徴とする測温センサを提供するものである。

本発明によれば、感熱応答速度が向上し、また初期応答も速くなるため、被測温物の温度変化や該温度変化による被測温物の形状の変化等を迅速に把握することが可能となり、これにより、該温度変化等に応じた適切な対応策を迅速に取ることが可能となり、安全面でも有利である。

以下、図面を参照しながら、本発明を詳細に説明する。本発明の測温センサの一実施態様の押付け部材が設けられた部分の拡大図を図１に、本発明の測温センサを保護管内に挿入した模式図を図２にそれぞれ示した。本発明の測温センサ１は、シース型測温体２に、シース型測温体の感温部位３が保護管内壁に接触するよう、感温部位３を該内壁に押付け可能な押付け部材４を、シース型測温体２に設けてなることを特徴とする測温センサである。かかる押付け部材４をシース型測温体２に設けることにより、図２に示すように、測温センサを保護管内に挿入すると、シース型測温体２の感温部位３が押付け部材４により保護管５内壁に押し付けられ、感温部位３が保護管５内壁に接する状態になるため、被測温物の温度変化や該温度変化による被測温物の形状の変化等をより速く把握することができるようになる。

シース型測温体としては、例えばシース型測温抵抗体、シース型熱電対、シース型サーミスタ等が挙げられる。

押付け部材４の材質は、測温範囲において、使用可能なものであれば特に制限されず、測温範範囲に応じて、適宜選択すればよい。かかる材質としては、例えば金属、ゴム、耐熱性プラスチック、グラファイト等が挙げられる。なかでも金属等の熱を伝える伝熱媒体で形成された押付け部材は、該押付け部材からの伝熱効果も加わり、応答速度がより向上するため、好ましい。金属としては、例えば銅、アルミニウム、ステンレス鋼等が挙げられ、熱伝導率が高いという点で、銅、アルミニウムが好ましく、また、耐腐食性、耐酸化性等の点では、ステンレスが好ましい。また、シース型測温体２や保護管５の材質と同じ材質を用いてもよい。

押付け部材４の形状は、シース型測温体２の感温部位３を保護管５内壁に接するよう押し付けることが可能で、測温センサ１が保護管５内に挿入可能な形状であれば特に制限されず、例えば図３に示すような棒状、図４に示すような筒状、図５に示すような渦巻き筒状等が挙げられる。保護管５の振動等の影響を緩和可能であるという点で、筒状、渦巻き筒状が好ましく、渦巻き筒状が特に好ましい。押付け部材４の断面の形状も特に制限されず、例えば円形、楕円形、三角形、四角形等の多角形等適宜選択すればよい。保護管内に測温センサ１を挿入しやすいという点で、円形、楕円形等の角のない形状が好ましい。

押付け部材４は、シース型測温体２の感温部位３が保護管５内壁に接触可能であれば、シース型測温体２のどの位置に設けてもよいが、例えば金属等の伝熱部材で作製された押付け部材４であれば、該押付け部材４からの伝熱効果も加わるという点で、感温部位３もしくはその近傍に設けることが好ましい。押付け部材４は、通常溶接、ハンダ付け等シース型測温体２および押付け部材４の材質や測温範囲等に応じた固定手段により、シース型測温体２に固定される。

また、図６に示すように、押付け部材４の上方に、ひさし部材７を設けることにより、該ひさし部材７の上方への熱の放散を抑え、シース型測温体２の感温部位３への伝熱効果をより高めることができる。ひさし部材７は、シース型測温体２の押付け部材４が設けられた位置よりも上方であれば、どのような位置に設けてもよいが、伝熱効果を高めるという点で、押付け部材４と接するか、あるいは押付け部材４の近傍に設けることが好ましい。また、ひさし部材７の大きさは、あまり小さいとひさし部材７の上方への熱の放散が抑えにくいため、保護管５内を上方から見たときに、保護管５内が、ひさし部材７により、８０％以上覆われる大きさであることが好ましい。ひさし部材７の材質は、腐食等の虞のないものであれば特に制限されず、金属、ゴム等が挙げられる。その厚み等も制限されず、適宜決めればよい。また、その形状も制限されず、平板状であってもよいし、屈曲部を有していてもよい。

以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されない。

実施例１
図５に示したような銅製の渦巻き筒状の押付け部材（厚み５００μｍ）をシース型測温抵抗体（岡崎製作所製）の感温部位に設けた測温センサを用い、昇温時および冷却時の応答速度を測定した。昇温時および冷却時の測定温度を時間に対してプロットしたグラフを図７〜図８に、下記式（１）および（２）で算出される応答率の変化を図２４〜図２５に、応答率６３．２％および９０％の応答時間を表１に示した。測定温度の立ち上がりが極めて良好で、温水槽温度および冷水槽温度に達する時間および応答時間が最も短く、応答速度が最も大きいことが分かる。

なお、用いたシース型測温抵抗体は、ＪＩＳＣ１６０４準拠品で、そのシース材質はＳＵＳ３１６、直径が４．８ｍｍ、長さが５００ｍｍ、Ｐｔ１００Ω、Ｒ_１００／Ｒ_０＝１．３８５１、ＪＩＳＡ級のものであり、保護管は、材質がＳＵＳ３０４で、２０Ａ（外径２７ｍｍ、厚さ３ｍｍ）、長さが５００ｍｍのものを用いた。

＜昇温時の応答速度の測定＞
測温センサが挿入された保護管を、冷水槽に挿入し、測温センサに接続した温度記録計の指示温度（測定温度）が安定し、冷水槽温度と一致したことを確認した後、測温センサが挿入された保護管を、温水槽に挿入し(挿入時点を、昇温開始とした)、温度変化を記録した。測温センサに接続した温度記録計の指示温度（測定温度）が安定し、温水槽温度と一致した時点を測定終了とした。

＜冷却時の応答速度の測定＞
上記昇温時の応答時間の測定が終了した後、測温センサが挿入された保護管を、冷水槽に挿入し（挿入時点を、冷却開始とした）、温度変化を記録した。測温センサに接続した温度記録計の指示温度（測定温度）が安定し、冷水槽温度と一致した時点を測定終了とした。

＜応答速度の評価＞
昇温時および冷却時の温度変化を測定し、下記式（１）および（２）に従い、昇温時および冷却時の応答率を求めた。応答率が６３．２％および９０％となる測定温度を計測するまでに要した時間を応答時間とし、応答時間の大小により、応答速度を評価した。すなわち、応答時間が短いほど応答速度が大きく、応答時間が長いほど応答速度が小さいことになる。

実施例２
実施例１において、図５に示したような銅製の渦巻き筒状の押付け部材を設けた測温センサに代えて、図３に示したような棒状押付け部材（材質：ポリエチレン）をシース型測温抵抗体（岡崎製作所製）の感温部位に設けた測温センサを用いた以外は、実施例１と同様にして、昇温時および冷却時の応答速度を測定した。結果を図９〜図１０、図２４〜図２５および表１に示した。測定温度の立ち上がりが良好で、温水槽温度および冷水槽温度に達する時間も短く、実施例１の銅製の渦巻き筒状の押付け部材を設けた測温センサに比べると応答速度はやや小さいものの、良好な応答速度であり、後述の比較例１〜６の測温センサと比較して、大幅な応答速度の改善が見られていることが分かる。

比較例１
実施例１において、図５に示したような銅製の渦巻き筒状の押付け部材を設けた測温センサに代えて、前記押付け部材を設けない測温センサを用い、前記実施例１と同様に、昇温時および冷却時の応答速度を測定した。結果を図１１〜図１２、図２４〜図２５および表１に示した。測定温度の立ち上がりが悪く、温水槽温度および冷水槽温度に達する時間も長く、９０％応答時間が、前記実施例１の測温センサに比べて、約９倍弱、前記実施例２の測温センサに比べて、約５倍強となっており、応答速度がかなり遅いことが分かる。

比較例２
図１３に示したＳ型伝熱フィン６（材質：ＳＵＳ３０４、厚み８０μｍ、岡崎製作所製）をシース型測温抵抗体の感温部位に設けた測温センサを保護管内に挿入し、前記実施例１と同様に、昇温時および冷却時の応答速度を測定した。結果を図１４〜図１５、図２４〜図２５および表１に示した。測定温度の立ち上がりが悪く、温水槽温度および冷水槽温度に達する時間も長く、前記比較例１よりは、応答速度は若干改善されているものの、前記実施例１〜２の測温センサに比べると、応答速度がかなり遅いことが分かる。

比較例３
前記比較例１で用いた測温センサを挿入した保護管内に伝熱媒体であるシリコンオイルを入れて、前記比較例１と同様に、昇温時および冷却時の応答速度を測定した。結果を図１６〜図１７、図２４〜図２５および表１に示した。測定温度の立ち上がりが悪く、温水槽温度および冷水槽温度に達する時間や応答速度は、前記比較例１〜２に比べ、若干の改善が見られているものの、前記実施例１〜２の測温センサに比べると、かなり遅いことが分かる。

比較例４
シース型測温抵抗体の感温部位を銅製テープ（厚み３０μｍ）で巻いた測温センサを保護管内に挿入し、前記実施例１と同様に、昇温時および冷却時の応答速度を測定した。結果を図１８〜図１９、図２４〜図２５および表１に示した。前記比較例１〜２に比べて、測定温度の立ち上がりは改善されているものの、温水槽温度および冷水槽温度に達する時間は、あまり改善されておらず、また、応答速度は改善されているものの、前記実施例１〜２の測温センサに比べると、応答速度が２倍以上も遅いことが分かる。

比較例５
前記比較例２で用いた測温センサを挿入した保護管内に伝熱媒体であるシリコンオイルを入れて、前記比較例２と同様に、昇温時および冷却時の応答速度を測定した。結果を図２０〜図２１、図２４〜図２５および表１に示した。測定温度の立ち上がりが悪く、温水槽温度および冷水槽温度に達する時間も、前記比較例３〜４と同程度であった。また、前記比較例２に比べると、応答速度は改善されているものの、前記比較例４とほぼ同程度であり、実施例１〜２の測温センサに比べると、応答速度が２倍以上も遅いことが分かる。

比較例６
シース型測温抵抗体の感温部位をアルミ箔（厚み１５μｍ）で巻いた測温センサを用いて、前記実施例１と同様に、昇温時および冷却時の応答速度を測定した。結果を図２２〜図２３、図２４〜図２５および表１に示した。測定温度の立ち上がり、温水槽温度および冷水槽温度に達する時間および応答速度は、かなり改善されているが、前記実施例１および２の測温センサには劣っていることが分かる。

本発明の測温センサの一実施態様の押付け部材が設けられた部分の拡大図である。本発明の測温センサを保護管内に挿入した図であって、押付け部材が設けられた部分の拡大図である。押付け部材の形状が棒状である測温センサの該押付け部材が設けられた部分の拡大図である。押付け部材の形状が筒状である測温センサの該押付け部材が設けられた部分の拡大図である。押付け部材の形状が渦巻き筒状である測温センサの該押付け部材が設けられた部分の拡大図である。押付け部材の上方にひさし部材を設けた測温センサの該押付け部材が設けられた部分の拡大図である。実施例１の昇温時の測定温度変化をプロットしたグラフである。実施例１の冷却時の測定温度変化をプロットしたグラフである。実施例２の昇温時の測定温度変化をプロットしたグラフである。実施例２の冷却時の測定温度変化をプロットしたグラフである。比較例１の昇温時の測定温度変化をプロットしたグラフである。比較例１の冷却時の測定温度変化をプロットしたグラフである。Ｓ型伝熱フィンを設けた測温センサの伝熱フィンを設けた部分の拡大図である。比較例２の昇温時の測定温度変化をプロットしたグラフである。比較例２の冷却時の測定温度変化をプロットしたグラフである。比較例３の昇温時の測定温度変化をプロットしたグラフである。比較例３の冷却時の測定温度変化をプロットしたグラフである。比較例４の昇温時の測定温度変化をプロットしたグラフである。比較例４の冷却時の測定温度変化をプロットしたグラフである。比較例５の昇温時の測定温度変化をプロットしたグラフである。比較例５の冷却時の測定温度変化をプロットしたグラフである。比較例６の昇温時の測定温度変化をプロットしたグラフである。比較例６の冷却時の測定温度変化をプロットしたグラフである。実施例１〜２および比較例１〜６の昇温時の応答率の変化をプロットしたグラフである。実施例１〜２および比較例１〜６の冷却時の応答率の変化をプロットしたグラフである。

符号の説明

１測温センサ
２シース型測温抵抗体
３感温部位
４押付け部材
５保護管
６Ｓ型伝熱フィン
７ひさし部材

Claims

シース型測温体の感温部位が保護管内壁に接触するよう、感温部位を該内壁に押付け可能な押付け部材を、シース型測温体に設けてなることを特徴とする測温センサ。
押付け部材が、伝熱媒体で形成されてなる請求項１に記載の測温センサ。
押付け部材の形状が、筒状もしくは渦巻き筒状である請求項１または２に記載の測温センサ。
押付け部材の上方に、ひさし部材を設けた請求項１または２に記載の測温センサ。