JP2007271456A - Thermocouple fixture and temperature control device for object of temperature measurement - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、熱電対の固定具および被測温物の温度制御装置に関し、より詳しくは、熱電対を被測温物に固定する固定具と、その固定具を用いて被測温物に固定された熱電対の検出値に基づいて被測温物の温度制御を行う温度制御装置に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a thermocouple fixture and a temperature control device for an object to be measured, and more particularly, to a fixture for fixing a thermocouple to an object to be measured, and to the object to be measured using the fixture. The present invention relates to a temperature control device that controls the temperature of a temperature-measured object based on a detected value of a thermocouple.
従来、被測温物(温度測定対象)への熱電対(具体的には被覆熱電対の素線)の固定には、ねじ止めや溶接が用いられていた(例えば特許文献1参照)。また、その他にも、接着剤やテープ類、半田付けを使用して熱電対を被測温物に固定することも行われていた。
上記特許文献1の図2に示されるように、熱電対を被測温物にネジ止めした場合、ネジ頭が被測温物の表面から突出するため、その上部にはワーク(被測温物によって加熱される加熱対象物)を載置できないという不具合があった。尚、この不具合は、接着剤やテープ類、半田付けによって被測温物の表面に熱電対を固定した場合にも妥当する。また、溶接や接着剤を使用した場合には、熱電対の交換が困難になるという問題があった。これらワークの載置や熱電対の交換に関する課題は、被測温物に熱電対を複数個取り付ける場合に特に顕著となる。
As shown in FIG. 2 of
従ってこの発明の目的は上記した課題を解決し、被測温物に固定された熱電対の上部にワークを載置できると共に、熱電対の交換作業を容易に行うことができるようにした熱電対の固定具および被測温物の温度制御装置を提供することにある。 Accordingly, the object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and to place a work on the upper part of the thermocouple fixed to the temperature measurement object, and to make it possible to easily replace the thermocouple. It is an object of the present invention to provide a fixture and a temperature control device for an object to be measured.
上記した課題を解決するため、本発明に係る熱電対の固定具にあっては、被測温物に設けられた穴部に挿入される熱伝導部と、前記熱伝導部に設けられた熱電対の保持部と、前記熱伝導部に連続して形成された弾性変形可能な複数本の足部とを備え、前記足部を前記穴部に挿入してその弾性力によって前記熱伝導部を前記穴部に支持することにより、前記熱電対を前記被測温物に固定することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, in the thermocouple fixture according to the present invention, the heat conduction part inserted into the hole provided in the object to be measured and the thermoelectric provided in the heat conduction part. A pair of holding portions and a plurality of elastically deformable feet continuously formed on the heat conducting portion, and inserting the feet into the hole portion and elastically deforming the heat conducting portion. The thermocouple is fixed to the object to be measured by being supported in the hole.
ここで、上記足部は、焼きなまし温度が被測温物の目標温度よりも高い金属材料から製作されることが望ましい。 Here, it is preferable that the foot portion is made of a metal material whose annealing temperature is higher than the target temperature of the object to be measured.
また、本発明に係る熱電対の固定具にあっては、被測温物に設けられたテーパ状の貫通孔に挿入されて嵌め合わされるテーパ状の熱伝導部と、前記熱伝導部に設けられた熱電対の保持部とを備え、前記貫通孔に前記熱伝導部を挿入することによって前記熱電対を前記被測温物に固定することを特徴とする。 Further, in the thermocouple fixture according to the present invention, a tapered heat conducting part inserted into and fitted into a tapered through hole provided in the object to be measured, and the heat conducting part are provided. And a thermocouple holding part, and the thermocouple is fixed to the temperature-measured object by inserting the heat conducting part into the through hole.
また、本発明に係る熱電対の固定具にあっては、被測温物に設けられた被測温物に設けられたザグリ穴付き貫通孔あるいはそのザグリ穴のみに挿入される熱伝導部と、前記熱伝導部に設けられた熱電対の保持部とを備え、前記ザグリ穴付き貫通孔あるいは前記ザグリ穴に前記熱伝導部を挿入することによって前記熱電対を前記被測温物に固定することを特徴とする。 Further, in the thermocouple fixture according to the present invention, a through hole with a countersunk hole provided in the object to be measured provided in the object to be measured or a heat conducting part inserted only in the countersunk hole; And a thermocouple holding part provided in the heat conduction part, and the thermocouple is fixed to the object to be measured by inserting the heat conduction part into the through hole with counterbore or the counterbore hole. It is characterized by that.
また、本発明に係る被測温物の温度制御装置にあっては、上記した固定具を複数個用いて被測温物に熱電対が複数個固定されると共に、前記複数個の熱電対の検出値の平均値を算出する平均値算出手段と、使用者の操作に従って前記被測温物の目標温度を設定する目標温度設定手段と、前記算出された平均値と前記設定された目標温度に基づいて前記被測温物の温度を制御する温度制御手段とを備えることを特徴とする。 Further, in the temperature control device for a temperature-measured object according to the present invention, a plurality of thermocouples are fixed to the temperature-measured object using a plurality of the above-described fixtures, and the plurality of thermocouples Average value calculating means for calculating an average value of the detected values, target temperature setting means for setting a target temperature of the temperature-measured object according to a user's operation, the calculated average value and the set target temperature And a temperature control means for controlling the temperature of the object to be measured based on the temperature.
本発明に係る熱電対の固定具にあっては、被測温物に設けられた穴部に挿入される熱伝導部に、熱電対の保持部と弾性変形可能な複数本の足部とを設け、前記足部を前記穴部に挿入してその弾性力によって前記熱伝導部を前記穴部に支持することにより、前記熱電対を前記被測温物に固定するように構成したので、被測温物の表面に固定具(熱伝導部や足部)が突出することがなく、よって被測温物に固定された熱電対の上部にワークを載置することができる。また、固定具は足部の弾性力によって被測温物に固定されるので、熱電対の交換作業を容易に行うことができる。 In the thermocouple fixture according to the present invention, a thermocouple holding portion and a plurality of elastically deformable feet are inserted into a heat conducting portion inserted into a hole provided in the object to be measured. Since the thermocouple is fixed to the object to be measured by inserting the foot part into the hole part and supporting the heat conducting part in the hole part by its elastic force, Fixing tools (heat conduction part and foot part) do not protrude from the surface of the temperature measurement object, so that the workpiece can be placed on the upper part of the thermocouple fixed to the temperature measurement object. Moreover, since the fixing tool is fixed to the temperature-measured object by the elastic force of the foot, the exchanging operation of the thermocouple can be easily performed.
尚、上記足部を、焼きなまし温度が被測温物の目標温度よりも高い金属材料から製作すれば、足部が加熱されても常温に戻ればヤング率が初期の値(常温時の値)に復帰する。従って、固定具を被測温物により一層安定に固定することができる。 If the feet are made of a metal material whose annealing temperature is higher than the target temperature of the object to be measured, the Young's modulus will be the initial value (value at room temperature) if the feet are heated to normal temperature. Return to. Accordingly, the fixture can be more stably fixed by the temperature measurement object.
また、本発明に係る熱電対の固定具にあっては、被測温物に設けられたテーパ状の貫通孔に挿入されて嵌め合わされるテーパ状の熱伝導部に、熱電対の保持部を設け、前記貫通孔に前記熱伝導部を挿入することによって前記熱電対を前記被測温物に固定するように構成したので、被測温物の表面に固定具(熱伝導部)が突出することがなく、よって被測温物に固定された熱電対の上部にワークを載置することができる。また、固定具が貫通孔に挿入されて嵌め合わされることによって熱電対が被測温物に固定されることから、熱電対の交換作業を容易に行うことができる。 Further, in the thermocouple fixture according to the present invention, the thermocouple holding portion is inserted into the tapered heat conducting portion which is inserted into and fitted into the tapered through hole provided in the temperature-measured object. Since the thermocouple is fixed to the object to be measured by providing and inserting the heat conducting part into the through hole, a fixture (heat conducting part) protrudes from the surface of the object to be measured. Therefore, it is possible to place the workpiece on the upper part of the thermocouple fixed to the object to be measured. In addition, since the thermocouple is fixed to the object to be measured by inserting the fitting into the through hole and fitting together, it is possible to easily replace the thermocouple.
また、本発明に係る熱電対の固定具にあっては、被測温物に設けられたザグリ穴付き貫通孔あるいはそのザグリ穴のみに挿入される熱伝導部に、熱電対の保持部を設け、前記ザグリ穴付き貫通孔あるいは前記ザグリ穴に前記熱伝導部を挿入することによって前記熱電対を前記被測温物に固定するように構成したので、被測温物の表面に固定具(熱伝導部)が突出することがなく、よって被測温物に固定された熱電対の上部にワークを載置することができる。また、固定具がザグリ穴付き貫通孔あるいはザグリ穴に挿入されることによって熱電対が被測温物に固定されることから、熱電対の交換作業を容易に行うことができる。 Further, in the thermocouple fixture according to the present invention, a thermocouple holding part is provided in a through hole with a countersunk hole provided in a temperature-measured object or a heat conduction part inserted only in the countersunk hole. Since the thermocouple is fixed to the object to be measured by inserting the heat conducting portion into the through hole with counterbore or the counterbore, the fixture (heat Therefore, the work can be placed on top of the thermocouple fixed to the object to be measured. In addition, since the thermocouple is fixed to the object to be measured by inserting the fixing tool into the through-hole with counterbore or the counterbore, the thermocouple can be easily replaced.
また、本発明に係る被測温物の温度制御装置にあっては、上記した固定具を複数個用いて被測温物に熱電対が複数個固定されると共に、前記複数個の熱電対の検出値の平均値を算出する平均値算出手段と、使用者の操作に従って前記被測温物の目標温度を設定する目標温度設定手段と、前記算出された平均値と前記設定された目標温度に基づいて前記被測温物の温度を制御する温度制御手段とを備えるように構成したので、上記で固定具について述べた効果に加え、被測温物の測温領域(各熱電対の固定位置によって規定される領域)の平均温度を目標温度に精度よく制御することができる。 Further, in the temperature control device for a temperature-measured object according to the present invention, a plurality of thermocouples are fixed to the temperature-measured object using a plurality of the above-described fixtures, and the plurality of thermocouples Average value calculating means for calculating an average value of the detected values, target temperature setting means for setting a target temperature of the temperature-measured object according to a user's operation, the calculated average value and the set target temperature Temperature control means for controlling the temperature of the object to be measured based on the temperature measuring region of the object to be measured (fixed position of each thermocouple) The average temperature in the region defined by (1) can be accurately controlled to the target temperature.
以下、本発明に係る熱電対の固定具および被測温物の温度制御装置を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The best mode for carrying out a thermocouple fixture and a temperature measuring device for a temperature measurement object according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明の第1実施例に係る熱電対の固定具と被測温物を示す平面図である。また、図2は、図1のII−II線断面図である。 FIG. 1 is a plan view showing a thermocouple fixture and an object to be measured according to the first embodiment of the present invention. 2 is a cross-sectional view taken along line II-II in FIG.
図1および図2で、符号1は被測温物を示す。被測温物1は例えばカーボンヒータであり、その目標温度(目標最高温度)は約500℃に設定される。被測温物1には、複数個の貫通孔(穴部)が設けられる。本実施例では、貫通孔の総数を5個とし、それぞれ符号21,22,23,24,25で示す。
In FIG. 1 and FIG. 2, the code |
各貫通孔21,22,23,24,25のそれぞれには、熱電対の固定具31,32,33,34,35が固定され、各固定具31,32,33,34,35のそれぞれには熱電対41,42,43,44,45が保持される(取り付けられる)。尚、各熱電対41,42,43,44,45は被覆熱電対であり、その素線が各固定具31,32,33,34,35に保持される。このように、被測温物1には、複数個の固定具31,32,33,34,35を用い、複数個の熱電対41,42,43,44,45が固定される。
A
被測温物1の上部には、ワーク(加熱対象物)5が載置される。ワーク5は、例えば金属材から製作され、本実施例では平面視において矩形を呈する。各貫通孔21,22,23,24,25のうち、貫通孔21はワーク5の載置位置の中心に位置するように設けられる。また、残余の貫通孔22,23,24,25は、ワーク5の周囲(より詳しくは角部付近)に設けられる。
A workpiece (heating object) 5 is placed on the top of the object to be measured 1. The
ここで、固定具31,32,33,34,35について詳説する。尚、各固定具は全て同一形状であるため、以下の説明ではそれらを符号3nで総称する。また、各貫通孔21,22,23,24,25を符号2nで、各熱電対41,42,43,44,45を符号4nで総称する。
Here, the
図3は固定具3nの平面図であり、図4は固定具3nの側面図である。図3および図4に示すように、固定具3nは、熱伝導部3n1と、熱伝導部3n1の上部に連続して(一体的に)形成された弾性変換可能な複数本(例えば4本)の足部3n2とを備える。熱伝導部3n1は、平面視において円形を呈し、その中心部には孔3n3(保持部)が設けられる。即ち、熱伝導部3n1は、円筒状を呈する。
FIG. 3 is a plan view of the
熱伝導部3n1の直径は、貫通孔2nの直径と略同径に設定される。例えば、貫通孔2nの直径を3.5mmとしたとき、熱伝導部3n1の直径は3.4mmに設定される。また、孔3n3の直径は、熱電対4nの素線が挿通可能な値に設定される。
The diameter of the heat conducting portion 3n1 is set to be approximately the same as the diameter of the through
足部3n2は、熱伝導部3n1の上部に十字の溝を形成することによって形成される。また、熱伝導部3n1の下面縁部には、テーパ部3n4が設けられる。尚、熱伝導部3n1の高さをαとした場合、足部3n2の高さβはαの2倍程度に設定される。 The foot portion 3n2 is formed by forming a cross groove on the top of the heat conducting portion 3n1. Further, a tapered portion 3n4 is provided on the lower surface edge portion of the heat conducting portion 3n1. When the height of the heat conducting portion 3n1 is α, the height β of the foot portion 3n2 is set to about twice as large as α.
次いで、図5および図6を参照し、貫通孔2nへの固定具3nの固定方法について説明する。図5および図6は、被測温物1と固定具3nの断面図である。
Next, with reference to FIG. 5 and FIG. 6, a fixing method of the
先ず、図5に示すように、熱電対4nを被測温物1の下方から貫通孔2nに挿通する。そして、被測温物1の上方において、熱電対4nを固定具3nの下面側から孔3n3に挿通する。孔3n3に挿通された熱電対4nは、熱伝導部3n1をかしめることにより、熱伝導部3n1に固定される。次いで、固定具3nの各足部3n2を外方に広げ、各足部3n2の先端縁部間の距離Dを、貫通孔2nの直径よりも大きくする(例えば、3.5mmの貫通孔2nに対して距離Dを4mmとする)。尚、熱伝導部3n1への熱電対4nの固定と各足部3n2の拡径作業は、順序を逆にしてもよい。
First, as shown in FIG. 5, the
そして、図6に示すように、貫通孔2nに固定具3nをその下面側(熱伝導部3n1の下面側)から挿入する。前述したように、熱伝導部3n1の下面縁部にはテーパ部3n4が設けられていることから、貫通孔2nへの固定具3nの挿入作業が容易となる。
And as shown in FIG. 6, the
貫通孔41への熱伝導部3n1の挿入が完了すると、続いて足部3n2が貫通孔2nの内面に沿って弾性変形しながら(距離Dが縮径しながら)挿入される。固定具3n(熱伝導部3n1)は、この足部3n2の弾性力(バネ性)によって貫通孔2nの内面に支持される。これにより、熱電対4nが被測温物1に固定される。尚、固定具21の全高(上記したα+β)は、被測温物1の厚みと同じか、僅かに小さく設定される。従って、被測温物1の表面(ワーク5が載置される側)から固定具3nが突出することはない。被測温物1の熱は、固定具3nの熱伝導部3n1および足部3n2を介し、熱電対4nに伝達される。
When the insertion of the heat conducting portion 3n1 into the through
ここで、固定具3nの材料の選定について説明する。固定具3nの材料の選定にあたり、考慮すべき点は例えば下記の5点である。
1)引張強さ
2)ヤング率(縦弾性係数)
3)熱膨張率
4)焼きなまし温度
5)熱伝導率
上記の5点について、以下説明する。
Here, selection of the material of the
1) Tensile strength 2) Young's modulus (longitudinal elastic modulus)
3) Thermal expansion coefficient 4) Annealing temperature 5) Thermal conductivity The above five points will be described below.
1)引張強さについて
足部3n2の弾性力(バネ性)によって固定具3nを貫通孔2nに支持するには、弾性限度の高い材料を選定すべきである。弾性限度は、引張強さと略平行的な関係を有するため、引張強さが大きい金属材料を選定する。
1) About tensile strength In order to support the
2)ヤング率について
ヤング率が小さい場合(即ち、応力に対する変形が大きい場合)、弾性限度(引張強さ)が大きくても、固定具3nを被測温物1に取り付けた際に自重を支持しきれずに脱落する可能性がある。従って、ヤング率の大きい金属材料を選定する。
2) About Young's modulus When Young's modulus is small (that is, when deformation against stress is large), even if the elastic limit (tensile strength) is large, the
3)熱膨張率について
固定具3nは、被測温物1に設けられた貫通孔2nに挿入されることから、熱膨張率が大きいと、昇温時に被測温物1に不要な応力を作用させてしまうおそれがある。従って、熱膨張率が小さい金属材料を選定すべきである。
3) Thermal expansion coefficient Since the
4)焼きなまし温度について
一般に、金属材料が加熱されて焼きなまし(軟化)が生じると、引張強さが著しく低下する。また、金属材料は加熱されるに従ってヤング率も低下するが、焼きなまし温度以下の温度領域であれば、常温に戻った際にヤング率の値も初期の値に復帰する。従って、焼きなまし温度が被測温物1の目標温度(目標最高温度。本実施例では500℃)よりも高い金属材料を選定すべきである。
4) Annealing temperature Generally, when a metal material is heated and annealed (softened), the tensile strength is significantly reduced. In addition, although the Young's modulus decreases as the metal material is heated, the Young's modulus value returns to the initial value when the temperature returns to room temperature within the temperature range below the annealing temperature. Therefore, a metal material whose annealing temperature is higher than the target temperature of the object to be measured 1 (target maximum temperature; 500 ° C. in this embodiment) should be selected.
5)熱伝導率について
被測温物1の熱は、固定具3nの熱伝導部3n1(および足部3n2)を介して熱電対4nに伝達される。そのため、固定具3nの材料の選定にあたっては、熱伝導率も勘案すべき事項の一つと考えられる。しかしながら、本実施例のように固定具3nの直径が3mm程度であり、被測温物1の目標温度が500℃程度である場合、一般的な金属材料であれば熱電対4nの検出値に熱伝導率はほとんど影響しないことを発明者は実験を通じて知見した。
5) About thermal conductivity The heat of the to-
上記の条件から、本実施例にあっては、固定具3nをニッケル鉄合金、より詳しくは、36%ニッケル鉄合金から製作するようにした。仮に、熱伝導率を重視して固定具の材料を例えば銅とした場合、その引張強さは約310MPA、ヤング率は約130GPaである。これに対し、36%ニッケル鉄合金の引張強さとヤング率は、それぞれ411MPaと142GPaであり、銅のそれを上回る。また、36%ニッケル鉄合金の焼きなまし温度は600℃であるため、被測温物1の目標温度である500℃に対しても十分に条件を満足する。
From the above conditions, in this embodiment, the
尚、被測温物の目標温度が例えば300℃以下である場合は、熱伝導率の高い銅を使用してもよい。銅は焼きなまし温度が350℃程度であるため高温の測定には不向きであるが、熱伝導性が高いため、比較的低温の測定には好適である。一方、被測温物の目標温度が例えば600℃から1000℃程度であれば、例えば焼きなまし温度が1000℃程度である銅タングステン合金を使用するのが好ましい。 In addition, when the target temperature of the object to be measured is 300 ° C. or less, for example, copper having high thermal conductivity may be used. Copper is unsuitable for high temperature measurement because the annealing temperature is about 350 ° C., but is suitable for measurement at a relatively low temperature because of its high thermal conductivity. On the other hand, if the target temperature of the object to be measured is, for example, about 600 to 1000 ° C., it is preferable to use a copper tungsten alloy having an annealing temperature of about 1000 ° C., for example.
次いで、本発明に係る被測温物の温度制御装置について説明する。本発明に係る被測温物の温度制御装置にあっては、上記した固定具31,32,33,34,35を用いて被測温物1に固定された熱電対41,42,43,44,45の検出値に基づき、被測温物1の温度制御を行う。
Next, a temperature control device for a temperature-measured object according to the present invention will be described. In the temperature control device for a temperature-measured object according to the present invention, the
図7は、その装置の構成を表すブロック図である。尚、図7では、被測温物1を下面側から表している。
FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of the apparatus. In addition, in FIG. 7, the to-
図7に示すように、温度制御装置は、例えばマイクロコンピュータからなる制御部10と、制御部10に接続される目標温度設定部11と表示部12を備える。被測温物1に固定された各熱電対41,42,43,44,45は、制御部10に接続される。また、被測温物1の両端には端子1a,1bが設けられ、端子1a,1bは、電流線13,14を介して制御部10に接続される。
As shown in FIG. 7, the temperature control device includes a
目標温度設定部11は、使用者(測温者)の操作に従って目標温度Tdを設定する。目標温度Tdの設定について詳説すると、使用者は目標温度設定部11を操作することにより、目標温度Tdと、目標温度Tdに到達するまでの時間(以下「目標温度到達時間t1」という)と、目標温度Tdを維持する時間(以下「目標温度維持時間t2」という)を設定(入力)することができる。目標温度設定部11で設定された目標温度Tdと目標温度到達時間t1と目標温度維持時間t2は、制御部10に入力される。
The target
各熱電対41,42,43,44,45は、被測温物1の各所の温度を検出する。各熱電対41,42,43,44,45の検出値は、それぞれ制御部10に入力される。制御部10は、目標温度設定部11からの各入力Td,t1,t2と熱電対41,42,43,44,45からの各入力に基づき、被測温物1の温度を制御する。
Each
図8は、制御部10で実行される被測温物1の温度制御の処理を表すフローチャートである。
FIG. 8 is a flowchart showing the temperature control process of the temperature-measured
図8フローチャートについて説明すると、先ずS1で各熱電対の検出値の平均値Taveを算出する。即ち、被測温物1の測温領域(各熱電対の固定位置によって規定される領域)の平均温度を算出する。本実施例にあっては、熱電対41,42,43,44,45はワーク5の直下、あるいはワーク5の周囲に配置されることから、S1の処理は、被測温物1のうち、ワーク5が接触している領域の平均温度を算出することに相当する。
The flowchart of FIG. 8 will be described. First, in S1, an average value Tave of detection values of each thermocouple is calculated. That is, the average temperature of the temperature measurement region (region defined by the fixed position of each thermocouple) of the object to be measured 1 is calculated. In the present embodiment, since the
尚、熱電対41がワーク5の直下に設置されているのに対し、残余の熱電対42,43,44,45はワーク5の周囲に設置されているため、熱電対41とその他の熱電対では温度差が生じる。具体的には、ワーク5への熱伝導量が大きいワーク5の直下を測温している熱電対41の検出値が、その他の熱電対42,43,44,45の検出値よりも低下する。また、被測温物1は、端子1a,1bに近づくに従って温度が高くなる傾向にあるため、上記した温度差の発生が助長され易い。
The
ここで、熱電対41の検出値をL、その他の熱電対42,43,44,45の検出値をHとしたとき、平均値Taveは下記の式1で算出することが考えられる。
Tave=(4H+L)/5 ・・・式1
Here, when the detection value of the
Tave = (4H + L) / 5
しかしながら、検出値Hと検出値Lの間には上記の如く差が生じるため、式1で平均値Taveを算出した場合、平均値Taveの値が検出値Lと乖離してしまう(H側の値になる)。そのため、平均値Taveに基づいて被測温物1の温度制御を行った場合、ワーク5の一部(中心付近)が加熱不足になるおそれがあった。そこで、本実施例にあっては、平均値Taveの算出を下記の式2で行うようにした。
Tave={(ΣH/4)+L}/2 ・・・式2
However, since the difference occurs between the detection value H and the detection value L as described above, when the average value Tave is calculated by the
Tave = {(ΣH / 4) + L} / 2 Equation 2
これにより、平均値Taveと検出値Lの乖離が縮小されるため、ワーク5の一部に加熱不足が生じるのを防止することができる。
Thereby, since the deviation between the average value Tave and the detected value L is reduced, it is possible to prevent a part of the
図8フローチャートの説明を続けると、次いでS2に進み、平均値Taveが目標温度Tdを上回っているか否か判断する。尚、図9に示すように、目標温度到達時間t1が経過するまでは、目標温度Tdが逐次変化させられる。具体的には、被測温物1の初期温度T0と目標温度Tdの差分と、目標温度到達時間t1とから決定される温度上昇勾配(図9のTdの傾き)に従い、中間的なTdが最終的なTd(即ち、設定された目標温度)に向けて徐々に上昇させられる。ここで初期温度T0とは、被測温物1の初期温度であり、例えば平均値Taveの初期値が使用される。 If the explanation of the flowchart of FIG. 8 is continued, the process proceeds to S2, and it is determined whether or not the average value Tave exceeds the target temperature Td. As shown in FIG. 9, the target temperature Td is sequentially changed until the target temperature arrival time t1 elapses. Specifically, an intermediate Td is determined according to a temperature increase gradient (gradient of Td in FIG. 9) determined from the difference between the initial temperature T0 of the object to be measured 1 and the target temperature Td and the target temperature arrival time t1. The temperature is gradually increased toward the final Td (that is, the set target temperature). Here, the initial temperature T0 is an initial temperature of the object to be measured 1, and for example, an initial value of the average value Tave is used.
S2で肯定されるときはS3で被測温物1に供給される電流を減少させ、平均値Taveを目標温度Tdに低下させる。他方、S2で否定されるときはS4に進み、平均値Taveが目標温度Tdを下回っているか否か判断する。S4で肯定されるときは、S5で被測温物1に供給される電流を増加させて平均値Taveを目標温度Tdに上昇させる一方、S4で否定されるとき(即ち、TaveとTdが一致しているとき)はS6で現在の電流を維持する。
When the result in S2 is positive, the current supplied to the temperature-measured
次いでS7に進み、目標温度維持時間t2が経過したか否か判断する。S7で否定されるときはS1の処理に戻る。一方、S7で肯定されるときはS8に進み、被測温物1への電流の供給を停止する(ワーク5の加熱を終了する)。
Next, in S7, it is determined whether or not the target temperature maintenance time t2 has elapsed. When the result in S7 is negative, the process returns to S1. On the other hand, when the result in S7 is affirmative, the process proceeds to S8, and the supply of current to the temperature-measured
図7の説明に戻ると、制御部10は、上記の如く算出した平均値Taveと、各熱電対41,42,43,44,45のそれぞれの検出値と、t1およびt2の経過時間(残り時間)と、目標温度Tdなどを、表示部(ディスプレイ)12に表示する。使用者は、その表示を確認することにより、ワーク5に対して所望の過熱処理が行われたかどうかなどを認識することができる。
Returning to the description of FIG. 7, the
以上のように、本発明の第1実施例に係る熱電対の固定具にあっては、被測温物1に設けられた貫通孔(穴部)2nに挿入される熱伝導部3n1に、熱電対4nの保持部たる孔3n3と弾性変形可能な複数本の足部3n2とを設け、足部3n2を貫通孔2nに挿入してその弾性力(バネ性)によって熱伝導部3n1を貫通孔2nに支持することにより、熱電対4nを被測温物1に固定するように構成したので、被測温物1の表面に固定具3nが突出することがなく、よって被測温物1に固定された熱電対41の上部にワーク5を載置することができる。
As described above, in the thermocouple fixture according to the first embodiment of the present invention, the heat conduction part 3n1 inserted into the through hole (hole part) 2n provided in the object to be measured 1 A hole 3n3 serving as a holding portion of the
さらに、固定具3nは足部3n2の弾性力によって被測温物1に固定されるので、熱電対4nの交換作業(被測温物1からの固定具3nの取り外し)を容易に行うことができる。
Furthermore, since the
また、足部3n2(固定具3n)を、焼きなまし温度が被測温物1の目標温度Tdよりも高い金属材料から製作するように構成したので、足部3n2が加熱されても常温に戻ればヤング率が初期の値(常温時の値)に復帰する。従って、固定具3nを被測温物1により一層安定に固定することができる。
In addition, since the foot 3n2 (fixing
ところで、従来技術の一つとして挙げたテープ類を使用して熱電対を固定した場合、繰り返し測温すると粘着力が低下して熱電対の測温精度が低下するおそれがあった。また、半田付けによって熱電対を固定する場合、被測温物の材質に制限が加わる。しかしながら、本発明にあっては、固定具3nが貫通孔2nに挿入されることによって熱電対4nが被測温物1に固定されることから、テープ類を使用したときに見られるような測温精度の低下は生じないと共に、被測温物1の材質に関わらず熱電対4nを被測温物1に固定することができる。
By the way, when the thermocouple is fixed using the tapes mentioned as one of the prior arts, if the temperature is measured repeatedly, there is a possibility that the adhesive force is reduced and the temperature measurement accuracy of the thermocouple is lowered. Moreover, when fixing a thermocouple by soldering, the material of a to-be-measured object is restricted. However, in the present invention, since the
また、本発明の第1実施例に係る被測温物の温度制御装置にあっては、複数個の固定具3nを用いて複数個の熱電対4nが被測温物1に固定されると共に、各熱電対4nの検出値の平均値Taveを算出する平均値算出手段(制御部10)と、使用者の操作に従って被測温物1の目標温度Tdを設定する目標温度設定手段(目標温度設定部11)と、平均値Taveと目標温度Tdに基づいて被測温物1の温度を制御する温度制御手段(制御部10)とを備えるように構成したので、被測温物1の測温領域(各熱電対4nの固定位置によって規定される領域)の平均温度を目標温度Tdに精度よく制御することができる。そのため、ワーク5の形状や熱容量に関わらず、ワーク5に対して所望の加熱処理を施すことができる。
Moreover, in the temperature control apparatus for a temperature-measured object according to the first embodiment of the present invention, a plurality of
尚、第1実施例においては、足部3n2の本数を4本としたが、例えば図10や図11に示すように2本や3本であってもよいし、それ以外の本数であってもよい。 In the first embodiment, the number of the foot portions 3n2 is four. However, for example, as shown in FIG. 10 and FIG. 11, it may be two or three, or any other number. Good.
また、上記では、固定具3nを被測温物1の上方から挿入するようにしたが、下方から挿入するようにしてもよい。この場合、図12に示すように、固定具3nの上下方向の向きを、被測温物の上方から挿入する場合とは逆にする(即ち、足部3n2が熱伝導部3n1よりも下方になるように配置する)。そして、被測温物1の下方において、熱電対4nを固定具3nの下面側(足部3n2側)から孔3n3に挿通し、熱伝導部3n1をかしめることによって熱電対4nを熱伝導部3n1に固定した後、各足部3n2を外方に広げる。尚、熱伝導部3n1への熱電対4nの固定と各足部3n2の拡径作業の順序を逆にしてもよいのは、上記と同じである。
In the above description, the
そして、図13に示すように、貫通孔2nに固定具3nをその上面側(熱伝導部3n1側)から挿入し、足部3n2の弾性力(バネ性)によって固定具3nを貫通孔2nの内面に支持する。このように、固定具3nを被測温物1の下方から挿入することにより、上方から挿入する場合に比し、熱電対4nを予め貫通孔2nに挿通する必要がなくなり、作業がより簡素化される。また、固定具3nを被測温物1の下方から挿入する場合は、固定具3nを必ずしも貫通孔に挿入する必要はなく、図14に示すような穴部(凹部。符号15で示す)であってもよい。
Then, as shown in FIG. 13, the
次いで、図15を参照し、本発明の第2実施例に係る熱電対の固定具について説明する。図15は、被測温物と固定具の断面図である。 Next, a thermocouple fixture according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 15 is a cross-sectional view of the object to be measured and the fixture.
図示のように、第2実施例にあっては、被測温物1にテーパ状の貫通孔2bnが設けられる。貫通孔2bnのテーパは、貫通孔2bnの直径が被測温物1の上面から下面に向けて縮径するように形成される。
As shown in the figure, in the second embodiment, the temperature-measured
貫通孔2bnには、金属材料から製作された固定具3bnが挿入される。固定具3bnは、その全体が熱電対4nに被測温物1の熱を伝導する熱伝導部3bn1からなり、その中心部には熱電対4nの保持部たる孔3bn3が設けられる。熱電対4nは、孔3bn3に挿入された後、熱伝導部3bn1をかしめることにより、熱伝導部3bn1に取付けられる。尚、貫通孔2bn、固定具3bnおよび熱電対4nの添え字「n」は、第1実施例と同様に、それらが被測温物1に複数個設けられていることを意味している。
A fixing tool 3bn made of a metal material is inserted into the through hole 2bn. The fixture 3bn as a whole consists of a heat conducting part 3bn1 that conducts the heat of the object to be measured 1 to the
図示の如く、熱伝導部3bn1は、貫通孔2bnに対応するテーパ状に形成される。即ち、熱伝導部3bn1は、その直径が下面から上面に向けて拡径するように形成される。従って、熱伝導部3bn1(固定具3bn)を被測温物1の上方から貫通孔2bnに挿入することにより、固定具3bnが貫通孔2bnに嵌め合わされ、熱電対4nが被測温物1に固定される。尚、固定具3bnの高さは、被測温物1の厚みと同じか僅かに小さく設定される。
As illustrated, the heat conducting portion 3bn1 is formed in a tapered shape corresponding to the through hole 2bn. That is, the heat conducting portion 3bn1 is formed so that its diameter increases from the lower surface toward the upper surface. Therefore, by inserting the heat conducting portion 3bn1 (fixing tool 3bn) into the through-hole 2bn from above the object to be measured 1, the fixing tool 3bn is fitted into the through-hole 2bn, and the
以上のように、本発明の第2実施例に係る熱電対の固定具3bnにあっては、被測温物1に設けられたテーパ状の貫通孔2bnに挿入されて嵌め合わされるテーパ状の熱伝導部3bn1に、熱電対4nの保持部たる孔3bn3を設け、貫通孔2bnに熱伝導部3bn3を挿入することによって熱電対4nを被測温物1に固定するように構成したので、被測温物1の表面に固定具3bnが突出することがなく、よって被測温物1に固定された熱電対1の上部にワーク(図15では図示せず)を載置することができる。
As described above, in the thermocouple fixture 3bn according to the second embodiment of the present invention, the taper-shaped fitting that is inserted and fitted into the tapered through-hole 2bn provided in the
また、固定具3bnが貫通孔2bnに挿入されて嵌め合わされることによって熱電対4nが被測温物1に固定されることから、熱電対4nの交換作業(固定具3bnの取り外し)を容易に行うことができる。さらに、繰り返し測温しても熱電対4nの測温精度が低下しないと共に、被測温物1の材質に関わらず熱電対4nを被測温物1に固定することができる。
In addition, since the
また、貫通孔2bnが、その直径が被測温物1の上面から下面に向けて縮径するテーパ状に形成されると共に、熱伝導部3bn1が、その直径が下面から上面に向けて拡径するテーパ状に形成されるように構成したので、固定具3bnが被測温物1から落下するのを防止することができる。
Further, the through hole 2bn is formed in a tapered shape whose diameter is reduced from the upper surface to the lower surface of the object to be measured 1, and the heat conduction portion 3bn1 is increased in diameter from the lower surface to the upper surface. Therefore, the fixture 3bn can be prevented from falling from the temperature-measured
尚、固定具3bnを用いて熱電対4nを被測温物1に固定した場合であっても、温度制御装置の構成は第1実施例と同じであるので、説明を省略する。
Even when the
次いで、図16および図17を参照し、本発明の第3実施例に係る熱電対の固定具について説明する。図16および図17は、被測温物と固定具の断面図である。 Next, a thermocouple fixture according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 16 and 17. 16 and 17 are cross-sectional views of the object to be measured and the fixture.
図16に示すように、第3実施例にあっては、被測温物1にザグリ穴付き貫通孔2cnが設けられる。別言すれば、被測温物1には、直径が被測温物1の上面から下面に向けて段階的に縮径する階段状の貫通孔が設けられる。
As shown in FIG. 16, in the third embodiment, the object to be measured 1 is provided with a through hole 2 cn with a counterbore hole. In other words, the to-
ザグリ穴付き貫通孔2cnのザグリ穴2cn1には、金属材料から製作された固定具3cnが挿入される。固定具3cnは、その全体が熱電対4nに被測温物1の熱を伝導する熱伝導部3cn1からなり、その中心部には熱電対4nの保持部たる孔3cn3が設けられる。熱電対4nは、孔3cn3に挿入された後、熱伝導部3cn1をかしめることにより、熱伝導部3cn1に取付けられる。尚、貫通孔2cn、固定具3cnおよび熱電対4nの添え字「n」は、従前の実施例と同様に、それらが複数個設けられていることを意味している。
A fixing tool 3cn made of a metal material is inserted into the counterbored hole 2cn1 of the counterbored through hole 2cn. The fixture 3cn as a whole consists of a heat conducting part 3cn1 that conducts the heat of the object to be measured 1 to the
熱伝導部3cn1(固定具3cn)を被測温物1の上方からザグリ穴2cn1に挿入することにより、固定具3cnがザグリ穴2cn1に嵌め合わされ、熱電対4nが被測温物1に固定される。尚、固定具3cnの高さは、ザグリ穴2cn1の深さと同じか僅かに小さく設定される。
By inserting the heat conducting portion 3cn1 (fixing tool 3cn) into the counterbore hole 2cn1 from above the object to be measured 1, the fixing tool 3cn is fitted into the counterbore hole 2cn1, and the
また、図17に示すように、固定具3cn(熱伝導部3cn1)を断面視T字型(別言すれば、直径が固定具3cnの上面から下面に向けて段階的に縮径する階段形状)に形成し、固定具3cnをザグリ穴付き貫通孔2cnの全領域に挿入するようにしてもよい。 In addition, as shown in FIG. 17, the fixture 3 cn (heat conducting portion 3 cn 1) is T-shaped in cross-section (in other words, a stepped shape whose diameter gradually decreases from the upper surface to the lower surface of the fixture 3 cn. And the fixing tool 3cn may be inserted into the entire region of the through hole 2cn with counterbore.
以上のように、本発明の第3実施例に係る熱電対の固定具3cnにあっては、被測温物1に設けられたザグリ穴付き貫通孔2cnあるいはそのザグリ穴2cn1にのみ挿入される熱伝導部3cn1に、熱電対4nの保持部たる孔3cn3を設け、ザグリ穴付き貫通孔2cnあるいはザグリ穴2cn1に熱伝導部3cn1を挿入することによって熱電対4nを被測温物1に固定するように構成したので、被測温物1の表面に固定具3cn(熱伝導部3cn1)が突出することがなく、よって被測温物1に固定された熱電対4nの上部にワーク(図16および図17では図示せず)を載置することができる。
As described above, in the thermocouple fixture 3cn according to the third embodiment of the present invention, it is inserted only into the through hole 2cn with counterbore provided in the object to be measured 1 or the counterbore hole 2cn1. A hole 3cn3 serving as a holding part of the
また、固定具3cnがザグリ穴付き貫通孔2cnあるいはザグリ穴2cn1に挿入されることによって熱電対4nが被測温物1に固定されることから、熱電対4nの交換作業(固定具3cnの取り外し)を容易に行うことができる。さらに、繰り返し測温しても熱電対4nの測温精度が低下しないと共に、被測温物1の材質に関わらず熱電対4nを被測温物1に固定することができる。また、固定具3cnが被測温物1から落下することもない。
Further, since the
尚、固定具3cnを用いて熱電対4nを被測温物1に固定した場合であっても、温度制御装置の構成は第1実施例と同じであるので、説明を省略する。
Even when the
また、第3実施例において、固定具3cnの下面縁部にテーパを設け、ザグリ穴付き貫通孔2cnへの固定具3cnの挿入を容易としてもよい。さらに、ザグリ穴付き貫通孔2cnおよび固定具3cnの段数は必ずしも図示した2段に限られるものではなく、3段以上であってもよい。 Further, in the third embodiment, a taper may be provided on the lower surface edge of the fixture 3cn so that the fixture 3cn can be easily inserted into the through hole 2cn with counterbore. Furthermore, the number of steps of the counterbore through-hole 2cn and the fixture 3cn is not necessarily limited to the two illustrated steps, and may be three or more.
また、第1実施例から第3実施例において、被測温物1に貫通孔を5個設けて5個の熱電対を固定するようにしたが、被測温物に設ける貫通孔の数や位置(熱電対の取付け数や取付け位置)は、ワークの大きさや形状などに応じて適宜変更してよい。また、被測温物1としてカーボンヒータを例に挙げたが、測温対象はそれに限られるものではない。さらに、第1実施例において固定具の材料の具体名が挙げたが、それらは例示に過ぎず、用途に応じて適宜変更してよい。
Further, in the first to third embodiments, five through holes are provided in the object to be measured 1 and five thermocouples are fixed, but the number of through holes provided in the object to be measured is The position (the number of thermocouples attached and the attachment position) may be changed as appropriate according to the size and shape of the workpiece. Moreover, although the carbon heater was mentioned as an example as the to-
また、被測温物に熱電対を複数個取り付ける場合、本発明に係る固定具と従来の固定手段を併用してもよい。例えば、ワークの直下に位置する熱電対の取付けには本発明に係る固定具を使用し、ワークの直下に位置しない熱電対は従来のネジ止めなどによって固定するようにしてもよい。 Moreover, when attaching a plurality of thermocouples to the object to be measured, the fixture according to the present invention and the conventional fixing means may be used in combination. For example, the fixing device according to the present invention may be used to attach the thermocouple located directly under the workpiece, and the thermocouple not located directly under the workpiece may be fixed by conventional screwing or the like.
1:被測温物、 2n(21,22,23,24,25):貫通孔(穴部)、 2bn:(第2実施例に係る)貫通孔、 2cn:(第3実施例に係る)ザグリ穴付き貫通孔、 2cn1:ザグリ穴、 3n(31,32,33,34,35):固定具、 3bn:(第2実施例に係る)固定具、 3cn:(第3実施例に係る)固定具、 3n1:熱伝導部、 3bn1:(第2実施例に係る)熱伝導部、 3cn1:(第3実施例に係る)熱伝導部、 3n2:足部、 3n3:孔(保持部)、 3bn3:(第2実施例に係る)孔(保持部)、 3cn3:(第3実施例に係る)孔(保持部)、 4n(41,42,43,44,45):熱電対、 5:ワーク、 10:制御部(平均値算出手段、温度制御手段)、 11:目標温度設定部(目標温度設定手段) 1: object to be measured, 2n (21, 22, 23, 24, 25): through hole (hole), 2bn: through hole (according to the second embodiment), 2cn: (according to the third embodiment) Through hole with counterbore hole, 2cn1: counterbore hole, 3n (31, 32, 33, 34, 35): fixture, 3bn: fixture (according to second embodiment), 3cn: (according to third embodiment) 3n1: heat conduction part, 3bn1: heat conduction part (according to the second example), 3cn1: heat conduction part (according to the third example), 3n2: foot part, 3n3: hole (holding part), 3bn3: hole (holding portion) (according to the second embodiment), 3cn3: hole (holding portion) (according to the third embodiment), 4n (41, 42, 43, 44, 45): thermocouple, 5: 10: Control unit (average value calculating means, temperature control means), 11: Target temperature setting unit (target) Degree setting means)
Claims (5)
前記熱伝導部に設けられた熱電対の保持部と、
前記熱伝導部に連続して形成された弾性変形可能な複数本の足部と、
を備え、前記足部を前記穴部に挿入してその弾性力によって前記熱伝導部を前記穴部に支持することにより、前記熱電対を前記被測温物に固定することを特徴とする熱電対の固定具。 A heat conduction part to be inserted into a hole provided in the object to be measured;
A thermocouple holding part provided in the heat conducting part;
A plurality of elastically deformable legs formed continuously with the heat conducting part;
The thermocouple is fixed to the object to be measured by inserting the foot portion into the hole portion and supporting the heat conducting portion in the hole portion by its elastic force. Twin fixture.
前記熱伝導部に設けられた熱電対の保持部と、
を備え、前記貫通孔に前記熱伝導部を挿入することによって前記熱電対を前記被測温物に固定することを特徴とする熱電対の固定具。 A tapered heat-conducting portion inserted into a tapered through-hole provided in the object to be measured;
A thermocouple holding part provided in the heat conducting part;
And fixing the thermocouple to the object to be measured by inserting the heat conducting portion into the through hole.
前記熱伝導部に設けられた熱電対の保持部と、
を備え、前記ザグリ穴付き貫通孔あるいは前記ザグリ穴に前記熱伝導部を挿入することによって前記熱電対を前記被測温物に固定することを特徴とする熱電対の固定具。 A through-hole with a counterbore provided in the object to be measured or a heat conduction part inserted only in the counterbore,
A thermocouple holding part provided in the heat conducting part;
And fixing the thermocouple to the object to be measured by inserting the heat conducting part into the through hole with counterbore or the counterbore.
前記固定具を複数個用いて前記被測温物に前記熱電対が複数個固定されると共に、前記温度制御装置は、
前記複数個の熱電対の検出値の平均値を算出する平均値算出手段と、
使用者の操作に従って前記被測温物の目標温度を設定する目標温度設定手段と、
前記算出された平均値と前記設定された目標温度に基づいて前記被測温物の温度を制御する温度制御手段と、
を備えることを特徴とする被測温物の温度制御装置。 A temperature control device for an object to be measured using the thermocouple fixture according to any one of claims 1 to 4,
A plurality of the thermocouples are fixed to the object to be measured using a plurality of the fixtures, and the temperature control device includes:
An average value calculating means for calculating an average value of detection values of the plurality of thermocouples;
Target temperature setting means for setting a target temperature of the object to be measured in accordance with a user operation;
Temperature control means for controlling the temperature of the temperature-measured object based on the calculated average value and the set target temperature;
A temperature control device for an object to be measured, comprising:
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