JP2009121968A - Temperature sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、温水器などに組み込まれる温度センサに関する。 The present invention relates to a temperature sensor incorporated in a water heater or the like.
従来の温度センサはステンレス製保護管(シース)内に熱電対を構成する金属素線を収納している。しかしながら、ステンレス製保護管は耐食性に劣り、高温に晒されると劣化する。そこで、特許文献1〜3に開示されるセラミックス製保護管を用いた温度センサが提案されている。
A conventional temperature sensor houses a metal wire constituting a thermocouple in a stainless protective tube (sheath). However, stainless steel protective tubes are inferior in corrosion resistance and deteriorate when exposed to high temperatures. Therefore, a temperature sensor using a ceramic protective tube disclosed in
特許文献1には、窒化ケイ素(Si3N4)またはサイアロン(SIALON)からなる保護管の外表面に、下地層としてモリブデンとホウ化ジルコニウムの混合物または化合物を被覆し、この外側に中間層としてモリブデンとホウ化ジルコニウムとジルコニアの混合物または化合物を被覆し、この中間層の外側に最表面層としてジルコニアを被覆した温度センサが開示されている。
In
特許文献2には、高純度アルミナにて保護管を形成するとともに、保護管の周囲を冷却媒体が流れる冷却筒で囲み、更にこの冷却筒に保護管を固定するためのフランジを保護管に形成した温度センサが開示されている。
In
特許文献3に開示される温度センサは、窒化ケイ素(Si3N4)、サイアロン(SIALON)または炭化ケイ素(SiC)にて保護管を構成し、この保護管の先端部を薄く(0.5mm)して熱容量を小さくし、測温応答性を向上させることが開示され、また保護管の先端部内には窒化ケイ素(Si3N4)系反応焼結セラミックからなる充填材を入れて熱電対を固定し、また保護管の後方部分にはSiCウィスカーからなる充填材を配置する構造が開示されている。
In the temperature sensor disclosed in
特許文献1に開示されるように、保護管の外側に下地層、中間層、最表面層を被覆すると、保護管の先端部の厚みが増して測温応答性が劣化してしまう。
As disclosed in
また特許文献2に開示されるようにフランジを設ける場合、射出成形では材料が廻り込めないので特許文献2の図に示されるような大きなフランジ部を成形することはできない。
In addition, when a flange is provided as disclosed in
更に特許文献3に開示されるように保護管の先端部を薄肉にすれば、応答性は向上するが、セラミック材料としてアルミナを用いた場合には、先端部の厚みを0.5mmにしても不十分である。
また、特許文献3にあっては充填材として窒化ケイ素(Si3N4)系反応焼結セラミックを用いているが、高温と低温の繰り返しや外的衝撃を受けると、保護管内側面と充填材との間に隙間が生じ、応答性が劣化する。
Furthermore, as disclosed in
In
上記課題を解決するため本発明に係る温度センサは、保護管をセラミックス製とし、このセラミックス製保護管の先端部を他の部分に比較して薄肉に成形し、この先端部内側には前記一対の金属の結合部を被覆するガラス玉を収納し、このガラス球は伝熱性に優れ且つ柔軟性を有する樹脂充填材にて保持された構成とした。 In order to solve the above-mentioned problems, a temperature sensor according to the present invention has a protective tube made of ceramics, the tip of the ceramic protective tube is formed thinner than the other parts, The glass balls covering the metal joints were housed, and the glass balls were held by a resin filler having excellent heat conductivity and flexibility.
前記セラミックス製保護管は好ましくはアルミナ製であり、先端部の厚みは0.3mm以下であり、前記伝熱性に優れ且つ柔軟性を有する樹脂はシリコーン樹脂(SiO2)を主体としたものとする。 The protective tube made of ceramic is preferably made of alumina, the tip portion has a thickness of 0.3 mm or less, and the resin having excellent heat conductivity and flexibility is mainly composed of silicone resin (SiO 2 ). .
また、射出成形にて保護管を一体成形する場合に、必要な厚みと径を持ったフランジ部を形成することが困難な場合には、セラミックス製保護管の外周に射出成形の際に環状凸部を形成し、この環状凸部外側に金属製のフランジを圧入するできる。 If it is difficult to form a flange with the required thickness and diameter when integrally forming the protective tube by injection molding, the outer periphery of the ceramic protective tube is And a metal flange can be press-fitted outside the annular convex portion.
本発明に係る温度センサによれば、先端の感熱部を例えば0.3mm以下まで薄くしているため、セラミック材料として他のセラミック材料よりも伝熱性に劣るアルミナを用いても、十分な応答性が得られる。 According to the temperature sensor of the present invention, since the heat sensitive part at the tip is thinned to, for example, 0.3 mm or less, sufficient response can be obtained even if alumina having inferior heat conductivity is used as the ceramic material. Is obtained.
また、熱電対を保護管の先端部内に固定する充填材として伝熱性に優れ且つ柔軟性を有する樹脂、例えばシリコーン樹脂を主体としたものを用いることで、外的衝撃及び熱的衝撃に対する耐久性が向上する。 In addition, durability against external and thermal shocks is achieved by using a resin with excellent heat conductivity and flexibility, such as silicone resin, as a filler for fixing the thermocouple in the tip of the protective tube. Will improve.
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。図1は本発明に係る温度センサを組み込んだ温水器の概略図、図2は同温度センサの配管への取り付け状態を示す断面図、図3は同温度センサの先端部の拡大断面図である。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. 1 is a schematic view of a water heater incorporating a temperature sensor according to the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view showing a state in which the temperature sensor is attached to a pipe, and FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of the tip of the temperature sensor. .
温水器は本体カバー1内にバーナ2、配管3、伝熱用フィン4が配置され、配管3の一端から水が供給され、配管3の他端から湯が取り出される。そして、バーナ2よりも下流側の配管3の一部に本発明に係る温度センサ5が取り付けられている。
In the water heater, a
前記配管3には図2に示すように開口6が形成され、この開口6の外側面に金属ブロック7が溶接され、この金属ブロック7には前記開口6と2段状の開口8が形成され、これら開口6,8を貫通し且つOリング9および取付けプレート10を介して温度センサ5が配管3内に挿入・固定されている。
An
温度センサ5はアルミナなどのセラミックス製保護管11内に熱電対20を装着して構成される。セラミックス製保護管11は射出成形にて成形され、厚みが一定厚(T1=0.45mm)の基部12と、この基部12に連続するとともに厚みが先端に向かって徐々に薄くなるテーパ部13と、このテーパ部13に連続するとともに最も厚み(T2=0.3mm)が薄くなった先端部14と、前記基部12とテーパ部13の境界部付近に設けられるフランジ部15からなる。
The
前記熱電対20はW−Re素線21,21と、この素線21,21の結合部を被覆するガラス玉22と、コネクタ23からなる。
The
前記ガラス玉22はシリコーン樹脂(SiO2)を主体とした充填材24にて前記セラミックス製保護管11の先端部14内に押し込められて固定されている。ここで、シリコーン樹脂(SiO2)を主体とした充填材24は柔軟性を持つため、押し込む際に先端部14内側面との間には隙間が形成されず保護管先端部14の内側に空気が噛み込むことがない。また、且つ熱的・外的衝撃が加えられても隙間は形成されない。尚、充填材24には伝熱性を高めるため、金属粉などを添加することが考えられる。
The
また、セラミックス製保護管11の先端部14よりも後方部分はウレタンを主体とした充填材25にて封止されている。
The rear part of the ceramic
図4乃至図6は別実施例に係る温度センサの断面図であり、このうち図4(a)、(b)に示す温度センサは、板状をなす薄膜サーミスタ28の一面の左右に電極部を形成し、これら電極部に素線21の先端部を結合している。この温度センサの先端部はサーミスタ28の形状に合せて偏平に近い形状となっており、幅広の部分の外径寸法は1.3mm、幅狭の部分の外径寸法は1.1mmにしている。
4 to 6 are cross-sectional views of a temperature sensor according to another embodiment. Among these, the temperature sensor shown in FIGS. 4A and 4B has electrode portions on the left and right sides of one surface of the
また図5に示す別実施例はフランジ部を一体成形せずに、必要とするフランジ部よりも高さの 低い環状凸部26を一体成形し、この環状凸部26の外側に金属製のフランジ部材27を圧入するようにしている。
Further, another embodiment shown in FIG. 5 does not integrally form the flange portion, but integrally forms an
図6に示す別実施例は、セラミックス製保護管31は、厚みが一定厚(T1=0.45mm)の基部32と、この基部12に連続するとともに厚み(T2=0.15mm)が薄くなった先端部33と、フランジ部34からなる。
セラミックス製保護管の形状としては上記に限らず、先端部が例えば0.3mm以下と薄ければよい。また先端部の形状は球面に限らない。
In another embodiment shown in FIG. 6, the
The shape of the ceramic protective tube is not limited to the above, and the tip may be thin, for example, 0.3 mm or less. The shape of the tip is not limited to a spherical surface.
1…温水器の本体カバー、2…バーナ、3…配管、4…伝熱用フィン、5…温度センサ、6…開口、7…金属ブロック、8…開口、9…Oリング、10…取付けプレート、11,31…セラミックス製保護管、12,32…セラミックス製保護管の基部、13…セラミックス製保護管のテーパ部、14,33…セラミックス製保護管の先端部、15,34…フランジ部、20…熱電対、21…熱電対の素線、22…ガラス玉、23…コネクタ、24,25…充填材、26…環状凸部、27…金属製のフランジ部材、28…薄膜サーミスタ。
DESCRIPTION OF
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JP2012225739A (en) * | 2011-04-19 | 2012-11-15 | Saginomiya Seisakusho Inc | Temperature measurement device and temperature sensor |
CN103837255A (en) * | 2012-11-23 | 2014-06-04 | 贵阳铝镁设计研究院有限公司 | Measurement method and device for fluid medium temperatures in small pipes |
CN103837256A (en) * | 2012-11-23 | 2014-06-04 | 贵阳铝镁设计研究院有限公司 | Method for measurement of small-pipe-diameter temperatures through adapting part and adapting part used thereby |
CN103837257A (en) * | 2012-11-23 | 2014-06-04 | 贵阳铝镁设计研究院有限公司 | Method and device for adopting standard temperature measurement element to measure small-pipe-diameter temperatures |
CN109459153A (en) * | 2018-11-02 | 2019-03-12 | 吴方立 | Cracking furnace COT thermocouple and its protection sleeve pipe |
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