JP2009216492A - 温度センサー及び温度測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 冷凍食品の内部の温度を容易にかつ正確に測定可能な温度センサー及びそれを用いる温度測定方法を提供する。
【解決手段】 温度センサー１００ａ，１００ｂが、温度の変化に応じて電気的な物理量が変化する測温素子２と、電力が供給されて発熱する発熱素子５ａ，５ｂと、前記測温素子と前記発熱素子との各々を保護するための保護管１とを備え、前記保護管が、少なくとも前記測温素子と前記発熱素子との各々を内蔵している。又、温度センサー１００ａ，１００ｂの発熱素子５ａ，５ｂに電力を供給し、加熱した保護管１を被検温体の内部に挿入し、前記発熱素子への電力の供給を停止して測温素子２により被検温体の温度を測定し、その後、前記発熱素子に電力を再び供給して前記保護管を前記被検温体から引き抜く。
【選択図】 図１

Description

本発明は、測温素子を備える温度センサー及び温度測定方法に関し、特に、測温素子を保護管の内部に備える温度センサー及び温度測定方法に関する。

従来から、ゼーベック効果を利用する熱電対や温度変化に対する抵抗値の変化を利用する測温抵抗体等の温度検出手段を備える温度センサーは、利便性及び経済性に優れていると共に、広い温度範囲において比較的正確な温度測定が可能であることから、様々な産業用設備において用いられている。

温度センサーは、通常、熱電対や測温抵抗体等の温度検出手段を、樹脂製のシールパイプ（保護管）の内部に備えている。この温度検出手段をシールパイプの内部に備える構成によれば、必要に応じて管径が太いシールパイプを適用することができる。そのため、この構成によれば、優れた機械的強度及び長期耐久性を有する温度センサーを容易に得ることが可能になる。しかし、この温度検出手段をシールパイプの内部に備える構成では、シールパイプの機械的強度が比較的低いため、小径の温度センサーや微小な温度センサーを構成することは一般的に困難である。又、この構成では、シールパイプの熱伝導率が比較的低いため、応答性に優れる温度センサーを得ることは一般的に困難である。

そこで、従来から、樹脂製のシールパイプに代えて機械的強度及び熱伝導性に優れる金属製の保護管（以下、「シース」という）を用いる、熱電対や測温抵抗体等の温度検出手段をシースの内部に備える温度センサー（以下、「シース型温度センサー」という）が好適に用いられている（例えば、特許文献１参照）。

かかるシース型温度センサーの構成によれば、優れた機械的強度及び熱伝導性を得ることが可能である。又、このシース型温度センサーの構成によれば、ステンレス製のシースを用いることで、優れた耐酸化性及び耐腐食性を得ることも可能になる。そのため、このシース型温度センサーは、薬品製造設備や食品製造設備等の産業用設備において、従来から特に好適に用いられている。

以下、温度検出手段としての熱電対を備える従来のシース型温度センサーの一般的な構成について概説する。

図５は、従来のシース型温度センサーの構成例を模式的に示す斜視図である。尚、図５では、シース型温度センサーの内部の構成を理解し易くするために、その内部に配設された熱電対及びそれに接続するリード線の各々を便宜上実線により示している。

図５に示すように、従来のシース型温度センサー２００は、その一端が円錐状に尖りかつその他端が開口を有する円筒状のシース１０１を備えている。このシース１０１は、例えば、機械的強度、熱伝導性、耐酸化性及び耐腐食性を十分に確保するべく、ＳＵＳ−３０４等のステンレスにより構成されている。そして、図５に示すように、シース１０１の内部（内側）には、熱電対１０４の一部が配置されている。この熱電対１０４は、測温素子１０２と、この測温素子１０２に接続するリード線１０３とを備えている。ここで、測温素子１０２は、図５では図示しないが、測温接点を備えている。一方、リード線１０３は、測温素子１０２が備える測温接点と電気的に接続する導線１０３ａ及び１０３ｂを備えている。これらの測温接点及び導線１０３ａ，１０３ｂの双方が電気絶縁性を有する高分子化合物により被覆されることにより、測温素子１０２及びリード線１０３が構成されている。そして、これにより、熱電対１０４が構成されている。

シース１０１において、熱電対１０４の測温素子１０２は、シース１０１の一端側（つまり、シース型温度センサー２００の先端側）に配設されている。一方、リード線１０３は、測温素子１０２から延出して、シース１０１の他端側（つまり、シース型温度センサー２００の基端側）に向けて更に延出している。そして、図５では図示しないが、このシース型温度センサー２００では、熱電対１０４のシース１０１に内蔵される部分が、そのシース１０１の内部に電気絶縁性材料としての酸化マグネシウム又は酸化アルミニウム等の粉末が充填されることにより、シース１０１との間にエアーギャップが形成されることがなく、かつシース１０１に対して電気的に完全に絶縁された状態で、シース１０１の内部に配設されている。尚、図５に示すように、熱電対１０４のリード線１０３は、シース１０１の開口からその外部へと更に延出している。

又、図５に示すように、シース１０１の他端には、所定の連結部材を介して、シース１０１の外径よりも太い外径を有する円筒状のグリップ１０５が連結されている。このグリップ１０５は、シース１０１の他端に同軸状に連結されている。又、このグリップ１０５は、十分な機械的強度を備えかつシース１０１を確実に支持するために、シース１０１と同様にして、ＳＵＳ−３０４等のステンレスにより構成されている。そして、このグリップ１０５の内部（内側）には、シース１０１の開口から延出する熱電対１０４のリード線１０３が挿通されている。このリード線１０３は、グリップ１０５の長軸方向に沿って、グリップ１０５の一端からその他端に渡って直線状に挿通されている。又、図５では図示しないが、このリード線１０３は、グリップ１０５の内部にシリコン等の充填材が充填されることにより、グリップ１０５との間にエアーギャップが形成されることがなく、かつグリップ１０５に対して電気的に完全に絶縁された状態で、グリップ１０５の内部に配設されている。

一方、図５に示すように、グリップ１０５の他端（つまり、グリップ１０５におけるシース型温度センサー２００の基端側）には、所定の連結部材を介して、リード線１０６が接続されている。このリード線１０６は、導線１０６ａ及び１０６ｂを備えている。ここで、導線１０６ａの一端は、リード線１０３における導線１０３ａの一端と電気的に接続されている。又、導線１０６ｂの一端は、リード線１０３における導線１０３ｂの一端と電気的に接続されている。尚、リード線１０６の導線１０６ａ及び１０６ｂの他端は、例えば、制御装置の入力端子等に接続される。

かかる熱電対１０４を備える従来のシース型温度センサー２００は、優れた機械的強度及び熱伝導性を有していると共に、耐酸化性及び耐腐食性をも有している。そのため、このシース型温度センサー２００は、薬品製造設備や食品製造設備等の産業用設備において特に好適に用いられる。
特開平０９−１５９５４２号公報

しかしながら、従来のシース型温度センサーでは、気体や液体の温度を測定することは容易であったが、シースを固体に突き刺すことが困難又は不可能であった。そのため、従来のシース型温度センサーでは、固体の内部の温度を測定することは困難又は不可能であった。具体的には、従来のシース型温度センサーでは、食品製造設備で製造される冷凍食品の内部の温度や、保冷倉庫に保管されている冷凍食品の内部の温度を測定することは、実質的に不可能であった。

本発明は、上記従来の課題を解決するためになされたものであって、冷凍食品の内部の温度を容易にかつ正確に測定可能な温度センサー及びそれを用いる温度測定方法を提供することを目的としている。

上記従来の課題を解決するために、本発明に係る温度センサーは、温度の変化に応じて電気的な物理量が変化する測温素子と、電力が供給されて発熱する発熱素子と、前記測温素子と前記発熱素子との各々を保護するための保護管とを備え、前記保護管が、少なくとも前記測温素子と前記発熱素子との各々を内蔵している。

かかる構成とすると、温度センサーの保護管が測温素子に加えて発熱素子を更に内蔵しているので、発熱素子に電力を供給することにより、保護管を加熱することができる。これにより、保護管を冷凍食品の内部に挿入することが可能になるので、冷凍食品の内部の温度を容易にかつ正確に測定可能な温度センサーを提供することが可能になる。

この場合、前記発熱素子が電熱線と電気絶縁性を有する高分子化合物とを備え、前記電熱線が、前記電気絶縁性を有する高分子化合物により被覆されている。

かかる構成とすると、電熱線が電気絶縁性を有する高分子化合物により被覆されているので、電熱線と保護管との電気的な絶縁を確実に確保することが可能になる。

この場合、前記電気絶縁性を有する高分子化合物が、分子骨格内にフッ素を有するフッ素化合物である。

かかる構成とすると、フッ素化合物としてのフッ素樹脂は化学的、熱的、機械的、電気的に卓越した特性を有しているので、電熱線を化学的、熱的、機械的、電気的に好適に保護することが可能になる。

この場合、前記フッ素化合物が、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体の何れかである。

かかる構成とすると、ポリテトラフルオロエチレンとしてのテフロン（Ｒ）ＰＴＦＥ、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体としてのテフロン（Ｒ）ＰＦＡ、及び、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体としてのテフロン（Ｒ）ＦＥＰの何れも一般的に入手容易であることから、化学的、熱的、機械的、電気的に優れる好適な温度センサーを容易にかつ比較的安価に構成することが可能になる。

又、上記の場合、前記発熱素子が、前記電熱線が前記電気絶縁性を有する高分子化合物によって被覆された素線が螺旋形状に巻回されて形成されており、前記保護管が、前記螺旋形状を有する発熱素子を同軸状に内蔵している。

かかる構成とすると、発熱素子が螺旋形状を有しているので、供給される電力を熱に効率良く変換することができる。そして、保護管が螺旋形状を有する発熱素子を同軸状に内蔵しているので、保護管を発熱素子により効率良く加熱することができる。その結果、温度測定を行う際、温度センサーの保護管を冷凍食品の内部に挿入することが容易になる。

この場合、前記螺旋形状を有する発熱素子の内側に、前記測温素子が配置されている。

かかる構成とすると、フッ素化合物により被覆された電熱線からなる螺旋形状の発熱素子が測温素子を内蔵しているので、測温素子を物理的な衝撃等から好適に保護することが可能になる。

又、この場合、前記螺旋形状を有する発熱素子が、前記保護管の内周面に接触するように配置されている。

かかる構成とすると、螺旋形状を有する発熱素子が保護管の内周面に直に接触しているので、発熱素子により保護管をより一層効率良く加熱することが可能になる。

又、この場合、前記螺旋形状を有する発熱素子が、第１のピッチの部分を前記保護管の先端側に備えかつ前記第１のピッチの部分よりも広いピッチである第２のピッチの部分を前記保護管の基端側に備えている。

かかる構成とすると、発熱素子における第１のピッチの部分が保護管の先端側に配設されかつ第１のピッチの部分よりも広いピッチである第２のピッチの部分が保護管の基端側に配設されているので、温度センサーにおけるグリップの部分の過剰な温度上昇を抑制することが可能になる。これにより、温度センサーの利便性が更に改善される。又、温度センサーの保護管を冷凍食品の内部に挿入することが更に容易になる。

又、上記従来の課題を解決するために、本発明に係る温度測定方法は、温度の変化に応じて電気的な物理量が変化する測温素子と電力が供給されて発熱する発熱素子との各々を保護管が少なくとも内蔵している温度センサーを用い、前記発熱素子に電力を供給して前記保護管を加熱し、前記加熱した保護管を接触させて冷凍された被検温体の一部を解凍しながら該被検温体の内部に前記保護管を挿入し、前記挿入した保護管を前記被検温体の内部で保持しながら前記発熱素子への電力の供給を停止して前記保護管の加熱を停止し、前記加熱を停止した保護管を前記被検温体の内部で更に保持しながら前記測温素子により該被検温体の内部の温度を測定し、その後、前記発熱素子に電力を再び供給して前記保護管を加熱することにより前記被検温体の一部を再び解凍しながら該保護管を該被検温体の内部から引き抜く。

かかる構成とすると、本発明に係る温度センサーを用いる、冷凍食品の内部の温度を容易にかつ正確に測定可能な温度測定方法を提供することが可能になる。

本発明は、以上に述べたような手段において実施され、冷凍食品の内部の温度を容易にかつ正確に測定可能な温度センサー及びそれを用いる温度測定方法を提供することが可能になるという効果を奏する。

以下、本発明を実施するための最良の実施の形態１，２について、図面を参照しながら詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るシース型温度センサーの構成を模式的に示す斜視図である。ここで、図１（ａ）は、本実施の形態に係るシース型温度センサーの第１の構成を模式的に示す斜視図である。又、図１（ｂ）は、本実施の形態に係るシース型温度センサーの第２の構成を模式的に示す斜視図である。尚、図１（ａ）及び（ｂ）では、シース型温度センサーの内部の構成を理解し易くするために、その内部に配設された熱電対及びヒーターとそれに接続する各々のリード線を、便宜上、実線により示している。

先ず、本実施の形態に係るシース型温度センサーの第１の構成について説明する。

図１（ａ）に示すように、本実施の形態に係る第１の構成としてのシース型温度センサー１００ａは、その一端が円錐状に尖りかつその他端が開口を有する円筒状のシース１を備えている。このシース１は、例えば、機械的強度、熱伝導性、耐酸化性及び耐腐食性を十分にかつ確実に確保するために、ＳＵＳ−３０４，ＳＵＳ−３１６等のステンレスにより構成されている。そして、このシース１の内部には、熱電対４の測温素子２及びリード線３の一部とヒーター７の発熱素子５ａとが配設されている。

熱電対４は、測温素子２と、この測温素子２に接続するリード線３とを備えている。ここで、測温素子２は、図１（ａ）では図示しないが、測温接点を備えている。又、リード線３は、測温素子２が備える測温接点と電気的に接続された導線３ａ及び３ｂを備えている。これらの測温接点及び導線３ａ，３ｂが電気絶縁性を有する高分子化合物により被覆されて、測温素子２及びリード線３が構成されている。そして、これにより、熱電対４が構成されている。尚、熱電対４における測温素子２及びリード線３の具体的な構成については、後に詳細に説明する。

シース１において、熱電対４の測温素子２は、シース１の一端側（つまり、シース型温度センサー１００ａの先端側）に配設されている。一方、リード線３は、測温素子２から延出して、シース１の他端側（つまり、シース型温度センサー１００ａの基端側）に向けて更に延出している。そして、このシース型温度センサー１００ａでは、図１（ａ）では図示しないが、熱電対４のシース１に内蔵される部分（つまり、測温素子２及びリード線３の一部）が、そのシース１の内部に電気絶縁性材料としての酸化マグネシウム又は酸化アルミニウム等の粉末が充填されることにより、シース１との間にエアーギャップが形成されることがなく、かつシース１に対して電気的に完全に絶縁された状態で、シース１の内部にシース１の中心線上に延びるように配設されている。尚、熱電対４の測温素子２から延出するリード線３は、シース１の開口からその外部へと更に延出している。

一方、図１（ａ）に示すように、ヒーター７は、螺旋形状を有する発熱素子５ａと、この螺旋形状を有する発熱素子５ａに接続するリード線６とを備えている。ここで、発熱素子５ａ及びリード線６は、発熱性を有する電熱線６ａ及び６ｂを備えている。これらの電熱線６ａ及び６ｂとしては、例えば、ニクロム線が用いられる。そして、これらの電熱線６ａ及び６ｂが電気絶縁性を有する高分子化合物により被覆されて、発熱素子５ａ及びリード線６が構成されている。そして、これにより、ヒーター７が構成されている。尚、ヒーター７の発熱素子５ａの具体的な構成については、後に詳細に説明する。

シース１において、ヒーター７の発熱素子５ａは、シース１の一端側からその他端側に渡りシース１と同軸状に配設されている。又、このヒーター７の発熱素子５ａは、シース１の内周面に対して所定の間隔を保持しながら、シース１の一端側からその他端側に渡って配設されている。そして、ヒーター７の発熱素子５ａは、上述した熱電対４の場合と同様、シース１の内部に電気絶縁性材料としての酸化マグネシウム又は酸化アルミニウム等の粉末が充填されることにより、シース１との間にエアーギャップが形成されることがなく、かつシース１に対して電気的に完全に絶縁された状態で、シース１の内部に配設されている。尚、ヒーター７の発熱素子５ａから延出するリード線６は、シース１の開口からその外部へと更に延出している。

そして、本実施の形態では、図１（ａ）に示すように、ヒーター７の発熱素子５ａが、熱電対４の測温素子２及びリード線３の一部を内蔵している。つまり、熱電対４の測温素子２及びリード線３の一部は、電気絶縁性材料としての酸化マグネシウム又は酸化アルミニウム等の粉末を介して、ヒーター７の発熱素子５ａの内部（内側）に配置されている。

一方、図１（ａ）に示すように、シース１の他端には、所定の連結部材を介して、シース１の外径よりも太い外径を有する円筒状のグリップ８が連結されている。このグリップ８は、シース１の他端にシース１と同軸状に連結されている。又、このグリップ８は、十分な機械的強度を備えかつシース１を確実に支持するために、シース１と同様にして、ＳＵＳ−３０４やＳＵＳ−３１６等のステンレスにより構成されている。そして、このグリップ８の内部には、シース１の開口から延出する熱電対４のリード線３及びヒーター７のリード線６の各々が挿通されている。ここで、これらのリード線３及び６は、グリップ８の長軸方向に沿って、グリップ８の一端からその他端に渡り各々挿通されている。又、これらのリード線３及び６は、図１（ａ）では図示しないが、グリップ８の内部にシリコン樹脂等の充填材が充填されることにより、グリップ８との間にエアーギャップが形成されることがなく、かつグリップ８に対して電気的に完全に絶縁された状態で、グリップ８の内部に配設されている。

又、図１（ａ）に示すように、グリップ８の他端（つまり、グリップ８におけるシース型温度センサー１００ａの基端側）には、所定の連結部材を介して、リード線９が接続されている。ここで、このリード線９は、導線９ａ〜９ｄを備えている。そして、導線９ａの一端は、リード線６における導線６ａの一端と電気的に接続されている。又、導線９ｂの一端は、リード線６における導線６ｂの一端と電気的に接続されている。一方、導線９ｃの一端は、リード線３における導線３ａの一端と電気的に接続されている。又、導線９ｄの一端は、リード線３における導線３ｂの一端と電気的に接続されている。尚、リード線９の導線９ａ〜９ｄの他端は、例えば、制御装置の入力端子等に各々接続される。

次に、本実施の形態に係るシース型温度センサーの第２の構成について説明する。

図１（ｂ）に示すように、本実施の形態に係る第２の構成としてのシース型温度センサー１００ｂは、基本的に、図１（ａ）に示す第１の構成としてのシース型温度センサー１００ａの構成と同様の構成を備えている。しかし、この第２の構成としてのシース型温度センサー１００ｂの構成は、ヒーター７における発熱素子５ｂの螺旋直径が異なる点において、第１の構成としてのシース型温度センサー１００ａの構成とは異なっている。

具体的に説明すると、図１（ｂ）に示すように、本実施の形態に係る第２の構成としてのシース型温度センサー１００ｂでは、ヒーター７の発熱素子５ｂの外周がシース１の内周面に直接接触している。つまり、このシース型温度センサー１００ｂでは、ヒーター７の発熱素子５ｂが、その外周がシース１の内周面に接触するようにして、シース１の一端側からその他端側に渡ってシース１と同軸状に配設されている。そして、ヒーター７の発熱素子５ｂは、シース１の内部（内側）に電気絶縁性材料としての酸化マグネシウム等の粉末が充填されることにより、シース１に対して隙間が形成されることなく、シース１の内部に配設されている。又、このヒーター７の発熱素子５ｂは、電気絶縁性材料としての酸化マグネシウム等の粉末を介して、熱電対４の測温素子２及びリード線３の一部を各々内蔵している。尚、その他の点については、シース型温度センサー１００ｂの構成は、図１（ａ）に示すシース型温度センサー１００ａの構成と同様である。

次に、本実施の形態に係るヒーターの発熱素子と熱電対の測温素子及びリード線との配設形態及びそれらの具体的な構成について説明する。

図２は、本発明の実施の形態１に係る発熱素子と測温素子及びリード線との配設形態、及び、それらの構成を模式的に示す斜視図及び断面図である。ここで、図２（ａ）は、本実施の形態に係る発熱素子と測温素子及びリード線との配設形態を模式的に示す斜視図である。又、図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す発熱素子の紙面手前側の部分を取り去った場合の状態を模式的に示す斜視図である。

図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施の形態に係るヒーター７の発熱素子５ａ（又は、発熱素子５ｂ）は、所定のピッチαで一定の直径に巻回されてなる螺旋形状（コイル形状）を有している。この発熱素子５ａ（５ｂ）の所定のピッチαは、ヒーター７に供給される電力や、シース１を加熱する際の目標設定温度、シース１の熱容量、或いは、冷凍された被検温体の温度等に応じて、適宜設定される。例えば、シース１を加熱する際の目標設定温度が比較的高い場合には、発熱素子５ａ（５ｂ）のピッチαは比較的密なピッチとされる。一方、シース１を加熱する際の目標設定温度が比較的低い場合には、発熱素子５ａ（５ｂ）のピッチαは比較的粗なピッチとされる。そして、上述したように、ヒーター７の発熱素子５ａの内部（内側）には、熱電対４の測温素子２及びリード線３の一部が配置されている。ここで、上述したように、測温素子２は、発熱素子５ａの先端側に配設されている。又、リード線３は、測温素子２から延出して、発熱素子５ａの基端に向けてその内部（内側）に挿通されている。又、上述したように、これらの発熱素子５ａと測温素子２及びリード線３の一部との間には、電気絶縁性材料としての酸化マグネシウム又は酸化アルミニウム等の粉末が充填される。これにより、測温素子２及びリード線３の一部が発熱素子５ａの内部に好適に保持される。

図２（ｃ）は、本実施の形態に係る発熱素子と測温素子及びリード線との詳細な構成を模式的に示す断面図である。

図２（ｃ）に示すように、本実施の形態に係る熱電対４の測温素子２及びそれに接続するリード線３は、測温接点２ａと導線３ａ及び３ｂとを備えている。これらの導線３ａ及び３ｂの一端は、測温接点２ａに電気的に接続されている。ここで、熱電対４としてＫ型の熱電対が用いられる場合、導線３ａとしては、ニッケル及びクロムを主とした合金（クロメル）が用いられる。又、この場合、導線３ｂとしては、ニッケルを主とした合金（アルメル）が用いられる。測温接点２ａは、アルメルとクロメルとが溶接されてなる。そして、これらの測温接点２ａと導線３ａ及び３ｂとの全体が電気絶縁性を有する高分子化合物４ａにより被覆されて、熱電対４が構成されている。尚、電気絶縁性を有する高分子化合物４ａとしては、例えば、エポキシやポリイミド等の耐熱性を有する高分子化合物が好適に用いられる。

一方、図２（ｃ）に示すように、本実施の形態に係る発熱素子５ａ（５ｂ）は、各々螺旋形状の電熱線６ａ及び６ｂを備えている。これらの電熱線６ａ及び６ｂの一端は、発熱素子５ａの最も先端の部分、つまり、図２（ａ）に示す発熱素子５ａの最も左側の部分において、相互に電気的に短絡されている。ここで、本実施の形態では、この電気的に短絡された部分を除く電熱線６ａ及び６ｂの他の部分が、発熱素子５ａ（５ｂ）の全長に渡り相互に所定の間隔を有するように螺旋状に成形されている。そして、これらの電熱線６ａ及び６ｂの全体が電気絶縁性を有する高分子化合物６ｃにより螺旋状に被覆されて、ヒーター７の発熱素子５ａ（５ｂ）が構成されている。

換言すれば、発熱素子５ａ（５ｂ）は、所定の間隔で平行に延びかつ先端が互いに短絡された一対の電熱線６ａ及び６ｂが高分子化合物６ｃによって被覆されてなる素線（巻回されていない状態の発熱素子５ａ（５ｂ））が螺旋状（コイル状）に巻回されて形成されている。

本実施の形態では、電気絶縁性を有する高分子化合物６ｃとして、その分子骨格内にフッ素を有するフッ素化合物が用いられる。このフッ素化合物としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体の何れかが特に好適に用いられる。ここで、市販されている入手容易なポリテトラフルオロエチレンとしては、テフロン（Ｒ）ＰＴＦＥが挙げられる。又、市販されている入手容易なテトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体としては、テフロン（Ｒ）ＰＦＡが挙げられる。更には、市販されている入手容易なテトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体としては、テフロン（Ｒ）ＦＥＰが挙げられる。これらのフッ素化合物は、他の高分子化合物と比べて、化学的、熱的、機械的、電気的に卓越した特性を有している。又、これらのフッ素化合物は、比較的入手容易でありかつ比較的安価である。従って、これらのフッ素化合物を用いれば、化学的、熱的、機械的、電気的に優れる好適なシース型温度センサー１００ａ，１００ｂを容易にかつ比較的安価に構成することが可能になる。尚、高分子化合物６ｃに適用可能なその他のフッ素樹脂としては、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、クロロトリフルオエチレン・エチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）等のフッ素樹脂が挙げられる。これらの何れのフッ素化合物を用いても、本発明を好適に実施することが可能である。

次に、本実施の形態に係るシース型温度センサーを用いた特徴的な温度測定方法について説明する。

図３は、本発明の実施の形態１に係るシース型温度センサーを用いた特徴的な温度測定方法の一例を模式的に示すフローチャートである。

図３に示すように、使用者は、シース型温度センサー１００ａ又は１００ｂを用いて冷凍食品等に代表される冷凍された被検温体の内部の温度を測定する際、ヒーター７に電力を供給するためのヒーター用電源をＯＮすることにより、ヒーター７の発熱素子５ａ又は５ｂに対する所定の電力の供給を開始させる（ステップＳ１）。すると、ヒーター７の発熱素子５ａ又は５ｂに所定の電力が供給されることにより、発熱素子５ａ又は５ｂの温度が次第に上昇する。これにより、シース型温度センサー１００ａ又は１００ｂにおけるシース１の温度が次第に上昇する。

次いで、使用者は、例えば熱電対４の測温素子２により検出される検出温度Ｔｄが所定の設定温度Ｔｐｄに到達したか否かを確認する（ステップＳ２）。ここで、使用者は、熱電対４の測温素子２により検出される検出温度Ｔｄが所定の設定温度Ｔｐｄに到達していないことを確認した場合（ステップＳ２でＮＯ）、検出温度Ｔｄが所定の設定温度Ｔｐｄに到達するまで更に待機する。

一方、使用者は、熱電対４の測温素子２により検出される検出温度Ｔｄが所定の設定温度Ｔｐｄに到達したことを確認した場合（ステップＳ２でＹＥＳ）、シース型温度センサー１００ａ又は１００ｂにおけるシース１の先端部（尖端部）を、冷凍された被検温体の一部に突き当てる。そして、使用者は、シース１の熱を用いて冷凍された被検温体の一部をその表面から解凍することにより、その被検温体の内部にシース型温度センサー１００ａ又は１００ｂのシース１を所定の深さにまで確実に挿入させる（ステップＳ３）。

次いで、使用者は、挿入したシース１を冷凍された被検温体の内部で保持しながら、ヒーター７に電力を供給するためのヒーター用電源をＯＦＦすることにより、ヒーター７の発熱素子５ａ又は５ｂに対する電力の供給を停止させる（ステップＳ４）。これにより、シース１の加熱が停止される。従って、発熱素子５ａ又は５ｂの温度が次第に低下するので、シース型温度センサー１００ａ又は１００ｂにおけるシース１の全体の温度が次第に低下する。

次いで、使用者は、加熱を停止したシース１を冷凍された被検温体の内部で更に保持しながら、待機時間ｔｄが所定の待機時間ｔｐｄに到達したか否かを確認する（ステップＳ５）。ここで、使用者は、待機時間ｔｄが所定の待機時間ｔｐｄに到達していないことを確認した場合（ステップＳ５でＮＯ）、待機時間ｔｄが所定の待機時間ｔｐｄに到達するまで更に待機する。このように、待機時間ｔｄが所定の待機時間ｔｐｄに到達することにより、シース型温度センサー１００ａ又は１００ｂにおけるシース１の温度が、冷凍された被検温体の温度と同等の温度になる。これにより、冷凍された被検温体の温度を測定することが可能な状態になる。

一方、使用者は、ステップＳ５で待機時間ｔｄが所定の待機時間ｔｐｄに到達したことを確認すると（ステップＳ５でＹＥＳ）、シース型温度センサー１００ａ又は１００ｂにより冷凍された被検温体の内部の温度を測定する（ステップＳ６）。この際、シース１の内部に配設された測温素子２の温度は、冷凍された被検温体の温度と等しい温度となっている。従って、シース型温度センサー１００ａ又は１００ｂを用いて、冷凍された被検温体の内部の温度を測定することが可能になる。

次いで、使用者は、ステップＳ１で用いたヒーター用電源を再びＯＮすることにより、ヒーター７の発熱素子５ａ又は５ｂに対する所定の電力の供給を再び開始させる（ステップＳ７）。これにより、使用者は、シース型温度センサー１００ａ又は１００ｂにおけるシース１の温度を再び上昇させる。

そして、使用者は、熱電対４の測温素子２により検出される検出温度Ｔｄが所定の設定温度Ｔｐｄに到達したか否かを再び確認する（ステップＳ８）。ここで、使用者は、検出温度Ｔｄが所定の設定温度Ｔｐｄに到達していないことを確認した場合（ステップＳ８でＮＯ）、検出温度Ｔｄが所定の設定温度Ｔｐｄに到達するまで更に待機する。

最後に、使用者は、検出温度Ｔｄが所定の設定温度Ｔｐｄに到達したことを確認した場合（ステップＳ８でＹＥＳ）、シース１の熱を用いて冷凍された被検温体の一部を解凍することにより、シース型温度センサー１００ａ又は１００ｂにおけるシース１の先端部を冷凍された被検温体の内部から引き抜く（ステップＳ９）。以上のステップＳ１〜Ｓ９を順次実行することにより、使用者は、シース型温度センサー１００ａ又は１００ｂを用いた冷凍された被検温体の内部温度の測定を終了する。

以上、本実施の形態に係るシース型温度センサー及びそれを用いる温度測定方法によれば、冷凍食品の内部の温度を容易にかつ正確に測定可能な温度センサー及びそれを用いる温度測定方法を具体的に提供することが可能になる。そして、これにより、食品製造設備で製造される冷凍食品の内部の温度や、保冷倉庫に保管されている冷凍食品の内部の温度を測定することが現実的に可能になるので、より一層厳格に温度管理された冷凍食品を市場に流通させることが可能になる。

尚、本実施の形態では、ヒーター７の発熱素子５ａ又は５ｂが螺旋形状を有する形態について説明したが、このような形態に限定されることはない。例えば、ヒーター７の発熱素子５ａ又は５ｂがシート状（短冊状）や円筒状に構成されていても良い。つまり、ヒーター７における発熱素子５ａ又は５ｂの形状は、シース１を確実に加熱可能な形状であれば、如何なる形状であっても適用することが可能である。かかる形態では、ヒーター７の発熱素子５ａ又は５ｂは、シース１を確実に加熱することが可能となるように、シース１の内部に配設される。又、熱電対４の測温素子２は、ヒーター７の発熱素子５ａ又は５ｂの配設形態に応じて、シース１の内部に適切に配設される。

又、本実施の形態では、シース型温度センサーを例示したが、このような形態に限定されることはない。例えば、本発明は、シールパイプを備える温度センサーに対しても適用することが可能である。つまり、温度センサーの保護管としては、機械的強度や耐久性を有しかつ熱伝導性に優れる材料が用いられていれば、如何なる保護管であっても適用することが可能である。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係るシース型温度センサーの基本的な構成、及び、それを用いる温度測定方法は、実施の形態１で示したシース型温度センサーの構成、及び、温度測定方法と同様である。従って、ここでは、シース型温度センサーの基本的な構成及び温度測定方法に関する説明は省略して、その構成上の相違点についてのみ説明する。

図４は、本発明の実施の形態２に係る発熱素子と測温素子及びリード線との配設形態、及び、それらの構成を模式的に示す斜視図及び断面図である。ここで、図４（ａ）は、本実施の形態に係る発熱素子と測温素子及びリード線との配設形態を模式的に示す斜視図である。又、図４（ｂ）は、図４（ａ）に示す発熱素子の紙面手前側の部分を取り去った場合の状態を模式的に示す斜視図である。又、図４（ｃ）は、本実施の形態に係る発熱素子と測温素子及びリード線との詳細な構成を模式的に示す断面図である。

図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施の形態に係るヒーター７は、発熱素子５ｃと発熱素子５ｄとを備えている。これらの発熱素子５ｃと発熱素子５ｄとは、全体として直線状をなすように連結されている。そして、発熱素子５ｃは、所定のピッチβで所定径に巻回された螺旋形状を有している。一方、発熱素子５ｄは、所定のピッチγで所定径に巻回された螺旋形状を有している。ここで、所定のピッチβは、所定のピッチγよりも広い。尚、実施の形態１の場合と同様、所定のピッチβ及びγは、ヒーター７に供給される電力や、シース１を加熱する際の目標設定温度、シース１の熱容量、冷凍された被検温体の温度等に応じて、適宜設定される。そして、本実施の形態では、ヒーター７の発熱素子５ｄの内部（内側）における先端側に、測温素子２が配置されている。又、本実施の形態では、ヒーター７の発熱素子５ｄがシース１の先端側に配置されている。尚、実施の形態１の場合と同様、シース１の内部には、電気絶縁性材料としての酸化マグネシウム又は酸化アルミニウム等の粉末が充填される。これにより、シース１の内部において、ヒーター７の発熱素子５ｃ及び５ｄと測温素子２及びリード線３の一部とが好適に保持される。

又、図４（ｃ）に示すように、本実施の形態に係る熱電対４の測温素子２及びそれに接続するリード線３は、測温接点２ａと導線３ａ及び３ｂとを備えている。これらの導線３ａ及び３ｂの一端は、測温接点２ａに電気的に接続されている。そして、これらの測温接点２ａと導線３ａ及び３ｂとの全体が電気絶縁性を有する高分子化合物４ａにより被覆されて、熱電対４が構成されている。ここで、実施の形態１の場合と同様、電気絶縁性を有する高分子化合物４ａとしては、例えば、エポキシやポリイミド等の耐熱性を有する高分子化合物が好適に用いられる。

又、図４（ｃ）に示すように、本実施の形態に係る発熱素子５ｄは、螺旋状の電熱線６ａ及び６ｂを備えている。そして、これらの電熱線６ａ及び６ｂの全体が電気絶縁性を有する高分子化合物６ｃにより螺旋状に被覆されて、ヒーター７の発熱素子５ｄが構成されている。ここで、本実施の形態においても、電気絶縁性を有する高分子化合物６ｃとしては、その分子骨格内にフッ素を有するフッ素化合物が用いられる。このフッ素化合物としては、上述したように、テフロン（Ｒ）ＰＴＦＥ等が挙げられる。尚、図４（ｃ）では図示しないが、ヒーター７の発熱素子５ｃも、ピッチβがピッチγよりも広い点が異なっているのみであり、発熱素子５ｄと同様の構成を備えている。

このように、本実施の形態によれば、ピッチβが実施の形態１に示すピッチαと等しい場合、ヒーター７におけるピッチβよりも狭いピッチγを備える発熱素子５ｄがシース１の先端側に配設されているので、シース型温度センサー１００ａ又は１００ｂのシース１の先端をより一層効率良く加熱することが可能になる。これにより、シース型温度センサー１００ａ又は１００ｂのシース１を冷凍された被検温体の内部に容易に挿入することが可能になる。一方、本実施の形態に示すピッチγが実施の形態１に示すピッチαと等しい場合、ヒーター７におけるピッチγよりも広いピッチβを備える発熱素子５ｃがシース１の基端側に配設されているので、シース型温度センサー１００ａ又は１００ｂにおけるグリップ８の部分の過剰な温度上昇を、より一層効果的に抑制することが可能になる。これにより、グリップ性に優れるシース型温度センサー１００ａ又は１００ｂを提供することが可能になる。そして、これらにより、シース型温度センサー１００ａ，１００ｂの利便性が更に改善される。

尚、本実施の形態では、ヒーター７が発熱素子５ｃ（ピッチβ）と発熱素子５ｄ（ピッチγ）とを備える形態を例示しているが、このような形態に限定されることはない。例えば、ヒーター７におけるピッチがその先端側から基端側に向かうに従って緩やかに或いは段階的に広くなるような形態としても良い。かかる形態としても、本実施の形態と同様の効果を得ることが可能である。

尚、その他の点については、実施の形態１の場合と同様である。

本発明に係る温度センサー及びそれを用いる温度測定方法は、冷凍食品の内部の温度を容易にかつ正確に測定可能な温度センサー及びそれを用いる温度測定方法として、産業上の利用可能性を十分に備えている。

図１は、本発明の実施の形態１に係るシース型温度センサーの構成を模式的に示す斜視図である。 図２は、本発明の実施の形態１に係る発熱素子と測温素子及びリード線との配設形態、及び、それらの構成を模式的に示す斜視図及び断面図である。 図３は、本発明の実施の形態１に係るシース型温度センサーを用いた特徴的な温度測定方法の一例を模式的に示すフローチャートである。 図４は、本発明の実施の形態２に係る発熱素子と測温素子及びリード線との配設形態、及び、それらの構成を模式的に示す斜視図及び断面図である。 図５は、従来のシース型温度センサーの構成を模式的に示す斜視図である。

符号の説明

１ シース（保護管）
２ 測温素子
２ａ 測温接点
３ リード線
３ａ，３ｂ 導線
４ 熱電対
４ａ 高分子化合物
５ａ〜５ｄ 発熱素子
６ リード線
６ａ，６ｂ 電熱線
６ｃ 高分子化合物
７ ヒーター
８ グリップ
９ リード線
９ａ〜９ｄ 導線
１００ａ，１００ｂ シース型温度センサー
１０１ シース
１０２ 測温素子
１０３ リード線
１０３ａ，１０３ｂ 導線
１０４ 熱電対
１０５ グリップ
１０６ リード線
１０６ａ，１０６ｂ 導線
２００ シース型温度センサー
α，β，γ ピッチ

Claims (9)

1. 温度の変化に応じて電気的な物理量が変化する測温素子と、
   電力が供給されて発熱する発熱素子と、
   前記測温素子と前記発熱素子との各々を保護するための保護管とを備え、
   前記保護管が、少なくとも前記測温素子と前記発熱素子との各々を内蔵している、温度センサー。
2. 前記発熱素子が電熱線と電気絶縁性を有する高分子化合物とを備え、
   前記電熱線が、前記電気絶縁性を有する高分子化合物により被覆されている、請求項１記載の温度センサー。
3. 前記電気絶縁性を有する高分子化合物が、分子骨格内にフッ素を有するフッ素化合物である、請求項２記載の温度センサー。
4. 前記フッ素化合物が、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体の何れかである、請求項３記載の温度センサー。
5. 前記発熱素子が、前記電熱線が前記電気絶縁性を有する高分子化合物によって被覆された素線が螺旋形状に巻回されて形成されており、
   前記保護管が、前記螺旋形状を有する発熱素子を同軸状に内蔵している、請求項２記載の温度センサー。
6. 前記螺旋形状を有する発熱素子の内側に、前記測温素子が配置されている、請求項５記載の温度センサー。
7. 前記螺旋形状を有する発熱素子が、前記保護管の内周面に接触するように配置されている、請求項５記載の温度センサー。
8. 前記螺旋形状を有する発熱素子が、第１のピッチの部分を前記保護管の先端側に備えかつ前記第１のピッチの部分よりも広いピッチである第２のピッチの部分を前記保護管の基端側に備えている、請求項５記載の温度センサー。
9. 温度の変化に応じて電気的な物理量が変化する測温素子と電力が供給されて発熱する発熱素子との各々を保護管が少なくとも内蔵している温度センサーを用い、
   前記発熱素子に電力を供給して前記保護管を加熱し、
   前記加熱した保護管を接触させて冷凍された被検温体の一部を解凍しながら該被検温体の内部に前記保護管を挿入し、
   前記挿入した保護管を前記被検温体の内部で保持しながら前記発熱素子への電力の供給を停止して前記保護管の加熱を停止し、
   前記加熱を停止した保護管を前記被検温体の内部で更に保持しながら前記測温素子により該被検温体の内部の温度を測定し、その後、
   前記発熱素子に電力を再び供給して前記保護管を加熱することにより前記被検温体の一部を再び解凍しながら該保護管を該被検温体の内部から引き抜く、温度測定方法。

Images