JP2010091310A - 接触式温度計 - Google Patents

Abstract

【課題】被測温体との接触面積の不足による被測温体の表面温度の誤測定を防止することができる接触式温度計を提供する。
【解決方法】接触式温度計１０は、被測温体９０に当接する接触板３０と、接触板３０の温度を測定する熱電対４０と、接触板３０を被測温体９０に向けて押圧する複数の押圧棒５０ａ，５０ｂ，５０ｃと、複数の押圧棒５０ａ，５０ｂ，５０ｃの被測温体９０と反対側へのストロークを検出するストロークセンサ６０ａ，６０ｂ，６０ｃと、ストロークセンサ６０ａ，６０ｂ，６０ｃの検出結果から、被測温体９０と接触板３０の接触面積不足を検出するセンサ信号処理手段７０を備えている。これによって、被測温体９０と接触板３０の接触面積が不足しているか否かを検出することができ、被測温体９０と接触板３０の接触面積の不足による被測温体の表面温度の誤測定を防止することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、被測温体に接触して、被測温体の温度を測定する接触式温度計に関する。特に、被測温体の温度を測定する際に、被測温体と接触式温度計の接触面積不足を検出する手段を備えた接触式温度計に関する。

特許文献１，２に、被測温体の表面に接触して、被測温体の温度を測定する接触式温度計が開示されている。これらの接触式温度計は、被測温体に当接する接触板と、接触板の温度を測定する温度センサを備えている。これらの接触式温度計を用いて被測温体の温度を測定する際には、接触板を被測温体に接触させ、接触板を介して被測温体の表面温度を測定する。

接触式温度計を用いて被測温体の温度を精度良く測定する場合、接触板と被測温体の接触を十分に確保しておく必要がある。接触板と被測温体の接触が不十分であると、被測温体から接触板へ熱を十分に伝達することができない。そのため、被測温体と接触板の温度に差が生じてしまい、被測温体の表面温度を正確に測定することができない。

特許文献１の温度検出器では、接触板を被測温体に向けて押圧する複数の押圧棒を備えている。被測温体の温度を測定する際には、複数の押圧棒を用いて接触板を被測温体に押圧する。これによって、接触板と被測温体の接触圧力を向上させることができる。
また、特許文献２の表面温度計では、測定子（接触板）が弾性的に押圧可能なベローズによって支持されており、また測定子には歪みゲージが設けられている。被測温体の温度を測定する際には、ベローズが測定子を被測温体に弾性的に押圧接触するとともに、歪みゲージが測定子の歪みを測定する。測定子の歪みを一定に保つようにベローズの押圧を制御することで、測定子と被測温体の接触圧力が一定に保たれ、同一の接触圧力における被測温体の表面温度を測定することができる。特許文献１，２の技術を用いることで、接触板と被測温体の接触圧力を向上させることができる。

特開昭６１−２４３３３３号公報 特開平３−２６１８３４号公報

特許文献１，２の技術を用いた場合でも、被測温体と接触板の表面形状によっては、接触板と被測温体の一部のみしか接触させることができず、接触板と被測温体に十分な接触面積を確保することができないことがある。接触板と被測温体の接触面積が不足していると、被測温体から接触板への熱伝達が不十分となり、被測温体と接触板の温度に差が生じてしまう。この場合、被測温体の温度を正しく測定することができない。つまり、特許文献１，２の技術を用いても、接触板と被測温体の接触面積が不足していれば、被測温体の表面温度を誤測定してしまうことがある。
本発明は上記の問題を解決する。すなわち本発明は、接触式温度計において接触板と被測温体の接触面積の不足による被測温体の表面温度の誤測定を防止する技術を提供することを目的としている。

本発明は、被測温体に直接接触して、被測温体の温度を測定する接触式温度計に関する。この接触式温度計は、被測温体に当接する接触板と、接触板の温度を測定する温度センサと、接触板を被測温体に向けて押圧する複数の押圧棒と、複数の押圧棒の被測温体と反対側へのストロークを検出するストローク検出手段と、ストローク検出手段の検出結果から、被測温体と接触板の接触面積不足を検出する接触状態検出手段を備えている。

被測温体の温度を測定する際に、接触板と被測温体が接触すると、被測温体に当接した部分の接触板が被測温体と反対側へと押され、この部分の接触板を押圧していた押圧棒が被測温体と反対側へとストロークする。本発明の接触式温度計はストローク検出手段を備えており、ストローク検出手段が上記ストロークを検出する。さらに、本発明の接触式温度計は接触状態検出手段を備えており、ストローク検出手段が検出した上記ストロークの結果から、被測温体と接触板の接触面積不足を検出する。具体的には、ストロークが検出された押圧棒に対しては、その押圧棒が押圧する部分の接触板が被測温体に接触したと判断する。逆に、ストロークが検出されない押圧棒に対しては、その押圧棒が押圧する部分の接触板が被測温体に接触していないと判断する。複数の押圧棒について前記の判別を行うことで、被測温体と接触板の接触面積が不足しているか否かが検出される。

本発明の接触式温度計によると、被測温体の温度を測定する際に、接触板と被測温体の接触面積が不足しているか否かを検出することができる。それにより、接触板と被測温体の接触面積が不足した状態で、被測温体の温度を誤測定してしまうようなことが防止される。接触板と被測温体の接触面積が十分に確保された状態で被測温体の温度を測定することができ、被測温体の温度を精度良く測定することができる。

本発明の接触状態検出手段は、ストローク検出手段によってストロークが検出された押圧棒の本数が既定の判定本数以下であるときに、接触面積不足と検出することが好ましい。
上記のように接触面積不足をストロークが検出された押圧棒の本数を用いて検出することで、接触板と被測温体の接触面積が不足しているか否かを明確に判断することができる。

本発明によれば、接触板と被測温体の接触面積が不足しているか否かを検出する手段を備えた接触式温度計が実現される。この接触式温度計を用いることで、接触板と被測温体の接触面積の不足による被測温体の表面温度の誤測定を防止することができ、被測温体の温度を精度よく測定することができる。

以下に説明する実施例の主要な特徴を最初に整理する。
（特徴１） 温度センサの感温部は、被測温体と接触板の接触領域の中央部に設けられている。
（特徴２） 接触板の温度センサの感温部が設けられている部位を、１つの押圧棒が押圧している。
（特徴３） ストローク検出手段は、押圧棒のストローク量が所定値よりも大きい場合にストロークが有ったと検出し、押圧棒のストローク量が所定値以下の場合にストロークが無かったと検出する。
（特徴４） ストローク検出手段は、各々の押圧棒毎に設けられている。
（特徴５） ストローク検出手段は、複数の押圧棒に対して１つ設けられている。

本発明を具現化した実施例について図面を参照しながら説明する。図１は本実施例の接触式温度計１０の断面図を示す。接触式温度計１０は、接触板３０を被測温体９０に接触させ、接触板３０に感温部４２が接触している熱電対４０を用いて被測温体９０の温度を測定する装置である。

図１に示すように、接触式温度計１０は、ホルダー２０と、支持板２２と、接触板３０と、熱電対４０と、押圧棒５０と、バネ５２と、ストロークセンサ６０と、センサ信号処理手段７０を備えている。
ホルダー２０は円筒形状をした筐体であり、その内部に支持板２２が設置されている。支持板２２は、ホルダー２０の軸方向に垂直となる向きでホルダー２０に対して固定されており、その内部に複数の貫通孔２４が形成されている。
ホルダー２０の内部には、複数の押圧棒５０ａ，５０ｂ，５０ｃが設置されている。複数の押圧棒５０ａ，５０ｂ，５０ｃは、それらの軸方向がホルダー２０の軸方向と平行になるように配置されている。各々の押圧棒５０は、支持板２２に形成されている貫通孔２４にそれぞれ挿通されている。各々の押圧棒５０には、その一部に他の部分よりも大径な大径部５４が形成されている。大径部５４は、支持板２２に対して、ホルダー２０の開口端２０ａ（図1中の下端）側に位置している。

ホルダー２０に固定された支持板２２と押圧棒５０の大径部５４の間には、コイル状のバネ５２が配置されている。バネ５２の内孔には、押圧棒５０が挿通されている。押圧棒５０が図１中の上方に移動すると、バネ５２が圧縮され、押圧棒５０はバネ５２の弾性力によって図中の下方に押圧される。
接触板３０は、ホルダー２０の開口端２０ａに臨む位置に設けられており、その一部がホルダー２０の開口端２０ａから外部に突出している。接触板３０は、ステンレス板等の金属板であり、帯状に形成され弾性を有している。接触板３０は、その端部３２がホルダー２０に対して固定されており、その裏面３０ｂに押圧棒５０の下端が当接している。接触板３０が被測温体９０と接触していない状態で、押圧棒５０に設けられたバネ５２は圧縮された状態となっており、接触板３０は押圧棒５０によってホルダー２０の開口端２０ａから突出する向きに押圧されている。被測温体９０の温度を測定する際には、突出した接触板３０が被測温体９０の表面に当接する。このとき、接触板３０は弾性変形するとともに、押圧棒５０がバネ５２の押圧力に抗して上方に移動する。

接触板３０の裏面３０ｂに、熱電対４０の感温部４２が当接している。感温部４２はホルダー２０の中心軸上に配置されている。感温部４２は、同じくホルダー２０の中心軸上に配置されている押圧棒５０ｂによって、裏面３０ｂから表面３０ａへと押圧されている。被測温体９０の温度を測定する際に、接触板３０が被測温体９０の表面に当接すると、熱電対４０が接触板３０を介して感温部４２に伝達された被測温体９０の表面温度を測定する。

ストロークセンサ６０ａ，６０ｂ，６０ｃがホルダー２０の内壁に支持されている。ストロークセンサ６０は、磁気的または光学的な近接センサである。接触板３０が被測温体９０に接触することによって、押圧棒５０の大径部５４が自然長位置よりも支持板２２に近づく向きに移動する。つまり、押圧棒５０が被測温体９０と反対側に移動する。ストロークセンサ６０は、この移動によって押圧棒５０が、図２に示すように、ストロークセンサ６０に近接するように移動（以後、移動をストロークと呼ぶこともある）した場合に、ストロークが有ったと検出する。逆に、押圧棒５０がストロークセンサ６０に近接するように移動しなかった場合に、ストロークが無かったと検出する。ストロークセンサ６０は、押圧棒５０毎に設けられており、ストロークセンサ６０ａは押圧棒５０ａのストロークを検出し、ストロークセンサ６０ｂは押圧棒５０ｂのストロークを検出し、ストロークセンサ６０ｃは押圧棒５０ｃのストロークを検出する。

センサ信号処理手段７０がホルダー２０の外部に配置されており、配線によってストロークセンサ６０に接続されている。センサ信号処理手段７０はストロークセンサ６０の検出結果が入力されており、センサ信号処理手段７０は、この検出結果に基づいて被測温体９０と接触板３０の接触面積が不足しているか否かを判断する。押圧棒５０のストロークが有った場合には、その押圧棒５０が当接している部分の接触板３０が被測温体９０に当接していると判断することができる。一方、押圧棒５０のストロークが無かった場合には、その押圧棒５０が当接している部分の接触板３０が被測温体９０に当接していないと判断することができる。つまり、ストロークが有ったと検出したストロークセンサ６０の数（これは、ストロークした押圧棒５０の本数に等しい）は、被測温体９０と接触板３０の接触面積に対応する。センサ信号処理手段７０は、この対応関係に基づいて、ストロークした押圧棒５０の本数から、被測温体９０と接触板３０の接触面積不足を検出する。

接触式温度計１０の動作を、図１〜図４を用いて説明する。なお、図２以降では、熱電対４０については感温部４２以外の部位の記載を省略する。
図１は、接触式温度計１０が被測温体９０に接触する前の状態を示す。図１の状態からホルダー２０の開口端２０ａを被測温体９０に近づけると、ホルダー２０の開口端２０ａから突出している接触板３０の中央部が被測温体９０に接触する。さらにホルダー２０の開口端２０ａを被測温体９０に押し付けることで、図２に示すように、接触板３０がホルダー２０の内部へと押し込まれる。これによって、接触板３０の裏面３０ｂを押圧している押圧棒５０が、バネ５２の押圧力に抗して被測温体９０と反対側（図１中の上方）へストロークする。

押圧棒５０のストロークよって、押圧棒５０がストロークセンサ６０に近接すると、ストロークセンサ６０は各々対応する押圧棒５０にストロークが有ったことを検出する。各々のストロークセンサ６０はセンサ信号処理手段７０に別々に接続されており、各々ストロークセンサ６０の検出結果がセンサ信号処理手段７０に入力される。これにより、センサ信号処理手段７０には、ストロークが有った押圧棒５０の本数が入力される。図２に示すように、被測温体９０の表面が接触式温度計１０に対して傾いていない場合、全ての押圧棒５０がストロークし、ストロークセンサ６０を通してその結果がセンサ信号処理手段７０に入力される。

センサ信号処理手段７０は、ストロークが有った押圧棒５０の本数を取得し、予め設定されている判定本数と比較する。取得した押圧棒５０の本数が判定本数よりも大きい場合には、被測温体９０と接触板３０の接触面積が判定本数に対応した基準面積よりも広いと判断する。接触板３０と被測温体９０の接触面積が基準面積よりも広い場合、被測温体９０から接触板３０へと熱を十分に伝達することができ、熱電対を用いて被測温体９０の温度を精度良く測定することができる。そのため、被測温体９０の表面温度の測定が続行され、被測温体９０の表面温度の測定結果が出力される。図２に示すように、全ての押圧棒５０がストロークすると、センサ信号処理手段７０はストロークセンサ６０が検出した押圧棒５０の本数「３」を取得する。センサ信号処理手段７０は予め設定されている判定本数「２」と比較し、センサ信号処理手段７０は取得した押圧棒５０の本数「３」が判定本数「２」よりも大きいと判断する。これによって、接触板３０と被測温体９０の接触面積が基準面積よりも広いことが検出され、被測温体９０の測定が実行される。

被測温体９０の表面形状によっては、被測温体９０の表面が接触式温度計１０に対して傾いている場合がある。被測温体９０の表面が接触式温度計１０に対して傾いている場合でも、図３に示すように、接触板３０と被測温体９０が広い接触面積を有する場合には、被測温体９０から接触板３０へと熱を十分に伝達することができ、被測温体９０の表面温度を精度良く測定することができる。接触板３０と被測温体９０が広い接触面積を有する場合、接触板３０と被測温体９０の接触によって多くの押圧棒５０がストロークする。そのため、ストロークが有った押圧棒５０の本数から接触板３０と被測温体９０の接触面積が基準面積よりも広いことが検出される。図３に示すように、被測温体９０の表面が接触式温度計１０に対して傾いている場合でも、ストロークセンサ６０が検出した押圧棒５０の本数「３」がセンサ信号処理手段７０に入力された場合には、取得した押圧棒５０の本数「３」が判定本数「２」よりも大きいと判断され、被測温体９０の測定が実行される。

図４に示すように、接触式温度計１０に対する被測温体９０の表面の傾きが大きい場合、接触板３０と被測温体９０を十分に接触させることができず、接触板３０と被測温体９０の接触面積が狭くなる。この場合、被測温体９０から接触板３０へと熱を十分に伝達することができず、被測温体９０の温度を精度良く測定することができない。本実施例の接触式温度計１０では、図４に示すように、接触板３０と被測温体９０の接触面積が狭い場合には、ストロークが有ったと検出される押圧棒５０の本数が減少する。取得した押圧棒５０の本数が判定本数以下となった場合には、被測温体９０と接触板３０の接触面積が判定本数に対応した基準面積よりも狭いことが検出される。この場合、被測温体９０と接触板３０の接触面積が不足していることが図示しないランプ等によって報知され、被測温体９０の表面温度の測定が中断される。

図４に示すように、被測温体９０の表面の傾きが大きい場合、押圧棒５０ａがストロークせず、これによってストロークセンサ６０ａは押圧棒５０ａにストロークが無かったことを検出する。そのため、センサ信号処理手段７０はストロークセンサ６０ｂ，６０ｃが検出した押圧棒５０の本数「２」を取得する。センサ信号処理手段７０は予め設定されている判定本数「２」と比較し、センサ信号処理手段７０は取得した入力された押圧棒５０の本数「２」が判定本数「２」以下であると判断する。これによって、接触板３０と被測温体９０の接触面積が基準面積よりも狭いことが検出され、接触板３０と被測温体９０の接触面積不足が報知されるとともに、被測温体９０の測定が中断される。被測温体９０の測定が中断された場合、接触板３０と被測温体９０のいずれか一方の姿勢を調整し、再び被測温体９０の表面温度の測定が行われてもよい。

本実施例の接触式温度計１０では、接触板３０と被測温体９０の接触面積が広く、被測温体９０から接触板３０へと熱を十分に伝達することができる場合には、被測温体９０の表面温度の測定を実行し、接触板３０と被測温体９０の接触面積が狭く、被測温体９０から接触板３０へと熱を十分に伝達することができない場合には、測定を中断する。本実施例によれば、接触板３０と被測温体９０の接触面積が狭く、被測温体９０から接触板３０へと熱を十分に伝達することができない場合に被測温体９０の測定が実行されることが防止される。これによって、接触面積が確保された状態で被測温体９０の表面温度を測定することができ、被測温体９０の温度を精度よく測定することができる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
例えば、接触式温度計１０に内在している押圧棒５０の本数、あるいはセンサ信号処理手段７０に予め設定されている判定本数は具体例に限定されない。必要に応じて様々に変更することができる。
また、被測温体９０の温度を測定する感温素子も熱電対４０に限定されない。サーモグラフィなどの非接触式の感温素子を用いて接触板３０の表面温度を測定してもよい。

押圧棒のストロークを検出するストロークセンサは、押圧棒毎に設けられてもよければ、全ての押圧棒に対して１つ設けられていてもよい。１つのストロークセンサ１６０によって、全ての押圧棒１５０のストロークを検出する構成を含んだ接触式温度計１１０の部分拡大図を図５に示す。ストロークセンサ１６０は発光素子１６０ａと受光素子１６０ｂを備えており、発光素子１６０ａと受光素子１６０ｂは複数の押圧棒１５０を挟んで対向する位置に配置されている。ストロークセンサ１６０は、押圧棒１５０が自然長位置に停止しているときに、押圧棒１５０に近接する位置に配置されている。そのため、接触式温度計１１０では、押圧棒５０がストロークしていない状態で、発光素子１６０ａと受光素子１６０ｂの間に押圧棒１５０が存在しており、発光素子１６０ａからの光が受光素子１６０ｂに受光されない。押圧棒１５０には、径方向に貫通する貫通孔１５８が形成されている。

図６に示すように、接触板が被測温体に接触することによって押圧棒１５０がストロークすると、発光素子１６０ａと受光素子１６０ｂを結ぶ直線上に貫通孔１５８が配置される。そのため、接触板が被測温体に接触することによって押圧棒１５０がストロークすると、貫通孔１５８を通して発光素子１６０ａからの光が受光素子１６０ｂに受光され、全ての押圧棒１５０がストロークしたことが検出される。ストロークしない押圧棒５０が存在する場合、ストロークしない押圧棒５０によって、発光素子１６０ａからの光が遮られ、受光素子１６０ｂに受光されない。これによって、一部の押圧棒５０がストロークしていないことが検出される。
接触式温度計１１０では、１つのストロークセンサ１６０によって、全ての押圧棒１５０のストロークを検出する構成とすることで、接触式温度計１１０に必要とされるストロークセンサ１６０の個数を減らすことができる。

押圧棒５０がエンコーダを備えている場合、ストロークセンサ６０は押圧棒５０の位置をエンコーダによって検出し、その移動量をエンコーダのカウンター値から算出してもよい。この場合には、ストロークセンサ６０は必ずしもホルダー２０の内壁に支持しておく必要がない。ストロークセンサ６０は、エンコーダのカウンター値から押圧棒５０の移動量を計測し、ストロークの有無を検出する。

また、バネ５２の変形量を検出できる場合には、バネの変形量から押圧棒５０のストロークを検出してもよい。また、バネの変形量はバネの弾性力に比例する。そのため、バネ５２の変形量を検出する代わりに、バネの弾性力を測定し、その測定結果から押圧棒のストロークを検出してもよい。

本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

接触式温度計１０の構成を模式的に示す図である。 接触式温度計１０を用いて被測温体９０の温度を測定する様子を示す図である。 接触式温度計１０を用いて被測温体９０の温度を測定する様子を示す図である。 接触式温度計１０を用いて被測温体９０の温度を測定する様子を示す図である。 接触式温度計１１０の拡大図を示す図である。 接触式温度計１１０を用いて被測温体の温度を測定する様子を示す図である。

符号の説明

１０ 接触式温度計
２０ ホルダー
２２ 支持板
２４ 貫通孔
３０ 接触板
３２ 端部
４０ 熱電対
４２ 感温部
５０ 押圧棒
５２ バネ
５４ 大径部
６０ ストロークセンサ
６２ 感温部
７０ センサ信号処理手段
９０ 被測温体
１５８ 貫通孔
１６０ ストロークセンサ

Claims (2)

1. 被測温体に当接する接触板と、
   前記接触板の温度を測定する温度センサと、
   前記接触板を前記被測温体に向けて押圧する複数の押圧棒と、
   前記複数の押圧棒の前記被測温体と反対側へのストロークを検出するストローク検出手段と、
   前記ストローク検出手段の検出結果から、前記被測温体と前記接触板の接触面積不足を検出する接触状態検出手段を備える接触式温度計。
2. 前記接触状態検出手段は、前記ストローク検出手段によってストロークが検出された押圧棒の本数が既定の判定本数以下であるときに、接触面積不足と検出することを特徴とする請求項１に記載の接触式温度計。

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