JP2010121979A - 温度センサ及び温度分布測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 被測定部材の測定表面との距離が十分小さい場合でも、被測定部材の表面の温度分布を測定できる温度分布測定装置を実現可能な温度センサ、及び、これを用いた温度分布測定装置を提供する。
【解決手段】 温度センサ１００は、互いに並設された複数の第１温度検知線１１〜１３と、互いに並設された複数の第２温度検知線２１〜２３とを備え、第１温度検知線１１〜１３と第２温度検知線２１〜２３とは、互いに離間して交差し、第１温度検知線１１〜１３及び第２温度検知線２１〜２３のそれぞれにおいて、少なくとも第１温度検知線１１〜１３と第２温度検知線２１〜２３とが交差する部分が、温度により抵抗値が変化する感熱部１０Ａとなっていることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、温度センサ及び温度分布測定装置に関する。

近年、電子機器や建造物といった製品の安全性確認やメンテナンスの為に、これら電子機器や建造物等の表面における温度分布を測定することが行われている。この温度分布の測定をするには、一般的に測定装置として赤外線サーモグラフィが用いられる。

赤外線サーモグラフィは、被測定部材の測定表面から放射される赤外線を赤外線検知手段により検知し、この赤外線の強度を温度に変換し、この温度と赤外線を放射する測定表面の位置とを対応させることにより、被測定部材表面の温度分布を測定するものである。このようなサーモグラフィとして、レンズ等を用いた光学的走査手段により赤外線を順次走査して、走査された赤外線を受光素子等の赤外線検知手段により検知して、被測定部材の温度分布を測定する赤外線サーモグラフィが知られている（特許文献１）。
特許第３２４１５６７号公報

しかし、赤外線サーモグラフィは、被測定部材の測定表面から放射される赤外線を赤外線が放射された測定表面における被測定部全面にわたり検知するため、被測定部材から一定距離（例えば数ｍ）離れた場所において温度分布を測定する必要がある。特許文献１に記載の赤外線サーモグラフィにおいても、測定表面からの赤外線を光学的走査手段により順次走査して、走査された赤外線を検知するため、はやり被測定部材から一定距離離れた場所において温度分布が測定される。

ところで、例えば被測定部材としての建築物の壁と隣の建築物とが、殆ど離れていない場合のように、被測定部材の測定表面と測定表面から空間を隔てた他の部材との距離が小さい場合がある。このような場合、他の部材が邪魔となり被測定部材から一定距離離れた場所に赤外線サーモグラフィの設置ができないため、温度分布の測定ができない場合がある。

そこで、本発明は、被測定部材の測定表面との距離が十分小さい場合でも、被測定部材の表面の温度分布を測定できる温度分布測定装置を実現可能な温度センサ及びこれを用いた温度分布測定装置を提供することを目的とする。

本発明の温度センサは、互いに並設された複数の第１温度検知線と、互いに並設された複数の第２温度検知線と、を備え、前記第１温度検知線と前記第２温度検知線とは、互いに離間して交差し、前記第１温度検知線及び前記第２温度検知線のそれぞれにおいて、少なくとも前記第１温度検知線と前記第２温度検知線とが交差する部分が、温度により抵抗値が変化する感熱部となっていることを特徴とするものである。

このような温度センサは、互いに並設された複数の第１温度検知線と、互いに並設された複数の第２温度検知線とを備えて、各第１温度検知線と各第２温度検知線とが交差した構成となっている。このような温度センサを測定部材の測定表面上に配置すると、測定表面からの熱伝導により、第１温度検知線と第２温度検知線とが交差する部分の温度が、測定表面の温度に基づいて変化する。また、この第１温度検知線と第２温度検知線とが交差する部分は、温度により抵抗値が変化する感熱部となっており、さらに第１温度検知線と第２温度検知線とは離間しているため導通されない。このため、感熱部の抵抗値が測定表面の温度に基づいて変化し、第１温度検知線及び第２温度検知線の各抵抗値が変化する。従って、第１温度検知線と第２温度検知線の抵抗値の変化を把握することで、測定表面における温度分布の検知ができる。

このようにして、被測定部材の測定表面との距離が十分小さい場合でも、測定部材の測定表面上に温度センサを配置することで、被測定部材の測定表面における温度分布を検知することができる。

また、上記温度センサにおいて、前記感熱部は、樹脂と、前記樹脂に分散された導電性粒子とを含有するＰＴＣ組成物により構成されていることが好適である。樹脂と導電性粒子とを含有するＰＴＣ組成物は、温度変化に対する抵抗値の変化が大きい。従って、このような構成の温度センサは、より正確な温度の検知ができる。

さらに、上記温度センサにおいて、前記感熱部は、樹脂と、前記樹脂に分散された導電性粒子とを含有するＰＴＣ組成物により構成され、前記第１温度検知線及び前記第２温度検知線の全体が前記感熱部で構成されていることが好適である。このような温度センサでは、第１、第２温度検知線の全体が感熱部で構成されているため、各第１温度検知線及び各第２温度検知線を単一の部材で形成することができる。従って、温度センサを簡易な構成で安価に製造することが可能となる。

また、本発明の温度分布測定装置は、上記の温度センサと、それぞれの前記第１温度検知線の抵抗値を検出する第１抵抗検出部と、それぞれの前記第２温度検知線の抵抗値を検出する第２抵抗検出部と、前記第１抵抗検出部及び前記第２抵抗検出部の出力に基づいて、前記第１温度検知線と前記第２温度検知線とが交差する各部分における温度を算出し、前記温度センサにおける温度の分布を求める温度分布算出部と、を備えることを特徴とするものである。

このような温度分布測定装置は、上記のような被測定部材の測定表面との距離が十分小さい場合でも、被測定部材の測定表面における温度分布の検知が可能な温度センサを備えている。そして、温度センサの第１温度検知線のそれぞれの抵抗値を第１抵抗検出部で検出すると共に、温度センサの第２温度検知線のそれぞれの抵抗値を第２抵抗検出部で検出する。この検出した抵抗値を基にして、温度分布算出部において第１温度検知線と第２温度検知線とが交差するそれぞれの場所における温度を算出し、前記温度センサにおける温度分布を求める。従って、温度分布測定装置は、上記のような被測定部材の測定表面との距離が十分小さい場合でも、被測定部材の測定表面における温度分布の測定が可能となる。

本発明によれば、被測定部材の測定表面との距離が十分小さい場合でも、被測定部材の表面の温度分布を測定できる温度分布測定装置を実現可能な温度センサ及びこれを用いた温度分布測定装置が提供される。

以下、本発明に係る温度センサ及び温度分布測定装置の好適な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

（第１実施形態） 図１は、本発明の第１実施形態に係る温度分布測定装置を示す図である。

図１に示すように、温度分布測定装置１は、複数の温度検知線を有する温度センサ１００と、温度センサ１００の温度検知線と接続される第１抵抗検出部５１及び第２抵抗検出部５２と、第１抵抗検出部５１及び第２抵抗検出部５２と接続される温度分布算出部５５とを備える。

温度センサ１００は、互いに並設された第１温度検知線１１〜１３と、互いに並設された第２温度検知線２１〜２３とから構成される。

第１温度検知線１１〜１３及び第２温度検知線２１〜２３は、ＰＴＣ組成物から構成される複数の感熱部１０Ａと、各感熱部１０Ａを直列に接続する導体１０Ｃから構成される。感熱部１０Ａは、ＰＴＣ組成物から構成されるため、温度により抵抗値が変化する。なお、図１では省略して記載しているが、本実施形態において、各感熱部１０Ａは、図２に示す感熱部１０Ａにおける断面図ように、絶縁性の樹脂から構成される絶縁層１０Ｂにより被覆される。

そして、第１温度検知線１１〜１３における感熱部１０Ａと、第２温度検知線２１〜２３における感熱部１０Ａとが交差するように、第１温度検知線１１〜１３と第２温度検知線２１〜２３とが互いに離間して交差する。つまり、第１温度検知線１１〜１３及び第２温度検知線２１〜２３のそれぞれにおいて、第１温度検知線１１〜１３と第２温度検知線２１〜２３とが交差する部分が、感熱部１０Ａとなる。

なお、本実施形態においては、感熱部１０Ａが絶縁層１０Ｂにより被覆されているため、絶縁層１０Ｂが、第１温度検知線１１〜１３の感熱部１０Ａと第２温度検知線２１〜２３の感熱部１０Ａの間に介在して、第１温度検知線１１〜１３と第２温度検知線２１〜２３とが離間される。また、本実施形態においては、第１温度検知線１１〜１３と第２温度検知線２１〜２３とが、互いに直交する。

そして、第１温度検知線１１〜１３の一方の端部は、配線を介して、それぞれ第１抵抗検出部５１に接続され、他方はグランドに接続される。また、第２温度検知線２１〜２３の一方の端部は、配線を介して、それぞれ第２抵抗検出部５２に接続され、他方はグランドに接続される。

第１抵抗検出部５１は、第１温度検知線１１〜１３に電圧を与えると共に第１温度検知線１１〜１３の抵抗値を検出し、検出した抵抗値を信号として温度分布算出部５５に出力する。また、第２抵抗検出部５２は、第２温度検知線２１〜２３に電圧を与えると共に第２温度検知線２１〜２３の抵抗値を検出し、検出した抵抗値を信号として温度分布算出部５５に出力する。

温度分布算出部５５は、第１抵抗検出部５１及び第２温度検出部５２からの入力される信号により、第１、第２温度検知線１１〜２３の各抵抗値を把握する。そして、これらの抵抗値を基にして各感熱部１０Ａの各抵抗値が算出される。そして、温度分布算出部５５は、あらかじめ温度分布算出部５５に格納してある感熱部１０Ａの抵抗値と温度との関係から、どの感熱部１０Ａの温度が何度であるかを算出する。そして、あらかじめ温度分布算出部５５に格納してある各感熱部１０Ａの位置が参照されて、温度分布が求められる。

こうして、温度分布測定装置１は、温度分布の測定ができる。

このような温度分布測定装置１は、互いに並設された複数の第１温度検知線１１〜１３と、互いに並設された複数の第２温度検知線２１〜２３とを備えて、第１温度検知線１１〜１３と第２温度検知線２１〜２３とが交差した構成の温度センサ１００を備える。この温度センサ１００が被測定部材の測定表面上に配置されると、測定表面の各場所に対応する第１温度検知線１１〜１３と第２温度検知線２１〜２３とが交差する部分の温度は、測定表面からの熱伝導により測定表面の温度とに基づいた温度となる。この第１温度検知線１１〜１３と第２温度検知線２１〜２３とが交差する部分は、温度により抵抗値が変化する感熱部１０Ａとなっている。従って、各感熱部１０Ａの抵抗値は、測定表面の温度に基づいた抵抗値となる。そして、第１温度検知線１１〜１３及び第２温度検知線２１〜２３の抵抗は、各温度検知線１１〜２３のそれぞれにおける感熱部１０Ａの抵抗値の合計となる。

この第１温度検知線１１〜１３及び第２温度検知線２１〜２３の抵抗値を、抵抗検出部５１及び５２が検出する。そして、検出した第１温度検知線１１〜１３及び第２温度検知線２１〜２３の抵抗値を基にして、温度分布算出部５５が、各感熱部１０Ａの温度を算出して、温度センサ１００の温度分布を求める。この温度センサ１００の温度分布が被測定部材の測定表面の温度分布に基づいた温度分布となるため、温度センサ１００は、被測定部材の温度分布を測定することができる。

このように温度センサ１００は、被測定部材の測定表面上に配置することができるため、被測定部材の測定表面との距離が小さい場合でも、被測定部材の表面の温度分布を検知できる。また、温度分布測定装置１は、このような温度センサ１００を備えて、温度センサ１００の各感熱部の温度を算出し、被測定部材の温度分布を測定する。このため、被測定部材の測定表面との距離が小さい場合でも、被測定部材の表面の温度分布を測定することができる。

次に、感熱部１０Ａの構成要素の材料について説明する。

感熱部１０Ａは、樹脂と、前記樹脂中に分散された導電性粒子とを含有するＰＴＣ組成物から構成されている。

樹脂は、結晶性樹脂が好ましく、具体的には、ポリオレフィン樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリエステル樹脂、フッ素樹脂等を挙げることができる。

ポリオレフィン樹脂としては、例えば、高密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン等のポリエチレン類、アイソタクチックポリプロピレン、シンジオタクチックポリプロピレン等のポリプロピレン類、ポリブテン、４−メチルペンテン−１樹脂等を挙げることができる。ポリアミド系樹脂としては、例えば、ナイロン６、ナイロン８、ナイロン１１、ナイロン６６、ナイロン６１０等を挙げることができる。ポリアセタール樹脂は、モノマーによる単独重合体であっても、２種以上のモノマーによる共重合体であってもよい。ポリエステル樹脂としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート等を挙げることができる。フッ素樹脂としては、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、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（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等を挙げることができる。これら結晶性樹脂は、１種単独で用いてもよいし、２種以上をブレンドして併用してもよい。

導電性粒子としては、カーボンブラック粒子、グラファイト粒子等の炭素系粒子、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、プラチナ（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）等の金属粒子、スズ添加酸化インジウム（Indium−Tin−Oxide：ＩＴＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ_２）、フッ素添加酸化スズ（Fluorine−Tin−Oxide：ＦＴＯ）、アンチモン添加酸化スズ（Antimony−Tin−Oxide：ＡＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の導電性金属酸化物粒子等を挙げることができる。

これらの中でもカーボンブラック粒子、グラファイト粒子等の炭素系粒子が好ましい。導電性粒子として炭素系粒子を用いると、ＰＴＣ組成物は、ＰＴＣ組成物の温度上昇に対して、全体的に抵抗値が緩やかに高くなる。このため、導電性粒子として炭素系粒子を用いた感熱部１０Ａは、温度上昇に対して、全体的に抵抗値が緩やかに高くなる。従って、第１抵抗検出部５１、５２により、温度検知線１１〜２３の抵抗値の変化を細かく検知でき、第１抵抗検出部５１、５２からの出力により温度分布を求める温度分布算出部５５においても、温度分布をより詳細に求めることができるという利点がある。

炭素系粒子の平均粒径としては、特に制限されるものではないが、例えば、平均粒径が３０〜９０ｎｍであることが、電気伝導性の観点で好ましく、特に１５〜６０ｎｍであることが、ＰＴＣ組成物の抵抗を得る観点からより好ましい。なお、平均粒径は、電子顕微鏡による観察で測定した場合の値である。

（第２実施形態） 次に、本発明の第２実施形態について図３を参照して詳細に説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。図３は、本発明の第２実施形態に係る温度分布測定装置１ａを示す図である。

図３に示すように、本実施形態の温度分布測定装置１ａは、温度センサ１００ａを備えており、温度センサ１００ａの各温度検知線１１ａ〜２３ａは、ＰＴＣ組成物から構成されている。つまり、第１温度検知線１１ａ〜１３ａ及び前記第２温度検知線２１ａ〜２３aの全体が感熱部１０Ｄで構成されている。なお、本実施形態において、各温度検知線１１ａ〜２３ａの断面における構成は、図２において説明した感熱部１０Ａの断面における構成と同様であり、温度検知線１１ａ〜２３ａは、絶縁層１０Ｂで被覆されている。

本実施形態における温度センサ１００ａは、温度検知線１１ａ〜２３ａが線状に形成されたＰＴＣ組成物から構成されている。このため、各第１温度検知線１１ａ〜１３ａ及び各第２温度検知線２１ａ〜２３ａの全体を単一の部材で形成することができる。従って、温度センサ１００ａを簡易な構成で安価に製造することが可能となる。

以上、本発明について、第１、第２実施形態を例に説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。

例えば、第１、第２実施形態において、感熱部１０Ａ、１０ＤがＰＴＣ組成物で構成されたが、本発明はこれに限らない。例えば、感熱部１０Ａ、１０Ｄを白金線で構成することができる。あるいは第１実施形態において、感熱部１０Ａを炭素皮膜抵抗あるいはゲルマニウム半導体等を用いて構成することができる。感熱部１０Ａ、１０Ｄを白金線で構成すれば、感熱部１０Ａ、１０Ｄが化学的に安定するという利点がある。また、感熱部１０Ａを炭素皮膜抵抗やゲルマニウム半導体で構成すれば、極低温での温度を検知することができる。

以下、実施例及び比較例を挙げて本発明の内容をより具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。

（実施例１） 第１温度検知線を縦に４本、第２温度検知線を横に３本配置した温度センサを作成した。第１温度検知線の長さは３００ｍｍとし、第１温度検知線同士の間隔は、１００ｍｍとした。第２温度検知線の長さは４００ｍｍとし、第２温度検知線同士の間隔は、１００ｍｍとした。第１、第２温度検知線には、ＰＴＣ組成物のみから構成され、ＰＴＣ組成物が被覆されていないＰＴＣ線を用いた。このため第１温度検知線と第２温度検知線とを絶縁するために、第１温度検知線と第２温度検知線とが交差する場所において、第１温度検知線と第２温度検知線との間に厚さ０．１ｍｍのＰＥＴからなる絶縁性のフィルムを置いた。

ＰＴＣ組成物としては、結晶性樹脂中に、カーボンブラック粒子を分散させたＰＴＣ組成物を用いた。結晶性樹脂としては、ＰＶＤＦを用いた。また、カーボンブラック粒子としては、平均粒径が、３０ｎｍのものを用い、カーボンブラックの添加量を結晶性樹脂１００質量部に対してカーボンブラック粒子１０重量部とした。

このように配置した温度センサについて、第１温度検知線を端から順に第１温度検知線１、２、３、４として、第２温度検知線を端から順に第２温度検知線ａ、ｂ、ｃとした。そして、第１温度検知線１と第２温度検知線ａとが交差する場所を１−ａ等とした。

次に、ドライヤーを用いて、第１温度検知線１と第２温度検知線ａとが交差する場所１−ａを１０ｃｍ離した場所から、８０℃の熱風を３０秒間かけることで加熱した。このとき、加熱前における第１温度検知線１〜４及び第２温度検知線ａ〜ｃの各抵抗値と、加熱後における第１温度検知線１〜４及び温度検知線ａ〜ｃの各抵抗値を表１に示す。表１に示すように、第１温度検知線１及び第２温度検知線ａの抵抗値のみが１ｋΩ以上の変化となった。

（実施例２〜１２） 加熱位置を表１に示す位置としたこと以外は、実施例１と同様にした。この結果を表１に示す。表１に示すように、加熱した場所で交差している第１温度検知線及び第２温度検知線の抵抗値のみが、加熱の前後において１ｋΩ以上変化した。

このことから、加熱した場所で交差している第１温度検知線及び第２温度検知線の抵抗値のみが、大きく変化するため、加熱した場所において交差している第１温度検知線及び第２温度検知線を特定できることが分かった。

本発明の第１実施形態に係る温度分布測定装置を示す図である。 図１の感熱部１０Ａにおける断面図である。 本発明の第２実施形態に係る温度分布測定装置を示す図である。

符号の説明

１、１ａ・・・温度分布測定装置
１０Ａ、１０Ｄ・・・感熱部
１０Ｂ・・・絶縁層
１１、１２、１３、１１ａ、１２ａ、１３ａ・・・第１温度検知線
２１、２２、２３、２１ａ、２２ａ、２３ａ・・・第２温度検知線
５１・・・第１抵抗検出部
５２・・・第２抵抗検出部
５５・・・温度分布算出部

Claims (4)

1. 互いに並設された複数の第１温度検知線と、
   互いに並設された複数の第２温度検知線と、
   を備え、
   前記第１温度検知線と前記第２温度検知線とは、互いに離間して交差し、
   前記第１温度検知線及び前記第２温度検知線のそれぞれにおいて、少なくとも前記第１温度検知線と前記第２温度検知線とが交差する部分が、温度により抵抗値が変化する感熱部となっていること
   を特徴とする温度センサ。
2. 前記感熱部は、樹脂と、前記樹脂に分散された導電性粒子とを含有するＰＴＣ組成物により構成されることを特徴とする請求項１に記載の温度センサ。
3. 前記感熱部は、樹脂と、前記樹脂に分散された導電性粒子とを含有するＰＴＣ組成物により構成され、前記第１温度検知線及び前記第２温度検知線の全体が前記感熱部で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の温度センサ。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の温度センサと、
   それぞれの前記第１温度検知線の抵抗値を検出する第１抵抗検出部と、
   それぞれの前記第２温度検知線の抵抗値を検出する第２抵抗検出部と、
   前記第１抵抗検出部及び前記第２抵抗検出部の出力に基づいて、前記第１温度検知線と前記第２温度検知線とが交差する各部分における温度を算出し、前記温度センサにおける温度の分布を求める温度分布算出部と、
   を備えることを特徴とする温度分布測定装置。

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