JP2010121979A - 温度センサ及び温度分布測定装置 - Google Patents
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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
【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(SnO2)、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。
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
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)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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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