JP2011185641A - Temperature sensor and temperature measuring device using the same - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、熱電対を用いて物体の温度測定を行う温度センサおよびその温度センサを用いた温度測定装置に関するものである。 The present invention relates to a temperature sensor that measures the temperature of an object using a thermocouple, and a temperature measurement device using the temperature sensor.
物体の温度を測定する際、接触方式で行う場合は熱電対を用いる方法が一般的である。熱電対を用いた温度センサとして最も基本的な構造は、異種金属の2本の線を結わえた接点を温度測定部位に接触させるものであるが、温度センサに絶縁性、耐熱性などを持たせるために、図8(a)(b)に示すように熱電対を被覆した構造を持つシース熱電対もよく用いられる。図8(a)は一般的に使用されているシース熱電対を示し、(b)はその先端部を示している。シース熱電対1は、シース部1aのみか、あるいは図8に示すようにシース部1aおよび補償導線部1bからなり、通常、熱電対の正極側1cと負極側1dを絶縁物1eで固めたシース部1aの先端付近に接点が設けられて温度検知部1fが構成されている。
When measuring the temperature of an object, when using the contact method, a method using a thermocouple is generally used. The most basic structure of a temperature sensor using a thermocouple is to make a contact point connecting two wires of dissimilar metals to the temperature measurement site, but to give the temperature sensor insulation, heat resistance, etc. Therefore, a sheathed thermocouple having a structure in which a thermocouple is coated as shown in FIGS. 8A and 8B is often used. FIG. 8A shows a sheath thermocouple that is generally used, and FIG. 8B shows its tip. The
このシース熱電対1を固形の温度測定対象物に接触させる方法としては、シース熱電対1の温度検知部1fを押し当てるというものが最も単純であるが、この場合、特にシース熱電対1の線径が細い場合、シース熱電対1と温度測定対象物の間に接触し続けようと押付けあう力は極めて弱く、振動などにより容易に離れてしまう事態となり得る。
As a method of bringing the
このような接触不安定性を解消することを目的として、例えば、半導体チップの中の微小領域を測定するような細線の熱電対をろう付などすることなく非破壊で安定的に接触させるために、熱電対の先端部に金属板を取り付けて、温度測定対象物との接触安定性を向上させようとするものである(例えば、特許文献1参照)。 For the purpose of eliminating such contact instability, for example, in order to make a non-destructive and stable contact without brazing a thin wire thermocouple that measures a minute region in a semiconductor chip, A metal plate is attached to the tip of the thermocouple to improve the contact stability with the temperature measurement object (see, for example, Patent Document 1).
しかし、前記特許文献1に開示された技術のように、熱電対の先端部に金属板を取り付けるものは、金属板を取り付けることで温度測定部である熱電対先端付近の熱容量が大幅に増加し、温度測定対象物の温度が変動する場合、その変動温度への応答性が著しく低下する恐れがある。
However, as in the technique disclosed in
更には、金属板が取り付けられた部位においてはある程度の剛性が得られるが、金属板のない部分においては微小域を測定するような細線の熱電対であるため、少しの力で容易に座屈変形してしまい、結果として金属板を有する熱電対先端部と温度測定対象物の接触安定性は損なわれるし、それを回避しようと金属板を別部材にて固定すると、更に熱容量が増大して応答性が低下する課題がある。 In addition, some rigidity can be obtained at the part where the metal plate is attached, but in the part without the metal plate, it is a thin wire thermocouple that measures a micro area, so it can be easily buckled with little force. As a result, the contact stability between the thermocouple tip having the metal plate and the temperature measurement object is impaired, and fixing the metal plate with another member to avoid it further increases the heat capacity. There is a problem that responsiveness decreases.
この発明は、前記のような課題を解決するためになされたもので、温度測定対象物との接触安定性を保つと共に、温度測定対象物の変動温度への応答性が良好な温度センサおよびその温度センサを用いた温度測定装置の提供を目的とするものである。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems. A temperature sensor that maintains contact stability with a temperature measurement object and has good responsiveness to a fluctuating temperature of the temperature measurement object and the temperature sensor. An object of the present invention is to provide a temperature measuring device using a temperature sensor.
この発明による温度センサは、熱電対接点がシース内部でシース先端から離れた部位に設けられたシース熱電対と、前記熱電対接点を挟むようにシース熱電対の2点を固定する固定部を有するシース熱電対支持手段と、を備えたものである。 The temperature sensor according to the present invention has a sheath thermocouple provided at a position where the thermocouple contact is separated from the sheath tip inside the sheath, and a fixing portion for fixing two points of the sheath thermocouple so as to sandwich the thermocouple contact. And a sheath thermocouple support means.
また、別の発明による温度測定装置は、前記温度センサと、温度測定対象物を保持する温度測定対象物保持手段と、前記温度センサおよび前記温度測定対象物保持手段の少なくとも一方を移動させる移動手段とを備え、任意のタイミングで前記温度センサと前記温度測定対象物の温度測定部とを接触させるものである。 According to another aspect of the present invention, there is provided a temperature measurement apparatus, wherein the temperature sensor, a temperature measurement object holding means for holding the temperature measurement object, and a moving means for moving at least one of the temperature sensor and the temperature measurement object holding means. The temperature sensor and the temperature measurement part of the temperature measurement object are brought into contact with each other at an arbitrary timing.
この発明による温度センサによれば、熱電対接点がシース内部でシース先端から離れた部位に設けられたシース熱電対と、前記熱電対接点を挟むようにシース熱電対の2点を固定する固定部を有するシース熱電対支持手段と、を備えることにより、シース熱電対を温度測定対象物にある程度の力で押し当ててもシース熱電対が変形することがなく安定的に接触状態を保て、また細線のシース熱電対であっても熱電対接点が存在する付近に熱容量を増大させる部材を取り付ける必要がないので、極めて応答性がよい状態を保つことができる。 According to the temperature sensor of the present invention, the thermocouple contact is provided inside the sheath at a position away from the distal end of the sheath, and the fixing portion that fixes the two points of the sheath thermocouple so as to sandwich the thermocouple contact. The sheath thermocouple supporting means, and even if the sheath thermocouple is pressed against the temperature measurement object with a certain amount of force, the sheath thermocouple is not deformed and can be stably maintained in contact. Even in the case of a thin-wire sheathed thermocouple, it is not necessary to attach a member that increases the heat capacity in the vicinity of the thermocouple contact, so that a highly responsive state can be maintained.
また、別の発明による温度測定装置によれば、前記温度センサと、温度測定対象物を保持する温度測定対象物保持手段と、前記温度センサおよび前記温度測定対象物保持手段の少なくとも一方を移動させる移動手段とを備え、任意のタイミングで前記温度センサと前記温度測定対象物の温度測定部とを接触させるので、温度測定対象物の同一点を断続的に繰り返し測定する際などに、温度センサの位置決め精度が良好で、更に再現性が極めてよい。 According to another embodiment of the temperature measuring apparatus, at least one of the temperature sensor, the temperature measuring object holding means for holding the temperature measuring object, and the temperature sensor and the temperature measuring object holding means is moved. Moving means, and the temperature sensor and the temperature measurement part of the temperature measurement object are brought into contact with each other at an arbitrary timing. Therefore, when the same point of the temperature measurement object is repeatedly measured repeatedly, the temperature sensor Positioning accuracy is good and reproducibility is very good.
以下、添付の図面を参照して、この発明による温度センサおよびその温度センサを用いた温度測定装置について好適な実施の形態を説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではなく、諸種の設計的変更をも包摂するものである。 Preferred embodiments of a temperature sensor according to the present invention and a temperature measuring device using the temperature sensor will be described below with reference to the accompanying drawings. It should be noted that the present invention is not limited to this embodiment, and includes various design changes.
実施の形態1.
図1は、実施の形態1による温度センサに用いられるシース熱電対の構成を説明する図で、図1(a)は全体を示し、図(b)は先端部を示している。図1において、シース熱電対1は、シース部1aおよび補償導線部1bからなり、シース部線径がφ0.5mm、長さ100mmで、シース先端から10mmの部位に接点が位置するように構成されている。そして、図1(b)に示すように、熱電対の正極側1cと負極側1dが絶縁物1eで固められ、シース先端から10mmの部位にある接点が温度検知部1fを構成している。
1A and 1B are diagrams for explaining the configuration of a sheath thermocouple used in the temperature sensor according to the first embodiment, in which FIG. 1A shows the whole and FIG. 1B shows the tip. In FIG. 1, a
そして、図2に示すように、図1のシース熱電対1のシース部先端付近と先端から20mm付近を、シース熱電対支持手段2の第1固定部2aおよび第2固定部2bで固定したものが、温度センサ3となる。温度センサ3は後述するデータ収集器(図3参照)に接続され、温度データを記録できるように構成されている。なお、図2において、符号2cはシース熱電対支持手段2の持ち手部分を示している。
As shown in FIG. 2, the
実施の形態1による温度センサは前記のように構成されており、次に、温度測定対象物の温度測定方法について図3により説明する。
温度測定対象物4は、直径φ10mmの丸棒とする。いま、温度測定対象物4の温度測定部位4aを温度測定対象物4の上から50mmの部位とする。温度測定を行う際は、シース熱電対支持手段2の持ち手部分2cを、例えば手5で掴んで温度検知部1fを温度測定部位4aに押し当てるようにして行い、測定された温度データは、シース熱電対1に接続されたデータ収集器6に記録される。
The temperature sensor according to
The temperature measurement object 4 is a round bar having a diameter of 10 mm. Now, let the
以上のように、実施の形態1による温度センサ3によれば、シース熱電対1の温度検知部1fがシース熱電対支持手段2の第1固定部2aと第2固定部2bの丁度真ん中に位置し、その温度検知部1fを丸棒のように曲面状物体からなる温度測定対象物4の表面温度測定部位4aに押し当てても、ずれることなく安定的に接触状態を保つことができ、精度良く温度測定ができる。
As described above, according to the
実施の形態2.
次に、この発明の実施の形態2について説明する。図4は実施の形態2による温度センサを説明する図である。実施の形態2による温度センサ3は、シース熱電対支持手段2にシース熱電対1を取り付けるのは実施の形態1と同じであるが、図4に示すように、シース熱電対支持手段2にシース押上部2dを設けたものである。シース押上部2dは、シース熱電対1のシース部1aをシース熱電対支持手段2の第1固定部2aおよび第2固定部2bを結ぶ線より押し上げるように、突出して設けられている。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 is a diagram illustrating a temperature sensor according to the second embodiment. The
以上のように、実施の形態2による温度センサ3によれば、図5に示すような温度測定部位4aがくぼんだ所にあったり、または平坦であったりする温度測定対象物4であっても、温度センサ3の温度検知部1fが温度センサ3の他の部分より突き出していることにより、温度測定部位4aに温度検知部1fを接触させることができ、精度良く温度測定ができる。
As described above, according to the
実施の形態3.
次に、この発明の実施の形態3について説明する。図6は実施の形態3による温度センサを説明する図である。実施の形態3による温度センサ3は、シース熱電対支持手段2にシース熱電対1を取り付けるのは実施の形態1と同じであるが、図6に示すように、シース部1aの温度検知部1f付近には、温度測定適正部位を示すマーカー1gが設けられている。このマーカー1gは、シース自身とは異なる色に印刷などで着色されている。マーカー1gは、温度測定時の繰り返しの温度測定対象物4との接触により消えにくいものであることが望ましい。なお、温度測定適正範囲は、マーカー1g以外に他の手段に基づく印であってもよい。
Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 6 is a diagram for explaining a temperature sensor according to the third embodiment. The
温度センサ3で温度測定をする際、温度測定対象物4の温度測定部位4aを、シース熱電対支持手段2に取り付けられたシース部1aの第1固定部2aと第2固定部2bとの間の任意の場所に接触させるのではなく、シース部1aの中でも接点に近い部分に接触させることが必要である。なぜなら、温度を検知するのは接点のみであり、シース部1aの接点から離れた部位に温度測定部位4aを接触させても正しい温度を検知できない。
When measuring the temperature with the
そこで、実施の形態3による温度センサ3のように、接点が埋め込まれている温度検知部1fを温度測定適正範囲としてマーカー1gにて明示することで、目視するだけで正しく温度検知部1fが温度測定部位4aに接触していることが確認でき、極めて精度よく、かつ再現性に優れた温度測定ができる。
Therefore, like the
実施の形態4.
次に、この発明の実施の形態4について説明する。図7は実施の形態1で説明した温度センサを用いて、丸棒からなる温度測定対象物の表面温度を測定する温度測定装置の実施の形態を説明する図であり、図1〜図3と同一部分には同一符号を付している。
Embodiment 4 FIG.
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 7 is a diagram for explaining an embodiment of a temperature measuring device for measuring the surface temperature of a temperature measuring object made of a round bar using the temperature sensor described in the first embodiment. The same parts are denoted by the same reference numerals.
図7において、温度測定対象物4は直径φ10mmの丸棒であり、温度測定部位4aは丸棒の上から30mmの部位とする。そして、温度測定対象物4は、温度測定対象物保持手段7によって保持される。また、温度センサ3は、温度センサ保持手段8に固定され、温度センサ保持手段8は、レール9およびエアシリンダー10を備えた温度センサ移動手段11に取り付けられている。温度センサ移動手段11は、手動または自動で任意のタイミングで温度センサ3の温度検知部1fと温度測定対象物4の温度測定部位4aとを接触させることができる。なお、データ収集器6、温度測定対象物保持手段7、温度センサ移動手段11は、底板12に載置されている。
In FIG. 7, the temperature measurement object 4 is a round bar having a diameter of 10 mm, and the
前記においては、温度測定対象物保持手段7を固定状態とし、温度センサ保持手段8を移動できるように構成したが、これとは逆に温度センサ保持手段8を固定状態とし、温度測定対象物保持手段7を移動できるように構成してもよく、また、温度センサ保持手段8と温度測定対象物保持手段7の両者を移動できるように構成してもよい。
In the above, the temperature measurement object holding means 7 is fixed and the temperature sensor holding means 8 can be moved. On the contrary, the temperature sensor holding means 8 is fixed and the temperature measurement object holding means 8 is held. The
実施の形態4による温度測定装置は前記のように構成されており、この構成により、温度測定対象物4の丸棒が複数ある場合も、温度測定対象物保持手段7により常に温度測定装置の決められたところに固定できるし、また温度センサ3の温度検知部1fも、温度測定対象物4の決められた部位に接触できるため、極めて精度よく、かつ再現性のよい温度測定ができる。
The temperature measurement device according to the fourth embodiment is configured as described above. With this configuration, even when there are a plurality of round bars of the temperature measurement object 4, the temperature measurement object holding means 7 always determines the temperature measurement device. The
更には、温度センサ移動手段11が接触荷重付与手段であるエアシリンダー10で駆動されることにより、温度センサ3と温度測定対象物4の接触荷重を所定値にできるし、空気圧を変えることで接触荷重を調整できる。
Furthermore, when the temperature sensor moving means 11 is driven by the
熱電対による温度測定は熱電対と温度測定対象物の接触荷重により接触熱伝達率が変化するため、実施の形態4による温度測定装置のように、等荷重を保障できるということは再現性に優れた温度測定ができるという効果が得られる。また、複数ある温度測定対象物4の形状が違うもの、例えば直径φ10mmの丸棒が実際は丸棒ごとに若干直径が異なるというような場合においても、等荷重を保障することで再現性のある温度測定ができる。 Temperature measurement using a thermocouple changes the contact heat transfer coefficient depending on the contact load between the thermocouple and the temperature measurement object, so that the equal load can be guaranteed as in the temperature measurement device according to the fourth embodiment, which is excellent in reproducibility. The effect that the temperature can be measured is obtained. Further, even when a plurality of temperature measurement objects 4 have different shapes, for example, a round bar having a diameter of 10 mm actually has a slightly different diameter for each round bar, a temperature with reproducibility is ensured by ensuring equal load. Can measure.
1 シース熱電対
1a シース部
1b 補償導線部
1c 熱電対の正極側
1d 熱電対の負極側
1e 絶縁物
1f 温度検知部(接点)
1g マーカー
2 シース熱電対支持手段
2a 第1固定部
2b 第2固定部
2c シース熱電対支持手段の持ち手部分
2d シース押上部
3 温度センサ
4 温度測定対象物
4a 温度測定部位
5 手
6 データ収集器
7 温度測定対象物保持手段
8 温度センサ保持手段
9 レール
10 エアシリンダー
11 温度センサ移動手段
12 底板
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記熱電対接点を挟むようにシース熱電対の2点を固定する固定部を有するシース熱電対支持手段と、
を備えたことを特徴とする温度センサ。 A sheath thermocouple in which a thermocouple contact is provided in a portion away from the sheath tip inside the sheath;
Sheath thermocouple support means having a fixing portion for fixing two points of the sheath thermocouple so as to sandwich the thermocouple contact;
A temperature sensor comprising:
温度測定対象物を保持する温度測定対象物保持手段と、
前記温度センサおよび前記温度測定対象物保持手段の少なくとも一方を移動させる移動手段とを備え、
任意のタイミングで前記温度センサと前記温度測定対象物の温度測定部とを接触させることを特徴とする温度測定装置。 A temperature sensor according to claim 1;
Temperature measurement object holding means for holding the temperature measurement object;
Moving means for moving at least one of the temperature sensor and the temperature measurement object holding means,
A temperature measurement apparatus, wherein the temperature sensor and a temperature measurement unit of the temperature measurement object are brought into contact at an arbitrary timing.
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---|---|---|---|---|
CN103364095A (en) * | 2012-03-29 | 2013-10-23 | 蒂尔克&希尔英格有限公司 | Immersion temperature sensor |
WO2017032000A1 (en) * | 2015-08-26 | 2017-03-02 | 广州特种承压设备检测研究院 | Apparatus and method for detecting hot-melt welder temperature of polyethylene pressure pipe |
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JP2006017556A (en) * | 2004-06-30 | 2006-01-19 | Yamari Sangyo Kk | Sheathed thermocouple |
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2010
- 2010-03-05 JP JP2010049149A patent/JP2011185641A/en active Pending
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