JP2012207932A - 温度分布測定センサ - Google Patents

Abstract

【課題】従来の挿入形の中心温度計では、一つの熱電対や抵抗温度計のような感温素子が、測定対象の温度を測定するため、１回の中心温度計の挿入で測定対象内部の温度分布を測定することが出来なかった。
【解決手段】本件発明では、管状の挿入管と、前記挿入管内部に配置される複数の熱電対と、からなり、前記複数の熱電対は、前記挿入管の長さ方向に互いに異なる位置にそれぞれの熱電対の測温接点が配置されるように構成され、それぞれの測温接点は、挿入管外側面に露出するように配置される、温度分布測定センサを提供する。
【選択図】図１

Description

本件発明は、例えば測定対象に挿入し、温度を測定する温度センサにおいて、測定対象への挿入方向に多数の温度測定ポイントを有し、この温度測定ポイントが温度センサの長さ方向、すなわち測定対象への挿入方向に対して互いにずらして配置することで、測定対象の温度分布を測定可能な温度分布測定センサである。

従来、温度分布を測定するためには、一般的に熱電対のような接触型温度センサを、測定を行う範囲に複数配置し、それぞれの熱電対の温度値から、温度分布を求めるのが一般的であった。

近年では、サーモグラフィのような熱画像装置を用いることで、測定対象の表面温度分布を容易に測定することが可能となっている。このような熱画像装置は、先にも述べたように、測定対象の表面温度を測定することが可能であるが、測定対象の内部の温度を測定することは出来ない。

測定対象の内部の温度を測定するには、測定対象に温度センサを挿入し温度を測定する方法がある。例えば、特許文献１に示した挿入形温度センサでは、測定時に、温度センサの先端を、測定対象に挿入し、温度計測を行っている。

特願２０１０−２６４５１５ 特開平０９−２１０８０７

特許文献１に示した挿入形の中心温度計では、先端に配置された１つの熱電対や抵抗温度計のような感温素子が、測定対象の温度を測定する。このため、測定される温度は１つだけであり、温度分布を測定するには、何度も挿入する長さを変化させて内部の温度を測定し温度分布とする必要があった。このような方法では、測定に時間がかかるため、測定対象の温度の変化が生じる可能性や、何度も温度計の先端を抜き差しすることが外乱となり、測定対象の温度変化等、正確な温度測定が行われなくなる恐れがある。

また、特許文献１や特許文献２の感温素子は、ステンレスなどの金属製の保護管内部に配置されているため、応答性が悪い。さらに、特許文献２のように、保護管内部に複数の感温素子を配置した場合でも、測定対象物からの熱が保護管を伝わり、保護管内部の感温素子に到達する間に、感温素子管の温度分布が均一化され、正確な温度分布を測定できない可能性がある。

そこで、本件発明では、上記問題を鑑み、以下の温度分布測定センサおよび外管付き温度分布測定センサを提供する。第一の発明としては、管状の挿入管と、前記挿入管内部に配置される複数の熱電対と、からなり、前記複数の熱電対は、前記挿入管の長さ方向に互いに異なる位置にそれぞれの熱電対の測温接点が配置されるように構成され、それぞれの測温接点は、挿入管外側面に露出するように配置される、温度分布測定センサを提供する。

第二の発明としては、管状であって、測定対象に挿入するために先端が針状に形成された外管と、前記外管の内部に内接して嵌合可能に形成され、外管と嵌合状態で外管と同様に先端が針状に形成された棒状体と、第一の発明に記載の温度分布測定センサとから構成され、温度測定時に、外管と棒状体が嵌合状態で針状の先端から測定対象に挿入し、前記外管と嵌合状態の前記棒状体を測定対象から引き抜き、棒状体を引き抜いた外管の内側に温度分布測定センサを挿入し、外管を測定対象から引き抜くことで、測定対象内部の温度分布を測定する外管付き温度分布測定センサを提供する。

本件発明の温度分布測定センサのように、温度分布測定センサを測定対象に挿入し、温度測定を行うことで、測温接点を長さ方向に互いに異なる位置に配置されているため、測定対象の温度分布を測定することが可能となる。また、測温接点を測定対象に直接接触して温度測定が可能なように、表面に露出して配置することで、速い応答性で正確な温度分布を測定することが可能となる。

また、本件発明の外管付き温度分布測定センサのように温度分布測定センサを測定対象に挿入する際に、外管および棒状体を用いることで、より硬い測定対象など、温度分布測定対象に対して挿入しにくい測定対象に対して、挿入しやすくすることが可能となる。

実施形態１の温度分布測定センサを説明するための断面概念図 実施形態１の温度分布測定センサを説明するための断面概念図 実施形態１の温度分布測定センサを説明するための斜視概念図 実施形態２の外管付き温度分布測定センサを説明するための断面概念図 実施形態２の外管付き温度分布測定センサの使用方法を説明するための概念図

以下、本件発明の実施の形態について、添付図面を用いて説明する。なお、本件発明は、これら実施形態に何ら限定されるべきものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得る。

実施形態１は主に請求項１などに関する。実施形態２は主に請求項２などに関する。
＜＜実施形態１＞＞
＜実施形態１ 概要＞

本実施形態は、測定対象に挿入して温度測定を行う温度センサであって、挿入管の長さ方向の異なる位置に複数の測温接点を配置することで、測定対象の内部の温度分布を測定可能な温度センサである。
＜実施形態１ 構成＞

図１に本実施形態の本実施形態の温度分布測定センサは、管状の挿入管（０１０１）と、前記挿入管内部に配置される複数の熱電対（０１０２）と、からなり、前記複数の熱電対は、前記挿入管の長さ方向に互いに異なる位置にそれぞれの熱電対の測温接点（０１０３）が配置されるように構成され、それぞれの測温接点は、挿入管外側面に露出するように配置される。

「挿入管」は、内部に空洞を有する管である。内部には、後述する熱電対が配置されている。この挿入管を、温度測定を行う対象へ挿入し、温度分布の測定を行う。このため挿入管は、測定対象へ挿入するだけの強度を有する必要がある。このため、挿入管を構成する材料としては、ステンレスやチタン、アルミニウムのような金属材料などが適している。ABS樹脂やポリスチレンなどの樹脂材料であってもよいが、測定対象が硬い場合には、破損の恐れがあるため、想定される測定対象に応じて、使用する材料は適宜決定すればよい。

挿入管は、先にも述べたように温度測定対象に対して挿入して温度分布を測定する。このため、挿入管の先端（測定対象へ挿入される端）を、測定対象へ挿入しやすいように、針状に鋭く加工してもよい。具体的には、挿入管は中空の管であるので、注射針のように先端を斜めにカットすることで、針状に加工することが可能である。

また、挿入管には、後述する測温接点を挿入管外側面に露出するための孔やスリットが設けられている。挿入管に設けられた測温接点を挿入管外側面に露出するための孔やスリットについての詳細は、後述する。

尚、挿入管の先端は、閉じてあっても開いていてもよい。複数の熱電対は、熱電対同士を樹脂で固めて配置することも可能である。このため、複数の熱電対同士を樹脂で固めた場合には、挿入管の先端を閉じずに開けていても、本実施形態の温度分布測定センサの性能に大きく影響は与えない。逆に、熱電対同士を樹脂で固定しなかった場合には、挿入管内に測定対象が入り込み、熱電対に影響を与える可能性があるため、このような場合には、挿入管の先端は閉じるように構成することが望ましい。

また、挿入管の外側外周には、測定対象に本実施形態の温度分布測定センサを挿入したい際に、挿入した深さがわかるように目盛りが設けられていてもよい。また、目盛りの他にも、それ以上深く挿入することができないようにストッパーを設けるようにしてもよい。このように、挿入管の外側に挿入した深さがわかる目盛を設けることで、従来引き抜きながら温度計測を行ったりした場合に比べて、温度分布の測定位置を容易に決定することが可能となる。

「熱電対」は、挿入管内部に複数本配置されている。本実施形態の温度分布測定センサでは、温度分布を測定するために複数の点における温度を測定する必要があることから、挿入管内部に配置される熱電対は複数となる。この複数の熱電対の温度を検知する測温接点の詳細については後述する。

本実施形態の熱電対は、挿入管内部に複数本配置されるため、細い熱電対を用いることで、挿入管内部に配置される数を増やし、温度を測定する個所を増やすことが可能である。また、先に説明した挿入管は、測定対象に挿入するため、細くすることが望ましい。例えば、挿入管を内径０．６ｍｍとした場合、直径０．１５ｍｍシーズ熱電対を１０本配置することが可能である。

本実施形態の温度分布測定センサに用いられる熱電対は、先に説明したように、挿入管の内径と、熱電対の細さにより、温度測定の数が影響される。このような挿入管の内径の大きさと、熱電対の細さ、測定の数のバランスについては、測定体の種類や、測定の目的に応じて変更し対応すればよい。また、熱電対の種類についても、温度測定対象の温度範囲や、得たい情報の数などに応じて適宜適切な内部温度センサを選択する。

「測温接点」は、熱電対の２種の金属の接続点であって、測定するためのものである。本実施形態の温度分布測定センサでは、この温度を測定するためのものである測温接点が、前記挿入管の外側に露出するように配置されている。

測温接点は、前述のように温度を測定するためのものである。そのため、測温接点を、挿入管の外側に露出するように配置することで、測定対象と直接接触し温度を測定することになる。このように構成することで、測定対象の温度を正確に、応答性が早く測定することが可能となる。

図２に本実施形態の温度分布測定センサの概念図を示した。本実施形態の温度分布測定センサでは、挿入管の長さ方向に互いに異なる位置にそれぞれの熱電対の測温接点が配置されるように構成されている。それぞれの温度接点は、図２の（ａ）のように、長さ方向に一直線上に等間隔で配置されてもよいし、（ｂ）のように、挿入管の外側面上の様々な位置に配置されるように構成してもよい。図２の（ａ）に示し温度分布測定センサでは、挿入管挿入方向の温度分布を測定し、（ｂ）のように温度分布測定センサでは、挿入方向と挿入管外周方向の温度分布を測定することが可能となる。また、複数の測温接点の配置位置は等間隔である必要は無い。

また、測温接点を挿入管の外側に露出するように配置するために、挿入管には、図３に示すような孔やスリットが設けられている。まず図３の（ａ）は、挿入管（０３０１）に単純なスリット（０３０２）が入った構造であって、このスリットの隙間から、熱電対の側温接点が露出するように、測温接点を配置する。このように、挿入管にスリットを設けた場合には、挿入管の開口部分が大きくなることを考慮し、熱電対同士を樹脂などで固定し、測温接点の部分をスリットから露出するように構成している。また、（ｂ）のように挿入管に測温接点が露出する個所のみに孔（０３０３）を設け、この孔から測温接点が露出するように構成してもよい。また、（ｃ）のように、挿入管の一部にスリット（０３０４）を設け、測温接点の取り付けを挿入管に直接取り付けず、別体の取付板（０３０５）としてもよい。この場合、取付板にスリットや孔（０３０６）を設け、この取付板のスリットや孔に測温接点を取り付けてから、取付板を挿入管のスリットに設置するように構成してもよい。

尚、本実施形態では、複数の測温接点を挿入方向に互いにずらして配置するように構成したが、複数の側温接点を挿入方向同じ同一の位置に配置し、円周方向に角度を変えて配置することで、円周方向の温度分布を測定することも可能である。また、円周方向の温度分布と挿入方向の温度分布の両方が測定可能となるように、挿入方向および円周方向の角度を変化させて側温接点を配置した構成としてもよい。
＜実施形態１ 効果＞

本実施形態の温度分布測定センサのように、温度分布測定センサを測定対象に挿入し、温度測定を行うことで、測温接点を長さ方向に互いに異なる位置に配置されているため、測定対象の温度分布を測定することが可能となる。また、測温接点を測定対象に直接接触して温度測定が可能なように、表面に露出して配置することで、速い応答性で正確な温度分布を測定することが可能となる。
＜＜実施形態２＞＞
＜実施形態２ 概要＞

本実施形態の外管付き温度分布測定センサは、実施形態１に述べた温度分布測定センサに、より硬い測定対象など挿入しにくい測定対象に対して、容易に挿入可能になるよう外管を設けた事を特徴とする、外管付き温度分布測定センサである。
＜実施形態２ 構成＞

図４に本実施形態の外管付き温度分布測定センサの概念図を示した。本実施形態の外管付き温度分布測定センサは、管状であって、測定対象に挿入するために先端が針状に形成された外管（０４０１）と、前記外管の内部に内接して嵌合可能に形成され、外管と嵌合状態で外管と同様に先端が針状に形成された棒状体（０４０２）と、実施形態１に述べた挿入管（０４０３）と、複数の熱電対（０４０４）と、それぞれの熱電対に設けられた測温接点（０４０５）とからなる温度分布測定センサ（０４０６）とから構成され、温度測定時に、外管と棒状体が嵌合状態で針状の先端から測定対象に挿入し、前記外管と嵌合状態の前記棒状体を測定対象から引き抜き、棒状体を引き抜いた外管の内側に温度分布測定センサを挿入し、外管を測定対象から引き抜くことで、測定対象内部の温度分布を測定する。

「外管」は、先端が針状に鋭く成形され、先端が開口した管である。またこの外管の内側の空間には、後述する棒状体が内接して嵌合するように構成されている。この外管は、測定対象物に実施形態１に述べた温度分布測定センサを挿入するための穴を形成するためのものである。この外管の先端を針状に鋭くしたことで、測定対象に挿入しやすくし、温度分布測定性センサのみで挿入するには硬い測定対象物に対しても、内部の温度分布を測定することが可能となる。

この外管は、測定対象物に挿入することが可能な堅牢性を有することが望ましい。このため、外管を構成する材料の肉厚や素材を、測定対象に合わせて構成する。外管を構成する材料としては、例えばステンレスやチタンなど、堅牢性を持ち合わせた材料が望ましい。

また、外管の外側外周には、挿入管と同様に、測定対象に本実施形態の外管付き温度分布測定センサを挿入した際に、挿入した深さがわかるように目盛を設けるように構成してもよい。外管の外側に挿入した深さがわかる目盛を設けることで、従来に比べて、温度分布の測定位置を容易に決定することが可能となる。また、目盛りの他にも、それ以上深く挿入することができないようにストッパーを設けるようにしてもよい。

「棒状体」は、先に説明した外管の内部に内接して嵌合するように構成されている。仮に棒状体を用いずに、外管のみで温度分布測定センサを挿入する空間を形成しようとした場合、外管の内部にまで測定対象が入り込み、空間を形成することが出来ない可能性が考えられる。また、棒状体は、内部に空間を持たない構造であると想定しているが、先端が閉じた管状体であってもよい。仮に、棒状体の先端が開いた管状体であった場合、先に述べた棒状体が存在しない状態と同様に、棒状体の内部に測定対象が入り込み、温度分布測定センサを挿入する空間を作り出すことが出来ない。従って、棒状体は、内部に空間を持たない構造であるか、又は先端が閉じた管状体である必要がある。

ここで、本実施形態の外管付き温度分布測定センサの温度分布測定方法について、説明する。図５に本実施形態の外管付き温度分布測定センサの使用方法を説明するための概念図を示した。本実施形態の外管付き温度分布測定センサでは、まず、外管と棒状体が嵌合した状態で、針状の先端を測定対象に挿入する。外管と棒状体が嵌合したものを測定対象に挿入することで、温度分布測定センサが測定対象内部に挿入される空間を確保する。次に、外管に嵌合した棒状体を引き抜き、温度分布測定センサを挿入する空間を形成する。棒状体を引き抜くことで形成された空間に実施形態１に説明した温度分布測定センサを挿入し、温度分布測定センサを、測定対象の内部に配置する。次に、外管を測定対象から引き抜き、温度分布測定センサは、外管および棒状体を測定対象に挿入することによって形成された穴の内壁に、温度分布測定センサが接触し、測定対象内部の温度分布を測定する。
＜実施形態２ 効果＞

本実施形態の外管付き温度分布測定センサのように温度分布測定センサを測定対象に挿入する際に、外管および棒状体を用いることで、より硬い測定対象など、温度分布測定対象に対して挿入しにくい測定対象に対して、挿入しやすくすることが可能となる。

０１０１ 挿入管
０１０２ 熱電対
０１０３ 測温接点
０３０１ 挿入管
０３０２ スリット
０３０３ 孔
０３０４ スリット
０３０５ 取付板
０３０６ 孔
０４０１ 外管
０４０２ 棒状体
０４０３ 挿入管
０４０４ 熱電対
０４０５ 測温接点
０４０６ 温度分布測定センサ

Claims (2)

1. 管状の挿入管と、
   前記挿入管内部に配置される複数の熱電対と、
   からなり、
   前記複数の熱電対は、前記挿入管の長さ方向に互いに異なる位置にそれぞれの熱電対の測温接点が配置されるように構成され、
   それぞれの測温接点は、挿入管外側面に露出するように配置される、
   温度分布測定センサ。
2. 管状であって、測定対象に挿入するために先端が針状に形成された外管と、
   前記外管の内部に内接して嵌合可能に形成され、外管と嵌合状態で外管と同様に先端が針状に形成された棒状体と、
   請求項１に記載の温度分布測定センサとから構成され、
   温度測定時に、外管と棒状体が嵌合状態で針状の先端から測定対象に挿入し、
   前記外管と嵌合状態の前記棒状体を測定対象から引き抜き、棒状体を引き抜いた外管の内側に温度分布測定センサを挿入し、外管を測定対象から引き抜くことで、測定対象内部の温度分布を測定する外管付き温度分布測定センサ。