JP2013508723A - 渦電流温度計 - Google Patents
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Abstract
Description
この出願は、2009年10月19日に提出された仮出願S/N 61/279,229の利益を主張する。この先行出願は、その全てが参照によって個々に組み込まれる。
発明の分野
本発明は、物体に作用する熱伝達(熱伝導)の一部を成す、または、物体に作用する熱伝達をしている状態にある(熱伝導中の)伝導部材の渦電流が誘導される磁場を用いることによって物体の温度を測定する方法、または装置に広く関連する。特に、本発明は、渦電流の特生時定数が決定され、さらに、伝導部材の温度の算出に用いられる、遠隔非接触温度決定方法および装置に関する。
遠隔非接触温度計測装置は、近代産業、または他の分野において、強い要求がある。この要求は、公知の赤外線温度計によっては満たされず、これらの赤外線温度計は動作のために遮ることない照準線を必要とする。集積された温度計測要素を備える最も進歩的なRFID回路は、高価になる傾向にあり、さらに、それらの使用を制限する信頼性の高い情報を送信する条件(例えば、RF)が必要である。
特開2000‐193531号公報、Ueda et al,LMFBRにおいて用いられるプロセス計器の瞬間的な応答のインサービス測定の方法論の開発,インターナショナル・コーポレーションおよびテクノロジー・デベロップメント・センター、Takahira et al,移動シートコンダクタに対向するソレノイドコイルのインピーダンス変化、日本電気技術、103巻、3号、1頁〜7頁(1983年)、及びKeller,回転ローラの非接触温度測定のための新規技術、アイロン・スティール・エンジニアリング、57巻、5号、42頁〜44頁(1980年5月)も、参照。
本発明は、従来技術の渦電流温度測定技術の欠点を克服し、かつ、対象物に作用する熱伝導の一部を成す、または、対象物に作用する熱伝導している状態にある、伝導部材(例えば、金属、半導体、または液体電解物)の遠隔非接触温度測定のための方法および装置を提供する。この方法および装置は、伝導部材および検出コイルアセンブリの間の距離および/または相対角度方向が実質的に独立している。
図面を参照して、図2は、本発明に係る非接触遠隔温度計測システム10を模式的に示す。システム10は、磁場の伝送コイル14に動作可能に連結され、かつ、コイル14に三角電流波形駆動電流を提供するために好ましく設計されている波形発生装置12を有する。発生装置12およびコイル14は、電気的な伝導部材16を貫く交流磁場を生成するように働く。全体的なシステム10は、さらに信号処理回路20の出力のさらなる処理および表示のために、インターフェイス22に接続される信号処理回路20に連結される磁場受信コイルアセンブリ18を有する。システムの構成部品12、14、18、20、および、22は、計器またはアプライアンスの一体部品として、または、独立した構成部品として、独立型のユニット24中に設計されてもよい。
I(t)=I0exp(−tR/L) (方程式1)
(tは、時間変数であり、かつ、I0は、安定な渦電流である。)
に従って安定かされる。
τ=Aσ(T)=F(T) (方程式2)
ここで、Aは、一定であり、かつ、σ(T)導電率の温度依存性は、実際に全ての存在する金属または合金に対して公知である。与えられた部材16に対するAの特定値は、例えば、1つの既知の温度における時定数τを測定すること、さらに、その温度に対して対応する既知のσ値を用いることによって、容易に決定される。
T=F−1(τ) (方程式3)
ここで、F−1は、Fの逆関数である。
Claims (18)
- 物体に作用する熱伝導の一部を成す、または、前記物体に作用する熱伝導をしている状態にある、伝導部材に渦電流を誘起するステップと、
前記渦電流の大きさの変化の特性時定数を決定するステップと、
前記特性時定数を用いて、前記物体の温度を算出するステップと、を備え
前記渦電流は、相当する渦電流の大きさが時間の経過と共に指数関数的に変化するように、時間の経過と共に実質的に線型的に変化する大きさを持つ磁場に前記伝導部材をさらすことによって誘起されるものであることを特徴とする物体の温度測定方法。 - 前記磁場に前記伝導部材をさらすために磁場伝送コイルを用いるステップを有する請求項1に記載の温度測定方法。
- 前記伝送コイルを三角波形の交流で駆動するステップを有する請求項2に記載の温度測定方法。
- 相当する渦電流誘起磁場を検出するための受信コイルアセンブリを用いるステップ、および、前記特性時定数を決定するために前記受信コイルアセンブリの出力電圧を用いるステップを有する、請求項1に記載の温度測定方法。
- 前記受信コイルアセンブリは、逆位相であるが電気的に直列な一対の受信コイルを備える請求項4に記載の温度測定方法。
- 前記特性時定数は、時間の経過と共に決定される複数の時定数の平均である請求項1に記載の温度測定方法。
- 物体に作用する熱伝導の一部を成す、または、物体に作用する熱伝導をしてる状態にある、伝導部材を有する物体の温度測定装置であって、
前記伝導部材中に渦電流を誘起するように動作可能な第1のアセンブリと、
前記渦電流の大きさの変化の特性時定数を決定し、かつ、前記特性時定数を用いて前記物体の温度を算出するように動作可能な第2のアセンブリと、を有し、
前記渦電流の大きさは、時間の経過と共に指数関数的に変化することを特徴とする温度測定装置。 - 前記第1のアセンブリは、実質的に線型的な速度で交番する交流磁場を発生するように動作可能な磁場伝送コイルを備える請求項7に記載の温度測定装置。
- 三角波形電流を用いて前記伝送コイルを駆動する、前記磁場伝送コイルと作用的に連結される電流発生器を有する請求項8に記載の温度測定装置。
- 前記第2のアセンブリは、前記渦電流によって誘起された前記相当する磁場を検出するように動作可能な受信コイルアセンブリを有する請求項7に記載の温度測定装置。
- 前記受信コイルアセンブリは、逆位相であるが電気的に直列な一対の受信コイルを備える請求項10に記載の温度測定装置。
- 前記第1のアセンブリは、実質的に線型的な速度で交番する交流磁場を発生するように動作可能な磁場伝送コイルを有し、
前記第2のアセンブリは、前記渦電流によって誘起された前記相当する磁場を検出するように動作可能な受信コイルアセンブリを有し、
前記第2のアセンブリは、逆位相であるが電気的に直列な一対の受信コイルを有し、
前記一対の受信コイルは、前記伝送コイルの反対側にそれぞれ配置される請求項7に記載の温度測定装置。 - 前記伝導部材は、前記物体から分離可能である請求項7に記載の温度測定装置。
- 食品材料の加熱中に前記食品材料の温度を測定する温度測定装置であって、
前記食品材料を保持するように動作可能であり、かつ、底壁が存在する加熱容器と、
前記底壁上に配置される金属製の伝導部材と、
前記伝導部材中に渦電流を誘起するように動作可能な第1のアセンブリと、
前記渦電流の大きさの変化の特性時定数を決定し、かつ、前記特性時定数を用いて、前記伝導部材の温度と、従って、前記食品材料の温度とを算出するように動作可能な第2のアセンブリと、を有し、
前記渦電流の大きさは、時間の経過と共に指数関数的に変化することを特徴とする温度測定装置。 - 前記伝導部材は、アルミニウム製である請求項14に記載の温度測定装置。
- 前記伝導部材は、前記パンの内部に配置され、かつ、前記底壁上に静止し、前記食品材料中に突き出ている部分を有する請求項14に記載の温度測定装置。
- 前記伝導部材は、前記底壁から分離可能である請求項16に記載の温度測定装置。
- 前記伝導部材は、円錐形の形状であり、前記容器の底壁と係合する前記伝導部材の底壁を有する請求項16に記載の温度測定装置。
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