JP2014126499A - 無線式温度分布測定センサ - Google Patents

Abstract

【課題】従来の挿入形の温度計では、温度センサなどの測温部からケーブルで温度を表示するディスプレイや記録計などに接続されるため、このケーブルを介して測定対象から熱が奪われ、正確な温度測定ができない可能性がある。
【解決手段】本件発明では、管状の挿入管と、前記挿入管の長さ方向に互いに異なる位置に複数の測温点が挿入管外側面に露出するように配置される測温手段と、前記複数の測温部が計測する温度情報を、ケーブルを必要としない無線により送信する温度情報送信手段と、からなる測温部と、前記温度情報送信部から送信された温度情報を受信する温度情報受信手段と、前記温度情報受信部が受信した温度情報を出力する温度情報出力手段と、からなる温度出力部と、を有する無線式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無線により離れた場所から測定可能な無線式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、一般的に温度センサのような接触型温度センサを、測定を行う範囲に複数個別に配置し、それぞれの温度センサの温度値から、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、先にも述べた方法とは異なる方法で測定対象の表面温度を測定することが可能であるが、測定対象の表面温度測定のみが可能であり、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、測定対象の内部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、測定対象内部に挿入し、温度計測を行っている。

特願２０１０−２６４５１５ 特開平０９−２１０８０７ 特願２０１２−２０７９３２

特許文献１に示した挿入形のいわゆる中心温度計では、先端に配置された１つの温度センサ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、測定される温度箇所は１つだけであり、温度分布を測定するには、何度も長さを変化させて挿入し、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、感温素子間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。

しかし、特許文献１から３に示された発明は、測定対象に式温度分布測定センサの測温部を接触させて温度測定をするため、理論的に測定対象と温度分布測定センサの温度が熱平衡状態となることで、正確な温度測定が可能となる。一方で特許文献１や特許文献２、特許文献３に示された発明では、温度センサなどの測温部からケーブルで温度を表示するディスプレイや記録計などに接続されるため、このケーブルを介して測定対象から熱が奪われ、正確な温度測定が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、以下の外管つき無線式温度分布測定センサ及び無線式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、前記挿入管の長さ方向に互いに異なる位置に複数の測温点が挿入管外側面に露出するように配置される測温手段と、前記複数の測温部が計測する温度情報を、無線により送信する温度情報送信手段と、からなる測温部と、前記温度情報送信部から送信された温度情報を受信する温度情報受信手段と、前記温度情報受信部が受信した温度情報を出力する温度情報出力手段と、からなる温度出力部と、を有する無線式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、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請求項１に記載の無線式温度分布測定センサの測温部を挿入し、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無線式温度分布測定センサを提供する。

本件発明の無線式温度分布測定センサの様に、温度を測定する測温部と、測定された温度情報を出力する温度出力部を、無線により接続することで、測定対象の温度変化をケーブルやそれに伴う測定対象物の脱落などの外的要因やリスクを除外することにより抑え、正確かつ安全な温度の測定が可能となる。また、無線により接続し操作、出力データをリモートで取得することで、測温部のみを使い捨てで使用し、温度出力部は繰り返し使用することが可能となる。

また、本件発明の外管付き無線式温度分布測定センサのように無線式温度分布測定センサの測温部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の無線式温度分布測定センサを説明するためのシステム概念図 実施形態１の無線式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の無線式温度分布測定センサを説明するための斜視概念図

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、測定対象に挿入する挿入管の長さ方向の異なる位置に複数の測温点が配置された測温部を有し、測定対象内部の温度分布を測定する無線式温度分布測定センサであって、温度を測定する測温部と、測温部と有線ではなく無線で接続可能な温度出力部とから構成される無線式温度分布測定センサである。本実施形態の無線式温度分布測定センサでは、温度を測定する測温部と温度情報を出力する温度出力部を無線によって接続することで、外部への熱流出など、外因をより減らすことが可能となる。また、温度出力部は測定対象に直接触れることが無いため、温度出力部のみを繰り返し使用することが可能である。
＜実施形態１ 構成＞

図１に本実施形態の無線式温度分布測定センサの概念図を示した。本実施形態の無線式温度分布測定センサは、管状の挿入管（０１０１）と、前記挿入管の長さ方向に互いに異なる位置に複数の測温点（０１０２）が挿入管外側面に露出するように配置される測温手段（０１０３）と、前記複数の測温部が計測する温度情報を、無線により送信する温度情報送信手段（０１０４）と、からなる測温部（０１０５）と、温度情報送信手段から送信された温度情報を受信する温度情報受信手段（０１０６）と、温度情報受信部が受信した温度情報を出力する温度情報出力手段（０１０７）と、からなる温度出力部（０１０８）と、を有する。

「挿入管」は、管状であって、内部に後述する測温手段に接続されたリード線が配線されている。挿入管を構成する材料は、内部の温度分布を測定する測定対象の材質によって適宜変更することが可能である。例えば、測定対象が高温の場合には、ステンレスなどの金属材料を用いたりするとよい。また、測定対象の温度が、高温ではない場合にはコストの低い樹脂にしたりするとよい。

「測温手段」は、前記挿入管の長さ方向に互いに異なる位置に、複数の測温点が配置されている。挿入管の長さ方向の異なる位置に、複数の測温点が配されるように構成することで、挿入した測定対象内部の温度分布を測定することが可能となっている。また、測温点は、正確に測定対象の温度が測定可能となるように、挿入管の表面に複数の測温点が配置されるように構成されている。温度分布を測定する測温手段は、具体的には熱電対や測温抵抗体などから構成されている。測温点は、熱電対の場合には測温接点、測温抵抗体の場合には感温部に相当する。それぞれの測温点は、それぞれ接続用のケーブルにより後述する温度情報送信手段に接続されている。

「温度情報送信手段」は、前述の測温点が測定した温度情報を、まず、内部の温度測定回路にてデジタルデータに変換される。次にデジタルデータに変換された温度情報は内部CPU演算装置により無線通信用に変調され、アンテナを通じ無線によって後述する温度出力部へ送信される。。温度出力部への無線通信に用いられる無線通信の方法は、IEEE 802.15.4、IEEE 802.15.1、IEEE 802.11、などの他、イーサネット（登録商標）や赤外線通信など、無線方式の通信であれば限定されない、使用環境等に応じて適宜設定可能な設計事項である。

測温点が測定した温度情報は、この温度情報送信手段によって無線通信手段によって温度出力部へ出力される。測温部から無線を介して温度出力部へ温度情報を送信することで、温度測定対象の温度変化を抑え、正確な温度測定が可能となる。通常、本件発明の無線式温度分布測定センサの様に、接触方式で温度を測定する場合、測定センサ自身の温度が測定対象の温度と熱平衡状態となることで、正確な温度測定が可能となる。つまり、仮に測定センサの温度が測定対象と大きく異なる熱量を有していた場合、測定対象と測定センサが熱平衡状態となるまでに、測定対象と測定センサとの間で熱交換が発生するため、測定対象の温度が変化してしまう。また、測温部から有線ケーブルで温度出力部へ温度情報を送信した場合、有線ケーブルで測定センサの測温点まで接続されているため、この有線ケーブルを通じて熱の出入りが発生し、熱平衡にならず、測定対象の温度が上昇し続けたり、下降し続けるなどの影響が出る場合がある。これを防ぐために、測温手段の測温点にて測定した温度情報を無線によって送信することで、熱量の出入りを最小限に抑えることが可能となる。実使用上の観点から見た場合、たとえば製造ライン上で測定を行う場合、ケーブルを数十メートルも伸ばし測定するような事例もあり、多くの熱の出入りが発生する可能性もある。

また、衛生上の問題がある測定対象や環境、液状の薬品が降りかかる場所、ガスが発生するような場所においては、測定終了後、無線式温度分布測定センサセンサに接触することが忌避され、無線式温度分布測定センサを使い捨てで使用せざるを得ない環境場合も考えられる。本件発明の様に、測温部と温度出力部の間を無線通信とすることで、測温部のみを使い捨てで使用し、温度出力部は繰り返し使用することで、使用のコストを抑えることが可能となる。さらに、人が立ち入ることが困難な場所や、長時間とどまることができない環境下など、作業者が測定対象の近くにいることができない環境で、使用することも可能である。

「温度情報受信手段」は、温度出力部の温度情報送信手段から送信された温度情報を受信する。受信した温度情報は、後述する温度情報出力手段より出力される。温度情報受信手段では、温度情報送信手段から無線によって送信された温度情報を受信する。このため、温度情報受信手段では、無線を受信するためのアンテナが設けられている。温度情報受信手段によって受信可能な無線方式は、前述の温度情報送信手段に合わせて、適宜決定すればよい。

「温度情報出力手段」は、温度情報受信手段が受信した温度情報を、外部の機器などに出力する。具体的には、温度情報を温度値として表示するためのディスプレイや、温度情報を記録する記録計（０１０９）など、無線式温度分布測定センサの外部へ温度情報を出力する。また、温度出力部に、演算機能を持たせ、閾値を設定して警報などを発報するように構成してもよい。その場合、温度情報出力手段は、温度情報ではなく、発報のための信号を出力するように構成される。
＜実施形態１ 効果＞

本実施形態の無線式温度分布測定センサの様に、温度を測定する測温部と、測定された温度情報を出力する温度出力部を、無線により接続することで、測定対象の温度変化を極力抑え、正確な温度の測定が可能となる。また、無線により接続することで、測温部のみを使い捨てで使用し、温度出力部は繰り返し使用することが可能となる。
＜実施形態２＞
＜実施形態２ 概要＞

本実施形態の無線式温度分布測定センサは、実施形態１に述べた無線式温度分布測定センサの測温部を、測定対象に挿入するために外管と棒状体からなる外管付き無線式温度分布測定センサである。本実施形態の外管付き無線式温度分布測定センサを用いることで、より硬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２ 構成＞

図２に本実施形態の外管付き無線式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無線式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（０２０１）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（０２０２）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実施形態１に記載の無線式温度分布測定センサの測温部（０２０３）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に述べた無線式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測温部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、測定対象に本実施形態の外管付き無線式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、外管のみで無線式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、無線式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無線式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３に本実施形態の外管付き無線式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無線式温度分布測定センサでは、まず、（ａ）のように、外管（０３０１）と棒状体（０３０２）が嵌合した状態で、針状の先端を測定対象（０３０３）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、無線式温度分布測定センサの測温部（０３０４）が測定対象内部に挿入される空間を確保する。次に、（ｂ）のように、外管に嵌合した棒状体を引き抜き、無線式温度分布測定センサを挿入する空間を形成する。次に、（ｃ）のように棒状体を引き抜くことで形成された空間に実施形態１に説明した無線式温度分布測定センサの測温部を挿入し、測定対象の内部に配置する。そして、外管を測定対象から引き抜き、（ｄ）に示したように、外管を引き抜き、無線式温度分布測定センサの測温部の測温点（０３０５）を、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接触するようにし、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無線式温度分布測定センサのように無線式温度分布測定センサの測温部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 温度センサ
０１０３ 測温点
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 温度センサ
０４０５ 測温点
０４０６ 無線式温度分布測定センサ

Claims (2)

1. 管状の挿入管と、
   前記挿入管の長さ方向に互いに異なる位置に複数の測温点が挿入管外側面に露出するように配置される測温手段と、
   前記複数の測温部が計測する温度情報を、無線により送信する温度情報送信手段と、
   からなる測温部と、
   前記温度情報送信部から送信された温度情報を受信する温度情報受信手段と、
   前記温度情報受信部が受信した温度情報を出力する温度情報出力手段と、
   からなる温度出力部と、を有する無線式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、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請求項１に記載の無線式温度分布測定センサの測温部を挿入し、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無線式温度分布測定センサ。