JP2015087277A - 測温体校正装置、測温体校正システム及び測温体校正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】炉体を小型化し、且つ、炉内の空間部における温度分布を均一化して、測温体を校正可能とする測温体校正装置、測温体校正システム及び測温体校正方法の提供。
【解決手段】標準測温体２及び被校正測温体３の測温部２ａ，３ａを収容する空間部１１を有すると共に、標準測温体２及び被校正測温体３のリード線２ｂ，３ｂを外部に導出させる導出部１２を有する炉体１０と、炉体１０を加熱する第１ヒーター２０と、炉体１０の外部においてリード線２ｂ，３ｂを加熱する第２ヒーター３０と、を有する、測温体校正装置１を採用する。
【選択図】図１

Description

本発明は、測温体校正装置、測温体校正システム及び測温体校正方法に関するものである。

熱電対、温度センサー等の測温体は、測温の正確性を確保するため、使用前に校正を行う必要がある。一般に、測温体の校正は、基準となる標準測温体と、校正すべき被校正測温体とを、所定の温度雰囲気に保持した校正炉に挿入し、標準測温体と被校正測温体との測定温度の偏差を補正することにより行う（例えば、下記特許文献１参照）。

特開平１０−１１１１８８号公報

従来、校正炉としては、例えば、特許文献１の図５に示すように、複数の測温体の校正が可能な大型の炉を用いていた。しかしながら、この校正炉は、試験などで単体の測温体の校正をする炉としては必要以上に大きく、使い勝手が悪かった。そこで、本願発明者らは、小型の炉を開発し、単体の測温体の校正ができないかと考えた。
しかしながら、小型の炉は、大型の炉に比べて熱逃げの影響が大きく、炉内の空間部における温度分布が不均一になり易い、という問題があることが判明した。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、炉体を小型化し、且つ、炉内の空間部における温度分布を均一化して、測温体を校正可能とする測温体校正装置、測温体校正システム及び測温体校正方法の提供を目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明は、標準測温体及び被校正測温体の測温部を収容する空間部を有すると共に、前記標準測温体及び前記被校正測温体のリード線を外部に導出させる導出部を有する炉体と、前記炉体を加熱する第１ヒーターと、前記炉体の外部において前記リード線を加熱する第２ヒーターと、を有する、測温体校正装置を採用する。

また、本発明においては、前記標準測温体は、前記空間部において前記測温部が前記炉体の内壁面に接触して配置される第１標準測温体と、前記空間部において前記測温部が前記炉体の内壁面に非接触で配置される第２標準測温体と、を含み、前記第１ヒーターの加熱によって生じた前記第１標準測温体と前記第２標準測温体との前記空間部における測定温度の差を、前記第２ヒーターの加熱によって小さくする、という構成を採用する。

また、本発明においては、前記第２ヒーターは、前記標準測温体及び前記被校正測温体のそれぞれのリード線を一括で加熱する、という構成を採用する。

また、本発明においては、前記炉体は、金属ブロックからなる、という構成を採用する。

また、本発明においては、先に記載の測温体校正装置と、前記測温体校正装置を用いて取得した前記標準測温体及び前記被校正測温体の複数の測定温度から校正近似式を算出する算出部と、を有する、測温体校正システムを採用する。

また、本発明においては、先に記載の測温体校正装置を用いて取得した前記標準測温体及び前記被校正測温体の複数の測定温度から校正近似式を算出する、測温体校正方法を採用する。

本発明では、炉体を第１ヒーターで加熱すると共に、炉体から導出された標準測温体及び被校正測温体のリード線を第２ヒーターで加熱する。リード線は熱伝導性が高く、小型の炉体においては、このリード線を介した熱逃げが大きく影響し、空間部における温度分布が不均一になり易い。本発明では、第２ヒーターでこのリード線を加熱することで、炉体の内外の温度勾配を低減させ、該温度勾配によるリード線を介した炉体の外部への熱逃げを抑制し、炉内の空間部の温度分布を均一化する。
このように、本願発明によれば、炉体を小型化し、且つ、炉内の空間部における温度分布を均一化して、測温体を校正可能とすることができる。

本発明の実施形態における測温体校正装置を備える測温体校正システムを示す構成図である。 本発明の実施形態における炉体を示す斜視図である。 本発明の実施形態における測温体校正装置を用いて校正近似式を算出するまでのフローチャートである。 本発明の実施形態における校正近似式の算出結果を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態における測温体校正装置１を備える測温体校正システム１００を示す構成図である。図２は、本発明の実施形態における炉体１０を示す斜視図である。
図１に示すように、測温体校正システム１００は、測温体校正装置１と、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）１０１（演算部）と、を有する。

ＰＣ１０１は、後述する測温体校正装置１を用いて取得した標準測温体２及び被校正測温体３の複数の測定温度から校正近似式を算出するものである。このＰＣ１０１は、ＰＣ本体の付属機器として、モニター、マウス／キーボード等を備える。本実施形態のＰＣ１０１は、最小二乗法等を用いて標準測温体２と被校正測温体３との測定偏差を多項式にて近似し、その係数を算出するようになっている。

測温体校正装置１は、炉体１０と、第１ヒーター２０と、第２ヒーター３０と、を有する。炉体１０は、標準測温体２及び被校正測温体３の測温部２ａ，３ａを収容する空間部１１を有すると共に、標準測温体２及び被校正測温体３のリード線２ｂ，３ｂを外部に導出させる導出部１２を有する。なお、測温部２ａ，３ａとは、熱電対でいうと温接点接合部であり、温度センサーでいうと測温抵抗素子である。本実施形態では、被校正測温体３が熱電対からなり、標準測温体２が測温精度が高い温度センサーからなる。

標準測温体２は、空間部１１において測温部２ａが炉体１０の内壁面１３に接触して配置される第１標準測温体２Ａと、空間部１１において測温部２ａが炉体１０の内壁面１３に非接触で配置される第２標準測温体２Ｂと、を含む。第１標準測温体２Ａの測温部２ａは、グリース等の接着剤で炉体１０の内壁面１３に接着されている。第２標準測温体の測温部２ａは、導出部１２の充填材１４に保持されたリード線２ｂの剛性によって、空間部１１で中空に浮いている。

炉体１０は、金属ブロックからなり、図２に示すように、本体部１５と、蓋部１６とに分離可能な構成となっている。炉体１０を形成する金属材としては、鉄や銅等の熱伝導性が高いものを採用することが好ましい。本体部１５の中心には、空間部１１を形成する矩形の溝が形成されている。蓋部１６は、この矩形の溝の開口を塞ぎ、空間部１１を形成するものである。

本体部１５には、空間部１１を形成する矩形の溝よりも浅い係合溝１７が形成されている。蓋部１６は、係合溝１７に係合した状態で、複数箇所でネジ止めされる。蓋部１６は、係合溝１７に係合することで、本体部１５と協働して面一の平面部１８（図１参照）を形成する。平面部１８は、反転して第１ヒーター２０上に載置されて、第１ヒーター２０から熱を受けるようになっている。

導出部１２は、図２に示すように、本体部１５の側部を貫通するように形成されている。導出部１２は、空間部１１を形成する矩形状の溝から本体部１５（炉体１０）の外部まで直線状に延在する溝形状を有する。導出部１２には、図１に示すように、第１標準測温体２Ａのリード線２ｂ、第２標準測温体２Ｂのリード線２ｂ、被校正測温体３のリード線３ｂの３本が通るようになっている。なお、導出部１２のリード線２ｂ，３ｂが通る部分以外は、ゴム等の樹脂系の充填材１４で充填・封止されている。

第１ヒーター２０は、図１に示すように、炉体１０を加熱するものである。第１ヒーター２０は、電熱線を有するヒーターユニットであり、電気的に加熱温度を調整可能な構成となっている。この第１ヒーター２０は、炉体１０の平面部１８よりも広い加熱面を有する。本実施形態では、第１ヒーター２０の熱が平面部１８を介して炉体１０側に伝わり、金属ブロックの熱伝導によって炉体１０全体が加熱されるようになっている。

第２ヒーター３０は、炉体１０の外部においてリード線２ｂ，３ｂを加熱するものである。第２ヒーター３０は、電熱線を有するヒーターユニットであり、電気的に加熱温度を調整可能な構成となっている。この第２ヒーター３０は、標準測温体２及び被校正測温体３のそれぞれのリード線２ｂ，３ｂを一括で加熱するようになっている。第２ヒーター３０は、例えば、リード線２ｂ，３ｂの周りをチャンバーで囲い、その中を加熱することで、リード線２ｂ，３ｂを一括で加熱する構成となっている。

続いて、上記構成の測温体校正装置１を備える測温体校正システム１００の校正動作（測温体校正方法）について、図３及び図４を参照しつつ説明する。
図３は、本発明の実施形態における測温体校正装置１を用いて校正近似式を算出するまでのフローチャートである。図４は、本発明の実施形態における校正近似式の算出結果を示すグラフである。

先ず、図１に示すように標準測温体２及び被校正測温体３を測温体校正装置１にセットし、第１ヒーター２０による加熱を行う（ステップＳ１）。炉体１０は、熱伝導性の高い金属ブロックからなるため、第１ヒーター２０の加熱によって全体が均一に昇温する。炉体１０が昇温すると、炉体１０に囲まれた空間部１１も昇温する。

次に、第１標準測温体２Ａの測定温度をモニターし、所定の校正温度となったか否かを判断する（ステップＳ２）。第１標準測温体２Ａは、空間部１１においてその測温部２ａが炉体１０の内壁面１３に接触して配置されている。このため、第１標準測温体２Ａの測定温度は、炉体１０の温度と等しい。第１標準測温体２Ａでモニターした温度時間変化が所定範囲に収まったら、ステップＳ３に移行する。

次に、第２ヒーター３０による加熱調整を行う（ステップＳ４）。第２ヒーター３０は、炉体１０の外部に導出されたリード線２ｂ，３ｂを加熱する。リード線２ｂ，３ｂは熱伝導性が高く、小型の炉体１０においては、このリード線２ｂ，３ｂを介した熱逃げの影響が大きく、空間部１１における温度分布が不均一になり易い。なお、空間部１１の中空の温度は、測温部２ａが炉体１０の内壁面１３に非接触の第２標準測温体２Ｂで測定することができる。具体的に、第１ヒーター２０のみの加熱では、表１に示すような温度差が生じる。

表１は、炉体１０が１０ｃｍ×１０ｃｍ×１．５ｃｍの大きさを有し、リード線２ｂ，３ｂのそれぞれが１００μｍの直径φを有する場合の各測温体の測定結果を示している。表１に示すように、第１ヒーター２０のみの加熱では、０．２℃〜０．５℃の範囲で第１標準測温体２Ａと第２標準測温体２Ｂとの空間部１１における温度差が生じてしまうことが分かる。これでは、被校正測温体３の校正を行うことができない。

そこで、本実施形態では、第１ヒーター２０の加熱によって生じた第１標準測温体２Ａと第２標準測温体２Ｂとの空間部１１における測定温度の差を、第２ヒーター３０の加熱によって小さくし、その差を所定閾値（例えば０．１℃）以下に抑える（ステップＳ４）。リード線２ｂ，３ｂを介した炉体１０の外部への熱逃げは、炉体１０の内部の温度が高く外部の温度が低いことによる温度勾配により生じる。また、小型の炉体１０では、測温部２ａ，３ａから炉体１０の外部までの距離が比較的短いため、空間部１１の熱が外部に引っ張られ易い。

このため、第２ヒーター３０によって、炉体１０の外部に導出されたリード線２ｂ，３ｂを加熱することで、炉体１０の内外の温度勾配を低減させ、該温度勾配によるリード線２ｂ，３ｂを介した炉体１０の外部への熱逃げを抑制することができる。具体的に、第１ヒーター２０及び第２ヒーター３０の両方の加熱では、表２に示すように温度差が小さくなる。

表２に示すように、第１ヒーター２０及び第２ヒーター３０の両方の加熱によって、第１標準測温体２Ａと第２標準測温体２Ｂとの空間部１１における温度差が、０．１℃の所定の閾値に収まることが分かる。このように、第２ヒーター３０の加熱を加えることによって、炉体１０の空間部１１における温度分布を均一化することができる。これで、被校正測温体３の校正を行うことが可能になる。

次に、空間部１１における温度分布を均一化した状態で、標準測温体２及び被校正測温体３の測定温度を記録し（ステップＳ５）、その測定温度の記録を、全ての校正温度について行う（ステップＳ６）。本実施形態では、３点の温度について記録を行い、その３点の標準測温体２及び被校正測温体３の測定温度は、表２に示されている。

最後に、標準測温体２及び被校正測温体３の表２に示す複数の測定温度を、ＰＣ１０１において演算処理し、図４に示す校正近似式（１次近似式）を算出する（ステップＳ７）。なお、図４では、第１標準測温体２Ａとの偏差から校正近似式を算出しているが、第２標準測温体２Ｂとの偏差から校正近似式を算出しても良い。

このように、上述の本実施形態によれば、標準測温体２及び被校正測温体３の測温部２ａ，３ａを収容する空間部１１を有すると共に、標準測温体２及び被校正測温体３のリード線２ｂ，３ｂを外部に導出させる導出部１２を有する炉体１０と、炉体１０を加熱する第１ヒーター２０と、炉体１０の外部においてリード線２ｂ，３ｂを加熱する第２ヒーター３０と、を有する、測温体校正装置１を採用することによって、炉体１０を小型化し、且つ、炉内の空間部１１における温度分布を均一化して、被校正測温体３を校正可能とすることができる。

以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上記実施形態では、被校正測温体として熱電対（Ｋ型）を例示したが、本発明は、Ｋ型に限られず、Ｓ、Ｒ、Ｂ、Ｅ、Ｊ、Ｔ、Ｎ等の各種熱電対についても対応できる。また、本発明は、熱電対に限らずバイメタル等の温度センサーにも対応できる。また、第１ヒーター及び第２ヒーターの加熱手段は、電熱線に限られず、水、油、空気等の熱媒体を用いた熱交換器等でも対応できる。

また、例えば、上記実施形態では、校正近似式として１次式を算出したが、本発明は、１次式に限らず、高次の多項式を算出しても良い。
また、本発明は、校正以外に、標準測温体との温度偏差を判定することで、測温体が劣化しているか否かを検出することも可能である。

１…測温体校正装置、２…標準測温体、２ａ…測温部、２ｂ…リード線、２Ａ…第１標準測温体、２Ｂ…第２標準測温体、３…被校正測温体、３ａ…測温部、３ｂ…リード線、１０…炉体、１１…空間部、１２…導出部、１３…内壁面、２０…第１ヒーター、３０…第２ヒーター、１００…測温体校正システム、１０１…ＰＣ（算出部）

Claims (6)

1. 標準測温体及び被校正測温体の測温部を収容する空間部を有すると共に、前記標準測温体及び前記被校正測温体のリード線を外部に導出させる導出部を有する炉体と、
   前記炉体を加熱する第１ヒーターと、
   前記炉体の外部において前記リード線を加熱する第２ヒーターと、を有する、ことを特徴とする測温体校正装置。
2. 前記標準測温体は、前記空間部において前記測温部が前記炉体の内壁面に接触して配置される第１標準測温体と、前記空間部において前記測温部が前記炉体の内壁面に非接触で配置される第２標準測温体と、を含み、
   前記第１ヒーターの加熱によって生じた前記第１標準測温体と前記第２標準測温体との前記空間部における測定温度の差を、前記第２ヒーターの加熱によって小さくする、ことを特徴とする請求項１に記載の測温体校正装置。
3. 前記第２ヒーターは、前記標準測温体及び前記被校正測温体のそれぞれのリード線を一括で加熱する、ことを特徴とする請求項１または２に記載の測温体校正装置。
4. 前記炉体は、金属ブロックからなる、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の測温体校正装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の測温体校正装置と、
   前記測温体校正装置を用いて取得した前記標準測温体及び前記被校正測温体の複数の測定温度から校正近似式を算出する算出部と、を有する、ことを特徴とする測温体校正システム。
6. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の測温体校正装置を用いて取得した前記標準測温体及び前記被校正測温体の複数の測定温度から校正近似式を算出する、ことを特徴とする測温体校正方法。

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