JP2015129649A - 熱電対検査装置及び熱電対検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】混練物の温度の測定に用いられる熱電対に備えられ、熱電対素線が収容される管状部材において、混練物と接触する箇所が摩耗しているか検査できる熱電対検査装置を提供する。
【解決手段】混練室３２のドア部３３が開けたれたとき、第１の期間Ｔ１だけ熱電対素線５２に電流を供給する。ドア部３３が開けられて、保護管式熱電対５が混練室３２の外部雰囲気に晒されることにより、第１の期間Ｔ１の経過後において、温度測定装置６が測定する温度の低下を推定する式を算出する。第１の期間Ｔ１の経過後に温度測定装置６が測定した温度から、その式が示す温度を減算した減算値を算出する。減算値を基にして、混練物Ｍと接触する箇所(接触箇所)が摩耗しているか否かを判定する。
【選択図】図８

Description

本発明は、混練機で生成中の混練物の温度を測定するのに用いられる熱電対を検査する技術である。

ゴム製品やプラスチック製品の製造工程には、ゴムやプラスチックとなる複数の材料を混練して混練物を生成する工程が含まれる。複数の材料の混練の度合いを示す指標として、混練物の温度が用いられており、このため、混練物の生成中に混練物の温度が測定される。

混練物の温度の測定には、熱電対が利用される。混練物は、粘度が高いので、生成中の混練物に熱電対素線を接触させた状態にすれば、熱電対素線が破損する。このため、管状部材に熱電対素線を収容した構造を有する熱電対が利用される。このような熱電対として、保護管式熱電対やシース熱電対が挙げられる。

保護管式熱電対は、金属製やセラミック製の保護管に、熱電対素線を収容した構造を有する熱電対である。シース熱電対は、シースと称される極細の金属管に、熱電対素線を収容し、シース内部に高純度の無機絶縁粉末を充填した構造を有する熱電対である。

熱電対は、使用により劣化するので、熱電対の劣化を検知する技術が提案されている。例えば、保護管式熱電対の劣化を検知する技術として、特許文献１に開示された熱電対劣化検知装置がある。この装置は、先端部が測定対象に設けられた第１の熱電対と、この第１の熱電対と近接させて設けられた第１の熱電対より短い第２の熱電対と、第１の熱電対の出力と第２の熱電対の出力とを比較し、両熱電対の出力差が所定の値を越えたとき、第１の熱電対が劣化したと判断し、劣化検知信号を発生する処理手段と、を備える。

特開平９−２１８１０７公報(要約)

ゴムやプラスチックの材料には、シリカのような硬度が高い粒子が含まれる。このため、保護管やシースのような管状部材の表面のうち、混練物と接触する箇所は、徐々に摩耗するので、管状部材の強度が低下する。その結果、混練物の生成中に、管状部材が曲がったり、破損したりすることがある。特に、管状部材が破損すれば、破損片が混練物に混ざり、ゴム製品やプラスチック製品が不良品となる原因になる。

上記先行技術として紹介した熱電対劣化検知装置は、熱電対素線の劣化を検知する装置であり、混練物と接触する箇所の摩耗を検査する装置ではない。よって、その箇所の摩耗を検査できる技術が望まれる。

本発明は、混練物の温度の測定に用いられる熱電対に備えられ、熱電対素線が収容される管状部材において、混練物と接触する箇所が摩耗しているか検査できる熱電対検査装置及び熱電対検査方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の局面に係る熱電対検査装置は、混練室と、前記混練室から混練物を取り出すときに開けられるドア部と、を備える混練機と、前記混練物と接触する箇所となる接触箇所を有する管状部材と、前記管状部材に収容された熱電対素線と、を含む熱電対を利用し、前記混練室で生成されている前記混練物の温度を測定する温度測定装置と、を備えるシステムに適用される熱電対検査装置であって、前記ドア部が開けられた状態で、予め定められた第１の期間において前記熱電対素線に電流を供給し、かつ、前記第１の期間の経過後において前記熱電対素線に電流を供給することを停止する電流供給制御部と、前記第１の期間の経過後において、前記温度測定装置が測定する温度の低下を推定する式を算出する式算出部と、前記第１の期間の経過後に前記温度測定装置が測定した温度から、前記式算出部が算出した前記式が示す温度を減算した減算値を算出する減算部と、前記減算値に基づいて、前記接触箇所が摩耗しているか判定する摩耗判定部と、前記摩耗判定部が判定した結果を報知する報知部と、を備える。

本発明の第１の局面に係る熱電対検査装置では、接触箇所が摩耗している場合、接触箇所が摩耗していない場合よりも、熱電対素線に電流が供給されたときに、温度測定装置が測定する温度の上昇量が大きくなることを利用して、接触箇所の摩耗を判定する。

混練室のドア部が開かれた状態で、接触箇所の摩耗検査をする場合、ドア部が開けられることにより、温度測定装置によって測定される温度が急激に下がる影響をなくさなければならない。

ドア部が開けられた状態で、熱電対素線に電流が供給された場合に、温度測定装置が測定した温度を、実温度とする。ドア部が開けられた状態で、熱電対素線に電流が供給されなかったとした場合に、温度測定装置が測定したと推定される温度を、推定温度とする。本発明では、式算出部が算出した式が示す温度を、推定温度としている。熱電対素線に電流が供給されることにより、熱電対素線の測温接点が発熱したことが原因で、温度測定装置が測定した温度の上昇量を温度上昇量とする。

実温度から推定温度を減算すれば、上記影響を除去なくすことができる。すなわち、実温度から推定温度を減算した値が、温度上昇量となる。

以上より、本発明の第１の局面に係る熱電対検査装置によれば、混練物の温度の測定に用いられる熱電対に備えられ、熱電対素線が収容される管状部材において、混練物と接触する箇所が摩耗しているか検査できる。

上記構成において、前記第１の期間が経過してから、予め定められた第２の期間が経過したか否かを判断する期間経過判断部を備え、前記式算出部は、前記第２の期間が経過した後、予め定められたサンプリング期間に前記温度測定装置が測定した温度を用いて、前記式を算出する。

第１の期間において熱電対素線に電流を供給することにより、熱電対素線の測温接点が発熱する。この影響が残っている期間を第２の期間とし、その影響が残っていない期間をサンプリング期間とする。この構成によれば、上記影響が残っていないサンプリング期間に温度測定装置が測定した温度を用いて、上記式を算出するので、温度測定装置が測定する温度の低下を正確に推定することができる。

上記構成において、前記接触箇所は、メッキ層を含む。

混練物の材料に対する耐摩耗性を高めるために、メッキ層を接触箇所とする熱電対がある。しかし、熱電対の長期の使用により、メッキ層も摩耗する。この構成は、メッキ層を接触箇所とする熱電対に本発明を適用している。

本発明の第２の局面に係る熱電対検査方法は、混練室と、前記混練室から混練物を取り出すときに開けられるドア部と、を備える混練機と、前記混練物と接触する箇所となる接触箇所を有する管状部材と、前記管状部材に収容された熱電対素線と、を含む熱電対を利用し、前記混練室で生成されている前記混練物の温度を測定する温度測定装置と、を備えるシステムに適用される熱電対検査方法であって、前記ドア部が開けられた状態で、予め定められた第１の期間において前記熱電対素線に電流を供給し、かつ、前記第１の期間の経過後において前記熱電対素線に電流を供給することを停止する電流供給制御ステップと、前記第１の期間の経過後において、前記温度測定装置が測定する温度の低下を推定する式を算出する式算出ステップと、前記第１の期間の経過後に前記温度測定装置が測定した温度から、前記式算出ステップが算出した前記式が示す温度を減算した減算値を算出する減算ステップと、前記減算値に基づいて、前記接触箇所が摩耗しているか判定する摩耗判定ステップと、前記摩耗判定部が判定した結果を報知する報知ステップと、を備える。

本発明の第２の局面に係る熱電対検査方法は、本発明の第１の局面に係る熱電対検査装置を方法として規定したものであり、本発明の第１の局面に係る熱電対検査装置と同様の作用効果を有する。

本発明の第３の局面に係る熱電対検査装置は、混練物と接触する箇所となる接触箇所を有する管状部材と、前記管状部材に収容された熱電対素線と、を含む熱電対を検査する熱電対検査装置であって、予め定められた第１の期間において前記熱電対素線に電流を供給し、かつ、前記第１の期間の経過後において前記熱電対素線に電流を供給することを停止する電流供給制御部と、前記第１の期間が経過してから、予め定められた第２の期間が経過したか否かを判断する期間経過判断部と、前記熱電対を利用して測定された温度のうち、前記期間経過判断部によって前記第２の期間が経過したと判断された後のサンプリング期間に測定された温度を用いて、前記第１の期間に前記熱電対素線に電流が供給されなかったとすれば、前記第２の期間に前記熱電対を利用して温度を測定した場合に、測定したと推定される温度を示す近似式を算出する近似式算出部と、前記第２の期間に前記熱電対を利用して測定した温度から、前記近似式算出部が算出した前記近似式が示す温度を減算した減算値を算出する減算部と、前記減算値に基づいて、前記接触箇所が摩耗しているか判定する摩耗判定部と、前記摩耗判定部が判定した結果を報知する報知部と、を備える。

本発明の第３の局面に係る熱電対検査装置によれば、本発明の第１の局面に係る熱電対検査装置と同様の理由で、混練物の温度の測定に用いられる熱電対に備えられ、熱電対素線が収容される管状部材において、混練物と接触する箇所が摩耗しているか検査できる。

本発明によれば、混練物の温度の測定に用いられる熱電対に備えられ、熱電対素線が収容される管状部材において、混練物と接触する箇所が摩耗しているか検査できる。

混練機の一例を示す模式図である。 図１に示す混練機において、混練物が生成されている状態を示す模式図である。 図１に示す混練機において、混練物が取り出されている状態を示す模式図である。 保護管式熱電対を利用した温度測定装置の一例を示す模式図である。 熱電対素線に電流を供給した時間と、温度上昇量との関係を示すグラフである。 本実施形態に係る熱電対検査装置の構成を示すブロック図である。 摩耗検査の期間を示すタイムチャートである。 本実施形態に係る熱電対検査装置の動作を説明するフローチャートである。 第２の期間及びサンプリング期間において、温度測定装置が測定した温度を示すグラフである。 第２の期間及びサンプリング期間において、近似式算出部が算出した近似式を示すグラフである。 図９のグラフと図１０のグラフとを重ねたグラフである。 図９のグラフが示す値から図１０のグラフが示す値を引いた値を示すグラフである。

以下、図面に基づいて、本発明の一実施形態を詳細に説明する。図１は、混練機３の一例を示す模式図である。図２は、図１に示す混練機３において、混練物Ｍが生成されている状態を示す模式図である。図３は、図１に示す混練機３において、混練物Ｍが取り出されている状態を示す模式図である。

図１を参照して、混練機３は、材料供給管３１、混練室３２、ドア部３３、生成制御部３７及びドア制御部３８を備える。

材料供給管３１は、混練室３２の天井の上に配置されている。材料供給管３１の先端が混練室３２の天井を通って混練室３２に案内されている。混練物Ｍの材料は、材料供給管３１を通って、混練室３２に供給される。

混練室３２は、断面図で示されている。混練室３２は、所定の材料が混練されて混練物Ｍが生成されているとき、常温より温度が高く設定されている。例えば、ゴム混練物であれば、混練室３２は、百数十℃に設定される。混練室３２には、２つのローラー３４，３５が配置されている。図２を参照して、２つのローラーを回転させることにより、混練室３２に供給された材料が混練りされ、混練物Ｍが生成される。

生成制御部３７は、混練室３２で混練物Ｍを生成する制御をする。詳しく説明すると、生成制御部３７は、材料供給管３１から混練室３２に混練物Ｍの材料を供給する制御、混練室３２の温度を設定する制御、及び、ローラー３４，３５を回転させる制御をする。

図１及び図３を参照して、混練室３２の床部には、混練物Ｍの取出口３６が形成されている。ドア部３３が閉じられると、取出口３６が塞がれる。ドア部３３が開けられると、取出口３６が開放される。ドア部３３が開けられると、混練室３２の混練物Ｍは、取出口３６を通って、落下し、次のプロセスへ送られる。ドア部３３は、混練室３２で混練物Ｍが生成されているときに閉じられ、混練室３２から混練物Ｍが取り出されるときに開けられる。

ドア制御部３８は、ドア部３３の開閉を制御する。

混練機３は、混練室３２で混練物Ｍを生成する動作、生成した混練物Ｍを混練室３２から取り出すためにドア部３３を開ける動作、次の混練物Ｍを混練室３２で生成するためにドア部３３を閉じる動作を繰り返す。

図１を参照して、ドア部３３には、保護管式熱電対５が差し込まれている。ドア部３３が閉じられた状態で、保護管式熱電対５の保護管５１の先端部５３が、混練室３２内に位置し、ドア部３３が開けられた状態で、先端部５３が混練室３２外に位置するように、先端部５３がドア部３３から突き出ている。先端部５３は、混練物Ｍの生成中に混練物Ｍと接触する接触箇所である。

図４は、保護管式熱電対５を利用した温度測定装置６の一例を示す模式図である。温度測定装置６は、保護管式熱電対５及び温度演算部７を備える。

保護管式熱電対５は、保護管５１及び熱電対素線５２を備える。

保護管５１は、管状部材の一例であり、熱電対素線５２を収容する。保護管５１の先端部５３は、断面図で示されている。

熱電対素線５２は、二本の素線５２ａ，５２ｂにより構成されている。二本の素線５２ａ，５２ｂは、絶縁管５４により互いに絶縁されている。熱電対素線５２の一方の端部は、測温接点５２ｃを含み、絶縁管５４から露出している。測温接点５２ｃは、保護管５１の先端部５３に溶着されている。

保護管５１の先端部５３は、メッキ層５５で覆われている。すなわち、保護管５１の先端部５３は、メッキ層５５を含む先端部５３である。メッキ層５５を含む先端部５３では、メッキ層５５が接触箇所となる。メッキ層５５については、後で詳しく説明する。

保護管５１の後端面には、端子５６ａ，５６ｂが設けられている。素線５２ａは、端子５６ａによって、外部配線５７ａと電気的に接続されている。素線５２ｂは、端子５６ｂによって、外部配線５７ｂと電気的に接続されている。

本実施形態に適用される熱電対は、保護管式熱電対５に限らず、熱電対素線５２を管状部材に収容する構造の熱電対であればよい(例えば、シース熱電対)。

温度演算部７は、外部配線５７ａ，５７ｂと電気的に接続されている。測温接点５２ｃに伝達された熱によって、熱電対素線５２は熱起電力を発生する。この熱起電力は、外部配線５７ａ，５７ｂによって、温度演算部７に伝達される。温度演算部７は、伝達された熱起電力を用いて、温度(例えば、図２に示す混練室３２の混練物Ｍの温度)を演算する。このように、温度測定装置６は、熱電対素線５２が発生した熱起電力を用いて、温度を測定する装置である。

メッキ層５５について説明する。保護管５１の先端部５３は、上述したように、接触箇所である。保護管５１の材料は、耐熱性、強度等の観点から、例えば、ＳＣＭ材(chrome molybdenum steel：クロムモリブデン鋼鋼材)が使用される。ゴムやプラスチックの材料には、シリカのような硬度が高い粒子が含まれる。ＳＣＭ材は、シリカに対して、耐摩耗性が低い。そこで、保護管５１の先端部５３にメッキ層５５を形成し、メッキ層５５を接触箇所とすることにより、接触箇所の耐摩耗性を向上させている。

このように、接触箇所をメッキ層５５とすることにより、接触箇所の対摩耗性を向上させている。しかし、メッキ層５５も、シリカによって摩耗するので、保護管式熱電対５の使用が長期間になると、メッキ層５５が摩耗し、保護管５１からメッキ層５５が剥がれる事態が生じる。

そこで、メッキ層５５が摩耗しているかを検査する必要がある。本実施形態において、熱電対検査とは、この検査のことである。以下、この検査を、「摩耗検査」と簡単に記載することもある。

熱電対素線５２に電流が供給されると、測温接点５２ｃが発熱する。その熱は、保護管５１の先端部５３で吸収される。メッキ層５５を含まない先端部５３は、メッキ層５５を含む先端部５３よりも、メッキ層５５が存在しない分だけ、先端部５３の吸熱量が少ない。従って、メッキ層５５を含まない先端部５３は、メッキ層５５を含む先端部５３よりも、熱電対素線５２に電流が供給されたときに、測温接点５２ｃの温度が高くなる(すなわち、温度測定装置６が測定する温度が高くなる)。これを確認する実験を行った。

保護管式熱電対５の熱電対素線５２に、１．０Ａの電流を供給し続けながら、温度測定装置６により、所定時間の間隔で、温度を測定した。

保護管式熱電対５として、アルミ箔付きの保護管式熱電対５と、アルミ箔なしの保護管式熱電対５を用意した。アルミ箔付きの保護管式熱電対５は、保護管５１の先端部５３にアルミ箔を取り付けた保護管式熱電対５である。アルミ箔なしの保護管式熱電対５は、保護管５１の先端部５３にアルミ箔を取り付けていない保護管式熱電対５である。アルミ箔の厚みは、０．１２ｍｍとした。アルミ箔をメッキ層５５と見なした。

実験の結果を図５のグラフに示す。グラフの横軸は、熱電対素線５２に電流の供給を開始してから経過した時間を示す。単位は秒である。グラフの縦軸は、熱電対素線５２に電流を供給される前に、温度測定装置６により測定された温度を基準にした温度の上昇量を示す。

例えば、熱電対素線５２に電流を供給される前に、温度測定装置６により測定された温度を３０．０℃、熱電対素線５２に電流が供給されてから、１０秒経過したときに、温度測定装置６により測定された温度を３１．０℃とする。この場合、熱電対素線５２に電流が供給されてから、１０秒経過したときの温度の上昇量は、１．０℃となる。

折れ線Ｓ１は、アルミ箔付きの保護管式熱電対５の実験結果を示している。線Ｌ１は、折れ線Ｓ１を線形近似した線である。折れ線Ｓ２は、アルミ箔なしの保護管式熱電対５の実験結果を示している。線Ｌ２は、折れ線Ｓ２を線形近似した線である。

折れ線Ｓ２で示すアルミ箔なしの保護管式熱電対５は、折れ線Ｓ１で示すアルミ箔付きの保護管式熱電対５と比べて、温度の上昇量が大きかった。これは、アルミ箔が存在しないことが原因と思われる。

例えば、熱電対素線５２に電流を供給する時間を１０秒とした場合、折れ線Ｓ１で示すアルミ箔付きの保護管式熱電対５では、温度の上昇量が１．０℃、折れ線Ｓ２で示すアルミ箔なしの保護管式熱電対５では、温度の上昇量が１．３℃となった。

これは、メッキ層５５が削れていない保護管式熱電対５では、温度の上昇量が１．０℃、メッキ層５５が０．１２ｍｍ削れた保護管式熱電対５では、温度の上昇量が１．３℃であり、温度の上昇量に、０．３℃の違いが生じる言うことができる。

メッキ層５５を含む先端部５３において、メッキ層５５の厚みが小さくなれば、先端部５３の吸熱量が小さくなる。従って、メッキ層５５の厚みと、測温接点５２ｃの温度の上昇量との間には、メッキ層５５の厚みが小さくなれば、測温接点５２ｃの温度の上昇量(言い換えれば、温度測定装置６が測定した温度の上昇量)が大きくなる相関関係があると思われる。よって、熱電対素線５２に電流を供給して、測温接点５２ｃを発熱させることにより、温度測定装置６が測定した温度の上昇量を用いれば、メッキ層５５の厚み(摩耗量)を推定できる。本実施形態は、この理論を応用し、接触箇所であるメッキ層５５が摩耗しているかを検査(摩耗検査)する。

次に、摩耗検査を実行する時期について説明する。図２を参照して、混練物Ｍの生成中、保護管５１の先端部５３が混練物Ｍと接触しているので、摩耗検査をすることができない。混練機３を停止させて、混練室３２に混練物Ｍが存在しない状態で摩耗検査することが考えられる。しかし、混練物Ｍの生成プロセスが一旦停止することになるので、非効率である。

混練機３は、次の(１)〜(４)の動作を繰り返す。(１)ドア部３３が閉じられた混練室３２に材料を供給する。(２)混練室３２で材料を混練して混練物Ｍを生成する(図２)。(３)ドア部３３を開けて、混練室３２の混練物Ｍを次のプロセスへ送る(図３)。(４)ドア部３３を閉じる。

ドア部３３が開けられて、混練室３２から混練物Ｍが取り出されている期間に、摩耗検査を実行すれば、混練機３の動作を停止しなくてもよいので、効率がよい。

しかし、ドア部３３が開けられると、保護管５１の先端部５３は、常温環境下に晒されるので、温度測定装置６が測定する温度が急激に低下する。

従って、ドア部３３が開けられた状態で、熱電対素線５２に電流を供給することによって、温度測定装置６が測定した温度の上昇量を知るには、ドア部３３が開けられることにより、温度が急激に低下する影響をなくさなければならない。

ドア部３３が開けられた状態で、熱電対素線５２に電流が供給された場合に、温度測定装置６が測定した温度を、実温度とする。ドア部３３が開けられた状態で、熱電対素線５２に電流が供給されなかったとした場合に、温度測定装置６が測定したと推定される温度を、推定温度とする。熱電対素線５２に電流が供給されることにより、測温接点５２ｃが発熱したことが原因で、温度測定装置６が測定した温度の上昇量を温度上昇量とする。実温度から推定温度を減算すれば、上記影響をなくすことができる。すなわち、実温度から推定温度を減算した値が、温度上昇量となる。

推定温度は、式１に示す指数関数式を用いて求めることができる。式１は、温度低下を表す一般的な式である。

ｙ＝ａ×ｅｘｐ(ｂ×ｘ)・・・(式１)
ここで、「ｙ」は、温度を示し、「ｘ」は、経過時間を示し、「ａ」及び「ｂ」は、係数である。このうち、「ｂ」は、温度の下がり具合、すなわち、温度が急激に下がるのか、温度が緩やかに下がるのかを示す。後で説明する近似式算出部８６(図６)は、式１を利用して、近似式(すなわち、推定温度を求める式)を算出する。

次に、熱電対検査装置８について説明する。図６は、本実施形態に係る熱電対検査装置８の構成を示すブロック図である。

熱電対検査装置８は、図４に示す温度測定装置６が測定した温度を利用して、摩耗検査をする。

温度測定装置６は、図２及び図３に示すように、保護管式熱電対５を利用し、混練室３２で生成されている混練物Ｍの温度を測定すると共に、ドア部３３が開けられ、メッキ層５５が混練物Ｍに接触していない状態において、メッキ層５５の周囲の温度を測定する。

熱電対検査装置８は、ドア開閉判断部８１、電源部８２、スイッチ部８３、電流供給制御部８４、期間経過判断部８５、近似式算出部８６、減算部８７、摩耗判定部８８、及び、報知部８９を備える。

ドア開閉判断部８１は、不図示のセンサーから出力された信号を基にして、ドア部３３が開かれた状態か、又は、ドア部３３が閉じられた状態かを判断する。そのセンサーは、ドア部３３が開かれた状態とドア部３３が閉じられた状態とで異なる信号を出力する。

電源部８２は、熱電対素線５２に供給する電流を生成する。

スイッチ部８３は、例えば、トランジスタにより構成される。スイッチ部８３がオン状態のとき、電源部８２で生成された電流が外部配線５７ｂに供給される。スイッチ部８３がオフ状態のとき、電源部８２で生成された電流が外部配線５７ｂに供給されない。

電流供給制御部８４は、スイッチ部８３をオンオフ制御する。詳しく説明すると、電流供給制御部８４は、混練室３２から混練物Ｍを取り出すために、ドア部３３が開けられたとき、スイッチ部８３をオフからオンに切り替え、予め定められた第１の期間が経過したとき、スイッチ部８３をオンからオフに切り替える。これにより、混練室３２から混練物Ｍを取り出すために、混練機３がドア部３３を開ける動作をすることにより、ドア部３３が開けられた状態で、第１の期間において熱電対素線５２に電流を供給し、かつ、第１の期間の経過後において熱電対素線５２に電流を供給することを停止する。

期間経過判断部８５は、第１の期間が経過してから、ドア部３３が開けられた状態で、予め定められた第２の期間が経過したか否かを判断する。図７は、摩耗検査の期間を示すタイムチャートである。摩耗検査の期間Ｔ０は、第１の期間Ｔ１と、第２の期間Ｔ２と、サンプリング期間Ｔ３とに分けられる。摩耗検査の期間Ｔ０が、例えば、４秒の場合、第１の期間Ｔ１は、例えば、１秒であり、第２の期間Ｔ２は、例えば、２秒であり、サンプリング期間Ｔ３は、例えば、１秒である。

第１の期間Ｔ１に熱電対素線５２に対して電流を供給することにより、測温接点５２ｃ(図４)が発熱する。この影響が残っている期間を第２の期間Ｔ２とし、その影響が残っていない期間をサンプリング期間Ｔ３とする。サンプリング期間Ｔ３については、次の近似式算出部８６で説明する。

近似式算出部８６は、上述した式１で示す指数関数式を用いて、上記推定温度を求める式を算出する。すなわち、第１の期間Ｔ１に熱電対素線５２に電流が供給されなかったとすれば、第２の期間Ｔ２に温度測定装置６が測定したと推定される温度を示す近似式を算出する。言い換えれば、第１の期間Ｔ１に熱電対素線５２に電流が供給されなかったとすれば、第２の期間Ｔ２に保護管式熱電対５を利用して温度を測定した場合に、測定したと推定される温度を示す近似式を算出する。

近似式算出部８６は、式算出部の一例である。式算出部は、ドア部３３が開けられて、保護管式熱電対５が混練室３２の外部雰囲気に晒されることにより、第１の期間Ｔ１の経過後において、温度測定装置６が測定する温度の低下を推定する式を算出する。

近似式の算出には、ドア部３３が開けられた状態で、温度測定装置６が測定した温度のうち、期間経過判断部８５によって第２の期間Ｔ２が経過したと判断された後(サンプリング期間Ｔ３)に測定された温度が用いられる。サンプリング期間Ｔ３は、第１の期間Ｔ１に熱電対素線５２に対して電流を供給したことにより、測温接点５２ｃが発熱した影響が残っていない期間として規定されているからである。

近似式は、上述したように、第１の期間Ｔ１に熱電対素線５２に対して電流が供給されなかったとした場合に第２の期間Ｔ２において、温度測定装置６が測定したと推定される温度(推定温度)を示す式である。測温接点５２ｃが発熱した影響が残っている期間(すなわち、第２の期間Ｔ２)で測定された温度を利用して近似式を算出すれば、近似式が正確な推定温度を示さないからである。

近似式算出部８６は、サンプリング期間Ｔ３において、所定の間隔で、温度測定装置６が測定した温度のデータを取得する。

減算部８７は、第２の期間Ｔ２に温度測定装置６が測定した温度から、近似式算出部８６が算出した近似式が示す温度を減算した減算値を算出する。近似式算出部８６が、上記式算出部の場合、減算部８７は、第１の期間Ｔ１の経過後に温度測定装置６が測定した温度から、式算出部が算出した式が示す温度を減算した減算値を算出する。

摩耗判定部８８は、メッキ層５５が摩耗している場合、メッキ層５５が摩耗していない場合よりも、減算値が大きくなることを利用して、メッキ層５５が摩耗しているか判定する。

報知部８９は、例えば、ディスプレイであり、摩耗判定部８８が判定した結果を報知する。

次に、本実施形態に係る熱電対検査装置８の動作について説明する。図８は、その動作を説明するフローチャートである。

図３に示す混練機３の生成制御部３７が、混練物Ｍの生成が完了したと判断したとき、混練室３２から混練物Ｍを取り出すために、ドア制御部３８が、ドア部３３を開ける制御をする。これにより、図６に示すドア開閉判断部８１が、ドア部３３が開けられたと判断する(ステップＳ１)。

ドア開閉判断部８１が、ドア部３３が開けられたと判断したので、電流供給制御部８４は、熱電対素線５２に電流を供給する(ステップＳ３)。詳しく説明すると、図６に示す電流供給制御部８４は、スイッチ部８３をオフからオンに切り替え、それから第１の期間Ｔ１(図７)が経過した後、スイッチ部８３をオンからオフに切り替える。これにより、第１の期間Ｔ１において、熱電対素線５２に電流が供給されるので、測温接点５２ｃ(図４)が発熱する。

期間経過判断部８５は、第１の期間Ｔ１が経過してから、ドア部３３が開けられた状態で、第２の期間Ｔ２(図７)が経過したか否かを判断する(ステップＳ５)。ドア部３３が開けられた状態は、ドア開閉判断部８１が判断する。

期間経過判断部８５は、第２の期間Ｔ２が経過していないと判断した場合(ステップＳ５でＮｏ)、ステップＳ５の処理を繰り返す。

期間経過判断部８５は、第２の期間Ｔ２が経過したと判断した場合(ステップＳ５でＹｅｓ)、近似式算出部８６は、近似式を算出する(ステップＳ７)。これについて、詳しく説明する。

図９は、第２の期間Ｔ２及びサンプリング期間Ｔ３において、温度測定装置６が測定した温度を示すグラフ、すなわち、実温度を示すグラフである。図１０は、第２の期間Ｔ２及びサンプリング期間Ｔ３において、近似式算出部８６が算出した近似式を示すグラフ、すなわち、推定温度を示すグラフである。図１１は、図９のグラフと図１０のグラフとを重ねたグラフである。図９〜図１１において、横軸は、時間(秒)を示し、縦軸は、温度測定装置６が測定した温度(℃)を示している。横軸において、０．００秒から２．００秒までの期間が、第２の期間Ｔ２であり、２．００秒から３．００秒までの期間が、サンプリング期間Ｔ３である。

図９を参照して、０．００秒(すなわち、第１の期間Ｔ１の経過直後)において、熱電対素線５２に電流を供給することが停止され、測温接点５２ｃ(図４)の発熱が止まる。このため、０．００秒において、温度測定装置６が測定した温度が急激に低下している。

その後も、温度測定装置６が測定した温度は低下する。これは、図３に示すように、混練室３２のドア部３３が開けられた状態なので、保護管式熱電対５が常温環境に晒されているからである。

近似式算出部８６は、サンプリング期間Ｔ３において、例えば、１０μ秒毎に、温度測定装置６が測定した温度のデータを取得する。サンプリング期間Ｔ３が、１秒であれば、１００個の温度データを取得する。

近似式算出部８６は、取得した温度データ、及び、式１で示す指数関数式を用いて、近似式を算出する。近似式は、例えば、以下の通りとなる。

ｙ＝１２７．７４ｅ^{−０．０２０６ｘ}・・・(式２)
式２をグラフで示したのが、図１０である。このグラフは、上述したように、推定温度を示すグラフである。

減算部８７は、第２の期間Ｔ２及びサンプル期間Ｔ３に温度測定装置６が測定した温度から、近似式算出部８６が算出した近似式が示す温度を減算した減算値を算出する(ステップＳ９)。減算値は、実温度から推定温度を減算した値であり、温度上昇量を示している。温度上昇量とは、第１の期間Ｔ１で測温接点５２ｃが発熱したことが原因で、温度測定装置６が測定した温度の上昇量である。

詳しく説明すると、減算部８７は、図１２に示すように、図９のグラフが示す値から図１０のグラフが示す値を引いた値を示すグラフを算出する。図１２において、横軸は、時間(秒)を示す。縦軸は、温度上昇量(℃)を示している。

上述したように図９に示すグラフは、第１の期間Ｔ１に熱電対素線５２に対して電流が供給された場合に、第２の期間Ｔ２及びサンプリング期間Ｔ３において、温度測定装置６が測定した温度(実温度)を示すグラフである。これに対して、図１０に示すグラフは、第１の期間Ｔ１に熱電対素線５２に対して電流が供給されなかったとした場合に、第２の期間Ｔ２及びサンプリング期間Ｔ３において、温度測定装置６が測定したと推定される温度(推定温度)を示すグラフである。

第２の期間Ｔ２では、温度上昇量が０より大きい。これは、第１の期間Ｔ１に熱電対素線５２に対して電流を供給したことにより、測温接点５２ｃが発熱した影響が第２の期間Ｔ２に残っているからである。サンプリング期間Ｔ３では、温度上昇量が略０である。これは、その影響がサンプリング期間Ｔ３に残っていないからである。

摩耗判定部８８は、図１２に示す第２の期間Ｔ２の温度上昇量(減算値)を利用して、メッキ層５５が摩耗しているか判断する(ステップＳ１１)。メッキ層５５が摩耗しているか判断する方法は、いくつか考えられる。例えば、第２の期間Ｔ２中の予め定められた時(例えば、０．５０秒)の温度上昇量が、予め定められたしきい値を超えていれば、メッキ層５５が摩耗していると判断し、超えていなければ、メッキ層５５が摩耗していないと判断する。

また、第２の期間Ｔ２中の予め定められた時において、図１２に示すグラフの傾きが、予め定められたしきい値を超えていれば、メッキ層５５が摩耗していると判断し、超えていなければ、メッキ層５５が摩耗していないと判断する。

図１２に示す第２の期間Ｔ２において、図１２のグラフを移動平均する処理をした後、それらの方法を適用してもよい。移動平均により図１２のグラフが滑らかになるので、誤差を小さくできるからである。

摩耗判定部８８が、メッキ層５５が摩耗していると判断した場合(ステップＳ１１でＹｅｓ)、報知部８９は、保護管式熱電対５の交換を警告する表示をする(ステップＳ１３)。

摩耗判定部８８が、メッキ層５５が摩耗していないと判断した場合(ステップＳ１１でＮｏ)、図１に示す混練機３のドア制御部３８は、ドア部３３を閉じる制御をする(ステップＳ１５)。そして、生成制御部３７は、ドア部３３が閉じられた後、混練室３２で次の混練物Ｍの生成を制御する。

ドア部３３の一回の開閉で摩耗検査を一回だけ実行する例で説明したが、ドア部３３の一回の開閉で、摩耗検査を複数回実行してもよい。第１の期間Ｔ１が１．０秒、第２の期間Ｔ２が２．０秒、サンプリング期間Ｔ３が１．０秒とし、ドア部３３が開けられた時間が、１５秒であれば、摩耗検査を３回実行する。そして、３回の摩耗検査において、摩耗判断部が１回でも、メッキ層５５が摩耗していると判断した場合、報知部８９は、保護管式熱電対５の交換を警告する表示をする。

ドア部３３を開閉する毎に、摩耗検査を実行してもよいし、予め定められた期間が経過する毎に(例えば、一日に一回)、摩耗検査を実行してもよい。

本実施形態の主な効果を説明する。本実施形態では、図４を参照して、メッキ層５５(接触箇所)が摩耗している場合、メッキ層５５が摩耗していない場合よりも、熱電対素線５２に電流が供給されたときに、温度測定装置６が測定する温度の上昇量が大きくなることを利用して、メッキ層５５の摩耗を判定する。

図３を参照して、混練室３２のドア部３３が開かれた状態で、メッキ層５５の摩耗検査をする場合、ドア部３３が開けられることにより、温度測定装置６によって測定される温度が急激に下がる影響をなくさなければならない。

ドア部３３が開けられた状態で、熱電対素線５２に電流が供給された場合に、温度測定装置６が測定した温度を、実温度とする(図９)。ドア部３３が開けられた状態で、熱電対素線５２に電流が供給されなかったとした場合に、温度測定装置６が測定したと推定される温度を、推定温度とする。本実施形態では、近似式算出部８６が算出した近似式が示す温度を、推定温度としている(図１０)。熱電対素線５２に電流が供給されることにより、測温接点５２ｃが発熱したことが原因で、温度測定装置６が測定した温度の上昇量を温度上昇量とする。

実温度から推定温度を減算すれば、上記影響をなくすことができる。すなわち、実温度から推定温度を減算した値が、温度上昇量となる(図１２)。

以上より、本実施形態によれば、混練物Ｍの温度の測定に用いられる熱電対(保護管式熱電対５)に備えられ、熱電対素線５２が収容される管状部材(保護管５１)において、混練物Ｍと接触する箇所(メッキ層５５)が摩耗しているかを検査できる。

また、本実施形態によれば、図８のフローチャートで説明したように、混練物Ｍを混練室３２から取り出すために、ドア部３３を開けたときに、摩耗検査をしている。従って、混練機３の動作中に、摩耗検査をすることができる。混練機３の動作中とは、混練室３２で混練物Ｍを生成し、混練物Ｍを取り出すためにドア部３３を開け、ドア部３３を閉じ、混練室３２で次の混練物Ｍを生成する処理を繰り返すことである。よって、本実施形態によれば、摩耗検査をするために、混練機３の動作を停止させる必要がない。

メッキ層５５(図４)の厚みと、温度上昇量との間には、メッキ層５５の厚みが小さくなれば、温度上昇量が大きくなる相関関係がある。本実施形態によれば、メッキ層５５の摩耗量(摩耗された厚み)を予測できるので、メッキ層５５が摩耗によりなくなり、保護管５１が破損する前に、適切なタイミングで、保護管式熱電対５の交換をする報知をすることができる。

図４を参照して、保護管５１の肉厚を小さくすれば、保護管５１の熱容量が小さくなるので、応答性に優れた保護管式熱電対５となる。しかし、保護管５１の肉厚が小さい場合、メッキ層５５が摩耗により剥がれれば、直ぐに保護管５１が破損してしまう。本実施形態では、メッキ層５５の摩耗量を予測できるので、肉厚が小さい保護管５１を使用できる。

肉厚が小さい保護管５１の場合、保護管５１の熱容量が小さいので、摩耗検査をした場合、温度上昇量が大きくなる。よって、メッキ層５５が摩耗しているか否かをより正確に判定することができる。

本実施形態では、保護管５１の先端部５３を覆うメッキ層５５が接触箇所である例で説明したが、保護管５１の先端部５３がメッキ層５５で覆われていない場合、すなわち、メッキ層５５を含まない先端部５３の場合にも、本発明を適用することができる。

３ 混練機
５ 保護管式熱電対
６ 温度測定装置
８ 熱電対検査装置
３２ 混練室
３３ ドア部
５１ 保護管
５２ 熱電対素線
５２ｃ 測温接点
５５ メッキ層(接触箇所の一例)
５３ 先端部
８６ 近似式算出部(式算出部の一例)
Ｍ 混練物
Ｔ０ 摩耗検査の期間
Ｔ１ 第１の期間
Ｔ２ 第２の期間
Ｔ３ サンプリング期間

Claims (5)

1. 混練室と、前記混練室から混練物を取り出すときに開けられるドア部と、を備える混練機と、
   前記混練物と接触する箇所となる接触箇所を有する管状部材と、前記管状部材に収容された熱電対素線と、を含む熱電対を利用し、前記混練室で生成されている前記混練物の温度を測定する温度測定装置と、
   を備えるシステムに適用される熱電対検査装置であって、
   前記ドア部が開けられた状態で、予め定められた第１の期間において前記熱電対素線に電流を供給し、かつ、前記第１の期間の経過後において前記熱電対素線に電流を供給することを停止する電流供給制御部と、
   前記第１の期間の経過後において、前記温度測定装置が測定する温度の低下を推定する式を算出する式算出部と、
   前記第１の期間の経過後に前記温度測定装置が測定した温度から、前記式算出部が算出した前記式が示す温度を減算した減算値を算出する減算部と、
   前記減算値に基づいて、前記接触箇所が摩耗しているか判定する摩耗判定部と、
   前記摩耗判定部が判定した結果を報知する報知部と、を備える熱電対検査装置。
2. 前記第１の期間が経過してから、予め定められた第２の期間が経過したか否かを判断する期間経過判断部を備え、
   前記式算出部は、前記第２の期間が経過した後、予め定められたサンプリング期間に前記温度測定装置が測定した温度を用いて、前記式を算出する請求項１に記載の熱電対検査装置。
3. 前記接触箇所は、メッキ層を含む請求項１又は２に記載の熱電対検査装置。
4. 混練室と、前記混練室から混練物を取り出すときに開けられるドア部と、を備える混練機と、
   前記混練物と接触する箇所となる接触箇所を有する管状部材と、前記管状部材に収容された熱電対素線と、を含む熱電対を利用し、前記混練室で生成されている前記混練物の温度を測定する温度測定装置と、
   を備えるシステムに適用される熱電対検査方法であって、
   前記ドア部が開けられた状態で、予め定められた第１の期間において前記熱電対素線に電流を供給し、かつ、前記第１の期間の経過後において前記熱電対素線に電流を供給することを停止する電流供給制御ステップと、
   前記第１の期間の経過後において、前記温度測定装置が測定する温度の低下を推定する式を算出する式算出ステップと、
   前記第１の期間の経過後に前記温度測定装置が測定した温度から、前記式算出ステップが算出した前記式が示す温度を減算した減算値を算出する減算ステップと、
   前記減算値に基づいて、前記接触箇所が摩耗しているか判定する摩耗判定ステップと、
   前記摩耗判定部が判定した結果を報知する報知ステップと、を備える熱電対検査方法。
5. 混練物と接触する箇所となる接触箇所を有する管状部材と、前記管状部材に収容された熱電対素線と、を含む熱電対を検査する熱電対検査装置であって、
   予め定められた第１の期間において前記熱電対素線に電流を供給し、かつ、前記第１の期間の経過後において前記熱電対素線に電流を供給することを停止する電流供給制御部と、
   前記第１の期間が経過してから、予め定められた第２の期間が経過したか否かを判断する期間経過判断部と、
   前記熱電対を利用して測定された温度のうち、前記期間経過判断部によって前記第２の期間が経過したと判断された後のサンプリング期間に測定された温度を用いて、前記第１の期間に前記熱電対素線に電流が供給されなかったとすれば、前記第２の期間に前記熱電対を利用して温度を測定した場合に、測定したと推定される温度を示す近似式を算出する近似式算出部と、
   前記第２の期間に前記熱電対を利用して測定した温度から、前記近似式算出部が算出した前記近似式が示す温度を減算した減算値を算出する減算部と、
   前記減算値に基づいて、前記接触箇所が摩耗しているか判定する摩耗判定部と、
   前記摩耗判定部が判定した結果を報知する報知部と、
   を備える熱電対検査装置。

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