JP2017106728A - 金属筐体内の温度測定装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】金属筐体の内部の温度測定対象物であっても金属筐体の外部のデータ読取装置へ温度データを送信することができ、また温度測定対象物が金属であってもデータ送信ができるようにすることである。【解決手段】金属筐体１１に収納された複数の温度測定対象物毎に非金属部材で形成された保持具１２を介して温度測定対象物の表面から所定の間隔を保って温度センサ付電池レスＩＣタグを設置し、その温度センサ付電池レスＩＣタグ毎にダイポールアンテナ１３を設け、金属筐体１１の外部に外部アンテナ１６を設置し、ダイポールアンテナ１３と外部アンテナ１６とは分配器１５を介してケーブル１４で接続して通信を行い、データ読取装置１７は外部アンテナ１６から温度センサ付電池レスＩＣタグの温度データを読み取り測定する。【選択図】 図１

Description

本発明は、金属筐体の内部に設置された温度測定対象物の温度を測定する金属筐体内の温度測定装置及び方法に関する。

例えば、変電機器として、金属筐体の内部に、遮断器、断路器、母線などの各種機器を六フッ化イオウSF6ガスなどの絶縁性能の優れた絶縁媒体を封入して構成された縮小形開閉装置(ミニクラッド)がある。この縮小形開閉装置では、各種機器の絶縁劣化を監視するために、例えば、ケーブルの接続点や開閉器の接点の温度などを測定している。

このような各種機器の温度の測定装置としては、機器から発生する赤外線を赤外線温度測定装置（サーモグラフィ）によって検出するようにしたものがある。赤外線温度測定装置は、温度測定対象物から放射される赤外線を分析し、熱分布を画像として出力するものであり、温度測定対象物に対して非接触で温度を検出できる。

また、サーモラベルを温度測定対象物に直接貼り、温度を測定するようにしたものがある。サーモラベルは温度によって色が変化するので、サーモラベルの色が変化により温度測定対象物の温度を測定する。

さらに、温度センサ付ＩＣタグを用いて温度測定対象物の温度を測定するようにしたものがある。これは、温度センサ付ＩＣタグを温度測定対象物の近傍に取り付け、温度センサで検出した温度データを無線によってデータ読取装置に送信するようにしたものである。この温度センサ付ＩＣタグを用いたものでは、温度センサ付ＩＣタグとデータ読取装置との通信が必要であることから、センサ付ＩＣタグと外部にあるＩＣタグリーダ（データ読取装置）の通信が可能な位置にセンサ付ＩＣタグを着脱自在に取り付けて構成したものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−９９４５９号公報

しかし、赤外線温度測定装置では、温度測定対象物が別部材に囲まれている場合は、赤外線を測定できないので直接温度を測定することができない。そのため、温度測定対象物を別部材の前面に位置するように配置しなければならない。

サーモラベルにより温度を測定する場合には、サーモラベルが見える必要があることから、赤外線温度測定装置と同様に、温度測定対象物が前面に位置するようにしなければならない。また、サーモラベルは、設定温度以上になると色が変わる仕組みであることから、正確な温度を測定するものではなく、指定された温度以上か以下かしか判定することができない。

温度センサ付ＩＣタグを用いたものでは、電池有りのＩＣタグは無線による読み取り距離は数ｍ以上と長いが、電池の寿命が長くても数年程度であることから定期的にメンテナンスが必要となる。また、温度センサ付ＩＣタグは無線で温度データをデータ読取装置に送信するので、温度測定対象物が金属筐体に囲まれていると金属筐体の外部のデータ読取装置へ温度データを送信することができない。さらに、温度センサ付ＩＣタグは金属に設置すると温度センサ付ＩＣタグのアンテナ部が金属と一体になってしまい、データ送信ができなくなってしまう。また、ＩＣタグは薄いフィルムであり温度測定対象物に設置することは困難である。

本発明の目的は、金属筐体の内部の温度測定対象物であっても金属筐体の外部のデータ読取装置へ温度データを送信することができ、また温度測定対象物が金属であってもデータ送信ができる金属筐体内の温度測定装置及び方法を提供することである。

本発明に係る金属筐体内の温度測定装置は、金属筐体に収納された複数の温度測定対象物毎に非金属部材で形成された保持具を介して前記温度測定対象物の表面から所定の間隔を保って設置される温度センサ付電池レスＩＣタグと、前記温度センサ付電池レスＩＣタグ毎に設けられ前記温度センサ付電池レスＩＣタグのアンテナ部と通信を行うダイポールアンテナと、前記金属筐体の外部に設置され前記ダイポールアンテナと分配器を介してケーブルで接続され前記ダイポールアンテナと通信を行う外部アンテナと、前記外部アンテナと通信を行うアンテナ部を有し前記ダイポールアンテナ及び前記分配器を介して得られた前記温度センサ付電池レスＩＣタグからの温度データを読み取るデータ読取装置とを備えたことを特徴とする。

本発明に係る金属筐体内の温度測定方法は、金属筐体の内部に設置された温度測定対象物の温度データ読取指令をデータ読取装置から前記金属筐体の外部に設けられた外部アンテナに送信し、前記外部アンテナは前記温度データ読取指令を受信するとケーブル及び分配器を介して前記金属筐体の内部に設けられたダイポールアンテナと通信を行い、前記ダイポールアンテナは前記温度データ読取指令を受信すると前記金属筐体の内部の温度測定対象物毎に設置された温度センサ付電池レスＩＣタグのＩＣチップに温度データ読取指令を送信して前記温度測定対象物の温度データを受信し、前記ダイポールアンテナは受信した前記温度データをケーブル及び分配器を介して前記外部アンテナに返信し、前記データ読取装置は前記外部アンテナで受信した前記温度データを受信して前記金属筐体の内部の前記温度測定対象物毎の温度を測定することを特徴とする。

本発明によれば、金属筐体の内部の温度測定対象物毎に温度センサ付電池レスＩＣタグを設け、その温度センサ付電池レスＩＣタグ毎にダイポールアンテナを設け、また、金属筐体の外部に外部アンテナを設置し、ダイポールアンテナと外部アンテナとは分配器を介してケーブルで接続して通信を行うので、金属筐体の内部の温度測定対象物であっても金属筐体の外部のデータ読取装置へ温度データを送信することができる。また、温度センサ付電池レスＩＣタグは、非金属部材で形成された保持具を介して温度測定対象物の表面から所定の間隔を保って配置されるので、温度測定対象物が金属であってもデータ送信ができる。さらに、電池レスＩＣタグを用いるので、電池の定期的なメンテナンスが不要となる。

本発明の実施形態に係る金属筐体内の温度測定装置の構成図。 本発明の実施形態における保持具の斜視図。 本発明の実施形態における保持具とダイポールアンテナとの位置関係を示す説明図。 本発明の実施形態における保持具の構成図。 本発明の実施形態に係る温度測定装置で測定した温度測定結果のグラフ。 本発明の実施形態に係る金属筐体内の温度測定方法を示すフローチャート。

以下、本発明の実施形態を説明する。図１は本発明の実施形態に係る金属筐体内の温度測定装置の構成図である。金属筐体１１の内部には複数の温度測定対象物が収納され、各々の温度測定対象物毎に温度センサ付電池レスＩＣタグが設けられている。電池レスＩＣタグを用いるのは、電池の定期的なメンテナンスを不要とするためであり、金属筐体１１の内部に収納された各種機器のメンテナンス時期と同じとするためである。各々の温度センサ付電池レスＩＣタグは保持具１２ａ、１２ｂ、１２ｃで保持され、保持具１２ａ、１２ｂ、１２ｃには温度センサ付電池レスＩＣタグのアンテナ部と通信を行うダイポールアンテナ１３ａ、１３ｂ、１３ｃが設けられている。

図１では、温度測定対象物及び温度センサ付電池レスＩＣタグの図示を省略している。温度センサ付電池レスＩＣタグは保持具１２ａ、１２ｂ、１２ｃの内部に取り付けられており、保持具１２ａ、１２ｂ、１２ｃの位置に温度測定対象物が収納されている。つまり、保持具１２ａ、１２ｂ、１２ｃは温度測定対象物に取り付けられている。図１では複数の温度測定対象物が３個であり保持具１２も３個である場合を示している。

保持具１２ａ、１２ｂ、１２ｃに設けられたダイポールアンテナ１３ａ、１３ｂ、１３ｃはケーブル１４ａ、１４ｂ、１４ｃで分配器１５に接続され、分配器１５は、金属筐体１１の外部に設置された外部アンテナ１６にケーブル１４ｘで接続されている。すなわち、金属筐体１１の内部に設けられたダイポールアンテナ１３ａ、１３ｂ、１３ｃをケーブル１４ａ、１４ｂ、１４ｃで分配器１５に接続し、分配器１５から１本のケーブル１４ｘに纏めて、金属筐体１１に開けた穴へ通して外部に引き出し、外部アンテナ１６へ接続する構造とする。ここで、外部アンテナは、例えば、パッチアンテナである。

これにより、ダイポールアンテナ１３ａ、１３ｂ、１３ｃと外部アンテナ１６との間は、分配器１５を介してケーブル１４にて通信が行われ、金属筐体１１の内部から金属筐体の外部への通信を可能としている。金属筐体１１の外部では、外部アンテナ１６とデータ読取装置１７とが無線で通信を行う。データ読取装置１７は、金属筐体１１の内部の温度センサ付電池レスＩＣタグからの温度データを読み取るものである。なお、温度センサ付電池レスＩＣタグは、電池レスＩＣタグであるので、温度センサ付電池レスＩＣタグを作動させる電力はデータ読取装置１７から送信される。

図２は、保持具１２の斜視図である。保持具１２は、非金属部材で形成され、内部が空洞であり側面に通し穴１８ａ〜１８ｈを有した直方体に形成されている。また、温度測定対象物に取り付けるための取付部１９ａ〜１９ｄを有している。

保持具１２は、取付部１９ａ〜１９ｄにより、図２の下側の表面が温度測定対象物の表面側に設置される。例えば、取付部１９の取付穴２０に結束バンドを通して温度測定対象物に縛り付ける。一方、温度測定対象物が取り付けられる反対側、すなわち、図２の上側の表面の裏側内面（空洞内の内面）に温度センサ２１が埋め込まれた温度センサ付電池レスＩＣタグ２２が取り付けられる。これにより、温度センサ付電池レスＩＣタグ２２は、温度測定対象物の表面から所定の間隔を保って配置される。

保持具１２の側面に設けられた穴１８ａ〜１８ｈは、温度測定対象物の周囲の雰囲気温度を温度センサ２１に精度良く伝達するためである。すなわち、保持具１２は空洞となっており温度センサ２１は空洞内部に位置することから、保持具１２の外部の雰囲気を穴１８ａ〜１８ｈを通して温度センサ２１に伝達するためである。穴１８ａ〜１８ｈを設けたことにより、温度測定対象物の周囲の雰囲気温度の伝達がより迅速に行える。

図３は、保持具１２とダイポールアンテナ１３との位置関係を示す説明図である。ダイポールアンテナ１３は温度センサ付電池レスＩＣタグが取り付けられた側に設けられる。図３では上側に取り付けられる。保持具１２は非金属部材で形成されていることから、温度センサ付ＩＣタグのアンテナ部が金属と一体になってしまうことがないので、温度測定対象物が金属であってもダイポールアンテナ１３との通信が可能となりデータ送信ができる。

図４は保持具１２の構成図であり、図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＸ−Ｘ線での断面図、図４（ｃ）は図４（ａ）のＹ−Ｙ線での断面図、図４（ｄ）は図４（ａ）のＺ−Ｚ線での断面図である。

図４（ａ）に示すように、保持具１２の通し穴１８ａ〜１８ｈは、保持具１２の上面部２３の内側に切り込んで設けられている。また、保持具１２を温度測定対象物に取り付けるための取付部１９ａ〜１９ｄは保持具１２の側面部に設けられる。図４（ａ）では長辺側面部２４に４個の取付部１９ａ〜１９ｄを設けた場合を示しているが、短辺側面部２５に設けるようにしてもよい。取付部１９の個数は少なくとも１個以上である。

図４（ｂ）、図４（ｃ）、図４（ｄ）に示すように、保持具１２の内部は空洞であり、温度センサ付電池レスＩＣタグ２２は保持具１２の上面部２３の内面に取り付けられる。また、保持具１２の下面部２６に温度測定対象物が接触して取り付けられる。前述したように、取付部１９に取付穴２０に結束バンドを通して温度測定対象物に縛り付けることで取り付けられる。従って、温度センサ付電池レスＩＣタグ２２は、温度測定対象物の表面から所定の間隔を保って配置される。所定の間隔は短辺側面部２５の長さで定まる。

図５は本発明の実施形態に係る温度測定装置で測定した温度測定結果のグラフである。同じ温度測定対象物に熱電対と３個の温度センサ付電池レスＩＣタグ２２を取り付け、温度測定対象物の温度を測定した。黒丸で定まる曲線Ｓ０は熱電対で計測した温度データ、菱形で定まる曲線Ｓ１は第１温度センサ付電池レスＩＣタグで計測したデータ、四角で定まる曲線Ｓ２は第２温度センサ付電池レスＩＣタグで計測したデータ、三角で定まる曲線Ｓ３は第３温度センサ付電池レスＩＣタグで計測したデータである。黒丸で定まる曲線Ｓ０は熱電対で計測した温度データが基準データである。

第１温度センサ付電池レスＩＣタグで計測したデータ（曲線Ｓ１）は、熱電対で計測した温度データ（曲線Ｓ０）（以下基準データという）より大きめの値を示しているが、大きめの値を保持して基準データとほぼ同じ変化傾向を示している。

第２温度センサ付電池レスＩＣタグで計測したデータ（曲線Ｓ２）は、時点ｔ０＋Δｔより少し前の時点までは、基準データとほぼ同じであるが、時点ｔ０＋Δｔより少し前の時点で基準データより大きくなり、時点ｔ０＋２Δｔより少し前の時点で基準データに近づいたものとなり、それ以降は、基準データより大き眼の値を保持して基準データとほぼ同じ変化傾向を示している。

第３温度センサ付電池レスＩＣタグで計測したデータ（曲線Ｓ３）は、時点ｔ０＋Δｔより少し前の時点までは基準データより大きく、時点ｔ０＋Δｔより少し前の時点で基準データより少しだけ小さくなり、その後は時点ｔ０＋２Δｔより少し前の時点まで基準データより大きくなり、それ以降は基準データより大きめの値を保持して基準データとほぼ同じ傾向を示している。このように、いずれの温度センサ付電池レスＩＣタグで測定した測定結果は、基準データと比較して±１℃の範囲内に入っており、測定精度に問題がないことが分かる。

図６は本発明の実施形態に係る金属筐体内の温度測定方法を示すフローチャートである。まず、データ読取装置から温度データ読取指令を金属筐体の外部に設けられた外部アンテナに送信する（Ｓ１）。すなわち、データ読取装置１７は金属筐体１１の外部において、無線にて外部アンテナ１６に対して温度データ読取指令を送信する。

外部アンテナはケーブル及び分配器を介して金属筐体の内部に設けられたダイポールアンテナと通信を行う（Ｓ２）。すなわち、外部アンテナ１６はデータ読取装置１７から温度データ読取指令を受信すると、外部アンテナ１６に接続されたケーブル１４ｘ及び分配器１５、さらにはケーブル１４ａ、１４ｂ、１４ｃを介して金属筐体１１の内部に設けられたダイポールアンテナ１３ａ、１３ｂ、１３ｃと通信を行う。分配器１５ではデータ読取装置１７からの温度データ読取指令を温度センサ付電池レスＩＣタグに対応するダイポールアンテナ１３ａ、１３ｂ、１３ｃに分配する。

次に、ダイポールアンテナ１３ａ、１３ｂ、１３ｃは、金属筐体１１の内部に設けられた温度測定対象物の温度データを受信する（Ｓ３）。すなわち、ダイポールアンテナ１３ａ、１３ｂ、１３ｃは温度データ読取指令を外部アンテナ１６から受信すると、金属筐体１１の内部の温度測定対象物毎に設置された温度センサ付電池レスＩＣタグのＩＣチップに温度データ読取指令を送信し、温度センサ付電池レスＩＣタグのＩＣチップから温度測定対象物の温度データを受信する。

そして、ダイポールアンテナは受信した温度データをケーブル及び分配器を介して外部アンテナに反射波として返信する（Ｓ４）。すなわち、ダイポールアンテナ１３ａ、１３ｂ、１３ｃは温度データを温度センサ付電池レスＩＣタグから受信すると、ケーブル１４ａ、１４ｂ、１４ｃ及び分配器１５、さらにはケーブル１４ｘを介して外部アンテナ１６に温度データを反射波として返信する。

これにて、データ読取装置１７は外部アンテナから温度データを受信して金属筐体の内部の温度測定対象物の温度を測定する。すなわち、データ読取装置１７は外部アンテナ１６で受信した温度データを無線にて受信し、受信したデータを金属筐体１１の内部の温度測定対象物毎に処理して温度測定対象物毎の温度を測定する。

以上述べたように、本発明の実施形態では、金属筐体１１の内部に複数の温度測定対象物毎に電池レス温度センサ付ＩＣ及びタグダイポールアンテナ１３を設け、また、金属筐体の外部に外部アンテナ１６を設置し、ダイポールアンテナ１３と外部アンテナ１６とはケーブル１４で接続して分配器１５から１本のケーブル１４ｘに纏めて、金属筐体１１に開けた穴へ通して外部に引き出し外部アンテナ１６へ接続する構造とし、金属筐体１１の外部では、外部アンテナ１６とデータ読取装置１７とは無線で通信を行う。従って、金属筐体１１の内部に設置してある電池レス温度センサ付ＩＣタグのデータを一括して読み取ることが可能になる。

保持具１２により電池レス温度センサ付ＩＣタグと温度測定対象物である金属との間に一定の間隔を保持できることから、電池レス温度センサ付ＩＣタグはアンテナとしての機能を失うことなくデータ読取装置１７へ温度データを送信することが可能である。また、保持具１２には通し穴１８が設けられているので、温度測定対象物の周囲の雰囲気の温度が迅速に伝達され電池レス温度センサ付ＩＣタグの温度センサへ効率良く温度を伝えることが可能である。その結果、熱電対で測定した測定結果と比較しても、その差は±１℃以内である。

さらには、保持具１２の取付部１９の取付穴２０に結束バンドを通して温度測定対象物に保持具１２を縛り付けるので、保持具１２を温度測定対象物に密着して設置することが可能であり、より正確な温度測定が可能となる。また、ケーブル１４として、不平衡なケーブル例えば同軸ケーブルを用いてよい。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１１…金属筐体、１２…保持具、１３…ダイポールアンテナ、１４…ケーブル、１５…分配器、１６…外部アンテナ、１７…データ読取装置、１８…通し穴、１９…取付部、２０…取付穴、２１…温度センサ、２２…温度センサ付電池レスＩＣタグ、２３…上面部、２４…長辺側面部、２５…短辺側面部、２６…下面部

Claims (3)

1. 金属筐体に収納された複数の温度測定対象物毎に非金属部材で形成された保持具を介して前記温度測定対象物の表面から所定の間隔を保って設置される温度センサ付電池レスＩＣタグと、
   前記温度センサ付電池レスＩＣタグ毎に設けられ前記温度センサ付電池レスＩＣタグのアンテナ部と通信を行うダイポールアンテナと、
   前記金属筐体の外部に設置され前記ダイポールアンテナと分配器を介してケーブルで接続され前記ダイポールアンテナと通信を行う外部アンテナと、
   前記外部アンテナと通信を行うアンテナ部を有し前記ダイポールアンテナ及び前記分配器を介して得られた前記温度センサ付電池レスＩＣタグからの温度データを読み取るデータ読取装置とを備えたことを特徴とする金属筐体内の温度測定装置。
2. 前記保持具は、内部が空洞であり側面に穴を有した直方体に形成され、前記空洞内の前記温度測定対象物の表面側と反対方向の内面に温度センサ付電池レスＩＣタグが取り付けられたことを特徴とする請求項１記載の金属筐体内の温度測定装置。
3. 金属筐体の内部に設置された温度測定対象物の温度データ読取指令をデータ読取装置から前記金属筐体の外部に設けられた外部アンテナに送信し、
   前記外部アンテナは前記温度データ読取指令を受信するとケーブル及び分配器を介して前記金属筐体の内部に設けられたダイポールアンテナと通信を行い、
   前記ダイポールアンテナは前記温度データ読取指令を受信すると前記金属筐体の内部の温度測定対象物毎に設置された温度センサ付電池レスＩＣタグのＩＣチップに温度データ読取指令を送信して前記温度測定対象物の温度データを受信し、
   前記ダイポールアンテナは受信した前記温度データをケーブル及び分配器を介して前記外部アンテナに返信し、
   前記データ読取装置は前記外部アンテナで受信した前記温度データを受信して前記金属筐体の内部の前記温度測定対象物毎の温度を測定することを特徴とする金属筐体内の温度測定方法。

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