JP2017215198A - 温度測定装置及び温度測定システム - Google Patents

Abstract

【課題】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温度ＩＣタグであっても温度測定対象物の表面温度をより正確に測定できるようにすることである。
【解決手段】保持具１１は、温度センサ１７が組み込まれた温度ＩＣタグ１２を温度測定対象物の表面から所定の間隔を保って保持し、保持具１１の上面部の内面には温度ＩＣタグ１２が取り付けられ、熱伝導体１３は保持具１１の下面部の外面に温度測定対象物と接触するように設けられ、温度測定対象物の熱を温度ＩＣタグ１２の温度センサ１７に伝熱するので、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温度ＩＣタグ１２であっても温度ＩＣタグ１２のアンテナの受信感度を損なうことなく、温度測定対象物の表面温度をより正確に測定できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、温度センサが組み込まれた温度ＩＣタグを有した温度測定装置及び温度測定システムに関する。

電力設備の異常兆候の把握は、電力設備の機器が発生する温度を測定し異常発熱していないことを確認することで行われている。例えば、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、温度センサとアンテナとが組み込まれた温度ＩＣタグを温度測定対象物に取り付け、データ読取装置から温度ＩＣタグに電波を照射して温度ＩＣタグに電力を供給するとともに、温度ＩＣタグが発信した電波によりデータ読取装置から温度測定値を取得するようにしたものがある。このような温度ＩＣタグを用いたものとしては、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センサ付きＩＣタグ適用高電圧機器を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、この温度ＩＣタグのアンテナは金属物に近接すると受信感度が損なわれ使用不能になる。温度ＩＣタグは、温度センサとアンテナがと同じ基板上に配置されているので、温度センサを温度測定対象物に接触させると温度測定対象物が金属物の場合、データ読取装置と通信できず温度測定ができなくなる。金属類は電波を吸収するため、アンテナに対して電波の到来方向および同一線上に配置することができない。

そこで、温度ＩＣタグを保持具で保持し、保持具により温度ＩＣタグを温度測定対象物の表面から所定の間隔を保って配置し、アンテナでの通信ができるようにしている。この場合、保持具により温度ＩＣタグを温度測定対象物の表面から所定の間隔を保って配置しているので、屋外などで日光の直射や風雨による影響により、温度測定対象物の表面温度と温度ＩＣタグが配置された場所の雰囲気温度との差が大きくなり、温度測定対象物の表面温度を正確に測定できない場合がある。また、温度ＩＣタグの保持具は、耐候性を考慮してＡＢＳ樹脂でパッケージされており、ＡＢＳ樹脂の熱伝導率は0.19〜0.36W/mKであり、金属類と比べて熱伝導率が悪いので、温度測定対象物の表面温度を正確に測定できない場合がある。

本発明の目的は、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温度ＩＣタグであっても温度測定対象物の表面温度をより正確に測定できる温度測定装置及び温度測定システムを提供することである。

請求項１の発明に係る温度測定装置は、温度センサが組み込まれた温度ＩＣタグと、前記温度ＩＣタグを前記温度測定対象物の表面から所定の間隔を保って保持しその上面部の内面に前記温度ＩＣタグが取り付けられる保持具と、前記保持具の下面部の外面に前記温度測定対象物と接触するように設けられ前記温度測定対象物の熱を前記温度ＩＣタグの温度センサに伝熱する熱伝導体とを備えたことを特徴とする温度測定装置。

請求項２の発明に係る温度測定システムは、請求項１記載の温度測定装置と、前記温度測定装置の温度ＩＣタグと通信を行い前記温度ＩＣタグの温度センサで測定された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。

本発明によれば、温度ＩＣタグの保持具の下面部の外面に温度測定対象物と接触するように熱伝導体を設け、熱伝導体により温度測定対象物の熱を温度ＩＣタグの温度センサに伝熱するので、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温度ＩＣタグであっても温度ＩＣタグのアンテナの受信感度を損なうことなく、温度測定対象物の表面温度をより正確に測定できる。

本発明の第１実施形態に係る温度測定装置の構成図。 本発明の第１実施形態に係る温度ＩＣタグの平面図。 本発明の第１実施形態に係る保持具の下面部に取り付けられる熱伝導体の説明図。 本発明の第１実施形態に係る保持具の下面部に熱伝導体を取り付ける工程の説明図。 本発明の第１実施形態に係る温度測定装置及び従来の温度測定装置で測定した測定温度を示すグラフ。 本発明の第２実施形態の実施例１に係る温度測定システムの構成図。 本発明の第２実施形態の実施例２に係る温度測定システムの構成図。

以下、本発明の実施形態を説明する。図１は本発明の第１実施形態に係る温度測定装置の構成図であり、図１（ａ）は斜視図、図１（ｂ）は平面図、図１（ｃ）は図１（ｂ）のＸ−Ｘ線での断面図、図１（ｄ）は図１（ｂ）のＹ−Ｙ線での断面図である。

本発明の第１実施形態に係る温度測定装置は、保持具１１と温度ＩＣタグ１２と熱伝導体１３とから構成される。保持具１１は、図１（ａ）、図１（ｂ）に示すように、直方体に形成されている。保持具１１の内部は空洞であり、側面部には取付部１４及び通し穴１５が設けられている。

取付部１４は保持具１１の長辺側面部に突出して設けられ、温度測定装置（保持具１１）を温度測定対象物に取り付けるためのものである。取付部１４の取付穴１６に結束バンドを通して、図１（ａ）、図１（ｂ）の下側の表面（下面部）が温度測定対象物の表面側に位置するように温度測定対象物に縛り付ける。図１（ａ）、図１（ｂ）では、取付部１４は長辺側面部に４個の取付部１４を設けた場合を示しているが、短辺側面部に設けるようにしてもよい。取付部１４の個数は少なくとも１個以上である。

一方、保持具１１の温度測定対象物が取り付けられる反対側、すなわち、図１（ａ）、図１（ｂ）の上側の表面（上面部）の裏側内面（空洞内の内面）には、図１（ｃ）、図１（ｄ）に示すように、温度センサ１７が埋め込まれた温度ＩＣタグ１２が取り付けられる。これにより、温度ＩＣタグ１２は、保持具１１の側面部の高さ分だけ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、保持される。

通し穴１５は保持具１１の上面部の内側に切り込んで設けられ、温度測定対象物の周囲の雰囲気温度を温度ＩＣタグ１２の温度センサ１７に精度良く伝達するためものである。すなわち、保持具１１は空洞となっており温度センサ１７は空洞内部に位置することから、保持具１１の外部の雰囲気を通し穴１５を通して温度センサ１７に伝達するためである。通し穴１５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１（ｃ）、図１（ｄ）に示すように、保持具１１の内部は空洞であり、温度ＩＣタグ１２は保持具１１の上面部の内面に取り付けられる。また、保持具１１の下面部には熱伝導体１３が設けられ、保持具１１の下面部が温度測定対象物の表面側に位置するように温度測定対象物に縛り付けられたとき、熱伝導体１３は温度測定対象物に接触する。この熱伝導体１３は、例えば熱伝導率の良い（48W/mK）銅を使用して、図１（ｄ）に示すように断面がコ字状に形成されている。すなわち、熱伝導体１３は、底部１３ａと直角に折り曲げられた２個の伝熱部１３ｂ、１３ｃを有し、１個目の第１伝熱部１３ｂは保持具１１の下面部から保持具１１の上面部に向かって折り曲げられ、２個目の第２伝熱部１２ｃは温度ＩＣタグ１２が取り付けられた保持具１１の上面部の裏側内面に沿うように折り曲げられる。そして、温度ＩＣタグ１２の温度センサ１７の下面位置まで延伸して設けられる。

これにより、熱伝導体１３の底部１３ａは保持具１１の下面部２１の外面に位置し、第１伝熱部１３ｂは保持具１１の下面部から保持具１１の上面部に向かった側面部に位置し、第２伝熱部１３ｃは温度ＩＣタグ１２が取り付けられた保持具１１の上面部の裏側内面に位置する。熱伝導体１３は、温度測定対象物に接触する底部１３ａから第１伝熱部１３ｂ、第２伝熱部１３ｃを通って、温度測定対象物の熱を温度センサ１７に伝熱する。

また、保持具１１の上面部の空洞内面と下面部の空洞内面との間に、熱伝導体１３の第２伝熱部１４ｂを温度センサ１７に押圧するための弾性体１８が必要に応じて設けられる。弾性体１８を設けることにより熱伝導体１３の第２伝熱部１４ｂが温度センサ１７に圧着でき温度測定対象物の熱を温度センサ１７に精度よく伝熱できる。弾性体１８はスポンジやスプリングなどである。

図２は温度ＩＣタグ１２の平面図である。温度ＩＣタグ１２は絶縁材の基板１９の中央部に温度センサ１７が埋め込まれ、基板１９の縁部にアンテナ２０が温度センサ１７から両側に延伸して設けられている。温度センサ１７は温度測定素子を有したＩＣチップであり、温度センサ１７で測定された温度データはアンテナ２０を介して図示省略のデータ読取装置に送信される。

図３は保持具１１の下面部に取り付けられる熱伝導体１３の説明図であり、図３（ａ）は保持具１１の下面部の平面図、図３（ｂ）は熱伝導体１３の平面図、図３（ｃ）は１個目の第１折り曲げ部で折り曲げた熱伝導体１３の側面図、図３（ｄ）は１個目の第１折り曲げ部及び２個目の第２折り曲げ部で折り曲げた熱伝導体１３の側面図である。

図３（ａ）に示すように、保持具１１の下面部２１には複数個の長穴２２ａ〜２２ｄが設けられている。この長穴２２ａ〜２２ｄは、温度測定対象物の表面の熱を保持具１１の空洞部に伝達し、温度ＩＣタグ１２の温度センサ１７に精度良く伝達するためものである。この長穴２２ａ〜２２ｄのうち、保持具１１の下面部２１の長辺部に設けられた長穴２２ａ、２２ｂのいずれかに後述するように熱伝導体１３の一部を貫通させる。

図３（ｂ）に示すように、熱伝導体１３は凸字状に形成され、１個目の第１折り曲げ部２３ａ、２個目の第１折り曲げ部２３ｂにより、底部１３ａ、第１伝熱部１３ｂ、第２伝熱部１３ｃに区分されている。１個目の第１折り曲げ部２３ａ、２個目の第１折り曲げ部２３ｂで順次直角に折り曲げる。

図３（ｃ）は、熱伝導体１３を第１折り曲げ部２３ａで折り曲げた状態を示しており、この状態で、例えば、第１伝熱部１３ｂ、第２伝熱部１３ｃを図３（ａ）に示した保持具１１の下面部２１の長穴２２ａを貫通させる。そして、その後に、図３（ｄ）に示すように、第２折り曲げ部２３ｂで熱伝導体１３を折り曲げる。

図４は保持具１１の下面部に熱伝導体１３を取り付ける工程の説明図であり、図４（ａ）は保持具１１の下面部に熱伝導体１３を取り付けた状態を示す裏面図、図４（ｂ）は熱伝導体１３を第１伝熱部２３ａで折り曲げて保持具１１の下面部の長穴２２ａを貫通させた状態を示す平面図、図４（ｃ）は図４（ｂ）の状態から第２伝熱部２３ａで熱伝導体１３を折り曲げた状態を示す平面図である。

図４（ａ）に示すように、熱伝導体１３の底部１３ａは保持具１１の下面部２１の外面、つまり、温度測定対象物の表面に接触する箇所に位置し、図４（ｂ）に示すように、第１凸部１３ｂ、第２凸部１３ｃは保持具１１の下面部２１の内側に突出して保持具１１の上面部に向かった箇所に位置し、図４（ｃ）に示すように、第２凸部１３ｃは第２伝熱部２３ｂで折り曲げられて保持具１１の上面部の裏側内面の箇所に位置する。これにより、図１（ｄ）に示すように、熱伝導体１３の底部１３ａは保持具１１の下面部２１の外面に位置し、第１凸部１３ｂは保持具１１の下面部から保持具１１の上面部に向かった側面部の内側に位置し、第２凸部１３ｃは温度ＩＣタグ１２が取り付けられた保持具１１の上面部の裏側内面に位置する。従って、熱伝導体１３は温度測定対象物の熱を温度センサ１７に伝熱できるようになる。

また、熱伝導体１３は、アンテナ２０の電波の到来方向を躱して温度センサ１７に直接的に接触させる第２伝熱部１３ｃと、この第２伝導部１３ｃから第１伝熱部１３ｂを介して十分な面積を持つ形状の底部１３ａとを有し、底部１３ａを保持具１１の下面部２１の外面に引き出しているので、温度ＩＣタグのアンテナの受信感度を損なうことなく、温度測定対象物の表面温度をより正確に測定できる。

図５は、本発明の第１実施形態に係る温度測定装置及び従来の温度測定装置で測定した測定温度を示すグラフである。図５中の曲線Ｃ１は温度測定装置が設置された周囲温度、曲線Ｃ２は温度測定対象物の表面温度、曲線Ｔ１は本発明の第１実施形態に係る温度測定装置での測定温度、曲線Ｔ２は従来の温度測定装置での測定温度である。

図５から分かるように、温度測定装置が設置された周囲温度Ｃ１が約２５℃であり、温度測定対象物の表面温度Ｃ２が約３５℃のとき、本発明の第１実施形態に係る温度測定装置での測定温度Ｔ１は温度測定対象物の表面温度Ｃ２と比較してほぼ温度測定対象物の表面温度Ｃ２と等しくなっている。一方、従来の温度測定装置での測定温度Ｔ２は温度測定対象物の表面温度Ｃ２と比較して約５℃低めの値となっており、本発明の第１実施形態に係る温度測定装置が温度測定対象物の表面温度Ｃ２をより正確に測定できていることが分かる。

本発明の第１実施形態によれば、温度測定装置内の温度センサ１７に温度測定対象物の温度を伝導する熱伝導体１３を設けたので、温度センサ１７とアンテナ２０とで構成される温度ＩＣタグ１２の受信感度を損なわないで、かつ温度測定対象物の温度の測定値の精度を向上できる。

次に、本発明の第２実施形態を説明する。図６は本発明の第２実施形態の実施例１に係る温度測定システムの構成図である。本発明の第２実施形態に係る温度測定システムは、第１実施形態に示した温度測定装置２４と、温度測定装置２４で測定された温度データを読み取るデータ読取装置２５とから構成される。温度測定装置２４は温度測定対象物に取り付けられる。図１では、温度測定対象物の図示を省略しており、３個の温度測定装置２４を示している。

データ読取装置２５は、無線にて温度測定装置２４と通信を行う。データ読取装置２５は無線にて温度測定装置２４に対して温度データ読取指令を送信する。温度測定装置２４は、図２に示したＩＣタグ１２のアンテナ２０でデータ読取装置２５からの温度データ読取指令を受信する。ＩＣタグ１２のアンテナ２０でデータ読取装置２５からの温度データ読取指令を受信すると、温度測定装置２４の温度ＩＣタグ１２の温度センサ１７（ＩＣチップ）は、測定した温度測定対象物の温度データをアンテナ２０を介してデータ読取装置２５に送信する。

これにて、データ読取装置２５は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２５は温度測定装置２４から温度データを無線にて受信し、受信したデータを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。

本発明の第２実施形態の実施例１によれば、第１実施形態に示した温度測定装置２４を用いるので、第１実施形態と同様に、温度センサ１７とアンテナ２０とで構成される温度ＩＣタグ１２の受信感度を損なわないで、かつ温度測定対象物の温度の測定値の精度を向上できる温度測定システムを提供できる。

図７は本発明の第２実施形態の実施例２に係る温度測定システムの構成図である。この実施例２は、図６に示した実施例１に対し、温度測定装置２４が金属筐体２６に収納されている場合のものである。図７では温度測定対象物及び温度ＩＣタグの図示を省略している。

温度測定装置２４の温度ＩＣタグは無線で温度データをデータ読取装置２５に送信するので、温度測定対象物が金属筐体２６に囲まれていると金属筐体２６の外部のデータ読取装置２５へ温度データを送信することができない。そこで、金属筐体２６の内部の温度測定装置２４にダイポールアンテナ２７を設け、また、金属筐体２６の外部に外部アンテナ２８を設置し、ダイポールアンテナ２７と外部アンテナ２８とは分配器２９を介してケーブル３０で接続して通信を行い、金属筐体１６の内部の温度測定対象物であっても金属筐体２６の外部のデータ読取装置２５へ温度データを送信することができるようにしたものである。

図７では複数の温度測定対象物が３個であり温度測定装置２４も３個である場合を示している。温度測定装置２４に設けられたダイポールアンテナ２７はケーブル３０で分配器２９に接続され、分配器２９は、金属筐体２６の外部に設置された外部アンテナ２８にケーブル３１で接続されている。すなわち、金属筐体２６の内部に設けられたダイポールアンテナ２７をケーブル３０で分配器２９に接続し、分配器２９から１本のケーブル３１に纏めて、金属筐体２６に開けた穴を通して外部に引き出し、外部アンテナ２８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２７と外部アンテナ２８との間は、分配器２９を介してケーブル１４にて通信が行われ、金属筐体２６の内部から金属筐体２６の外部への通信を可能としている。金属筐体２６の外部では、外部アンテナ２８とデータ読取装置２５とが無線で通信を行う。データ読取装置２５は、金属筐体２６の内部の温度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ＩＣタグが電池レスＩＣタグである場合には、温度ＩＣタグを作動させる電力はデータ読取装置２５から送信されることになる。

本発明の第２実施形態の実施例２によれば、第２実施形態の実施例１の効果に加え、金属筐体２６の内部の温度測定対象物であっても金属筐体２６の外部のデータ読取装置２５へ温度データを送信することができる。

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…保持具、１２…温度ＩＣタグ、１３…熱伝導体、１３ａ…底面、１３ｂ…第１伝導部、１３ｃ…第２伝導部、１４…取付部、１５…通し穴、１６…取付穴、１７…温度センサ、１８…弾性体、１９…基板、２０…アンテナ、２１…下面部、２２…長穴、２３ａ…第１折り曲げ部、２３ｂ…第２折り曲げ部、２４…温度測定装置、２５…データ読取装置、２６…金属筐体、２７…ダイポールアンテナ、２８…外部アンテナ、２９…分配器、３０、３１…ケーブル

Claims (2)

1. 温度センサが組み込まれた温度ＩＣタグと、
   前記温度ＩＣタグを前記温度測定対象物の表面から所定の間隔を保って保持しその上面部の内面に前記温度ＩＣタグが取り付けられる保持具と、
   前記保持具の下面部の外面に前記温度測定対象物と接触するように設けられ前記温度測定対象物の熱を前記温度ＩＣタグの温度センサに伝熱する熱伝導体とを備えたことを特徴とする温度測定装置。
2. 請求項１記載の温度測定装置と、
   前記温度測定装置の温度ＩＣタグと通信を行い前記温度ＩＣタグの温度センサで測定された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温度測定システム。

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