JP2017227601A - Standard platinum resistance thermometer and winding structure in temperature-sensitive section of the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、国際温度目盛(以下、ITS−90という)の補間温度計として使用される標準用白金抵抗温度計における感温部の巻線構造及びこの巻線構造の感温部を備える標準用白金抵抗温度計に関するものである。 The present invention relates to a winding structure of a temperature sensing portion in a standard platinum resistance thermometer used as an interpolating thermometer of an international temperature scale (hereinafter referred to as ITS-90), and a standard including the temperature sensing portion of this winding structure The present invention relates to a platinum resistance thermometer.
標準用白金抵抗温度計(以下、単に「標準用温度計」ともいう)は、0.001℃以下の再現性や精度が要求される温度標準の研究又はITS−90において抵抗値から温度を定める補間温度計であり、約−190℃〜約962℃で使用される。 Standard platinum resistance thermometer (hereinafter also referred to simply as “standard thermometer”) is a temperature standard study that requires reproducibility and accuracy of 0.001 ° C. or less, or determines the temperature from the resistance value in ITS-90. Interpolated thermometer, used at about -190 ° C to about 962 ° C.
下記特許文献1に開示されるように、従来より知られている標準用温度計10(0℃で約25オーム)の基本構造は、図4(a)、(b)に示すように石英や単結晶サファイヤ製の十字巻枠11に対し、白金線12をコイル状に巻回した感温部13を備えている。
As disclosed in
巻枠11の材料となる石英やサファイヤと白金線12の白金の熱膨張率が大きく異なるため、白金線12は、ストレインフリーの状態で無誘導巻きとなる二重コイル方式によって2mm以下程度の微細なコイル径を有する小径コイル状の白金抵抗線を十字巻枠11に対して所定ピッチで巻き込まれている。これにより、巻線抵抗の寄生インダクタンスを打ち消す効果も奏することになる。
Since the thermal expansion coefficient of quartz or sapphire used as the material of the winding
また、標準用温度計10は4線式の抵抗測定を行うため、図示しない指示計などの外部機器と接続される2本で一組の白金製の外部リード線14が二組(合計4本) で構成されており、白金線12の終端部分に対して一組(計2本)ずつ溶着される。そして、図4に示すように、接続部分15を境として、白金線12は十字巻枠11の周囲をコイル状に巻回され、外部リード線14はそれぞれ略直線的に引き出されている。
In addition, since the
さらに、感温部13の汚染を防止するため、石英やサファイヤなどのガス不透過性の保護管(図示せず)で感温部13を被覆し、この保護管の内部にはアルゴンに意図的に酸素を所定比率で添加した混合ガスが封入されている。 Further, in order to prevent contamination of the temperature sensing portion 13, the temperature sensing portion 13 is covered with a gas-impermeable protective tube (not shown) such as quartz or sapphire, and the inside of this protective tube is intentionally covered with argon. A mixed gas in which oxygen is added at a predetermined ratio is enclosed.
ところで、従来の標準用白金抵抗温度計10で銀点測定を行った場合、水の三重点(0.01℃)や銀点(961.78℃)を測定するため、感温部13が約1000℃近い温度変化を受け、白金線12が巻付径方向に膨張・収縮すると考えられている。また、銀点測定を複数回行うと、10mK程度の温度ドリフトが生じてしまうものもある。
By the way, when the silver point measurement is performed with the conventional standard
本願発明者は、この温度ドリフトの原因を解明するべく鋭意研究を重ねた結果、温度変化による白金線12の形状変化によって接続部分15が微動し、その結果、測定温度がドリフトすることを突き止めた。
The inventor of the present application has made extensive studies to elucidate the cause of this temperature drift, and as a result, the connecting
そこで、本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、温度変化による白金線の膨張・収縮による影響を低減して高精度に温度測定を行うことのできる標準用白金抵抗温度計の感温部における巻線構造及びこの巻線構造を用いた標準用白金抵抗温度計を提供することを目的としている。 Therefore, the present invention has been made in view of the above-described problems, and the sensitivity of a standard platinum resistance thermometer that can perform temperature measurement with high accuracy by reducing the influence of expansion / contraction of the platinum wire due to temperature change. The object is to provide a winding structure in the warm zone and a standard platinum resistance thermometer using this winding structure.
上記した目的を達成するため、本発明に係る第1の態様は、巻枠に対してストレインフリーな状態でコイル状に無誘導巻きされる白金線と、
該白金線と接続され、温度測定時に変化する前記白金線の電気抵抗値を外部に出力する外部リード線と、
を備えた標準用白金抵抗温度計の感温部における巻線構造において、
前記外部リード線は、前記白金線の終端部と接続される接続部分から前記白金線の巻線方向と同方向に、その一部が前記巻枠に巻回され引き出されることを特徴とする、標準用白金抵抗温度計の感温部における巻線構造である。
In order to achieve the above-described object, a first aspect according to the present invention includes a platinum wire that is non-inductively wound in a coil shape in a strain-free state with respect to the winding frame,
An external lead wire that is connected to the platinum wire and outputs the electrical resistance value of the platinum wire that changes during temperature measurement;
In the winding structure in the temperature sensing part of a standard platinum resistance thermometer equipped with
The external lead wire is characterized in that a part of the external lead wire is wound around the winding frame in the same direction as the winding direction of the platinum wire from the connecting portion connected to the terminal portion of the platinum wire, It is the winding structure in the temperature sensing part of the platinum resistance thermometer for standard.
本発明に係る第2の態様は、温度検出を行う感温部を備えた標準用白金抵抗温度計において、
前記感温部は、
巻枠に対してストレインフリーな状態でコイル状に無誘導巻きされる白金線と、
該白金線と接続され、温度測定時に変化する前記白金線の電気抵抗値を外部に出力する外部リード線とを備え、
前記外部リード線は、前記白金線の終端部と接続される接続部分から前記白金線の巻線方向と同方向に、その一部が前記巻枠に巻回され引き出されることを特徴とする、標準用白金抵抗温度計である。
The second aspect according to the present invention is a standard platinum resistance thermometer equipped with a temperature sensing unit for temperature detection.
The temperature sensing part is
A platinum wire that is non-inductively wound in a coil shape in a strain-free state with respect to the winding frame;
An external lead wire connected to the platinum wire and outputting the electrical resistance value of the platinum wire that changes during temperature measurement to the outside;
The external lead wire is characterized in that a part of the external lead wire is wound around the winding frame in the same direction as the winding direction of the platinum wire from the connecting portion connected to the terminal portion of the platinum wire, This is a standard platinum resistance thermometer.
本発明によれば、外部リード線を、白金線と接続される接続部分から白金線の巻き方向と同方向に所定巻き数分だけ巻枠に巻回することで、水の三重点や銀点測定を繰り返し測定したときの温度変化により白金線が巻付径方向に膨張・収縮して形状変化したとしても、接続部分の微動を極力抑制することができる。よって、従来品よりも高精度に温度測定を行うことができるため、ITS−90に基づいた標準温度計としての機能を十分に果たすことができる。 According to the present invention, the external lead wire is wound around the winding frame by a predetermined number of turns in the same direction as the winding direction of the platinum wire from the connecting portion connected to the platinum wire, so that the triple point of water or the silver point Even if the platinum wire expands and contracts in the winding diameter direction due to a temperature change when the measurement is repeated, the connection portion can be suppressed as much as possible. Therefore, since temperature measurement can be performed with higher accuracy than the conventional product, the function as a standard thermometer based on ITS-90 can be sufficiently achieved.
以下、本発明を実施するための形態について、添付した図面を参照しながら詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではなく、この形態に基づいて当業者などによりなされる実施可能な他の形態、実施例及び運用技術などは全て本発明の範疇に含まれる。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It should be noted that the present invention is not limited by this embodiment, and all other forms, examples, operation techniques, etc. that can be implemented by those skilled in the art based on this form are included in the scope of the present invention. .
なお、本発明に係る標準用白金抵抗温度計1の感温部4における巻線構造以外の各構成要素については、特許文献1に開示されるような従来の標準用温度計と同様であるため、その説明を省略し、本明細書では、標準用温度計1の感温部4の構成及び本発明の特徴要件となる白金線3の巻線構造に関する説明のみ記載する。
In addition, about each component other than the coil | winding structure in the temperature sensing
図1、2に示すように、本発明に係る標準用温度計1は、巻枠2と、白金線3とで構成される感温部4を備えている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
巻枠2は、例えば石英や単結晶サファイヤのような使用温度域において白金線3を汚染することのない安定した素材特性を示す材料で構成される長物部材である。
The
本実施形態の巻枠2は、本体中心部分(軸部)を中心として4つの立片2aが放射状に等角度間隔(90°間隔)で配置されている。すなわち、巻枠2を先端側から見たときに、該枠2の4つの立片2aの各端部を結んだ仮想円の円周に沿って各立片2aが90°間隔で配置されるため、巻枠2の長手方向と直交する短手方向の切断面が略十字形状となる。
In the
また、4つの立片2aの外側端縁には、巻回される白金線3を嵌合する嵌合溝2b(深さ0.5〜1mm程度)が所定ピッチで形成され、隣り合う立片2a相互の関係においては、嵌合溝2bが1/2ピッチずつずれるように形成位置が設定されている。これにより、一定の傾斜角度をもって白金線3を円滑に巻回することができる。
Further, on the outer edges of the four standing
さらに、巻枠2の先端側には、白金線3を通して該線3の巻回開始位置となる折り返し部分を形成する通し孔2cが形成されるとともに、巻枠2の後端側には、接続部分6から引き出された外部リード線5を通して位置固定させるための貫通孔2dが複数形成されている。
Furthermore, a
なお、本実施形態における巻枠2の形状は、短手方向の切断面の形状が略十字形状であるが、例えば本体中心部分を中心として3つの立片2aを120°の等角度間隔で配置するなど、白金線3が無誘導巻きで巻回可能であって標準用温度計1の感温部4として機能する形状であれば特に限定されない。
In addition, although the shape of the
白金線3は、高純度(純度が99.999%以上)の白金(Pt)からなる抵抗線である。白金線3は、巻線抵抗の寄生インダクタンスを打ち消すため、ストレインフリーの状態で無誘導巻きとなる単コイル方式によって巻枠2の外周に沿って嵌合溝2bに巻回されている。また、白金線3の終端部3aのそれぞれには、一対の外部リード線5が溶着されている。なお、白金線3の径や長さについては、作製する標準用温度計1の仕様に基づき適宜規定される。
The
外部リード線5は、白金線3よりも純度が低い純度(純度99.99%以上)の白金からなり、白金線3の電気抵抗値を外部機器(ディジタル指示計など)に出力する導線である。本実施形態の標準用温度計1は、4線式の抵抗測定を行うため、図示しない外部機器と接続される2本で一組の白金製の外部リード線5が二組(合計4本) で構成されている。
本実施形態では、白金線3の終端部3aに対し、一組の外部リード線5の先端部5aが溶着されて接続部分6を構成している。
The
In the present embodiment, the
ここで、本発明の特徴要件となる、白金線3と外部リード線5との接続部分6周辺における巻線構造について説明する。
Here, the winding structure around the connection portion 6 between the
従来の標準用温度計10における感温部13は、白金線12の各端部12aにそれぞれ一組2本の外部リード線14が溶着された接続部分15を有し、例えば図4(b)に示すように接続部分15を境として、白金線12は十字巻枠11の周囲をコイル状に巻回され、外部リード線14は略直線的に引き出されている。
The temperature sensing part 13 in the conventional
これに対し、本発明に係る白金線3の終端部3aと外部リード線5の先端部5aとが接続される接続部分6に周辺における巻線構造は、図2(a)、(b)に示すように、巻枠2に巻回された白金線3の終端部3aと、2本一組の外部リード線5とが接続部分6で接続され、この接続部分6から先の外部リード線5の一部が白金線3の巻線方向と同方向で巻枠2に所定巻き数分だけ巻回された後に引き出されている。そして、外部リード線5は、巻枠2の後端側の形成された貫通孔2dに通して外部に導出させている。なお、図2(a)、(b)では、白金線3のそれぞれの終端部3aと接続される一組の外部リード線5との接続部分6の周辺を示している。
On the other hand, the winding structure around the connection portion 6 to which the
本発明の巻線構造は、温度測定時における白金線3の形状変化を起因とする接続部分6の微動を抑制することが目的であるため、接続部分6を境としたときに、少なくとも接続部分6の直前の白金線3が巻回された立片2aの次の立片2aに対して外部リード線5が巻回された構造となればよい。
よって、立片2aの立設間隔が巻線方向に対して90°間隔であれば、外部リード線5の巻き数は、接続部分6を起点として約1/4巻き以上となり、120°間隔であれば接続部分6を起点として約1/3巻き以上となる。
Since the winding structure of the present invention is intended to suppress the fine movement of the connecting portion 6 caused by the shape change of the
Therefore, if the interval between the standing
このように、本発明の巻線構造では、外部リード線5を、白金線3と接続される接続部分6から白金線3の巻き方向と同方向に所定巻き数分だけ巻枠2に巻回することで接続部分6の位置が固定されるため、水の三重点や銀点を繰り返し測定したときの約1000℃近い温度変化によって白金線3が巻付径方向への膨張・収縮して形状変化が生じたとしても、この形状変化の影響による接続部分6の微動を抑制することができる。
Thus, in the winding structure of the present invention, the
[実施例]
次に、上述した巻線構造を採用した標準用温度計1の性能評価について説明する。
なお、下記実施例は一例であって本発明を限定するものではなく、前・後記の趣旨に照らし合わせて適宜設計変更することは、何れも本発明の技術的範囲に含まれるものとする。
[Example]
Next, performance evaluation of the
In addition, the following Example is an example, does not limit the present invention, and any appropriate design change in light of the gist of the preceding and following description is included in the technical scope of the present invention.
図3は、本発明の巻線構造を採用した標準用温度計1と、本発明の巻線構造を採用していない従来の標準用温度計との銀点測定時における評価結果を示している。なお、感温部4の構成としては下記の通りである。
・白金線3の線径:0.35mm
・白金線3の長さ:260mm
・白金線3の巻き数:20回巻き
FIG. 3 shows the evaluation results at the time of silver point measurement between the
-Wire diameter of platinum wire 3: 0.35 mm
-The length of the platinum wire 3: 260 mm
-Number of windings of platinum wire 3: 20 turns
また、銀点測定の工程は、水の三重点(0.01℃)の測定→500℃の電気炉に挿入して6℃/分で990℃まで昇温→銀点装置に移動し、銀点測定(約962℃)→990℃の電気炉に戻す→1℃/分で500℃まで降温→室温に引き抜き、再び水の三重点(0.01℃)を測定し、この工程を4回繰り返し行った。
In addition, the silver point measurement step is to measure the triple point of water (0.01 ° C) → insert into an electric furnace at 500 ° C and raise the temperature to 990 ° C at 6 ° C / min. Point measurement (approx. 962 ° C) → Return to 990 ° C electric furnace → Decrease to 500 ° C at 1 ° C / min → Pull out to room temperature, measure water triple point (0.01 ° C) again, and repeat this
図3に示すように、従来の標準用温度計1(図中△)における1回目〜4回目までの銀点比の平均変化(mK)が15.2mKであるのに対し、本発明の巻線構造(図中●)を採用した標準用温度計1における1回目〜4回目までの銀点比の平均変化(mK)は2.3mKであった。
これは、本発明の巻線構造を採用することで、上記銀点測定による約1000℃の温度変化を受け白金線3の膨張・収縮による形状変化の影響が低減され、より高精度な温度測定が実現可能であることが証明された。
As shown in FIG. 3, the average change (mK) of the silver point ratio from the first to the fourth time in the conventional standard thermometer 1 (Δ in the figure) is 15.2 mK, whereas the winding of the present invention The average change (mK) in the silver point ratio from the first time to the fourth time in the
By adopting the winding structure of the present invention, the influence of the shape change due to the expansion / contraction of the
以上説明したように、上述した標準用温度計1は、感温部4を構成する白金線3の終端部3aと外部リード線5の先端部5aとが接続される接続部分6から先の外部リード線5を白金線3の巻線方向と同方向で巻枠2に巻回した後に引き出された巻線構造を有している。
As described above, the
これにより、水の三重点や銀点測定を繰り返し測定したときの温度変化により白金線3が巻付径方向に膨張・収縮して形状変化したとしても、接続部分6から引き出された外部リード線5も白金線3の形状変化に追従して変位するため、結果として接続部分6の微動を極力抑制することができる。
As a result, even if the
ところで、上述した実施形態では、巻線2に対し白金線3がストレインフリーな状態で無誘導巻きとなる単コイル方式で巻回された構成で説明したが、これに限定されることはない。本発明の巻線構造では、少なくとも巻き枠2に対し白金線3がストレインフリーな状態でコイル状に無誘導巻きで巻回されていればよいため、本実施形態の単コイル方式の他に二重コイル方式などで巻回してもよい。
By the way, in the above-described embodiment, the
1…標準用白金抵抗温度計(標準用温度計)
2…巻枠(2a…立片、2b…嵌合溝、2c…通し孔、2d…貫通孔)
3…白金線(3a…終端部)
4…感温部
5…外部リード線(5a…先端部)
6…白金線の終端部と外部リード線の先端部との接続部分
1 ... Standard platinum resistance thermometer (standard thermometer)
2 ... reel (2a ... upright piece, 2b ... fitting groove, 2c ... through hole, 2d ... through hole)
3 ... Platinum wire (3a ... Terminal)
4 ...
6: Connection between the end of the platinum wire and the tip of the external lead wire
Claims (2)
該白金線と接続され、温度測定時に変化する前記白金線の電気抵抗値を外部に出力する外部リード線と、
を備えた標準用白金抵抗温度計の感温部における巻線構造において、
前記外部リード線は、前記白金線の終端部と接続される接続部分から前記白金線の巻線方向と同方向に、その一部が前記巻枠に巻回され引き出されることを特徴とする標準用白金抵抗温度計の感温部における巻線構造。 A platinum wire that is non-inductively wound in a coil shape in a strain-free state with respect to the winding frame;
An external lead wire that is connected to the platinum wire and outputs the electrical resistance value of the platinum wire that changes during temperature measurement;
In the winding structure in the temperature sensing part of a standard platinum resistance thermometer equipped with
The standard is characterized in that a part of the external lead wire is wound around the winding frame in the same direction as the winding direction of the platinum wire from the connecting portion connected to the terminal portion of the platinum wire. Winding structure in the temperature sensing part of a platinum resistance thermometer for use.
前記感温部は、
巻枠に対してストレインフリーな状態でコイル状に無誘導巻きされる白金線と、
該白金線と接続され、温度測定時に変化する前記白金線の電気抵抗値を外部に出力する外部リード線とを備え、
前記外部リード線は、前記白金線の終端部と接続される接続部分から前記白金線の巻線方向と同方向に、その一部が前記巻枠に巻回され引き出されることを特徴とする標準用白金抵抗温度計。 In a standard platinum resistance thermometer equipped with a temperature sensing unit that detects temperature,
The temperature sensing part is
A platinum wire that is non-inductively wound in a coil shape in a strain-free state with respect to the winding frame;
An external lead wire connected to the platinum wire and outputting the electrical resistance value of the platinum wire that changes during temperature measurement to the outside;
The standard is characterized in that a part of the external lead wire is wound around the winding frame in the same direction as the winding direction of the platinum wire from the connecting portion connected to the terminal portion of the platinum wire. Platinum resistance thermometer.
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EP4269967A3 (en) * | 2019-06-28 | 2024-01-17 | Fluke Corporation | Platinum resistance temperature sensor having a floating platinum member |
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