JP2018515768A - アクティブな接地された熱電対及び作動方法 - Google Patents

Abstract

アクティブな温度測定システムは、少なくとも１個の接地された熱電対と、少なくとも１個の接地された熱電対と連絡する（ｉｎ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ）プロセサーとを備えている。プロセサーは、少なくとも１個の接地された熱電対からの測定結果を受け取るように構成される。少なくとも１個の接地された熱電対は、少なくとも１個の接地された熱電対からの測定結果をプロセサーが受け取っている間に、分離された電圧（ｉｓｏｌａｔｅｄ ｖｏｌｔａｇｅ）でバイアスされる。

Description

本開示は、一般に、温度測定システムに関する。さらに詳しくは、本開示は、１個以上の接地された熱電対を利用する温度測定システムに関する。

この部分の陳述は、単に本開示に関連する背景の情報を提示するのみであり、先行技術を構成しない可能性がある。

熱電対は、温度を測定するのに使用されるセンサーである。熱電対は全体的に、異なる材料で形成された２本のワイヤを備えている。ワイヤは一端で接合され、接点部を形成する。接点部が温度の変化にあうと、電圧が発生する。この電圧は、接点部における温度を算出するのに解釈することが可能である。

一般的に言って、温度を測る場合に用いる熱電対は３種類、即ち、露出した熱電対、接地した熱電対、非接地の熱電対がある。露出した熱電対は、プローブの壁又はシースの外に接点部があり、目標となる媒体に直接に曝される。この種の熱電対は、熱伝導にすぐれ、レスポンスが速い反面、使用可能な場合であっても、目標となる媒体の種類によって制限される。一般的に、この熱電対は、腐食、又は錆びを生じさせる環境には向いていない。

非接地の熱電対では、この種の熱電対の感知する接点部は、シースの内部に物理的に配置されているが、電気的にはシースから分離して絶縁されている。その結果として、遅いレスポンスとなるが、利点としては、シースに接続されないことによる電気的に分離した絶縁によって、ノイズ低減に伴ってより正確な測定を熱電対が行うことを可能にする。この熱電対は、シースが環境からの保護に役立つため、腐食、又は錆びを生じる環境でも使用可能となり、よりロバストなものとなる。

接地された熱電対は、やはりシースを利用するものであるが、その接点部はシースと直接に電気的接触を行う。この熱電対は、非接地の熱電対よりもレスポンスは速く、腐食、又は錆びを生じる環境でも使用できる。しかし、この熱電対は一般的に、電気的ノイズ、例えばグランドループに左右される。これによって、温度の小さな変化を測定する場合などに特に、正確さに影響を受けてしまう。

本開示は、少なくとも１個の接地された熱電対と、少なくとも１個の接地された熱電対と連絡する（ｉｎ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ）プロセサーとを備えている温度測定システムを提供するものである。プロセサーは、少なくとも１個の接地された熱電対から測定結果を受け取るように構成されている。プロセサーが少なくとも１個の接地された熱電対から測定結果を受け取っている間に、少なくとも１個の接地された熱電対が分離された電圧（ｉｓｏｌａｔｅｄ ｖｏｌｔａｇｅ）でバイアスされる。

別の形態では、複数の熱電対を備えている。この形態では、プロセサーが複数の接地された熱電対のうちの１個の接地された熱電対から測定結果を受け取っている間に、１個の接地された熱電対のみが分離された電圧でバイアスされる。他の熱電対はバイアスされず、分離された電圧からは接続が絶たれる。

さらに他の形態では、温度測定システムはマルチプレクサーを備えていてもよい。マルチプレクサーは、複数の熱電対のうちの１個から得られた測定結果をプロセサーに供する。これに加えて、プロセサーが少なくとも１個の接地された熱電対から測定結果を受け取っている間に、マルチプレクサーが、少なくとも１個の接地された熱電対を分離された電圧でバイアスしてもよい。

別の形態では、温度測定システムは、プロセサー及び少なくとも１個の接地された熱電対と連絡し、少なくとも１個の接地された熱電対からの測定結果をデジタルの数値に変換し、デジタルの数値をプロセサーに供するように構成されたＡ／Ｄ変換器を備えていてもよい。

さらに他の形態では、少なくとも１個の接地された熱電対は、単一の信号ワイヤを用いてもよい。この形態では、少なくとも１個の接地された熱電対は、先端部を備えた閉鎖端及び開口端を有し、閉鎖端の先端部が接点部を形成しているシースと、開口端から接点部へ延びている信号ワイヤとを備えている。信号ワイヤとシースとは、信号ワイヤとシースとの間に電位を発生させるように構成された二つの異なる金属から形成され、電位は、接点部における温度に関連している。

適用可能性のさらなる領域は、本明細書に示した記載から明らかになるものである。この記載及び特定の例は、例示のみを目的とし、いかなる場合も本開示の範囲を限定することを意図していない。このことは、理解されることである。

本件で説明する図面は、例示のみを目的とし、いかなる場合も本開示の範囲を限定することを意図していない。

２本のワイヤを利用する接地された熱電対の概略図である。 単一ワイヤを利用する接地された熱電対の概略図である。 本開示の内容に基づく接地された熱電対を利用した温度測定システムのブロック図である。 本開示の内容に基づく集積型の電子回路を有する接地された熱電対を利用した温度測定システムのブロック図である。 本開示の内容に基づく接地された熱電対を利用した温度測定システムのための電源の電気的な概略図である。 本開示の内容に基づく接地された熱電対を利用した温度測定システムの電気的な概略図である。 本開示の内容に基づく接地された熱電対を利用した温度測定システムの電気的な概略図である。 本開示の内容に基づく熱電対を利用した温度測定システムを含んでいる加熱装置の斜視図である。 外側の排気システム用の継手部を取り除いた状態の、本開示の内容に基づく熱電対を利用した温度測定システムを含んでいる加熱装置のもう一つの斜視図である。 外側の排気システム用の継手部を取り除いた状態の、本開示の内容に基づく熱電対を利用した温度測定システムを含んでいる加熱装置のもう一つの斜視図である。 本開示の内容に基づく図６の加熱装置で横断面を示した斜視図である。 本開示の内容に基づく図８のＡ部分を拡大して横断面を示した斜視図である。 本開示の内容に基づく加熱装置に伴うサーモウェル及び接地された熱電対の斜視図である。

下記の記載は、本質的には単に例示的なものであり、本開示、その応用・用途を限定することを意図していない。本明細書では一貫して、対応する参照符号は、類似の又は対応する部分や特徴を示すものと理解されるものである。

本開示は、一般に、温度測定システムとこれに伴う使用方法に関する。本件の内容に基づいて作成され使用される温度測定システムは、本開示を通して、多数の用途で説明がなされる。用途の一例は、ディーゼル排気システムである。これは、温度測定システムの用途の一つにすぎず、温度管理の他の応用例の種類に従って、温度測定システムを合体させて使用することが、本開示の範囲内にあることを意図している。

下記の特定の形態は、本開示の内容に基づいて、温度測定システムの構成と使用を例示するために供され、本開示の範囲を限定するために解釈されるものではない。当業者は、本開示に基づいて、ここで開示される特定の形態でさまざまな変更が可能であることを認識するであろう。本開示の趣旨又は権利範囲からはずれたり越えたりすることなく、同様・類似の結果が得られることを認識するであろう。さらに、本件で述べられた各特性は、通常に測定される特性であり、複数の異なる方法から取得可能な特性であることを、当業者は理解するであろう。本明細書で述べる方法は、このような方法の代表であり、それ以外は、本開示の範囲を越えることなく利用されてよいものである。

図１Ａに、接地された熱電対１０Ａを示す。図中で、接地された熱電対１０Ａは、第１ワイヤ１２Ａと第２ワイヤ１４Ａを備えている。第１ワイヤ１２Ａと第２ワイヤ１４Ａは、接点部１６Ａで互いに接続されている。全体的に言って、第１ワイヤ１２Ａと第２ワイヤ１４Ａは異なる金属から形成される。この異なる金属は、広範囲の材料のいずれかのものを含んでいてよく、例えば、鉄、ニッケル、銅、クロム、アルミニウム、プラチナ、ロジウム、これらの合金などである。もちろん、第１ワイヤ１２Ａ，第２ワイヤ１４Ａを構成するのに用いる異なる金属を選択したときに、熱電対の構成に適したいかなる材料でも使えることは理解されることである。

接地された熱電対１０Ａはまた、絶縁体１７Ａを備えていてもよい。絶縁体１７Ａは、第１ワイヤ１２Ａ，第２ワイヤ１４Ａの一部分を取り囲み、保護している。熱電対１０Ａが腐食を生じる環境で、高い湿度と高圧のもとにあるときに、絶縁体１７Ａは役立ちうる。絶縁体１７Ａは酸化マグネシウムからなってもよいが、さらに他の適切な材料を用いてもよい。シース１８Ａが、絶縁体１７Ａ，第１ワイヤ１２Ａ，及び第２ワイヤ１４Ａをまとめて封止している。シース１８Ａは、第１ワイヤ１２Ａ及び第２ワイヤ１４Ａのみならず絶縁体１７Ａへの保護を行っている。

接点部１６Ａで温度測定結果が得られたときに、第１ワイヤ１２Ａ，第２ワイヤ１４Ａの異なる金属は、温度に関連した電圧の差を生じさせる。特定の温度に関連した代表電圧を収録した参照表を利用すると、接点部１６Ａにおける温度を求めることができる。

図１Ｂに、他の例の熱電対１０Ｂを示す。ここで理解されるように、同じ要素に同一の参照符号を用いて説明する。従って、既に述べた説明は、同様に適用可能である。図中で熱電対１０Ｂは、単一ワイヤの構成となっている。つまり、接点部１６Ｂには単一のワイヤ１２Ｂが接続されている。上述したように、熱電対を適切に作動させるために、温度を表す電圧の差を表現するのに用いられる、異なる二つの材料を使用する必要がある。この形態で、シース１８Ｂ内に異なる材料が使用される。実質的には、ワイヤ１２Ｂが接点部１６Ｂでシース１８Ｂに接続されると、ワイヤ１２Ｂとシース１８Ｂとの間に電圧の差が測定可能になる。従って、図１Ａに示した構成とは異なり、温度を表す電圧を読み取るのに、単一のワイヤを利用することが本構成ではできる。

ここで理解されるように、上述の説明では、熱電対、又はその組み合わせが利用可能である。従って、この説明とともに、ここに記載する熱電対という用語への言及は、図１Ａ，１Ｂのいずれに関して説明した熱電対にも関連しうると理解される。

図２Ａに、温度を測定するシステム２０をブロック図に示す。第一次的な要素としては、システム２０はプロセサー２２、Ａ／Ｄ変換器２４、マルチプレクサー２６、バス制御部２８を備えている。システム２０はさらに、熱電対１０Ｘ，１０Ｙ，１０Ｚを備えている。上述したように、熱電対１０Ｘ，１０Ｙ，１０Ｚは、本明細書で既に述べた熱電対のいずれであってもよい。また、熱電対１０Ｘ，１０Ｙ，１０Ｚは単に１個の熱電対であっても、多数の熱電対であってもよいと理解されるものであり、図示した３個の熱電対に限定されるものではない。熱電対１０Ｘ，１０Ｙ，１０Ｚは、集積型の電子回路を備えているアクティブな熱電対であってよい。

図中、熱電対１０Ｘ，１０Ｙ，１０Ｚはマルチプレクサー２６と連絡して（ｉｎ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ）いる。マルチプレクサー２６は、熱電対１０Ｘ，１０Ｙ，１０Ｚから受け取ったデータを多重化する。実質的には、マルチプレクサー２６は熱電対１０Ｘ，１０Ｙ，１０Ｚに関連する情報をＡ／Ｄ変換器２４に伝送し、Ａ／Ｄ変換器２４への結線が複数本にならないようにする。

Ａ／Ｄ変換器２４は、熱電対１０Ｘ，１０Ｙ，１０Ｚから得られてマルチプレクサー２６から受け取ったデータを、デジタルな数値に変換する。このデジタルな数値は、プロセサー２２に送られ、さらに処理が施される。プロセサー２２は、バス制御部２８を介して他のシステムと通信してもよい。例えば、システム２０が自動車で使用される場合は、バス制御部２８は、コントローラーエリアネットワーク（ＣＡＮ）型のバスであってもよい。

接地された熱電対、例えば熱電対１０Ｘ，１０Ｙ，１０Ｚは、温度変化に対するレスポンスの速さに利点がある。しかし、電気ノイズ、例えばグランドループに左右されるという欠点がある。熱電対１０Ｘ，１０Ｙ，１０Ｚの電源におけるグランドループを防止するために、熱電対１０Ｘ，１０Ｙ，１０Ｚには全体的に分離した絶縁が行われ、熱電対１０Ｘ，１０Ｙ，１０Ｚを利用した測定が行われる。

システム２０は、分離接地（ｉｓｏｌａｔｅｄ ｇｒｏｕｎｄ）３１を用いるとともに、バイアスのための分離された電圧（ｉｓｏｌａｔｅｄ ｖｏｌｔａｇｅ）３０を用いる。分離された電圧３０と分離接地３１は、他の基礎となるシステムからの電源電圧・接地電圧とは別のものである。例えば、システム２０が自動車で使用されるときには、分離された電圧３０と分離接地３１は、自動車の陽極の電源電圧や、自動車のシャーシから供される接地極とは離れた、独立のものである。

分離された電圧３０は熱電対１０Ｘ，１０Ｙ，１０Ｚ，プロセサー２２，Ａ／Ｄ変換器２４，マルチプレクサー２６をバイアスする。接地に関しては、熱電対１０Ｘ，１０Ｙ，１０Ｚ，プロセサー２２，Ａ／Ｄ変換器２４，マルチプレクサー２６は分離接地３１で接地されている。

しかし、付加的な分離した絶縁（ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）が熱電対１０Ｘ，１０Ｙ，１０Ｚに施されている。本例では、熱電対１０Ｘ，１０Ｙ，１０Ｚのうち一つで所望の測定結果が得られているときに、分離された電圧３０だけを用いて熱電対１０Ｘ，１０Ｙ，１０Ｚがバイアスされることになる。つまり、熱電対１０Ｘで測定結果が得られているときには、分離された電圧は熱電対１０Ｘをバイアスするが、熱電対１０Ｙ，１０Ｚはバイアスしない。同様に、熱電対１０Ｙで測定結果が得られているときには、分離された電圧は熱電対１０Ｙに印加されるが、熱電対１０Ｘ，１０Ｚからは除去される。また、熱電対１０Ｚで測定結果が得られているときには、分離された電圧は熱電対１０Ｚをバイアスするが、熱電対１０Ｘ，１０Ｙからは除去される。

熱電対１０Ｘ，１０Ｙ，１０Ｚのそれぞれが同じ接地極、例えば自動車のシャーシなどに取り付けられる傾向があるという事実を、この方法は利用している。これらは、だいたい相対的に等しい電圧になるわけである。もし仮にすべての熱電対１０Ｘ，１０Ｙ，１０Ｚが分離された電圧３０で同時にバイアスされたら、相対電圧は、熱電対１０Ｘ，１０Ｙ，１０Ｚの間でノイズ電流を生じさせてしまう恐れがある。熱電対１０Ｘ，１０Ｙ，１０Ｚから測定された信号が非常に低い信号レベルであるため、小さな偏差が測定誤差を産む。システム２０の利点は、各熱電対に完全に分離した絶縁を行う必要がないことである。なぜなら、熱電対１０Ｘ，１０Ｙ，１０Ｚのうち１個だけバイアスすればよいからである。

上述したように、図２Ｂにおいて、熱電対１０Ｘ，１０Ｙ，及び／又は１０Ｚは、集積型の電子回路を備えたアクティブな熱電対であってもよい。例えば、熱電対１０Ｘ，１０Ｙ，及び／又は１０Ｚのうち１個以上が、集積型の電子回路を備えていてもよい。さらに詳しくは、熱電対１０Ｘ，１０Ｙ，及び／又は１０Ｚのうち１個以上が、ハウジング４７を備えていてもよい。ハウジング４７はプロセサー２２，Ａ／Ｄ変換器２４，及び／又はマルチプレクサー２６を収容する。これらの要素に加え、下記に述べる電源４０が、熱電対１０Ｘ，１０Ｙ，及び／又は１０Ｚのうち１個以上のハウジング４７に含まれていてもよい。

図３に、システム２０のための電源４０を示す。電源４０は電圧入力４２を備えている。電圧入力４２は、自動車の電池の正の電圧端子に接続されていてもよい。電圧入力４２に供給された電圧はさらに、電源４０の過電圧保護部４４に加えられる。回路中の電圧が所定の上限を越えて上昇したときに、過電圧が生じる。その持続時間に依存して、過電圧の現象は、一時的なもの、即ち電圧スパイクであるか、又は持続的なもの、即ち電源サージを引き起こすものとなる。

過電圧保護部４４の一つの例は、電圧入力４２に接続された電源を保護するダイオード４６を備えている。また、トランジスター４８がダイオード４６と直列に接続されている。これら二つに加え、過電圧保護部４４は、図３に示すような信号制御と条件設定とのための電気的要素を備えている。図示のように接続したときには、ダイオード４６，トランジスター４８，その他の各部は、電源４０の電源部５０に対して過大な電圧からの保護を行う。

電源４０の電源部５０は、温度を測定するシステム２０に供された分離された電圧と接地の電位とを発生させる働きをする。電源部５０は規制部５２を備えている。規制部５２は、温度を測定するシステムに供された出力電圧、例えば分離された電圧を規制する規制部として作用する。規制部５２は、例えば、テキサス州オースティン所在のテキサス・インスツルメンツ社で製造されたＬＭ５０１９レギュレーターであってもよい。規制部５２は、予想範囲内で分離電圧を供するために分離電圧を監視するフィードバック回路へのフィードバックを供することが不要な分離電圧を生成できるという利点がある。規制部５２は、入力電圧と反比例するオンタイムを用いるコンスタント・オンタイム制御方式に基づいている。この制御方式はループでの凝縮は必要としない。電流の限界値は、出力電圧に反比例し、即ちこの場合は、分離電圧に反比例する強制オフタイムによって構成される。この制御方式は、最低限のフィードバックを供するとともに、短絡保護を供する。電源部５０は、分離接地３１の電位とともに分離電圧３０を出力する。分離電圧３０と分離接地３１の電位との両方が、温度を測定するシステム２０に与えられる。

図４Ａでは、熱電対１０Ｘ，１０Ｙ，１０Ｚをマルチプレクサー２６とともに回路図に示す。図中で、熱電対１０Ｘ，１０Ｙ，１０Ｚは分離された電圧３０でバイアスされる。これに加え、マルチプレクサー２６は分離された電圧３０でバイアスされる。上述したように、熱電対１０Ｘ，１０Ｙ又は１０Ｚのうちただ１個を、分離された電圧３０でバイアスしてもよい。熱電対１０Ｘ，１０Ｙ，１０Ｚの１個が選択されて測定を行う間に、バイアスは熱電対１０Ｘ，１０Ｙ，１０Ｚのこの１個だけに行う。熱電対１０Ｘ，１０Ｙ又は１０Ｚへの分離された電圧３０の印加は、さまざまな異なる方法で行うことができる。本例では、読み取りが行われている間に、熱電対１０Ｘ，１０Ｙ，１０Ｚの１個のみに分離された電圧３０を印加する能力をマルチプレクサー２６は有する。上述したように、どの熱電対が用いられるかに依存して、マルチプレクサー２６は、熱電対１０Ｘ，１０Ｙ又は１０Ｚのうち１個によって測定された温度を表すアナログ信号を、出力線５４に出力する。

図４Ｂに、Ａ／Ｄ変換器２４，プロセサー２２，ネットワーク制御部２８の図式的な回路構成を示す。図中で、本例は、２個の別々のＡ／Ｄ変換器２４Ａ，２４Ｂと、２個の別々のネットワーク制御部２８Ａ，２８Ｂとを備えている。単一のＡ／Ｄ変換器２４Ａ又は２４Ｂを用いるだけでもよいことは、理解されることである。同様に、単一のネットワーク制御部２８Ａ又は２８Ｂを用いるだけでもよいことは、理解されることである。同様に、本開示の範囲内であれば、いかなる数の変換器・制御部が用いられてもよい。

使用されるＡ／Ｄ変換器の数に関わらず、Ａ／Ｄ変換器２４Ａ，２４Ｂは両方とも、分離接地３１の電位とともに、分離された電圧３０が与えられている。Ａ／Ｄ変換器２４Ａ，２４Ｂは、マルチプレクサー２６の出力線５４からアナログ信号を受け取り、アナログ信号をデジタルの数値に変換する。デジタルの数値は、プロセサー２２に送られる。プロセサー２２は、内部にデジタルの数値を記憶してもよいが、また、別体の格納デバイス５６、例えばＥＥＰＲＯＭを用いて記憶してもよい。

プロセサー２２は、この記憶部から、バス５８に温度情報を提供してもよい。この例で、バス５８はＣＡＮバスである。ＣＡＮバスは、バス制御部２８のように単一チップネットワーク制御部を利用してもよく、ネットワーク制御部２８Ｂのように複数チップの隔てられたネットワーク制御部を利用してもよい。バス５８に提供されたデータは、バスに接続された他のシステムに提供されてもよい。他のシステムが自動車関連のものである場合は、熱電対１０Ｘ，１０Ｙ，１０Ｚから他のシステム、例えばディーゼル排気システムのヒーターなどに提供された温度情報を使用してもよい。

上述したように、熱電対１０Ｘ，１０Ｙ，及び／又は１０Ｚは電子回路の各部を内蔵している。熱電対１０Ｘ，１０Ｙ，及び／又は１０Ｚの１個以上が、図２Ａ，２Ｂに図示して説明した電子回路の各部を内蔵してもよい。さらに詳しくは、熱電対１０Ｘ，１０Ｙ，及び／又は１０Ｚの１個以上が、プロセサー２２，Ａ／Ｄ変換器２４Ａ，２４Ｂ及び／又はマルチプレクサー２６を収容したハウジングを含んでいてもよい。これらに加えて、１個以上の熱電対１０Ｘ，１０Ｙ，及び／又は１０Ｚのハウジングが、図３の電源４０、及び／又はネットワーク制御部２８Ａ、及び／又はネットワーク制御部２８Ｂを含んでいてもよい。実質的には熱電対１０Ｘ，１０Ｙ，及び／又は１０Ｚは、熱電対１０Ｘ，１０Ｙ，及び／又は１０Ｚのシースに接続されたハウジングを備え、ハウジングは、上述した電子回路のどのような組み合わせでも収容している。さらに、熱電対アセンブリーの全体がバス、例えばＣＡＮバスに接続されることを可能にするポート、又はワイヤのセットを、ハウジングは備えている。

既に述べたように、システム２０は異なる複数の用途のいずれに利用することも可能である。この用途の一例は、排気システムに用いられる加熱システムである。これは内燃機関に結合され、さまざまなガスやその他の汚染物の大気中への望ましくない放出を削減するのに助けとなる。排気システムは、通常、さまざまな後処理装置を備えている。例えば、ディーゼル粒子フィルター（ＤＰＦ）、触媒コンバーター、選択的触媒還元装置（ＳＣＲ）であって、排気ガスに含まれた一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯ_ｘ）、粒子状物質（ＰＭｓ）、未燃焼炭化水素（ＨＣｓ）を捕捉するもの、またディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）、希薄ＮＯ_ｘトラップ（ＬＮＴ）、アンモニアスリップ触媒、改質器などである。加熱装置は、周期的に作動させても、所定時間だけ作動させてもよく、排気温度を上昇させ、触媒を活性化したり、排気システムで捕捉された粒子状物質や未燃焼炭化水素を燃焼させたりしてもよい。加熱装置の作動は、センサー、例えば上述した熱電対１０Ｘ，１０Ｙ，１０Ｚ、及び温度調節システム２０などから温度情報を受け取ったプロセサーで決定してもよい。

図５において、本開示の内容が適用可能なシステムの一つは、加熱装置１０１である。加熱装置１０１の一例は全体として、接点箱１０５、有孔箱体１１０、コンテナ本体１１４、装置フランジ部１２０を備えている。コンテナ本体１１４は、１個以上の分離可能なコンテナ材（ｓｅｃｔｉｏｎ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ）１１５を有する。この加熱装置１０１は、米国特許出願公開２０１４／０１９０１５１に記載された加熱装置と同様のものであってよい。この特許出願は、本件と同じ出願人によるものであり、参照によって全文を本件に組み込むものである。排気システム用の継手部１２５が、加熱装置１０１を排気システム（図示せず）に結合するように、コンテナ本体１１４の両端部に設けられていてよい。加熱装置１０１に形成された通路１３０を介して、排気ガスは、排気システムから加熱装置１０１に流入する。通路１３０はコンテナ本体１１４と装置フランジ部１２０との組み合わせで画定されている。装置フランジ部１２０は全体的に、一つの形で板形状となっている。応用例の要部を収容するように加熱装置１０１内の各部の長さを変化させるが、加熱装置１０１のモジュラーな構成は、さまざまな要素のサイズを同一にすることを可能にする。接点箱の蓋１０７が、加熱装置１０１に含まれていてもよい。いくつかの応用例、例えばディーゼル排気システムでは、この例から発生する振動が相当大きくなり、その結果、少なくとも１個の支持ブラケット（図示せず）が、加熱装置１０１をしっかり装着するのに必要となってしまうことがある。

図６，７において、加熱装置１０１はさらに、１個以上の発熱素子１３５とブラケット体１４０とを備えている。一つの形態では、ブラケット体１４０は、任意の上スパイン部１４１、１個以上の要素支持部１４３、任意の下スパイン部１４５を備えている。一つの形態では、支持部１４３は複数の支柱１４３を備え、これらは、発熱素子１３５のうち対応する素子に取り付けられ、コンテナ本体１１４の長手方向軸Ｘに垂直な方向に配列されている。支柱１４３は、コンテナ本体１１４のコンテナ材１１５、又は、任意の上スパイン部１４１及び下スパイン部１４５のどちらか一方に取り付けられている。支柱１４３は、ブラケット体１４０が上スパイン部を必要としない例に望まれる場合は、装置フランジ部１２０に直接取り付けられていてもよい。支柱１４３は、加熱装置１０１中に形成された通路１３０の中央の下方を流れる排気ガスをさえぎる任意の分流器１７０を備えている。

発熱素子１３５は、所定の（例えば測定された）性能特性、又は予測可能な性能特性を示すものであってよい。そのような性能特性の一例は、予め選択された電圧が印加されたとき、又は特定処理のガスの流れの条件にあるときに発熱する、発熱素子１３５の加熱速度を含む。発熱素子１３５は、ケーブルヒーター、筒状ヒーター、カートリッジヒーター、フレキシブルヒーター、層状ヒーター、金属箔、又は金属フリースヒーターとして選択される。他の例としては、発熱素子１３５は、ケーブルヒーター又は筒状ヒーター、又はむき出しのワイヤヒーターなどである。

装置フランジ部１２０は、コンテナ本体１１４の１個以上のコンテナ材１１５に取り付けられ、１個以上の発熱素子１３５を取り囲む外側の囲いを構成し、加熱装置１０１を通して排気ガスを流す通路１３０を構築する。装置フランジ部１２０と１個以上のコンテナ材１１５とは、タブ１２１の利用によって、互いに接触していてもよい。タブ１２１は、装置フランジ部１２０上、又は１個以上のコンテナ材１１５の上のいずれかに配置されていてもよい。一方の要素１１５，１２０での各タブ１２１は、他方の要素１２０，１１５にある孔１２２に組み合わせられる。タブ１２１の使用は、装置フランジ部１２０をコンテナ本体１１４に取り付ける前に、装置フランジ部１２０，ブラケット体１４０，発熱素子１３５の組み立てを容易にする。

図８において、接点箱１０５は、発熱素子１３５と電源（図示せず）との間に電気接続部１０９を形成する。その一方、有孔箱体１１０は、熱伝導と放射熱の伝達とのための長い経路を形成することで、電気接続部１０９と発熱素子１３５とを冷却する手段を提供し、対流での空気冷却を可能にする。有孔箱体１１０は、穿孔の施された少なくとも１枚の壁又はスカートを備え、これにより、有孔箱体１１０の内部を大気に露出させる。有孔箱体１１０は、接点箱１０５の冷却が必要になる程度まで熱の量が大きくなる場合を用途として、用いられる。壁又はスカートに存在する穿孔が、１個でも複数個でもよく、各穿孔がいかなるサイズや形状でもよいことは、当業者に理解されることである。

加熱装置１０１はさらに、１本以上の離間用の筒部１６０を備えていてもよい。離間用の筒部１６０は、装置フランジ部１２０を通って有孔箱体１１０から、コンテナ材１１５に形成された外側の囲いの中へ突出する。各離間用の筒部１６０は１個の発熱素子１３５を収容し、発熱素子１３５に機械的支持を提供する。任意の有孔箱体の頂部と底部、有孔箱体の壁部、及び離間用の筒部のうち１個以上が、ニッケル又は銅を用いて鑞付けで固着されていてもよい。望まれる場合は、発熱素子１３５が直接、接点箱１０５及び任意の有孔箱体１１０に鑞付け可能であることは当業者に理解されることである。これにより離間用の筒部１６０は不要となる。鑞付けは、当業者に知られているどんな手段によって行うことも可能である。これは、一度での炉中鑞付け、また手動での鑞付け工程を含む。ただし、限定はされない。

装置フランジ部１２０，有孔箱体１１０の穿孔のある壁又はスカート、また離間用の筒部１６０は、排気システムに用いるいかなる適切な材料で形成してもよい。その他に、金属又は合金から形成してもよい。金属接合プロセス、例えば鑞付けを用いて、装置フランジ部、有孔箱体の穿孔のあるスカート、また離間用の筒部を接合することが可能である。金属接合プロセスの特定の一例としては、まず接合対象の要素を仮付け溶接で位置決めし、それから鑞付け炉の中でニッケル鑞付けを行うことである。この鑞付けプロセスは、ジョイントのすべてを一度で離間用の筒部に作成するとともに、強度を確保し、排気系を封止する効果がある。

加熱装置１０１は、「スマート」な加熱装置であってもよく、少なくとも１個の発熱素子１３５と少なくとも１個の熱電対１０の組み合わせを含んでいてもよい。任意であるが、加熱装置１０１はさらに、少なくとも二つのシステム要素の間の通信経路を供することができるＬＩＮバス、ＣＡＮバス、又は他種のバスを含んでいてもよい。

熱電対１０は、発熱素子１３５のシースに接触していてもよく、発熱素子１３５と隣り合った要素支持部（例えば支柱１４３）に設けられてもよく、発熱素子１３５の上流側又は下流側に設けられてもよい。熱電対１０は、図１Ａ，１Ｂに図示して説明した、上述の応用例の中の熱電対のいずれであってもよい。さらに、１個を越える数の熱電対１０を用いることも可能である。

熱電対１０は、発熱素子１３５の特定位置又は所望の位置で温度を測定することができる。熱電対１０とともに用いる温度測定システムは、上述の温度測定システム２０であってよい。熱電対１０による温度の測定は、適用される用途に従って決定された所定限界温度に発熱素子１３５が近づいたり、これを越えたりする間に、加熱装置１０１が電力を減少させることを可能にする。熱電対１０はまた、診断の目的に用いてもよい。

スマートな加熱装置は、熱流束を最大にし、製造コストを下げることに加えて、診断能力の向上という利点を提供する。ロバストな診断能力は、多くの場合、発熱素子の相互の間にある偏差に依存する。特定の加熱素子のための性能特性又は性能情報を使用することができるスマートな加熱装置は、製造ばらつきから生じるランダム変動の少なくとも一部に補正又は補償を行わせることによって、診断能力を向上させる。スマートな加熱装置は、ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）、ディーゼル粒子フィルター（ＤＰＦ）、選択的触媒還元装置、希薄ＮＯ_ｘトラップ、又は後処理触媒を含む別の排気部に生じる熱勾配を補償してもよい。スマートな加熱装置の使用によって、他の診断活動を可能にしてもよい。このことは、当業者には理解されることである。

図９Ａ，９Ｂにおいて、加熱装置１０１はさらにサーモウェル１５５を備えていてもよい。サーモウェル１５５は、ブラケット体１４０の支柱１４３に一体に取り付けられ、発熱素子１３５と熱電対アセンブリー１５６との間の間接・直接の接触を許容する。サーモウェル１５５は、使用する加熱装置１０１内に取り付けられたときに、熱電対１０の保護に用いられる筒状の器具である。サーモウェル１５５は、両端で開口した筒状の器具であってもよい。これは、流れる排気ガスに熱電対１０が直接接触できるようにし、かつまた、熱電対１０が加熱装置１０１に挿入されたときに、ガスが逃げることを防止する封止を行う。サーモウェル１５５は、ブラケット体１４０のどの支柱１４３に接触するように配置されていてもよい。この他にサーモウェル１５５は、加熱装置１０１内の第２素子から最終素子までの発熱素子１３５の場所に配置されていてもよい。なぜならば、普通は最も高温のコイルであり、排気ガスが、加熱装置１０１から流出する直前に通過するからである。ただし、望ましい場合は、熱電対１０は実際に発熱素子１３５に直接接触しなくてもよい。図示した形状では、発熱素子１３５は実際には支柱１４３、及び／又はＵ形チャンネルブラケット１８０に接触し、その一方でサーモウェル１５５は支柱１４３に接触し、熱電対１０はサーモウェル１５５に接触する。物品の寿命のために所定の形の熱の通路を備えることが望ましいが、必ずしも他の各部同士は直接接触しないことが望ましい。このことは、当業者に理解されることである。

本発明のさまざまな形態に関する上述の説明は、例示と説明のために供するものである。これは網羅的なものではなく、開示した詳細な内容に本発明を限定することを意図していない。上記の趣旨に基づいて、多種多様な変形や変更が可能である。ここで論じた形態は、発明の原理の最良の例示を供するために選択・説明されたものである。特定の意図された用途に適合するように、発明をさまざまな形態でさまざまに変形して利用することを通常の技能を有する当業者に可能にする、実際的な応用を供するものである。これらの変形や変更のすべては、公正、合法的、また公平に付与された広さに基づいて解釈された添付請求項によって決定づけられる発明の権利範囲の内にある。

Claims (20)

1. 温度を測定するために作動可能な少なくとも１個の接地された熱電対と、
   前記少なくとも１個の接地された熱電対と連絡し、前記少なくとも１個の接地された熱電対から測定結果を受け取るように構成されたプロセサーと、
   前記少なくとも１個の接地された熱電対及び前記プロセサーに結合され、電圧入力を受け取って分離された電圧を発生させるように構成されている電源とを備え、前記少なくとも１個の接地された熱電対が、温度測定の間に前記電源からの前記分離された電圧で選択的にバイアスされる、温度測定システム。
2. さらに、１回に１個ずつ前記分離された電圧で選択的にバイアスされる複数の接地された熱電対を備え、バイアスされた接地された熱電対が前記測定結果を前記プロセサーに供する請求項１記載のシステム。
3. さらに、前記複数の接地された熱電対及び前記プロセサーと連絡し、前記分離された電圧でバイアスされた前記接地された熱電対から得られた前記測定結果を前記プロセサーに供するように構成されているマルチプレクサーを備えている請求項２記載のシステム。
4. 前記マルチプレクサーが、前記測定結果を供する前記接地された熱電対を前記分離された電圧でバイアスする請求項３記載のシステム。
5. さらに、前記プロセサー及び前記少なくとも１個の接地された熱電対と連絡し、前記少なくとも１個の接地された熱電対からの測定結果をデジタルの数値に変換し、前記デジタルの数値を前記プロセサーに供するように構成されたＡ／Ｄ変換器を備えている請求項１記載のシステム。
6. 前記少なくとも１個の接地された熱電対は、
   先端部を備えた閉鎖端及び開口端を有し、前記閉鎖端の前記先端部が接点部を形成しているシースと、
   前記開口端から前記接点部へ延びている信号ワイヤとを備え、前記信号ワイヤと前記シースとは、前記信号ワイヤと前記シースとの間に電位を発生させるように構成された二つの異なる金属から形成され、前記電位は、前記接点部における温度を表している請求項１記載のシステム。
7. さらに、前記少なくとも１個の接地された熱電対に取り付けられたハウジングを備え、前記電源は、前記ハウジングに収容されている請求項１記載のシステム。
8. 前記プロセサーが前記ハウジングに収容されている請求項７記載のシステム。
9. 前記電源は、電圧スパイクを制御するように作動可能な過電圧保護部と、前記分離された電圧を規制するように作動可能な規制部とを備えている請求項１記載のシステム。
10. 前記過電圧保護部が、ダイオード及びトランジスターを含む請求項９記載のシステム。
11. さらに、１回に１個ずつ前記分離された電圧で選択的にバイアスされる複数の接地された熱電対を備え、バイアスされた接地された熱電対が測定結果を供し、
    前記複数の接地された熱電対と連絡し、前記分離された電圧でバイアスされた前記接地された熱電対から得られた前記測定結果を受け取るように構成されているマルチプレクサーと、
    前記マルチプレクサー及び前記プロセサーと連絡し、前記マルチプレクサーで受け取った前記測定結果をデジタルの数値に変換し、前記デジタルの数値を前記プロセサーに供するように構成されているＡ／Ｄ変換器とを備えている請求項１記載のシステム。
12. さらに、前記複数の接地された熱電対に取り付けられたハウジングを備え、前記電源、前記プロセサー、前記マルチプレクサー、及び前記Ａ／Ｄ変換器は前記ハウジングに収容されている請求項１１記載のシステム。
13. 前記電源は、前記マルチプレクサー及び前記Ａ／Ｄ変換器に電気的に結合され、これらに前記分離された電圧を与える請求項１１記載のシステム。
14. さらに、外部の通信のバスにデータを出力するように作動可能であり、前記プロセサーと連絡して前記プロセサーからのデータを出力するネットワーク制御部を備えている請求項１記載のシステム。
15. 前記プロセサーは、前記少なくとも１個の接地された熱電対からの前記測定結果に基づいた温度を決定し、前記ネットワーク制御部を介して外部の通信のバスへ前記温度を出力するように構成されている請求項１４記載のシステム。
16. 複数の温度を測定するために作動可能な複数の接地された熱電対と、
    前記複数の接地された熱電対と連絡し、前記複数の接地された熱電対のうち選択されている接地された熱電対から測定結果を受け取るように構成されたプロセサーと、
    前記複数の接地された熱電対及び前記プロセサーと結合され、電圧入力を受け取って分離された電圧を発生させるように構成された電源とを備え、前記複数の接地された熱電対は、１回に１個ずつ前記分離された電圧で選択的にバイアスされ、前記測定結果を供する選択されている接地された熱電対が前記分離された電圧でバイアスされる、温度測定システム。
17. 前記複数の接地された熱電対と連絡し、前記分離された電圧でバイアスされた選択されている前記接地された熱電対から得られた前記測定結果を受け取るように構成されているマルチプレクサーと、
    前記マルチプレクサー及び前記プロセサーと連絡し、前記マルチプレクサーで受け取った前記測定結果をデジタルの数値に変換し、前記デジタルの数値を前記プロセサーに供するように構成されているＡ／Ｄ変換器とを、さらに備えている請求項１６記載のシステム。
18. さらに、前記複数の接地された熱電対に取り付けられたハウジングを備え、前記電源、前記プロセサー、前記マルチプレクサー、及び前記Ａ／Ｄ変換器は前記ハウジングに収容されている請求項１７記載のシステム。
19. 前記電源は、前記マルチプレクサー及び前記Ａ／Ｄ変換器に電気的に結合され、これらに前記分離された電圧を与える請求項１７記載のシステム。
20. 前記複数の接地された熱電対のそれぞれは、
    先端部を備えた閉鎖端及び開口端を有し、前記閉鎖端の前記先端部が接点部を形成しているシースと、
    前記開口端から前記接点部へ延びている信号ワイヤとを備え、前記信号ワイヤと前記シースとは、前記信号ワイヤと前記シースとの間に電位を発生させるように構成された二つの異なる金属から形成され、前記電位は、前記接点部における温度を表している請求項１６記載のシステム。

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