JP3027938B2 - 温度検出装置 - Google Patents

温度検出装置

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JP3027938B2
JP3027938B2 JP8098226A JP9822696A JP3027938B2 JP 3027938 B2 JP3027938 B2 JP 3027938B2 JP 8098226 A JP8098226 A JP 8098226A JP 9822696 A JP9822696 A JP 9822696A JP 3027938 B2 JP3027938 B2 JP 3027938B2
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剛 田中
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、各所の温度検出を
行うために用いられる温度検出装置に関するもので、特
に1000℃以上の耐熱、及び、高熱応答性能が要求さ
れる自動車の排気ガスの浄化システム、つまり触媒コン
バータ内部の温度検出に有用なものである。
【0002】
【従来の技術】近年、自動車の排気ガス浄化装置、つま
り触媒コンバータ内部の温度検出に用いられる温度検出
装置は、従来からの1000℃までの耐熱性、および、
900℃と常温間の熱サイクルに対する耐久性に対し、
その浄化システムの早期動作確認の必要性から熱応答性
能の向上、触媒自身の発熱温度上昇の為、1000℃以
上の耐熱性が望まれている。
【0003】以下に従来の温度検出装置について説明す
る。図5は従来の温度検出装置の半断図である。図5に
おいて、2本の金属線23の両端を除く全体の周囲に金
属管25を配置し、この金属線23と金属管25の間を
MgOからなる絶縁体24で充填した構成からなる二芯
管26と、この二芯管26の一端の各々に接続された温
度検出素子22と、この温度検出素子22を収納するた
めの一端が閉成された有底筒状の金属キャップ21を備
えた構成となっていた。ここで、前記金属キャップ21
はSUS310Sのステンレス材が用いられており、か
つ、その厚さも0.5mm以上の構成であった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来の構成では、金属キャップの厚さが0.5mm以上と
厚く、著しく熱応答性能が劣るものであった。また、一
般的にこの種の用途に用いられる温度検出装置に対して
は、常温と900℃を交互に負荷される熱サイクルに対
する耐久性が1000サイクル程度必要とされる。ここ
で、高熱応答性能を確保するためにSUS310S材か
らなる金属キャップの厚さを0.3mm以下にし、かつ、
前記条件の熱サイクルを負荷した場合、著しい酸化作用
と、熱による膨脹収縮作用のために、金属キャップの酸
化膜が脱落し、500サイクル程度で亀裂が発生し、金
属キャップ内の気密が確保できず、抵抗特性が著しく変
化する。また、この従来の構成を1000℃以上の高温
下にさらすとサーミスタの抵抗値が著しく上昇し、正確
な温度を検出できないという問題を有していた。
【0005】本発明は、1000℃以上の耐熱性、高熱
応答性能を確保しつつ、かつ、熱サイクルに対する耐久
性を有する温度検出装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の温度検出装置は、1000℃以上の高温にお
いても使用可能な薄肉(0.2〜0.3mm)の金属キャ
ップ内部の空間にNiOの粉体または焼結体よりなる強
還元緩和剤を封入したものである。
【0007】この本発明によれば、金属キャップ内部表
面の酸化による金属キャップ内部の強還元雰囲気を、金
属キャップ内部に介在するNiOの粉体もしくは焼結体
よりなる強還元緩和剤が、強還元雰囲気時において2N
iO→2Ni+O2と反応を起こし酸素が金属キャップ
内に放出され、強還元雰囲気が緩和されることにより、
温度検出素子の抵抗値特性を損なう事なく、高熱応答性
能、1000℃以上の耐熱性、および、耐熱サイクル性
を有する温度検出装置を実現することができる。
【0008】
【発明の実施の形態】本発明の請求項1に記載の発明
は、二本の金属線の両端を除く全体の周囲に金属管を配
置し、この金属線と金属管の間をMgOからなる絶縁体
で充填して固定化した二芯管と、この二芯管を構成する
金属線の一方の端部に接続された温度検出素子と、この
温度検出素子を収納するように前記二芯管の端部に装着
した薄肉の有底筒状の金属キャップと、この金属キャッ
プ内部の空間に封入したNiOの粉体もしくは焼結体よ
りなる強還元緩和剤とを備え、かつ、前記金属キャップ
の材質がNi−Cr系合金であって、Cr含有量が19
wt%以上、30wt%以下であることを特徴とする温
度検出装置であり、前記金属キャップ内部の強還元雰囲
気時にNiOの粉体もしくは焼結体よりなる強還元緩和
剤が2NiO→2Ni+O2と反応を起こし酸素が金属
キャップ内に放出され、強還元雰囲気が緩和されること
により、温度検出素子の抵抗値特性を損なう事なく、高
熱応答性能、1000℃以上の耐熱性、耐熱サイクル性
を確保することができる。
【0009】本発明の請求項2に記載の発明は、前記強
還元緩和剤を、前記金属キャップ内部の空間にその内部
空間の1/100の体積量以上封入されていることを特
徴とする温度検出装置であり、強還元雰囲気を緩和し、
温度検出素子の抵抗値特性を損なうことなく、高熱応答
性能、1000℃以上の耐熱性、耐熱サイクル性を確保
することができる。
【0010】本発明の請求項3に記載の発明は、前記金
属キャップに置換して、その材質がJIS C 250
2に規格されるNCH1,JIS C 4901に規格
されるNCF601,ASTM B 166に規格され
るNCF617のいずれかを選択したものであることを
特徴とする温度検出装置であり、前記金属キャップ内部
の強還元雰囲気時にNiOの粉体もしくは焼結体よりな
る強還元緩和剤が2NiO→2Ni+O2と反応を起こ
し酸素が金属キャップ内に放出され、強還元雰囲気が緩
和されることにより、温度検出素子の抵抗値特性を損な
う事なく、高熱応答性能、1000℃以上の耐熱性、耐
熱サイクル性を確保することができる。
【0011】以下、本発明の実施の形態について、図面
を参照しながら説明する。 (実施の形態1)図1は本発明の実施の形態における温
度検出装置の半断図を示すものであり、図2はその拡大
断面図である。また図3および図4は本実施の形態の温
度検出装置に用いた温度検出素子の上面図と正面図を各
々示したものである。図1において、1は厚さが0.2
〜0.3mmのNi−Cr合金よりなり、そのCr含有量
が19wt%以上、30wt%以下である金属キャップ
で、その先端側は閉成され、後端側は開口されている。
この金属キャップ1の先端内部には図2に示すごとく温
度検出素子2とNiOの粉体もしくは焼結体の強還元緩
和剤3が収納されている。この温度検出素子2には図
3、図4に示すごとく、2本の管状の白金パイプ4の電
極とAl23、Cr23、Fe23成分からなる円柱状
のNTCサーミスタ5から構成されている。温度検出素
子2の2本の管状の白金パイプ4の電極の内部にはSU
S310からなる直径0.3mmの金属線6が貫通して図
2に示すごとく白金パイプ4の端部で溶接され電気的に
接続されている。またこの2本の金属線6の両端を除く
全体は図1に示すごとくMgOからなる絶縁体7で固定
され、さらにその周囲をSUS310Sからなる直径
3.15mmの金属管8で覆われている。ここで、2本の
金属線6、絶縁体7、金属管8等は二芯管14を構成し
ている。次に、前述の金属キャップ1の開口部には金属
管8の端部が約3mm挿入され、その金属キャップ1の周
囲を開口端部より約3mm円周形状にかしめることで仮固
定し、さらに、金属キャップ1の開口端部より1.5mm
程度の位置にレーザー溶接により円周状にシーム溶接加
工部9を施し、前記金属キャップ1の内部の気密性を確
保している。また、前記二芯管14の金属線6の他端の
各々にはリード線10を電気的に接続し電気信号を外部
に取り出せるような構成とし、各々のリード線10は、
二つの貫通孔を有する円柱状のシリコンからなるゴム材
11に貫通させられている。さらに、このゴム材11
は、パイプ状の金属ケース12内に挿入され、この金属
ケース12の一端の外周を内部方向に塑性変形させるこ
とにより内部のゴム材11と密着させ、温度検出装置内
の気密性を確保している。又、前記金属ケース12の他
端は、前記二芯管14の金属管8の外周部に配置され、
レーザー溶接部13により固定されて密封されている。
【0012】ここで、前記金属キャップ1の材質は、高
熱応答性能を満足するために0.2〜0.3mmまで薄肉
化しており、このような薄肉化により1100℃の耐熱
性、および、熱サイクルに対する耐久性を確保すること
ができる。Ni−Cr系組成の合金においてCrの含有
量が19wt%以上であれば、その生成される酸化膜の
成分はCr23が主となるが、19wt%未満であると
NiO−Cr23およびNiO−Cr23−Fe23
混在となり、薄肉化に対する耐熱性および耐熱サイクル
性が低下し、性能を確保できない。また、Ni−Cr系
組成の合金において、Cr含有量が30wt%以上にな
ると耐酸化性は優れるが、高温下において機械的強度が
弱くなり、さらに実用化されているのは30wt%まで
が一般的である。このような材質は大気中で酸化させる
と、その表面にCr23を主とする酸化膜を生成し、こ
の酸化膜が耐熱性を高め、薄肉に際しても1100℃の
高温中や熱サイクルの環境下に対しても使用することが
可能となるわけである。
【0013】尚、薄肉の金属キャップ1の材質として
は、Ni−Cr合金の他にFe−Ni−Cr合金が使用
可能であり、これらのNi−Cr系合金としては、JI
S C2502に規格されるNCH1、もしくはJIS
G 4901に規格されるNCF601、もしくはA
STM B 166に規格されるNCF617が挙げら
れる。
【0014】次に、本発明の具体例を説明する。本実施
の形態と従来の温度検出装置の特性を(表1)に示す。
【0015】
【表1】
【0016】(表1)より、本実施の形態の場合、金属
キャップ1の厚さを0.3mm以下にすることで12秒以
下の熱応答性能を確保することができる。12秒以下の
熱応答性能であれば排気ガス浄化システムに対する用途
に対して十分適応できる。また、従来例では18〜19
秒程度と本実施の形態に対し大幅に上回るものであっ
た。
【0017】次に、金属キャップ1の厚さを0.2mmと
した場合の本実施の形態による温度検出装置の熱サイク
ル試験結果と従来の温度検出装置で金属キャップ1の厚
さを0.3mmとした場合の熱サイクル試験結果を(表
2)に示している。
【0018】
【表2】
【0019】(表2)より、本実施の形態の場合熱サイ
クル試験を行っても1000サイクルまで金属キャップ
1の外観、温度検出素子の特性に異常無いことが確認さ
れた。しかしながら、(表2)の条件による従来例の場
合、500サイクルで金属キャップに亀裂が発生し、温
度検出素子の特性も異常を示した。したがって、(表
1)、(表2)から従来例における金属キャップの材質
では熱応答性能の高速化は不可能ということが言える。
【0020】本実施の形態では金属キャップ1内に封入
するNiOの粉体もしくは焼結体よりなる強還元緩和剤
3の量的な効果を確認するために金属キャップ1内部の
空間に対し、その空間体積の1/5,1/10,1/1
00、および、1/200の強還元緩和剤3を封入した
場合の試料を作製し、1100℃の耐熱試験を実施し
た。本実施の形態、および、従来例におけるその結果を
(表3)に示した。(表3)においての性能可否につい
ては、その判定抵抗値変化率を3%とした。
【0021】
【表3】
【0022】(表3)より、本実施の形態の場合、各材
質の金属キャップ1内部の空間への強還元緩和剤3の封
入量をその空間体積の1/100以上とすることで温度
検出素子の抵抗値上昇を抑制できることが確認された。
このように金属キャップ1内部の空間にわずか1/10
0体積量の強還元緩和剤3を封入することで温度検出素
子の抵抗値上昇に対する効果が認められ、材料費的にも
非常に安価にその効果が得られる。
【0023】なお、本実施の形態では金属キャップ1の
材質をNi−Cr系組成、NCH1、NCF601、N
CF617として検討したが、他の主にCr23の酸化
膜を生成する金属材に対してNiOの粉体もしくは焼結
体よりなる強還元緩和剤3を用いても本目的を達成でき
ることはいうまでもない。
【0024】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、金属キャ
ップの材質を各請求項記載の材質とし、かつ、金属キャ
ップの内部空間にその空間体積の1/100以上のNi
Oの粉体もしくは焼結体よりなる強還元緩和剤を封入す
ることにより、抵抗値特性を損なう事なく、高熱応答性
能、1000℃以上の耐熱性、および、耐熱サイクル性
を有する優れた温度検出装置を実現できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態における温度検出装置の半
断図
【図2】その拡大断面図
【図3】同装置に使用する温度検出素子の上面図
【図4】その正面図
【図5】従来の温度検出装置の半断図
【符号の説明】
1 金属キャップ 2 温度検出素子 3 強還元緩和剤 4 白金パイプ 5 NTCサーミスタ 6 金属線 7 絶縁体 8 金属管 9 シーム溶接加工部 10 リード線 11 ゴム材 12 金属ケース 13 レーザー溶接部 14 二芯管
フロントページの続き (72)発明者 玉井 孝 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 森分 博紀 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭50−60267(JP,A) 特開 昭57−48624(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01K 7/22

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 二本の金属線の両端を除く全体の周囲に
    金属管を配置し、この金属線と金属管の間をMgOから
    なる絶縁体で充填して固定化した二芯管と、この二芯管
    を構成する金属線の一方の端部に接続された温度検出素
    子と、この温度検出素子を収納するように前記二芯管の
    端部に装着した薄肉の有底筒状の金属キャップと、この
    金属キャップ内部の空間に封入したNiOの粉体もしく
    は焼結体よりなる強還元緩和剤とを備え、かつ、前記金
    属キャップの材質がNi−Cr系合金であって、Cr含
    有量が19wt%以上、30wt%以下であることを特
    徴とする温度検出装置。
  2. 【請求項2】 前記強還元緩和剤は、前記金属キャップ
    内部の空間にその内部空間の1/100の体積以上封入
    されていることを特徴とする請求項1記載の温度検出装
    置。
  3. 【請求項3】 前記金属キャップは、その材質がJIS
    C 2502に規格されるNCH1,JIS C 4
    901に規格されるNCF601,ASTMB 166
    に規格されるNCF617のいずれかに置換したことを
    特徴とする請求項1記載の温度検出装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN103033280A (zh) * 2012-12-18 2013-04-10 杨晶 高灵敏热响应之铂电阻温度传感器

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN103033280A (zh) * 2012-12-18 2013-04-10 杨晶 高灵敏热响应之铂电阻温度传感器
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