JP3114075B2

JP3114075B2 - 接触式温度センサー

Info

Publication number: JP3114075B2
Application number: JP03345609A
Authority: JP
Inventors: 生至郎小林; 義信佐藤
Original assignee: Anritsu Meter Co Ltd
Current assignee: Anritsu Meter Co Ltd
Priority date: 1991-12-26
Filing date: 1991-12-26
Publication date: 2000-12-04
Anticipated expiration: 2015-12-04
Also published as: JPH05172659A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は接触式温度センサーに関
し、更に詳しくは被測温体である移動体の表面の温度を
接触式に測定するためのセンサーを提供するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術と解決すべき課題】静止した被測温体の表
面に接触してその温度を測定する表面温度センサーとし
ては、例えば実公昭58-28195号公報、実開昭57-201940
号公報、更には実開昭54-62877号公報等が提案されてい
る。しかし、これらの考案は何れも静止した被測温体の
表面温度を測定するために開発されたものであり、温度
センサーを静かに被測温体の表面に接触させて測定する
ことを原則としており、もし、これで移動する物体の表
面の温度を測定しようとすると、測温部が設けられてい
る接触片と移動体とが正確に平面的に接触することがで
きず、そのために正確な温度を安定して測定することが
困難である。

【０００３】移動体の表面温度を測定する方法として
は、この移動体の表面に温度センサーを接近させてこれ
の輻射熱を利用して非接触式に測定する方法があるが、
この測定方法は被測定物の放射率を定めることができな
いため、正確な温度の測定が困難である。即ち、被測定
物や雰囲気から発生する煙、被測定物の表面処理の程
度、反射率、被処理物を照射する光源の状態等によって
測定値が大幅に変化するという問題がある。

【０００４】しかし、大量に輻射熱が発生する高温の移
動体の場合には、他にこれに代わる秀れた温度測定方法
がないと言う理由から、測定誤差が大きいことを前提と
しながらこの方法を採用することは止むを得ないと判断
されている。このような事情から、移動体に接触してそ
の表面温度を測定する温度センサーの出現が望まれてい
た。

【０００５】本発明は、前記従来の静止状態で被測温体
の表面に接触させる接触式温度センサーの本質的な問題
点を解消するために得られたものであって、その目的と
するところは、移動体の表面に滑るように接触させ、そ
の表面の温度を測定する場合であっても、接触片の測温
部ないしはセンサー体が設けられている部分が被測温体
である移動体の表面よりの浮き上がりがなく、正確に接
触片を接触させることができる温度センサーを提供する
ことにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の本発明に係る接触式温度センサーは、円弧状に膨出し
た耐熱性弾性材料からなる接触片と、この接触片の両端
より該接触片の接触面より後退する方向に延長された支
持片と、該支持片の端部に形成された受部と、前記接触
片の裏面の両端部の近傍に一端がそれぞれ固定され、中
央部に向けて自由端が前記接触片との間に間隙を保持し
て延長された弾性材料からなる２枚の補助片と、前記接
触片の中央部に設けた測温体とから構成されている。

【０００７】

【作用】センサー本体Ｓは、接触片１とこれの裏面の
両端の近傍に一端が固定され、この接触片１の中央部に
自由端を有する２枚の弾性材料からなる補助片８, ９
と、前記接触片１の中央部に設けた測温体とからなり、
前記接触片１の両端部を縦移動は許容するが、横移動し
ないように支持し、更に前記補助片８, ９の自由端を接
触片１の中央部において回転を許容するが、横移動を阻
止するように支持している。

【０００８】従って、センサー本体Ｓは４点で支持さ
れ、全体として横移動を許容しないが縦移動できるよう
に構成されている。補助片８, ９の変形によって接触片
１に張力を発生させてこれの中央部が被測温体の表面よ
り離れるように凹形に変形することを阻止するととも
に、移動する被測温体の引きずりによっても横移動を防
止でき、その結果、移動する物体の表面温度を正確に測
定することができる。

【０００９】

【作動原理の説明】本発明の温度センサーの詳細な構造
を説明する前に、まずその温度センサーの動作原理を説
明する。図４(a) は温度センサーの動作の概念を示すも
のであって、長さの短い接触片10の両端より長い支持部
11, 12を延長させ、全体として高さがｈの背の高い三角
形状の接触片からなるセンサー本体を形成し、この支持
片11, 12の端部は、ピン13, 14によって回転可能に支持
(ピボット支持) された温度センサーＳを示している。
この温度センサーＳは背の高さｈと高い三角形に形成さ
れているために、例えば矢印Ａの方向に移動する被測温
体である移動体20に接触片10が接触すると、この温度セ
ンサーＳは全体として矢印Ｂの方向に前記ピン13, 14を
中心として回転し、その結果、この接触片10の中央部に
設けられている熱電対やサーミスタ等の測温部が移動体
20の表面より浮き上がり、正確な温度の測定が困難な状
態となる。従って、このような背の高い三角形の温度セ
ンサーは静止状態で測温するのには適していても、移動
体用としては不適当なものであることが分かる。

【００１０】図４(b) は、前記(a) 図に示す温度センサ
ーの欠点をやや改良したものであって、高さが前記ｈよ
り低いｈ₁の温度センサーＳを形成している。しかし、
この温度センサーＳの場合もやや安定性に欠けており、
移動体20が矢印Ａ′方向に移動するのに伴って前記と同
様に矢印Ｂ′方向に回転する傾向があり、従って、この
形式の温度センサーＳも移動体20の表面の正確な温度を
測定することができないと言う問題がある。

【００１１】図４(c) は、接触片10の長さを長くし、前
記(b) 図の高さｈ₁よりも更に低い高さｈ₂の三角形状
として横振れに対して安定した温度センサーＳである。
このように温度センサーＳ全体の高さｈ₂が低くなる
と、これが移動体20の表面に接触した際に、ピン13, 14
を中心として回転させようとするモーメントが著しく低
下することになり、安定性が改善されることになる。更
に、矢印Ｃの方向にこの温度センサーＳを押圧すると接
触片10の両端より斜めに延長されている２本の支持片1
1, 12がこの接触片10の両端を引張って緊張を与えるよ
うなベクトルを発生する。

【００１２】本発明は図４(c) に示す温度センサーＳを
基本構造とするものであって、移動体20の表面に接触片
10が接触した際に、この接触片10と移動体20との間の摩
擦力によって発生するこの温度センサーＳを全体として
回転させようとするモーメントを極力減少させ、更に支
持片11, 12が接触片10の両端を引っ張って積極的に接触
片10を緊張するように構成したものである。

【００１３】図５及び図６は接触片の両端を固定した従
来技術を示しており、温度センサーＳの接触片10ｂの長
さに比較してその両端より延長されている支持片11ｂ,
12ｂの長さを著しく短くして温度センサーＳの原形の高
さＨを低くして接触片10ｂの中央部分の浮き上りを極力
抑制したものであるが、前記支持片11ｂ, 12ｂの両端は
従来の温度センサーで一般的に使用されているように、
固定部13ｂ, 14ｂ (センサーの本体に固定されてい
る。) に固定したものである。

【００１４】この温度センサーＳを被測温体である移動
体20の表面に押圧すると、弓形に曲がっていた接触片10
ｂの中央部の測温部が設けられているＰ₁点ないしはこ
れの近傍の狭い範囲で移動体20の表面に接触している。
しかし、この温度センサーＳを押圧して高さＨを次第に
減少すると移動体20に接触している幅が次第に増加して
遂には高さが図６のように高さがＨ₁になると接触片10
ｂの中央部分が移動体20より離れ、この接触部分が二つ
に別れて距離がｍだけ離れたＰ₂, Ｐ₃点において接触
することになる。この浮き上がり状態になると点Ｐ₁が
被測温体である移動体20の表面より僅かな間隙δ₁だけ
浮き上がることになり、もはや被測温体の表面温度の測
定が不可能となる。

【００１５】本発明者等が接触片10ｂの浮き上がり現象
を観察したところによれば、この接触片10ｂの変形に伴
なってその中央部に向かう圧縮力が発生し、これが接触
片10ｂの両端より中央に向かって押圧することになるの
で、前記のように接触片10ｂの中央部の浮き上がり現象
を発生することになるものと考えられる。従って、図５
のように接触片10ｂの両端が固定部13ｂ, 14ｂに固定さ
れている場合には、この接触片10ｂに押圧力が作用する
と図６のように中央部に大きな盛上がりが発生すること
になるのでこの構造は避けなければならない。

【００１６】図７及び図８は前記温度センサーＳの改良
案を示しており、接触片10の中央部が浮上がった変形す
るのを防止するために接触片の支持構造を図７のように
改良した。即ち、接触片10ａの両端の支持片11ａ, 12ａ
の端部を、ピン13と固定体13ａ及びピン14と固定体14ａ
の両者で回転可能に挟持してピン支持型の温度センサー
Ｓとした。なお、この温度センサーＳの接触片10ａの長
さＬと高さＨは、図４(c) のものと同様に設定されてい
る。

【００１７】この図７に示す温度センサーＳを図６の場
合と同様に高さがＨ₁になるように押圧すると、図８に
示すようにこの温度センサーＳの変形に伴って接触点Ｐ
₁が被測温体である移動体20の表面より浮き上がり、距
離がδ₂の間隙を発生すると共に距離ｍをおいて２点で
接触することになる。この場合、図５の場合と同様に接
触片10ａの接触点はＰ₁より二つに別れるが、支持片11
ａと12ａの両端がピン支持されている関係でこれらの支
持片11ａ, 11ｂには図６の場合のように大きな曲げモー
メントが発生しないためにかなり広い面積で接触してい
る。

【００１８】図６と図８とを比較して理解されるよう
に、図８のように接触片10ａの両端をピン13で支持した
場合には、図６のように固定した場合に比較して接触片
10の中央、即ち測温部が設けられている部分の浮き上が
り量がδ₁よりδ₂へと減少すると共に接触距離がｍか
らｎへと減少することが理解できる。その理由は接触片
10ａをピン13支持すると、少なくともこのピン13支持さ
れた部分には曲げモーメントが発生を抑制することがで
きるからである。しかし、このように温度測定の際に接
触片10ａが浮き上がって２点に接触するように変形する
と、当然のことながら測定された温度に誤差があること
は否めない。

【００１９】そこで本発明は、図７及び図８に示した形
式の温度センサーを利点を活用し、更に改良して得られ
たものであって、温度センサーが被測温体である移動体
20の表面に接触した場合に、図４〜図８を参照して接触
片の挙動を説明したように、この接触片10ａに押圧力に
伴なって緊張力を与えることによって、その中央部の浮
き上がりを積極的に抑制する構造を採用した点に特徴が
ある。

【００２０】

【実施例】図１は本発明の温度センサーＳの基本構
造を示す図である。この温度センサーＳは、例えばステ
ンレス、インコネル等の耐熱・耐蝕性のある薄い金属板
からなる接触片１の両端をほぼ直角に曲げて支持片２,
３を立ち上げ、この支持片２,３の先端部に受部４, ５
を形成している。

【００２１】この受部４, ５は、支持片２, ３の両端を
図２の(a) の如くＬ形に成形するのが好ましい。しか
し、場合によっては接触片１の端部を(b) 図の如く筒状
５ａに丸めたり、あるいは(c) 図の円筒部材５ｂを溶接
したりして形成することができる。そしてこの受部４,
５を本体に固定されたピン６, ７に嵌合して温度センサ
ーＳをピン支持状態としている。

【００２２】本発明において重要な構造は、接触片１の
背面に沿わせて、この接触片１の長さの略半分の長さを
持つ補助片８, ９の一端８ａ, ９ａをそれぞれ固定し、
他端の自由端８ｂ, ９ｂを図１の案内ピン１０に案内さ
れるように延長部８ｃ, ９ｃを形成して全体的に４点支
持構造の温度センサーＳとした点である。図３(a) 〜
(f) は実際の温度センサーＳの組立方法を示すものであ
る。

【００２３】図３(a) は前記図１の温度センサーＳを具
体化した構造を示すものであって、接触片１の両側に形
成した支持片２, ３の両端に設けた受部４, ５は、図１
のものがピン６, ７にそれぞれ嵌合されるように円筒状
のものであったが、この具体的な装置においては、支持
片２, ３の端部を単にＬ形に曲げられて形成されてい
る。なお、この接触片１の中央部の矢印で示す部分の裏
面には通常のセンサーのように感温部Ｔが設けられてお
り、これに接続されたリード線３０が補助片８,９の延
長部８ｃ, ９ｃに沿って延長されている。

【００２４】図３(b) はセラミックやカーボン成形体等
の耐熱性材料で構成されたガード体３１であり、その表
面には前記温度センサーＳを収容するための突起部３１
ａや、この突起部３１ａとの間に間隙３１ｃ (溝部) を
形成する枠部３１ｂが形成されている。また、前記２個
の突起部３１ａの間にも延長部８ｃ, ９ｃを挿入するた
めの間隙３１ｄが形成されている。

【００２５】図３(a) の温度センサーＳの補助片８，９
を中央に引寄せて接触片１を弓形に曲げて支持片２，３
を平行に対向させた状態で (b)図のガード体３１に嵌合
して間隙３１ｃに支持片２, ３をそれぞれ挿入すると共
に、中央部の間隙３１ｄに補助片８, ９の延長部８ｃ,
９ｃを合わせて挿入する。このようにしてガード体３１
と温度センサーＳとを組立たならば、このガード体３１
の上に対応するガード体３２を(c) 図の如く組立てる。
そしてガード体３１，３２の後方に、これらのガード体
３１，３２に形成されている凹凸に(e) 図に示すように
断面コ字形のガード体３３を嵌合して固定し、更にこの
ガード体３３に円筒状の保持部３４を固定して温度セン
サー組立体３５を完成する。

【００２６】この温度センサー組立体３５の断面構造は
図３(f) に示すように、接触片１の両側により延長され
た支持片２, ３をそれぞれ狭い間隙31ｃに挿入し、受部
４,５を突起部３１ａに係合させておく。この受部４,
５は、補助片８, ９によって補強された接触片１の突出
状態の形状を保持するためのもので、直線状に戻ろうと
する接触片１の弾性力によって受部４，５を突起部３１
ａの上面に引掛けている。また、延長部８ｃ，９ｃを引
寄せて接触片１とは逆向きのモーメントを発生させ、こ
の補助片８，９の自由端の背面を突起部３１ａの角部で
ある支持部３１ｅに支持させている。

【００２７】接触片１に変形力を与えない状態の原形は
偏平であり、これの両端を直角に折曲げて支持片２，３
を形成し、この支持片２，３の付根に補助片８，９の一
端を固定している。この補助片８，９の原形は接触片１
の背面より離反するように弓形に形成されたものであ
る。従って、これらの補助片８，９を引寄せて図１ある
いは図３(a),(f) のようにすることによって、接触片１
には弓形に曲げられてプラス側のモーメントが発生す
る。一方、補助片８，９はこの接触片１の背後より離れ
るように弓形に曲がっていたものを接触片１に接近する
伸ばすことによってマイナス側のモーメントを発生して
いる。従って、両モーメントは互いに逆向きのモーメン
トが発生しており、この補助片８，９の作用によって接
触片１を前方に膨出している。このように接触片１と補
助片８，９には方向の異なるモーメントを発生させ、こ
の補助片８, ９の自由端の背面は突起部３１ａの角部で
ある支持部３１ｅに支持されている。

【００２８】図３(f) より理解されるように、温度セン
サーＳはガード体３１と３２の間に挟持され、支持片
２, ３は矢印Ｍの方向（上下方向）の移動が許容される
ように支持され、この支持片２, ３の端部にＬ形に形成
された受部４, ５を突起部３１ａの上面に接触させて非
測温状態において接触片１を前方に突出させるモーメン
トが作用した状態で温度センサーＳの形状を保持するよ
うにしている。

【００２９】このように２枚の補助片８, ９の自由端を
引寄せた状態でガード体３１の両側の間隙３１ｃに接触
片１の両端に形成されている支持片２，３を嵌入し、２
個の突起部３１ａの間に形成されている間隙３１ｄに補
助片８，９を嵌入することによってこの補助片８，９の
延長部８ｃ，９ｃの根本がガード体３１に形成された突
起部３１ａの角部である支持部３１ｅに当接することに
なる。この支持状態によって温度センサーＳはガード体
３１に対して一種のピンジョイントの状態、ないしは回
転を許容する状態で支持されることになる。

【００３０】図３(f) 及び図１に示すように支持片２，
３の端部と補助片８，９の端部と延長部８ｃ, ９ｃとの
接合部分をピン支持（回転可能に支持すること）するこ
とによって温度センサーＳは全体としてガード体３１に
対してピン支持状態となり、何れの端部も固定されてい
ないためにこの支持部分には曲げモーメントが作用する
ことがない。

【００３１】しかも接触片１の両端をピン支持すると共
に、この接触片１と、これの両端に端部が延長されてい
る補助片８，９との間に鋭角的なダイヤモンド形が形成
されて反対向きのモーメントが発生している関係で、被
測温体20に接触片１が接触した際にはこのダイヤモンド
形が更に鋭角的に変形した際に補助片８，９がこの接触
片１を両側に引張るように作用することになり、接触片
１の中央部が被測温体20の表面より浮き上がることがな
く、正確な温度測定を行うことができる。

【００３２】

【発明の効果】本発明に係る接触式温度センサーは、円
弧状に膨出した接触片と、この接触片の両端より該接触
片の接触面より後退する方向に延長された支持片と、該
支持片の端部に形成された受部と、前記接触片の裏面の
両端部の近傍に一端がそれぞれ固定され、中央部に向け
て自由端が前記接触片との間に間隙を保持して延長され
た弾性材料からなる２枚の補助片と、前記接触片の中央
部に設けた測温体とからなるセンサー本体と、前記支持
片を被測温体の表面より後退する方向に移動可能に支持
する移動支持部と、前記補助片の自由端を被測温体の表
面より後退することを阻止するための移動阻止支持部と
を有する支持部材とから構成されている。

【００３３】従って、センサー本体Ｓはガード体に対し
て４点で支持され、全体として横移動を許容しないが縦
移動できるように構成されている。そして接触片１の端
部に一端が固定されて中央部でピン支持されている補助
片８, ９には接触片１に発生しているモーメントとは反
対向きのモーメントを発生させることによってこの接触
片１の両側を引張った状態になっている結果、この接触
片１が被測温体２０の表面に接触して弓形が偏平になっ
ても、図６や図８で説明したように、この接触片１の中
央部が被測温体２０の表面より離れるように凹形に変形
することを阻止できる。

【００３４】更に、この補助片８，９の作用で、被測温
体２０によって温度センサーＳが横方向に引きずる力を
発生しても、この横移動を防止でき、その結果、移動す
る物体の表面温度を正確に測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の接触式温度センサーの基本構造を示す
正面図である。

【図２】温度センサーの端部の支持構造を示しており、
ａ図はＬ形に形成されたもの、ｂ図は環状に形成された
もの、ｃ図は端部にパイプを取付けたものをそれぞれ示
している。

【図３】温度センサーの組立順序を示す図であって、ａ
図は実際に使用される温度センサーの一例を示す斜視
図、ｂ図はガード体の斜視図、ｃ図とｄ図とｅ図は組立
順序を示す図である。そしてｆ図は組立てられた温度セ
ンサーの状態を示す断面図である。

【図４】ａ図、ｂ図及びｃ図は本発明の温度センサーの
動作原理を示す図である。

【図５】従来の温度センサーの一例を示す正面図であ
る。

【図６】図５に示す温度センサーの作動状態を示す図で
ある。

【図７】図５に示す温度センサーの改良された構造を示
す正面図である。

【図８】図７に示す温度センサーの作動状態を示す図で
ある。

【符号の説明】

Ｓ温度センサー１接触片２，３支持片
４，５受部６，７ピン８，９補助片８ａ，９ａ自由
端１１ピン２０被測温体３１，３２，３３ガード体。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭48−34582（ＪＰ，Ａ) 特開昭54−62877（ＪＰ，Ａ) 実開昭56−77735（ＪＰ，Ｕ) 実開昭57−201940（ＪＰ，Ｕ) 実開昭60−61631（ＪＰ，Ｕ) 実開昭60−65650（ＪＰ，Ｕ) 実開昭64−19138（ＪＰ，Ｕ) 実開平２−81431（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01K 1/16 G01K 13/04 G01K 7/02 G01K 7/22

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】円弧状に膨出した接触片と、この接触片
の両端より該接触片の接触面より後退する方向に延長さ
れた支持片と、該支持片の端部に形成された受部と、前
記接触片の裏面の両端部の近傍に一端がそれぞれ固定さ
れ、中央部に向けて自由端が前記接触片との間に間隙を
保持して延長された弾性材料からなる２枚の補助片と、
前記接触片の中央部に設けた測温体とからなるセンサー
本体と、前記支持片を被測温体の表面より後退する方向
に移動可能に支持する移動支持部と、前記補助片の自由
端を被測温体の表面より後退することを阻止するための
移動阻止支持部とを有する支持部材とからなる接触式温
度センサー。