JP3550828B2 - Thermocouple structure - Google Patents

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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
この発明は、高温高精度の熱電対の構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の熱電対は、高温度の液体や気体の温度を正確に計測するため開発されている。熱電対は、300℃〜1400℃の温度範囲の温度を計測するため、各種の測定材を適合させている。熱電対の素線は、酸化性又は還元性の雰囲気に対して弱い場合が多く、一般的には素線を保護パイプに入れて使用している。従来の熱電対は、例えば、Alの保護パイプに熱電対を構成するW−Re材から成る線材を隔置状態に一端から他端へ通し、線材の先端を結合させると共に、線材を伸長させた保護パイプ内にMgO等の絶縁材を充填し、それによって線材の保護、線材の互いの接触を防止して耐熱性を確保していた。
【0003】
また、熱電対を収容する保護管としては、次のような材料を用いて作製されている。即ち、従来の保護管は、耐熱シース管(耐熱温度:600℃)、BN(耐熱温度:1000℃)、磁器(耐熱温度:1400℃)、アルミナ(耐熱温度:1600℃)、高クロム鋼(耐熱温度:1050℃)、アランダム(耐熱温度:1400℃)等の各種の保護管が使用されている。このような保護管で作製されている熱電対は、耐熱温度まで使用すると、1回の測定で破損し、再度使用できなくなるので、通常、600℃〜800℃程度、高温としても1000℃程度の温度測定として使用されているのが現状である。
【0004】
また、Siを保護パイプに構成した熱電対は、例えば、特開昭55−121972号公報、特開昭61−246636号公報、特開平2−217361号公報に開示されたものがある。
【0005】
特開昭55−121972号公報に開示された気密化窒化珪素焼結体は、熱電対の保護管に適用でき、反応焼結法で生成された限定量の嵩比重を持つSi焼結体を加湿N雰囲気で特定の露点になるように加湿し、1250〜1500℃で加熱処理して表面を気密化したものである。
【0006】
また、特開昭61−246636号公報に開示された溶鋼連続測温用保護管は、熱電対の保護管として使用でき、反応焼結窒化ケイ素から成る保護管とアルミナ内管との間にAlN粉を充填し、AlN粉の上部にアルミナウールを更に充填した保護管を作ったものであり、溶鋼による侵食速度が低減され、長時間の溶鋼温度の測定を可能にしたものである。
【0007】
更に、特開平2−217361号公報に開示された反応焼結窒化ケイ素セラミックスは、熱電対の保護管として使用でき、Si粉末を成形した成形体を、N雰囲気中で1200〜1600℃程度で反応焼結させたものである。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の熱電対を保護する保護管は、実際には、1000℃以上の雰囲気温度では保護管に相当の損傷が発生したり、或いは、従来の熱電対では一回の使用で廃棄されるものもある。そのため、従来の熱電対は、コスト高になったり、高温炉や溶湯の温度の測定には困難性があるのが現状である。例えば、熱電対を細い径のパイプ形状に構成した場合に、熱電対を保護する保護管の強度、保護管内の充填材の密度を適正に調整するために、製造上の問題が存在する。また、BNで保護管を作製したものは、Oの存在下では酸化するため、炉内のOを排気してから使用しているのが現状である。
【0009】
従来の熱電対について、上記のように、Alで保護パイプを作製した熱電対では、Alの耐熱温度は800℃程度である。即ち、Alの保護パイプは封入されたMgOが多孔質であり、MgOの多孔質内部にOが侵入し易く、高温の熱電対として使用されているW−5%ReやW−26%Reは、Oの存在によって容易に酸化され、断線するという問題がある。それ故に、上記のようなAl製保護パイプで作製した熱電対では、800℃以上の温度雰囲気における温度測定では、熱電対の耐久性を犠牲にせざるを得ず、温度測定に特殊な技術を用いる等の多くの問題を有していた。
【0010】
また、熱電対の構造として、保護管を反応焼結の窒化ケイ素を用いて作製した場合でも、保護管内には一端から他端へ長手方向に延びる種類の異なる一対の線材を配置するが、保護管内に充填させる充填部材として適正な材料を選定しないと、保護管内面と充填部材との間に隙間が発生し、線材が保護管内に存在するOと酸化して断線したり、或いは熱ショックを受けて破損するという問題がある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記の課題を解決することであり、SiやSiCのような耐熱性のセラミックスで保護パイプを形成し、該保護パイプ内に空間を緻密に埋設するようなセラミックスの絶縁体を配置し、該絶縁体の外面にタングステン(W)−レニウム(Re)合金、又は白金(Pt)−ロジウム(Rh)から熱電対プリント帯を配置し、保護パイプ内に熱電対プリント帯を封じ込めることにより、耐熱性で耐熱ショック性に優れ、耐久性に富んだ熱電対の構造を提供することである。
【0012】
この発明は、耐熱性のセラミックスから成る保護パイプ、該保護パイプ内に嵌入されたTiNとSiとの複合材から成る柱状の絶縁体、該絶縁体の外面に一端から他端へ長手方向に隔置して延びるようにプリントされた種類の異なる一対のプリント帯、前記保護パイプの一端部に形成された前記プリント帯の両端を接続した感温部、及び前記保護パイプの他端部に設けた前記プリント帯にそれぞれ接続するコネクタから構成した熱電対の構造に関する。
【0013】
或いは、この発明は、耐熱性のセラミックスから成る保護パイプ、該保護パイプ内に嵌入された柱状の基体と該基体の外周を被覆するTiNとSiとの複合材から成る絶縁被覆体とから成る絶縁体、該絶縁体の外面に一端から他端へ長手方向に隔置して延びるようにプリントされた種類の異なる一対のプリント帯、前記保護パイプの一端部に形成された前記プリント帯の両端を接続した感温部、及び前記保護パイプの他端部に設けた前記プリント帯にそれぞれ接続するコネクタから構成した熱電対の構造に関する。
【0014】
また、一方の前記プリント帯はW−5%Reから成り、他方の前記プリント帯はW−26%Reから成るものである。また、前記感温部は、前記保護パイプの端部にコーティングされたSi又はSiCの薄膜を焼結して構成されている。また、前記保護パイプはSi又はSiCから作製されている。
【0015】
また、前記保護パイプの端部に設けた前記コネクタは、前記プリント帯にAg−Cu−Ti粉でメタライズされてそれぞれ接続されたリード線から構成されている。更に、前記保護パイプから突出する前記絶縁体の部分の外面に配置されたAl製筒体上で互いにショートしないように前記プリント帯と前記リード線とがそれぞれ接合されている。
【0016】
また、前記プリント帯がプリントされずに前記絶縁体の表面が露出している部分は前記保護パイプの内面に接着されている。
【0017】
この熱電対の構造は、熱電対を保護する保護管の材料として、Siを選定して保護パイプを作製し、一方、SiとTiNを混合した複合材で絶縁体を作製し、絶縁体の外面にW−Reを粉砕して微粒化した粉体のペーストを周囲の1/2以下の面に一端から他端へプリントして二条のプリント帯を印刷し、絶縁体の先端部の全周を前記ペーストでプリントして前記二条のプリント帯を接続し、プリント帯を印刷した前記絶縁体を前記保護パイプに嵌入して焼結したので、高温雰囲気での耐久性、信頼性に極めて優れた熱電対を提供できる。また、SiにTiNを10〜15%混合した複合材は、焼結による縮みが発生せず、むしろわずかに膨張し、Siの保護パイプに絶縁体が密着して前記保護パイプと前記絶縁体との間に位置するプリント帯の領域にOの侵入を阻止するので、熱電対プリント帯を酸化によって断線させることがなく、耐久性を向上できる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明による熱電対の構造の実施例を説明する。図1はこの発明による熱電対の構造の一実施例を示す断面図、図2は図1の線A−Aにおける拡大断面図、及び図3は図1の熱電対の構造におけるプリント帯を印刷した絶縁体を示す斜視図である。
【0019】
この熱電対の構造は、主として、耐熱性で耐腐食性のセラミックスから成る保護パイプ1、保護パイプ1内に嵌入されたTiNとSiとの複合材から成る柱状の絶縁体9、絶縁体9の外面16に一端から他端へ長手方向に隔置して延びるようにプリントされた種類の異なる一対の導体プリント帯2,3、保護パイプ1の一端部に形成されたプリント帯2,3の両端を接続した感温部4を構成する導体プリント環8、及び保護パイプ1の他端部に設けたプリント帯2,3にそれぞれ接続するコネクタ11を構成する接続線5から構成されている。一方のプリント帯2はW−5%Re材から成り、他方のプリント帯3はW−26%Reから構成され、プリント環8はW−Reから構成されている。また、プリント帯2,3及びプリント環8としては、W−Reの他に、白金と白金ロジウムとの組み合わせ、或いはWとWMo(Mo:25%)との組み合わせから作製することもできる。また、感温部4は、保護パイプ1の端部にコーティングされたSi又はSiCの薄膜7を焼結して構成されている。
【0020】
また、保護パイプ1の端部に設けたコネクタ11は、プリント帯2,3に銀ろう材、Ag−Cu−Ti粉でメタライズしてそれぞれ接続された接続線即ちリード線5から構成されている。保護パイプ1から突出する絶縁体9の部分の外面16に配置されたAl製筒体14には、プリント帯2,3が互いにショートしないようにプリント帯2,3とリード線5とがそれぞれ接合されている。更に、絶縁体9上にプリント帯2,3がプリントされずに、絶縁体9の表面即ち外面16が露出している部分6は、保護パイプ1の内面に接着されている。
【0021】
また、保護パイプ1の他端部には、他の部品に熱電対を取り付けるため取付金具10が固定されている。取付金具10側の突出したリード線5の端部の取付部がコネクタ11を構成している。コネクタ11は、温度測定機器の端子に接続されるように構成されている。取付金具10と保護パイプ1との接合は、保護パイプ1の孔15に充填されたSiとTiとの粉末のペーストが焼結によって複合材に転化し、両者は複合材で強固に密着して固着される。
【0022】
この熱電対の構造において、保護パイプ1は、耐熱性、耐腐食性で耐熱ショック性に優れたSi又は炭化ケイ素SiCから作製されている。保護パイプ1をSiで作製した場合に、保護パイプ1内に嵌入する絶縁体9をSiと窒化チタンTiNから成る混合材から作製することが好ましい。Siの保護パイプ1内にSiとTiNとの混合材の充填部材の絶縁体9を配置した場合には、混合材が焼結することによって無収縮性セラミックスから成る絶縁体9を構成し、保護パイプ1と絶縁体9との間に隙間等が発生することなく、極めて安定した熱電対の構造を提供することができる。更に、タングステンW線は、高融点の材料であり、その熱膨張係数が4.6×10− 6 /Kである。また、Siの熱膨張係数が3.1×10− 6 /Kであるので、SiとWとは、熱膨張係数が近似しており、従って、両者の組み合わせによって熱電対を構成する場合には、熱膨張係数から考慮して好ましいものである。
【0023】
また、保護パイプ1は、Siの他、Y,Al,SiOを含むSiから作製することができる。保護パイプ1の長手方向には、隔置状態に多数の孔15が開けられ、孔15内にはSiとTiとを主成分とする混合粉末を充填してN雰囲気で一体焼結することによって無収縮性セラミックスに転化し、保護パイプ1と絶縁体9とが強固に接合される。この場合には、充填した複合材の充填部材の表面にはSiをコーティングし、コーティング層によって孔15を通じての保護パイプ1の内外の通気が防止される。
【0024】
保護パイプ1の端部には、取付金具10を固定するため、保護パイプ1に形成された孔15に露出した絶縁体9にAg−Cu−Ti粉末を塗布し、取付金具10と絶縁体9とが固着されている。コネクタ11側の端部には、Y,Al,SiOを含むガラス層13を塗布して保護パイプ1の端部が密封されている。
【0025】
この熱電対の構造では、例えば、コアに成る絶縁体9としては、Si粉末90wt%とTi粉末10wt%との混合粉末、場合によっては、該混合粉末に若干の窒化ケイ素粉末を混合した混合粉末を、N雰囲気で焼結すると、SiとTiとは反応してSiとTiNとから成る無収縮性セラミックスの複合材ができる。即ち、焼結縮みのないSiとTiNから成る無収縮性セラミックスの複合材に生成される。次いで、絶縁体9の外面に異なる種類の導体プリント帯2,3を印刷すると共に、絶縁体9の端部には導体プリント環8を印刷する。次いで、導体膜が印刷された絶縁体9の表面に、Si粉末90wt%とTi粉末10wt%との混合粉末のペーストを塗布し、これを窒化ケイ素から成る保護パイプ1内に嵌入し、N雰囲気で一体焼結することによって、ペーストが焼結縮みのないSiとTiNから成る無収縮性セラミックスの複合材に転化し、絶縁体9が保護パイプ1に固着される。この時、SiとTiとの粉末を保護パイプ1に収容して一体焼結する場合に、保護パイプ1の長手方向に多数の孔15を明けておけば、SiとTiとは反応してSiとTiNとから成る無収縮性セラミックスの複合材ができる。焼結後に、孔15はSiのコーティング層17で塞げばよく、保護パイプ1内の複合材の絶縁体9は線材2,3の保護膜を構成することになる。
【0026】
次に、図4を参照して、この発明による熱電対の構造の別の実施例を説明する。この実施例の熱電対の構造は、上記実施例と比較して絶縁体の構造が相違する以外は同一の構成を有するので、同一の部品には同一の符号を付して重複する説明を省略する。この実施例の熱電対の構造では、絶縁体9に相当する絶縁体19は、保護パイプ1内に嵌入される柱状の基体20と基体20の外周を被覆するTiNとSiとの複合材から成る絶縁被覆体18から構成されている。また、絶縁体19の絶縁被覆体18の外面には、種類の異なる一対のプリント帯2,3が一端から他端へ長手方向に隔置して延びるようにプリントされている。プリント帯2,3が印刷された絶縁体19を保護パイプ1に嵌入して一体焼結することによって、絶縁体19と保護パイプ1とが固着される。
【0027】
【発明の効果】
この発明による熱電対の構造は、上記のように、セラミックスから成る保護パイプで構成され、その先端部には感温部が形成されているので、耐熱性で耐腐食性であり、特に、耐熱ショック性に優れ、溶融金属炉、プラズマ溶融炉、電気炉等の高温炉の温度管理、温度測定に適している。この熱電対の構造は、特に、酸化・還元性の雰囲気中で高温度を測定するのに適している。また、前記保護パイプの端部に固定された取付金具は強固に固定されているので、耐熱性で耐熱ショック性に優れ、耐久性に富む熱電対を提供できる。特に、保護パイプ内に充填された絶縁体は、SiとTiを反応焼結してできたSiにTiNとの複合材から構成され、該絶縁体は焼結時に焼結縮みがなく無収縮性セラミックスを形成するので、保護パイプ内に緻密な構造を形成し、プリント帯を強固に保持してOの侵入を防止した構造で保護することができ、耐久性に優れ、温度測定精度が高精度となり、安定した信頼性のある熱電対を提供できる。
【0028】
この熱電対の構造は、耐熱性で耐熱ショック性に優れているので、反復して使用可能であり、従来のNB等の材料を用いて作製したものに比較して製造コスト、ランニングコスト等を大幅に低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明による熱電対の構造の一実施例を示す断面図である。
【図2】図1の線A−Aにおける一実施例を示す拡大断面図である。
【図3】図1の熱電対の構造における表面にプリント帯が印刷された絶縁体と該絶縁体に接合されたリード線とを示す斜視図である。
【図4】図1の線A−Aにおける別の実施例を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
1 保護パイプ
2,3 プリント帯
4 感温部
5 リード線
6 隙間
7 薄膜
8 プリント環
9,19 絶縁体
10 取付金具
11 コネクタ
15 孔
17 コーティング層
18 絶縁被覆体
20 基体
[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a high-temperature high-precision thermocouple structure.
[0002]
[Prior art]
Conventional thermocouples have been developed to accurately measure the temperature of high-temperature liquids and gases. The thermocouple adapts various measuring materials in order to measure the temperature in the temperature range of 300 ° C to 1400 ° C. In many cases, the thermocouple wire is weak against an oxidizing or reducing atmosphere, and the wire is generally used in a protective pipe. In a conventional thermocouple, for example, a wire made of a W-Re material constituting a thermocouple is passed from one end to the other in a spaced-apart state through a protective pipe made of Al 2 O 3 , and the tip of the wire is joined. The elongated protective pipe is filled with an insulating material such as MgO, thereby protecting the wires and preventing the wires from contacting each other to ensure heat resistance.
[0003]
In addition, the protective tube that houses the thermocouple is manufactured using the following materials. That is, the conventional protective tube is a heat-resistant sheath tube (heat-resistant temperature: 600 ° C.), BN (heat-resistant temperature: 1000 ° C.), porcelain (heat-resistant temperature: 1400 ° C.), alumina (heat-resistant temperature: 1600 ° C.), high chromium steel ( Various protective tubes such as heat-resistant temperature: 1050 ° C. and alundum (heat-resistant temperature: 1400 ° C.) are used. A thermocouple made of such a protective tube is damaged in one measurement and cannot be used again when used up to the heat-resistant temperature, so that it is usually about 600 ° C. to 800 ° C., and even at a high temperature of about 1000 ° C. It is currently used as a temperature measurement.
[0004]
Further, examples of thermocouples in which Si 3 N 4 is formed in a protective pipe include those disclosed in JP-A-55-121972, JP-A-61-246636, and JP-A-2-217361. .
[0005]
The hermetically sealed silicon nitride sintered body disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 55-121972 can be applied to a protection tube of a thermocouple, and is a Si 3 N 4 sintered body having a limited bulk specific gravity generated by a reaction sintering method. The aggregate was humidified in a humidified N 2 atmosphere so as to have a specific dew point, and heat-treated at 1250 to 1500 ° C to make the surface airtight.
[0006]
Further, the protective tube for continuous temperature measurement of molten steel disclosed in JP-A-61-246636 can be used as a protective tube for a thermocouple, and an AlN is provided between a protective tube made of reactive sintered silicon nitride and an alumina inner tube. A protective tube in which powder was filled and alumina wool was further filled in the upper part of the AlN powder was produced, in which the erosion rate by molten steel was reduced, and measurement of the molten steel temperature for a long time was enabled.
[0007]
Further, the reaction sintered silicon nitride ceramics disclosed in JP-A-2-217361 can be used as a protection tube for a thermocouple, and a compact formed by molding Si powder is heated at about 1200 to 1600 ° C. in a N 2 atmosphere. Reaction sintered.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, a protection tube for protecting a conventional thermocouple actually causes considerable damage to the protection tube at an ambient temperature of 1000 ° C. or more, or is discarded after a single use with a conventional thermocouple. There are also things. For this reason, the current state of the related art thermocouple is that the cost is high, and it is difficult to measure the temperature of the high-temperature furnace or the molten metal. For example, when the thermocouple is formed in a small-diameter pipe shape, there is a problem in manufacturing in order to appropriately adjust the strength of the protection tube for protecting the thermocouple and the density of the filler in the protection tube. Further, since a protective tube made of BN is oxidized in the presence of O 2 , it is presently used after exhausting O 2 in the furnace.
[0009]
A conventional thermocouples, as described above, the thermocouple to prepare a protective pipe in Al 2 O 3, heat-resistant temperature of the Al 2 O 3 is about 800 ° C.. That is, in the protective pipe of Al 2 O 3, the enclosed MgO is porous, and O 2 easily penetrates into the inside of the porous MgO, and W-5% Re or W- 5% used as a high-temperature thermocouple is used. 26% Re has a problem that it is easily oxidized due to the presence of O 2 and is disconnected. Therefore, in the thermocouple made of the Al 2 O 3 protective pipe as described above, in the temperature measurement in a temperature atmosphere of 800 ° C. or more, the durability of the thermocouple has to be sacrificed, and a special temperature measurement is required. It had many problems such as using technology.
[0010]
Also, as the structure of the thermocouple, even when the protective tube is made of silicon nitride by reaction sintering, a pair of different types of wires extending in the longitudinal direction from one end to the other end are arranged in the protective tube. If an appropriate material is not selected as a filling member to be filled in the tube, a gap is generated between the inner surface of the protective tube and the filling member, and the wire is oxidized with O 2 present in the protective tube to break the wire or heat shock. There is a problem that it is damaged by receiving.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and to form a protective pipe with a heat-resistant ceramic such as Si 3 N 4 or SiC, and to insulate the ceramic such that a space is densely embedded in the protective pipe. A thermocouple printed band made of a tungsten (W) -rhenium (Re) alloy or platinum (Pt) -rhodium (Rh) on the outer surface of the insulator, and a thermocouple printed band in a protective pipe. An object of the present invention is to provide a thermocouple structure that is highly durable and has excellent heat shock resistance and high durability.
[0012]
The present invention relates to a protective pipe made of heat-resistant ceramic, a columnar insulator made of a composite material of TiN and Si 3 N 4 fitted in the protective pipe, and a longitudinally extending outer end of the insulator from one end to the other end. A pair of different types of printed bands printed so as to be spaced apart in the direction, a temperature sensing portion connected to both ends of the printed band formed at one end of the protection pipe, and the other end of the protection pipe The present invention relates to a structure of a thermocouple composed of connectors respectively connected to the print bands provided in the above.
[0013]
Alternatively, the present invention provides a protective pipe made of a heat-resistant ceramic, an insulating coating made of a composite material of TiN and Si 3 N 4 which covers a columnar base fitted in the protection pipe and an outer periphery of the base. A pair of printed bands of different types printed on the outer surface of the insulator so as to extend in the longitudinal direction from one end to the other end, and the printed band formed at one end of the protective pipe The present invention relates to a thermocouple structure composed of a temperature sensing part connected to both ends of the protection pipe and a connector provided at the other end of the protection pipe and connected to the print band.
[0014]
Further, one of the print bands is made of W-5% Re, and the other print band is made of W-26% Re. Further, the temperature sensing part is configured by sintering a thin film of Si 3 N 4 or SiC coated on an end of the protection pipe. Further, the protection pipe is made of Si 3 N 4 or SiC.
[0015]
Further, the connector provided at the end of the protection pipe is formed of a lead wire which is metallized with the Ag-Cu-Ti powder and connected to the print band. Further, the printed band and the lead wire are joined to each other so as not to be short-circuited on an Al 2 O 3 cylinder disposed on the outer surface of the insulator portion protruding from the protection pipe.
[0016]
Further, a portion where the surface of the insulator is exposed without printing the printed band is adhered to an inner surface of the protection pipe.
[0017]
The structure of this thermocouple is such that a protection pipe is made by selecting Si 3 N 4 as a material of a protection tube for protecting the thermocouple, while an insulator is made of a composite material in which Si 3 N 4 and TiN are mixed. Then, a powder paste obtained by pulverizing and atomizing W-Re on the outer surface of the insulator is printed from one end to the other end on one half or less of the surrounding surface, and two printed bands are printed. The entire periphery of the tip is printed with the paste to connect the two strips, and the insulator on which the printed strips are printed is inserted into the protective pipe and sintered. It is possible to provide a thermocouple having extremely excellent performance. Further, the composite material obtained by mixing 10 to 15% of TiN with Si 3 N 4 does not shrink due to sintering, but rather expands slightly, and the insulator closely adheres to the protective pipe of Si 3 N 4 to protect the composite material. because prevents intrusion O 2 in the region of the printing zone located between the pipe and the insulator, a thermocouple print zone without be disconnected by oxidation, it is possible to improve the durability.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a thermocouple structure according to the present invention will be described with reference to the drawings. 1 is a sectional view showing an embodiment of the structure of the thermocouple according to the present invention, FIG. 2 is an enlarged sectional view taken along line AA of FIG. 1, and FIG. 3 is a printed band in the structure of the thermocouple shown in FIG. It is a perspective view which shows the insulator.
[0019]
The structure of this thermocouple mainly includes a protection pipe 1 made of heat-resistant and corrosion-resistant ceramics, a columnar insulator 9 made of a composite material of TiN and Si 3 N 4 inserted into the protection pipe 1, A pair of different types of conductor printed bands 2, 3 printed on the outer surface 16 of the body 9 so as to extend from one end to the other in the longitudinal direction, and a printed band 2, formed on one end of the protective pipe 1. 3 is composed of a conductor print ring 8 forming the temperature sensing part 4 to which both ends are connected, and a connection line 5 forming a connector 11 respectively connected to the print bands 2 and 3 provided at the other end of the protection pipe 1. I have. One print band 2 is made of W-5% Re material, the other print band 3 is made of W-26% Re, and the print ring 8 is made of W-Re. The print bands 2 and 3 and the print ring 8 can be made of a combination of platinum and rhodium platinum or a combination of W and WMo (Mo: 25%), in addition to W-Re. Further, the temperature sensing part 4 is configured by sintering a thin film 7 of Si 3 N 4 or SiC coated on the end of the protection pipe 1.
[0020]
The connector 11 provided at the end of the protective pipe 1 is composed of connection lines, that is, lead wires 5 connected to the printed bands 2 and 3 by metallizing with silver brazing material and Ag-Cu-Ti powder. . The Al 2 O 3 cylindrical body 14 disposed on the outer surface 16 of the portion of the insulator 9 protruding from the protection pipe 1 has a printed band 2, 3 and a lead wire 5 so that the printed bands 2, 3 do not short-circuit with each other. Are joined together. Furthermore, the printed belts 2 and 3 are not printed on the insulator 9, and the surface 6 of the insulator 9, that is, the portion 6 where the outer surface 16 is exposed, is bonded to the inner surface of the protective pipe 1.
[0021]
A mounting bracket 10 is fixed to the other end of the protection pipe 1 for mounting a thermocouple to another component. The mounting portion at the end of the protruding lead wire 5 on the mounting bracket 10 side constitutes the connector 11. The connector 11 is configured to be connected to a terminal of a temperature measuring device. The joint between the mounting fitting 10 and the protection pipe 1 is formed by converting the powder paste of Si and Ti filled in the hole 15 of the protection pipe 1 into a composite material by sintering, and the two are firmly adhered by the composite material. It is fixed.
[0022]
In the structure of the thermocouple, the protection pipe 1 is made of Si 3 N 4 or silicon carbide SiC which is excellent in heat resistance, corrosion resistance and heat shock resistance. When the protection pipe 1 is made of Si 3 N 4 , it is preferable that the insulator 9 fitted into the protection pipe 1 be made of a mixed material composed of Si 3 N 4 and titanium nitride TiN. Si 3 when the N 4 protective pipe 1 is arranged an insulator 9 of the filling member of the mixed material and Si 3 N 4 and TiN are insulator mixed material comprises non-shrink ceramics by sintering 9, and it is possible to provide an extremely stable thermocouple structure without generating a gap or the like between the protection pipe 1 and the insulator 9. Further, tungsten (W) line is a high-melting material, its thermal expansion coefficient of 4.6 × 10 - is a 6 / K. The thermal expansion coefficient the Si 3 N 4 is 3.1 × 10 - since it is 6 / K, the Si 3 N 4 and W, the thermal expansion coefficient has approximate, therefore, the thermocouple by a combination of both Is preferable in consideration of the coefficient of thermal expansion.
[0023]
The protective pipe 1, other Si 3 N 4, can be made from Si 3 N 4 containing Y 2 O 3, Al 2 O 3, SiO 2. In the longitudinal direction of the protective pipe 1, a large number of holes 15 are formed at intervals, and the holes 15 are filled with a mixed powder mainly composed of Si and Ti and sintered integrally in an N 2 atmosphere. As a result, the protective pipe 1 and the insulator 9 are firmly joined together. In this case, the surface of the filled member of the filled composite material is coated with Si 3 N 4, and the inside and outside of the protection pipe 1 through the hole 15 is prevented by the coating layer.
[0024]
At the end of the protective pipe 1, in order to fix the mounting bracket 10, Ag-Cu-Ti powder is applied to the insulator 9 exposed in the hole 15 formed in the protection pipe 1, and the mounting bracket 10 and the insulator 9 are fixed. Are fixed. A glass layer 13 containing Y 2 O 3 , Al 2 O 3 , and SiO 2 is applied to the end on the connector 11 side to seal the end of the protective pipe 1.
[0025]
In the structure of this thermocouple, for example, as the insulator 9 serving as a core, a mixed powder of 90 wt% of Si powder and 10 wt% of Ti powder, or a mixed powder obtained by mixing a small amount of silicon nitride powder with the mixed powder in some cases. Is sintered in an N 2 atmosphere to react with Si and Ti to form a composite of non-shrinkable ceramics composed of Si 3 N 4 and TiN. That is, it is produced in a non-shrinkable ceramic composite material composed of Si 3 N 4 and TiN that does not shrink during sintering. Next, different types of conductor printed bands 2 and 3 are printed on the outer surface of the insulator 9, and a printed conductor ring 8 is printed on the end of the insulator 9. Next, a paste of a mixed powder of 90 wt% of Si powder and 10 wt% of Ti powder is applied to the surface of the insulator 9 on which the conductor film is printed, and the paste is inserted into the protective pipe 1 made of silicon nitride, and N 2 By integrally sintering in the atmosphere, the paste is converted into a non-shrinkable ceramic composite material of Si 3 N 4 and TiN that does not shrink and the insulator 9 is fixed to the protective pipe 1. At this time, when the powder of Si and Ti is housed in the protective pipe 1 and integrally sintered, if a number of holes 15 are formed in the longitudinal direction of the protective pipe 1, Si and Ti react with each other and react with Si. 3 N 4 and it is a composite of non-expansion ceramics consisting of TiN. After sintering, the holes 15 may be closed with a coating layer 17 of Si 3 N 4 , and the composite insulator 9 in the protection pipe 1 constitutes a protection film for the wires 2 and 3.
[0026]
Next, another embodiment of the structure of the thermocouple according to the present invention will be described with reference to FIG. The structure of the thermocouple of this embodiment has the same configuration as that of the above embodiment except that the structure of the insulator is different from that of the above embodiment. I do. In the structure of the thermocouple of this embodiment, an insulator 19 corresponding to the insulator 9 is composed of a columnar base 20 fitted into the protective pipe 1 and a composite of TiN and Si 3 N 4 covering the outer periphery of the base 20. The insulating cover 18 is made of a material. A pair of different types of printed bands 2 and 3 are printed on the outer surface of the insulating cover 18 of the insulator 19 so as to extend in a longitudinal direction from one end to the other end. The insulator 19 on which the printed bands 2 and 3 are printed is fitted into the protective pipe 1 and integrally sintered, whereby the insulator 19 and the protective pipe 1 are fixed.
[0027]
【The invention's effect】
As described above, the structure of the thermocouple according to the present invention is composed of a protective pipe made of ceramics, and a temperature-sensitive portion is formed at the tip thereof, so that the thermocouple is heat-resistant and corrosion-resistant. It has excellent shock properties and is suitable for temperature control and temperature measurement of high-temperature furnaces such as molten metal furnaces, plasma melting furnaces, and electric furnaces. This thermocouple structure is particularly suitable for measuring high temperatures in an oxidizing / reducing atmosphere. Further, since the mounting bracket fixed to the end of the protective pipe is firmly fixed, a thermocouple excellent in heat resistance, heat shock resistance, and durability can be provided. In particular, the filled insulator in a protective pipe is made of a composite material with TiN to Si 3 N 4 which Deki by reaction sintering of Si and Ti, the insulator has no shrinkage sintering during sintering Since non-shrinkable ceramics are formed, a dense structure can be formed in the protective pipe, and the printed band can be firmly held and protected by a structure that prevents O 2 intrusion. Excellent durability and temperature measurement The accuracy becomes high, and a stable and reliable thermocouple can be provided.
[0028]
Since the structure of this thermocouple is excellent in heat resistance and heat shock resistance, it can be used repeatedly, and its manufacturing cost, running cost, etc. are lower than those manufactured using conventional materials such as NB. It can be greatly reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a structure of a thermocouple according to the present invention.
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing one embodiment along line AA in FIG. 1;
FIG. 3 is a perspective view showing an insulator having a printed band printed on a surface thereof and a lead wire joined to the insulator in the structure of the thermocouple of FIG. 1;
FIG. 4 is an enlarged sectional view showing another embodiment taken along line AA in FIG. 1;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Protective pipe 2, 3 Print strip 4 Temperature sensing part 5 Lead wire 6 Gap 7 Thin film 8 Print ring 9, 19 Insulator 10 Mounting bracket 11 Connector 15 Hole 17 Coating layer 18 Insulation coating 20 Base

Claims (8)

耐熱性のセラミックスから成る保護パイプ、該保護パイプ内に嵌入されたTiNとSiとの複合材から成る柱状の絶縁体、該絶縁体の外面に一端から他端へ長手方向に隔置して延びるようにプリントされた種類の異なる一対の導体プリント帯、前記保護パイプの一端部に形成された前記プリント帯の両端を接続した導体感温部、及び前記保護パイプの他端部に設けた前記プリント帯にそれぞれ接続するコネクタから構成した熱電対の構造。A protection pipe made of heat-resistant ceramic, a columnar insulator made of a composite material of TiN and Si 3 N 4 fitted in the protection pipe, and spaced longitudinally from one end to the other end on the outer surface of the insulator A pair of conductor printed bands of different types printed so as to extend, a conductor temperature sensing portion connected to both ends of the printed band formed at one end of the protection pipe, and provided at the other end of the protection pipe. And a structure of a thermocouple constituted by connectors respectively connected to the printed band. 耐熱性のセラミックスから成る保護パイプ、該保護パイプ内に嵌入された柱状の基体と該基体の外周を被覆するTiNとSiとの複合材から成る絶縁被覆体とから成る絶縁体、該絶縁体の外面に一端から他端へ長手方向に隔置して延びるようにプリントされた種類の異なる一対の導体プリント帯、前記保護パイプの一端部に形成された前記プリント帯の両端を接続した導体感温部、及び前記保護パイプの他端部に設けた前記プリント帯にそれぞれ接続するコネクタから構成した熱電対の構造。A protective pipe made of a heat-resistant ceramic, an insulator made of a columnar substrate fitted into the protective pipe, and an insulating coating made of a composite material of TiN and Si 3 N 4 covering the outer periphery of the substrate; A pair of different types of conductor printed bands printed on the outer surface of the insulator so as to extend in a longitudinal direction from one end to the other end are connected to both ends of the printed band formed at one end of the protective pipe. The structure of a thermocouple comprising a conductor temperature sensing part and a connector provided at the other end of the protection pipe and connected to the printed band. 一方の前記プリント帯はW−5%Reから成り、他方の前記プリント帯はW−26%Reから成る請求項1又は2に記載の熱電対の構造。The thermocouple structure according to claim 1 or 2, wherein one of the printed bands is made of W-5% Re and the other of the printed bands is made of W-26% Re. 前記保護パイプはSi又はSiCから作製されている請求項1〜3のいずれか1項に記載の熱電対の構造。Structure of the thermocouple according to the protective pipe any one of claims 1 to 3, which is made from Si 3 N 4 or SiC. 前記感温部は、前記保護パイプの端部にコーティングされたSi又はSiCの薄膜を焼結して構成されている請求項1〜4のいずれか1項に記載の熱電対の構造。The temperature sensing section, the structure of the thermocouple according to claim 1, which is constituted by sintering a thin film the Si 3 N 4 or SiC coated on an end portion of the protective pipe . 前記保護パイプの端部に設けた前記コネクタは、前記プリント帯にAg−Cu−Ti粉でメタライズされてそれぞれ接続されたリード線から構成されている請求項1〜5のいずれか1項に記載の熱電対の構造。6. The connector according to claim 1, wherein the connector provided at an end of the protection pipe includes a lead wire that is metallized on the print band with Ag—Cu—Ti powder and connected thereto. Thermocouple structure. 前記保護パイプから突出する前記絶縁体の部分の外面に配置されたAl製筒体上で互いにショートしないように前記プリント帯と前記リード線とがそれぞれ接合されている請求項6に記載の熱電対の構造。7. The printed band and the lead wire are joined to each other on the Al 2 O 3 cylindrical body disposed on the outer surface of the portion of the insulator protruding from the protection pipe so as not to be short-circuited to each other. Thermocouple structure. 前記プリント帯がプリントされずに前記絶縁体の表面が露出している部分は前記保護パイプの内面に接着されている請求項1〜7のいずれか1項に記載の熱電対の構造。The structure of the thermocouple according to any one of claims 1 to 7, wherein a portion where the surface of the insulator is exposed without printing the printed band is adhered to an inner surface of the protection pipe.
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