JP3740587B2 - 熱電対 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば炉内の温度を図る目的で使用される熱電対に関し、具体的には、石英等からなる保護管の内部に少なくとも一対の異種金属導線を結合してなる熱電対に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記熱電対は、例えば一端部が封止された保護管内に他端部の開口から一対又は複数対の異種金属導線を挿入して、製造することが行われている。
【０００３】
上記のような対になる異種金属導線は、白金−白金ロジウム、クロメル（ニッケル・クロム）−アルメル（ニッケル・アルミ）、鉄−コンスタンタン（ニッケル・銅）等からなり、例えばクロメル−アルメルの場合では、温度１度当たり４０μＶの電圧が発生するものであり、異種金属導線としては非常に細いものが使用されるものである。
【０００４】
従って、保護管内に一対の異種金属導線を挿入する前に、異種金属導線の結合部、つまり温接点を保護管の径方向中心部に位置させた状態で、保護管内に挿入したとしても、異種金属導線が細いものであるため、挿入中に異種金属導線が折れ曲がり、前記状態が崩れやすい。このため、保護管内に挿入された後の温接点が保護管の径方向中心部に位置していることが少ない。
【０００５】
そして、上記のように製造された熱電対を見てみると、保護管内に対する温接点の位置が径方向で一定でないことが多く、このように、保護管内に対する温接点の位置が径方向で一定でないとすれば、特に高温の炉内の温度を測定する場合に、保護管の表面温度の影響を大きく受けてしまう熱電対が発生し、検出温度にバラツキのある熱電対が多数発生していた。
因みに、このような熱電対では、異種金属導線を定期的に又はバラツキの程度によって交換する必要性があり、その交換の度に検出温度にバラツキが発生することもある。
又、保護管内に複数対の異種金属導線を挿入する場合には、保護管の長手方向に配置される複数の温接点での検出精度が異なる場合があり、改善の余地があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が前述の状況に鑑み、解決しようとするところは、検出温度にバラツキの少ない信頼性の高い熱電対を提供する点にある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前述の課題解決のために、石英等からなる保護管の内部に少なくとも一対の異種金属導線を挿入してなる熱電対であって、前記異種金属導線の結合部、つまり温接点を保護管内部中心に位置させるためのガイド部材を設け、前記ガイド部材を石英で形成し、前記異種金属導線を被覆する被覆部材を石英で形成するとともに、これらガイド部材と被覆部材とを融着して、熱電対を構成した。従って、異種金属導線を保護管の内部に挿入すると、ガイド部材の案内作用により、挿入後の異種金属導線の結合部である温接点を保護管内部中心に位置させることができる。又、異種金属導線の交換時においても、同様に交換用の新たな異種金属導線の結合部である温接点を保護管内部中心に位置させることができる。このように、温接点を保護管内部中心に位置させることによって、保護管の表面温度の影響を少なく抑えることができる。
又、前記ガイド部材を石英で形成し、前記異種金属導線を被覆する被覆部材を石英で形成するとともに、これらガイド部材と被覆部材とを融着することによって、ガイド部材と被覆部材との間に隙間が発生することを阻止することができるとともに、同一材質であるから、熱膨張率も同一であり、ガイド部材及び被覆部材の伸縮に伴ってそれらの内部に挿入されている異種金属導線に対して作用する伸縮力を異種金属導線のどの部位に対しても均等にすることができる。
【０００８】
前記異種金属導線を複数対設け、それら異種金属導線の温接点を前記保護管の長手方向に沿って配置するように構成し、前記ガイド部材の外周形状を保護管の内面形状に略等しい形状にし、このガイド部材の中心部に前記温接点となる一対の異種金属導線を貫通させる一対の孔を形成し、且つ、該ガイド部材の外周縁に他の異種金属導線を被覆した被覆部材を係止保持する切欠きを形成するとともに、前記被覆部材をガイド部材にて係止保持した状態において該被覆部材の一部が前記保護管の内面に接触するように構成することによって、複数対の異種金属導線を束ねた状態で保護管の内部に挿入する際に、散らばることがなく、ガイド部材により確実に係止保持した状態で挿入することができる。しかも、複数対の異種金属導線を保護管の内部に挿入すると、温接点以外の他の異種金属導線を被覆した被覆部材の一部が保護管の内面に接触することから、他の異種金属導線が保護管の長手方向に移動することを阻止することができ、被覆部材の一部が保護管の内面に接触状態の他の異種金属導線の先端の温接点の位置が移動する、あるいは変化することが少ない。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の詳細を、図示した実施例に基づいて説明する。図１は本発明の熱電対１を示したものである。この熱電対１は、透明な石英等からなる保護管２と、この保護管２の内部に設けられた３対の異種金属導線３Ａ，３Ｂ、４Ａ，４Ｂ、５Ａ，５Ｂとを主要構成部材として構成されている。図では、３対の異種金属導線３Ａ，３Ｂ、４Ａ，４Ｂ、５Ａ，５Ｂを示しているが、１対の異種金属導線、２対の異種金属導線、あるいは４対以上の異種金属導線にも本発明は適応することができる。
【００１１】
前記異種金属導線３Ａ，３Ｂ、４Ａ，４Ｂ、５Ａ，５Ｂそれぞれは、前述のように白金−白金ロジウム、クロメル（ニッケル・クロム）−アルメル（ニッケル・アルミ）、鉄−コンスタンタン（ニッケル・銅）等から構成されているが、これらのものに限定されるものではない。
【００１２】
前記異種金属導線３Ａ，３Ｂ、４Ａ，４Ｂ、５Ａ，５Ｂには、図１、図２及び図４に示すように、一対の異種金属導線３Ａ，３Ｂ又は４Ａ，４Ｂ又は５Ａ，５Ｂをそれぞれ挿入して絶縁するための被覆部材として、絶縁碍子６が設けられている。この絶縁碍子６には、異種金属導線３Ａ，３Ｂ又は４Ａ，４Ｂ又は５Ａ，５Ｂを挿入することができる２つの孔が形成されているが、例えば異種金属導線３Ａ，３Ｂのうちの一方の異種金属導線３Ａのみを挿入する１つの孔のみを絶縁碍子６に形成して実施してもよい。この場合、一対の異種金属導線に対して２個の絶縁碍子６，６が必要になる。そして、前記異種金属導線３Ａ，３Ｂ、４Ａ，４Ｂ、５Ａ，５Ｂの各先端の結合部、つまり温接点３Ｃ、４Ｃ、５Ｃが保護管２の長手方向に沿って配置され、且つ、保護管２の内部中心に位置するように、異種金属導線３Ａ，３Ｂ、４Ａ，４Ｂ、５Ａ，５Ｂを保護管２内部中心に位置させるためのガイド部材７を設けている。前記絶縁碍子６は、セラミックあるいは石英等の絶縁性を有するものであればどのようなもので製造してもよい。
【００１３】
前記ガイド部材７は、図２（ａ）〜（ｃ）及び図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、それの外周形状が保護管２の内面形状に等しい円形に形成し、これらガイド部材７のうちの保護管２先端側に位置するガイド部材７は、図２（ａ）及び図３（ａ）に示すように、中心部に前記温接点３Ｃに対する異種金属導線３Ａ，３Ｂを貫通させる一対の孔７Ａ，７Ａを形成して構成され、前記保護管２先端側に位置するガイド部材７よりも基端側（温度測定装置等が接続される側）に位置するガイド部材７は、図２（ｂ）及び図３（ｂ）に示すように、中心部に前記温接点４Ｃに対する異種金属導線４Ａ，４Ｂを貫通させる一対の孔７Ａ，７Ａを形成するとともに、この一対の孔７Ａ，７Ａから直径方向に設定距離外周縁側に位置する箇所に他の異種金属導線３Ａ，３Ｂを貫通させる一対の孔７Ｂ，７Ｂを形成して構成されている。又、最も基端側（温度測定装置等が接続される側）に位置するガイド部材７は、図２（ｃ）及び図３（ｃ）に示すように、中心部に前記温接点５Ｃに対する異種金属導線４Ａ，４Ｂを貫通させる一対の孔７Ａ，７Ａを形成するとともに、この一対の孔７Ａ，７Ａから直径方向に沿って設定距離外周縁側に位置する２箇所にそれぞれ他の異種金属導線３Ａ，３Ｂ、４Ａ，４Ｂを貫通させる２対の孔７Ｂ，７Ｂ、７Ｃ，７Ｃを形成して構成されている。
このように構成することによって、全ての温接点３Ｃ，４Ｃ，５Ｃを保護管内部中心に位置させることができるようにしている。図２では、ガイド部材７を３種類のもので構成したが、図３（ｃ）で示したガイド部材７のみの１種類を製造し、これを共通に使用すれば、製造コスト及び在庫管理コストの低減化を図ることができる利点がある。
【００１４】
前記ガイド部材７の別の形状のものを、図５及び図６に示している。図５では、ガイド部材７の外周縁に他の異種金属導線３Ａ，３Ｂ、４Ａ，４Ｂを係止保持する切欠き７Ｋ，７Ｋを形成している。従って、ガイド部材７に異種金属導線３Ａ，３Ｂ、４Ａ，４Ｂの絶縁碍子６，６を係止保持した状態で保護管２内部に挿入することによって、異種金属導線３Ａ，３Ｂ、４Ａ，４Ｂが散らばることがなく、熱電対１の組立て作業を容易迅速に行うことができる。しかも、熱電対１の組立て作業終了後は、係止保持した絶縁碍子６，６の一部が保護管２の内面７Ｘに接触しているから、絶縁碍子６，６が保護管２の長手方向に不測に移動することがなく、温接点３Ｃ，４Ｃの位置が不必要に移動されることがない。又、切欠き７Ｋ，７Ｋを形成することによって、ガイド部材７を挟んで絶縁碍子６，６を分割する必要がなく、長さの長い単一の絶縁碍子６を使用することができ、組立て作業の容易迅速化を図ることができるだけでなく、図１に示すような保護管２の先端部から１番目に位置する碍子６がその２つの切欠き７Ｋ，７Ｋ分の重量が軽くなるとともに、保護管２の先端部から２番目に位置する碍子６がその１つの切欠き７Ｋ分の重量が軽くなり、熱電対１の軽量化をも図ることができる。又、図６では、更に碍子６の軽量化を図るために大きな４つの切欠き７Ｋを形成したものを示している。前記係止保持した絶縁碍子６，６の一部が保護管２の内面７Ｘに線接触する、あるいは点接触する、更には面接触する等、絶縁碍子６，６の一部が保護管２の内面７Ｘに接触する範囲は、限定されるものではない。そして、ガイド部材７に異種金属導線３Ａ，３Ｂ、４Ａ，４Ｂの絶縁碍子６，６を係止保持した状態で保護管２内部に挿入する際に、絶縁碍子６，６の一部が保護管２の内面７Ｘに接触しないように構成しておけば、挿入時の接触抵抗を無くしてスムーズな挿入が行えるのである。又、前記保護管２内面を研磨して平滑面にしておけば、絶縁碍子６，６の一部が保護管２の内面７Ｘに多少接触しても挿入に支障が出ることを回避することができる。
【００１５】
前記ガイド部材７及び絶縁碍子６・・のいずれも石英で形成しておけば、ガイド部材７と絶縁碍子６・・との接触部分を融着することができ、例えば図４において右側に位置する３本の絶縁碍子６・・の左端部それぞれと、これと接触するガイド部材７の右端部とを融着して、ガイド部材７と３本の絶縁碍子６・・とを一体化しておけば、ガイド部材７と絶縁碍子６・・との接触部分に隙間が発生することを抑えることができるとともに、熱電対１の組立て作業を容易迅速に行うことができる。尚、図４において左側に位置する２本の絶縁碍子６・・の右端部それぞれと、ガイド部材７の左端部とを前記同様に融着してもよいし、融着しなくてもよい。融着していない場合の方が接点５Ｃを作る場合にやり易いためであり、ガイド部材７と絶縁碍子６・・との接触部分の融着は、全箇所で行ってもよいし、一部の箇所でのみ行ってもよい。しかも、同一材料でガイド部材７及び絶縁碍子６・・を構成することによって、熱に対する膨張率も同一であることから、ガイド部材７及び絶縁碍子６・・の伸縮に伴ってそれらの内部に挿入されている異種金属導線に対して作用する伸縮力を異種金属導線のどの部位に対しても均等にすることができる。
【００１６】
【発明の効果】
請求項１によれば、ガイド部材を設けることによって、異種金属導線の温接点を保護管内部中心に常に位置させることができるから、組み立てられたどの熱電対を取っても検出温度にバラツキが少なく、又、異種金属導線を交換した後の検出温度と交換前の検出温度との間に大きな検出誤差が発生することがない。従って、検出温度にバラツキが非常に少ない信頼性の高い熱電対を提供することができる。
又、ガイド部材及び被覆部材を石英で形成することによって、それらを融着して一体化することができるから、保護管内部への異種金属導線の挿入をより一層容易に行うことができる。しかも、同一材料でガイド部材及び被覆部材を構成することによって、熱に対する膨張率も同一であることから、ガイド部材及び被覆部材の伸縮に伴ってそれらの内部に挿入されている異種金属導線に対して作用する伸縮力を異種金属導線のどの部位に対しても均等にすることができ、断線等が少ない長寿命の異種金属導線を提供することができる。
【００１７】
請求項２によれば、ガイド部材の切欠きに異種金属導線の被覆部材を係止保持させることによって、異種金属導線が散らばることなく保護管内部に挿入することができるから、熱電対の組立て作業を容易迅速に行うことができる。しかも、熱電対の組立て作業終了後は、係止保持した被覆部材の一部が保護管の内面に接触しているから、被覆部材が保護管の長手方向に不測に移動することがなく、温接点の位置が不必要に移動されて、温度検出にバラツキが出ることを回避することができる。更に、複数対の異種金属導線を配設するものにおいては、ガイド部材に切欠きを設けることによって、熱電対が重量増となることを抑制することができ、ガイド部材を設ける上において熱電対の取り扱いが悪化することを回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】熱電対の縦断側面図
【図２】（ａ）は図１におけるＩ−Ｉ線断面図、（ｂ）は図１におけるII−II線断面図、（ｃ）は図１におけるIII −III 線断面図
【図３】（ａ）は最先端側に位置するガイド部材を示す斜視図、（ｂ）は先端側から２番目に位置するガイド部材を示す斜視図、（ｃ）は先端側から３番目に位置するガイド部材を示す斜視図
【図４】熱電対の要部を示す縦断側面図
【図５】ガイド部材の別の形状を示す熱電対の要部の横断正面図
【図６】ガイド部材の別の形状を示す熱電対の要部の横断正面図
【符号の説明】
１ 熱電対
２ 保護管
3A,3B,4A,4B,5A,5B 異種金属導線
3C,4C,5C 温接点
６ 絶縁碍子（被覆部材）
７ ガイド部材
7A,7B,7C 孔
7K 切欠き
7X 内面

Claims (2)

1. 石英等からなる保護管の内部に少なくとも一対の異種金属導線を挿入してなる熱電対であって、前記異種金属導線の結合部、つまり温接点を保護管内部中心に位置させるためのガイド部材を設け、前記ガイド部材を石英で形成し、前記異種金属導線を被覆する被覆部材を石英で形成するとともに、これらガイド部材と被覆部材とを融着してなる熱電対。
2. 石英等からなる保護管の内部に少なくとも一対の異種金属導線を挿入してなる熱電対であって、前記異種金属導線の結合部、つまり温接点を保護管内部中心に位置させるためのガイド部材を設け、前記異種金属導線を複数対設け、それら異種金属導線の温接点を前記保護管の長手方向に沿って配置するように構成し、前記ガイド部材の外周形状を保護管の内面形状に略等しい形状にし、このガイド部材の中心部に前記温接点となる一対の異種金属導線を貫通させる一対の孔を形成し、且つ、該ガイド部材の外周縁に他の異種金属導線を被覆した被覆部材を係止保持する切欠きを形成するとともに、前記被覆部材をガイド部材にて係止保持した状態において該被覆部材の一部が前記保護管の内面に接触するように構成してなる熱電対。

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