JP4776762B2

JP4776762B2 - 熱電対装置

Info

Publication number: JP4776762B2
Application number: JP2000295260A
Authority: JP
Inventors: 唯治岡崎; 誠笠本
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2000-09-27
Filing date: 2000-09-27
Publication date: 2011-09-21
Anticipated expiration: 2020-09-27
Also published as: JP2002107233A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シース形熱電対を用いた熱電対装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シース形熱電対は小形化を図れることから、温度測定の用途に幅広く採用されている。シース形熱電対は通常保護管内に収納された状態で、温度測定環境に配置される。保護管内に収納されるシース形熱電対は一本に限られるものではなく、例えば多点の温度を同時測定するような場合には、複数本のシース形熱電対を保護管内に収納して熱電対装置を構成している。
【０００３】
このような多点測定用の熱電対装置は、例えば液体や気体などの各種環境の温度分布を測定する場合などに使用されており、温度の測定個所に応じた複数本のシース形熱電対の接点（先端部）位置を順にずらした状態で、保護管内に収納することにより構成されている。
【０００４】
ところで、上述したような熱電対装置においては、正確な温度測定を行うために、シース形熱電対と保護管とを密着させて熱接触を良好に保つ必要がある。一方、シース形熱電対を保護管内に収納するにあたっては、これらの間に熱電対挿入用の隙間を形成しておくことが不可欠であり、このままではシース形熱電対と保護管とを密着させることができない。
【０００５】
シース形熱電対を保護管内に挿入する際の隙間を小さくすることによって、それらの間の熱接触を比較的高めることはできるものの、これではシース形熱電対を挿入する際の摩擦抵抗が増え、熱電対装置の組立て作業性を大幅に低下させることになってしまう。多点測定用の熱電対装置は、例えば複数本のシース形熱電対を束ねた状態で保護管内に挿入しているため、隙間の減少による挿入抵抗の増大は顕著となる。特に、挿入長が長い熱電対装置ほど、組立て作業性が低下する傾向にある。
【０００６】
多点測定用熱電対装置におけるシース形熱電対と保護管との密着性の改善には、保護管内にシース形熱電対を挿入した後に、保護管を縮径（例えば圧縮減径）することが考えられるが、単に保護管全体を縮径してしまうと、シース形熱電対の断線などを招くおそれが大きい。このようなことから、熱電対装置の組立て作業性を低下させることなく、シース形熱電対と保護管とを密着させて、熱接触を良好に保つことを可能にした多点測定用熱電対装置が求められている。
【０００７】
また、熱電対装置におけるシース形熱電対は補償導線を介して測定回路に接続されている。このようなシース形熱電対の熱電対素子と補償導線との接続はろう付けにより行うことが一般的である。ただし、単にろう付け接続しただけでは接続部の強度不足などが懸念されることから、接続部の周囲にスリーブを配置し、このスリーブ内に絶縁性樹脂を充填することによって、接続部を保護している。
【０００８】
例えば、特開平5-288612号公報には、上述したシース形熱電対と補償導線とを固定体により固定した後に、その周囲に配置したスリーブ内に絶縁性樹脂を充填する接続装置が開示されている。固定体を用いた接続装置によれば、シース形熱電対と補償導線の回転を抑えることができることから、断線や短絡の抑制に対して効果を示すものの、固定体の収納スペース分だけスリーブ径を大きくしなければならないという問題がある。
【０００９】
熱電対装置を設置する環境によっては、取付けスペースの削減などが求められることから、スリーブ径の減少を図った上で、シース形熱電対と補償導線との接続部の断線や短絡を抑制することが望まれている。特に、多点測定用熱電対装置においては、複数本のシース形熱電対を個々に補償導線と接続しなければならないため、スリーブの小型化が望まれている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、多点測定用熱電対装置においては、シース形熱電対を保護管内に挿入する際の組立て作業性を低下させることなく、シース形熱電対と保護管との熱接触（密着性）を向上させることが望まれている。
【００１２】
本発明はこのような課題に対処するためになされたもので、熱電対装置の組立て作業性を低下させることなく、シース形熱電対と保護管との熱接触を向上させることを可能にした多点測定用の熱電対装置を提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の熱電対装置は、請求項１に記載したように、少なくとも最外層が金属製の芯材の周囲に均等に配置され一体化された複数のシース形熱電対と、前記複数のシース形熱電対が収納され、前記複数のシース形熱電対の温度測定側接点がそれぞれ位置する感熱領域を有する金属製の保護管と、前記感熱領域における前記保護管と前記複数のシース形熱電対との間に配置された金属製のスペーサとを具備し、前記複数のシース形熱電対が収納された前記保護管を縮径することにより、前記感熱領域における前記保護管と前記複数のシース形熱電対とを前記スペーサを介して密着させたことを特徴としている。
【００１４】
本発明の第１の熱電対装置において、請求項２に記載したように、複数のシース形熱電対は感熱領域を除く領域をより線構造、特に芯材を中心としたより線構造とする
ことが好ましい。
【００１５】
本発明の第１の熱電対装置においては、保護管と複数のシース形熱電対との間にスペーサを介在させており、このスペーサは感熱領域にのみ配置している。このような構造においては、まずスペーサ内に複数のシース形熱電対を配置した後に、これらを保護管内に挿入することができるため、スペーサの直径や長さなどを調整することによって、保護管内に挿入する際の挿入抵抗を大幅に低減することができる。言い換えると、熱電対装置の組立て加工性を向上させることが可能となる。スペーサ内への複数のシース形熱電対の挿入は、スペーサの長さが保護管の全長に比べて十分に短いため、良好に挿入することができる。
【００１６】
その上で、複数のシース形熱電対が収納された保護管を縮径することによって、保護管と複数のシース形熱電対とをスペーサを介して良好に密着させることができる。この際、スペーサを介して保護管を複数のシース形熱電対に密着させているため、複数のシース形熱電対の断線などを招くこともない。このように、保護管とシース形熱電対との間の熱接触（密着性）を向上させることによって、各シース形熱電対により測定環境の温度を正確に測定することができる。すなわち、測定環境の温度を複数点で同時にかつ正確に測定することが可能となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施するための形態について説明する。
【００２１】
図１は本発明の一実施形態による熱電対装置の概略構成を示す断面図、図２はその要部を拡大して示す断面図、図３は横断面図である。これらの図に示す多点測定用熱電対装置１は、温度測定環境に配置される測定側端部が閉塞された管状の保護管２を有している。この保護管２の構成材料にはステンレス鋼などの各種金属材料を使用することができ、例えば温度測定環境に応じた耐食性を有する金属材料からなるパイプなどが用いられる。
【００２２】
上記した保護管２内には、複数本のシース形熱電対３、３…が収納されており、これら複数本のシース形熱電対３、３…により多点（複数点）での同時温度測定が可能とされている。各シース形熱電対３、３…は、それぞれ図３に示すように、金属シース４の内部に一対の熱電対素子５、５を挿通すると共に、その周囲に耐熱性絶縁粉末６を充填した構造を有している。
【００２３】
複数本のシース形熱電対３、３…は、それぞれ一対の熱電対素子５、５の温度測定部となる接点（先端部）が温度測定環境内に位置するように、保護管２内に収納されている。一対の熱電対素子５、５の端末は、金属シース４の開口端部から外部に導出されている。そして、図１に示したように、保護管１の開放側端部（温度測定側端部とは反対側の端部）に設けられたアダプタ７内において、シース形熱電対３の端末は接続部としての接続装置８を介して補償導線９に接続されている。
【００２４】
多点測定を可能にする複数本のシース形熱電対３、３…は、図２および図３に示したように、芯材１０の周囲に均等に配置することにより一体化されている。芯材１０の直径は、温度測定数に応じて配置されるシース形熱電対３、３…の本数により決定される。ここで、芯材１０はその機能だけを持たせた金属棒で構成してもよいし、あるいは図４に示すように、同径のシース形熱電対３で構成することも可能である。
【００２５】
複数本のシース形熱電対３、３…は、図２に示したように、温度の測定個所に応じて各温度測定側接点３ａ、３ａ…の位置を順にずらした状態で芯材１０の周囲に配置されており、この状態で保護管２内に収納されている。このような複数本のシース形熱電対３、３…が収納された保護管２は、上記した各接点（温度測定部）３ａ、３ａ…が配置された領域を感熱領域（感熱部）Ｘとして有するものである。
【００２６】
上記した感熱領域Ｘにおいて、複数本のシース形熱電対３、３…は芯材１０の長手方向に沿って配置されている。感熱領域Ｘ以外の領域Ｙについては、複数本のシース形熱電対３、３…は芯材１０を中心としたより線構造とされている。感熱領域Ｘにおける複数本のシース形熱電対３、３…の配列構造は、それらと保護管２との密着性を高めるものである。一方、それ以外の領域Ｙでは、複数本のシース形熱電対３、３…がばらけることを防止するようにより線構造としており、この構造により複数本のシース形熱電対３、３…の保護管２内への挿入性、言い換えると多点測定用熱電対装置１の組立て性が高められている。
【００２７】
そして、上述した感熱領域Ｘにおいては、保護管２と複数本のシース形熱電対３、３…との間にスペーサ１１が介在されている。このスペーサ１１は、例えば熱伝導性に優れる金属管からなるものであり、複数本のシース形熱電対３、３…の保護管２内への挿入抵抗を低減した上で、感熱領域Ｘにおける保護管２と複数本のシース形熱電対３、３…との間の密着性を高め、これらの熱接触を良好に保つものである。
【００２８】
図５を参照して、複数本のシース形熱電対３、３…の保護管２内への挿入工程（組立て工程）について説明する。まず、図５（ａ）に示すように、複数本のシース形熱電対３、３…を感熱領域Ｘに相当する部位については、芯材１０の長手方向に沿って配置する。この際、複数本のシース形熱電対３、３…の各温度測定側接点３ａ、３ａ…が、所定の温度測定箇所（例えば温度分布の測定においては所定の間隔でずらした各位置）に対応するように、複数本のシース形熱電対３、３…を芯材１０の周囲に配置する。
【００２９】
複数本のシース形熱電対３、３…の各接点３ａ、３ａ…は、例えば芯材１０に対して溶接などにより仮固定しておく。また、感熱領域Ｘ以外の領域Ｙに対応する複数本のシース形熱電対３、３…については、芯材１０を中心としてより線として、それらがばらけることを防止しておく。この状態で、複数本のシース形熱電対３、３…を管状のスペーサ（例えば金属パイプ）１１内に挿入する。例えば、芯材１０の周囲に配置した複数本のシース形熱電対３、３…の外径（束ねた状態での外径）が2.4mmだとした場合、内径が2.8mmで外径が3mmというような管状のスペーサ１１が用いられる。
【００３０】
この際、スペーサ１１は感熱領域Ｘに応じた長さとされている。言い換えると、スペーサ１１は保護管２の全長に比べて十分に短い長さとされているため、多点測定用の複数本のシース形熱電対３、３…であっても、作業性を損なうことなくスペーサ１１内に良好に挿入することができる。例えば、保護管２の全長が10〜15mというような長さを有する場合であっても、感熱領域Ｘに対応するスペーサ１１の長さは例えば3〜5m程度である。従って、複数本のシース形熱電対３、３…をスペーサ１１内に良好に挿入することができる。
【００３１】
また、複数本のシース形熱電対３、３…の挿入にあたっては、例えば芯材１０をスペーサ１１の長さ分だけ長くしておき、この芯材１０の延長部分（ダミー部）をスペーサ１１内に挿入した後、芯材１０のダミー部を引くことによって、一層容易に複数本のシース形熱電対３、３…をスペーサ１１内に配置することができる。スペーサ１１を複数本のシース形熱電対３、３…に密着させるように、この段階で予めスペーサ１１を縮径しておいてもよい。
【００３２】
次に、図５（ｂ）に示すように、各接点３ａ、３ａ…がスペーサ１１内に配置された状態の複数本のシース形熱電対３、３…を、スペーサ１１と共に保護管２内に挿入する。保護管２の内径は、スペーサ１１の外径に応じて適宜に設定することができる。例えば、上述したようにスペーサ１１の外径が3mmというような場合には、外径6mm、内径3.2mmというような保護管２が用いられる。
【００３３】
この際、最も挿入抵抗が高い複数本のシース形熱電対３、３…の各接点部分はスペーサ１１内に配置されているため、保護管２の内径に対するスペーサ１１の外径を調整することによって、複数本のシース形熱電対３、３…を保護管２内に良好に収納することができる。言い換えると、複数本のシース形熱電対３、３…を保護管２内に収納する際の挿入抵抗を大幅に低減することができる。
【００３４】
特に、保護管２の全長が10〜15mというような長さを有する場合であっても、複数本のシース形熱電対３、３…の挿入抵抗が大幅に低減されることから、そのような全長の長い多点測定用熱電対装置１の組立て性を大幅に向上させることが可能となる。
【００３５】
この後、図５（ｃ）に示すように、複数のシース形熱電対３、３…がスペーサ１１を介して収納された保護管２を、例えばその直径方向から圧縮して減径することにより、感熱領域Ｘにおける保護管２と複数のシース形熱電対３、３…とをスペーサ１１を介して密着させる。この際、複数のシース形熱電対３、３…は予めスペーサ１１内に配置されているため、このスペーサ１１を介して保護管２を複数のシース形熱電対３、３…に密着させることによって、複数のシース形熱電対３、３…の断線などを招くことなく、良好な熱接触状態を得ることができる。
【００３６】
また、上記した保護管２の圧縮減径（縮径）にあたって、感熱領域Ｘ以外の領域Ｙについては、スペーサ１１が存在していない分の空間が存在することになるため、保護管２全体を縮径しても複数のシース形熱電対３、３…に断線を生じさせるようなこともない。すなわち、複数のシース形熱電対３、３…の断線などを防止し、かつ多点測定用熱電対装置１の良好な組立て作業性を維持した上で、保護管２とシース形熱電対３、３…との間の熱接触を向上させることができる。
【００３７】
上述したように、感熱領域Ｘの保護管２と複数のシース形熱電対３、３…とをスペーサ１１を介して密着させた多点測定用熱電対装置１によれば、例えば全長が10〜15mというように長い場合であっても、複数のシース形熱電対３、３…を保護管２内に配置する際の挿入抵抗を大幅に低減し、良好な組立て作業性を確保した上で、保護管２とシース形熱電対３、３…との間の熱接触（スペーサ１１を介した密着性）を向上させることができる。従って、測定環境から各シース形熱電対３、３…に良好に熱伝達させることができるため、各シース形熱電対３、３…により測定環境の温度を正確に測定することが可能となる。すなわち、測定環境の温度を多点（複数点）で同時にかつ正確に測定することができる。
【００３８】
次に、上述した多点測定用熱電対装置１におけるシース形熱電対３と補償導線９との接続構造について説明する。
【００３９】
図６はシース形熱電対３と補償導線９との接続構造の一実施形態を示す断面図である。シース形熱電対３の接続側端部は一対の熱電対素子５、５が露出されており、この状態で円筒状のスリーブ１２の一端側から挿入配置されている。スリーブ１２の熱電対側端部にはシース挿通孔１２ａが設けられており、このシース挿通孔１２ａからシース形熱電対３は挿入されている。シース形熱電対３の接続側端部は、例えばスリーブ１２のシース挿通孔１２ａにろう付けすることにより固定されている。
【００４０】
スリーブ１２の他端部側からは補償導線９が挿入配置されており、この補償導線９の接続側端部は一対の芯線１３が露出されている。補償導線９は例えばスリーブ１２の端部１２ｂをかしめることによって、スリーブ１２に固定されている。この状態で、シース形熱電対３の一対の熱電対素子５と補償導線９の一対の芯線１３とが接続されている。一対の熱電対素子５と一対の芯線１３とは、例えばろう付けにより接続（接続部分１４）されている。
【００４１】
さらに、スリーブ１２はその周方向に設けられた開口部１５を有している。この開口部１５は、熱電対素子５と芯線１３との接続部分１４の近傍位置に開口されている。そして、この開口部１５を介して、スリーブ１２内にはエポキシ樹脂のような絶縁性樹脂１６が充填されている。絶縁性樹脂１６はシース形熱電対３と補償導線９との接続部分１４を保護すると共に、接続部分１４での断線や短絡などを抑制するものである。
【００４２】
上述したような各構成要素によって、シース形熱電対３と補償導線９との接続部となる接続装置８が構成されている。このような接続装置８によれば、シース形熱電対３と補償導線９の各接続側端部をスリーブ１２に直接固定しているため、これらの回転による断線や短絡の発生を抑制した上で、スリーブ１２の小径化（小型化）を図ることができる。例えば、外径が1mmというような細径のシース形熱電対３を用いる場合に、スリーブ１２の外径を4mmというように小型化することが可能となる。
【００４３】
さらに、上記したようにスリーブ１２の小径化を図っているにもかかわらず、スリーブ１２の周方向に開口部１５を設けているため、スリーブ１２内に絶縁性樹脂１６を確実にかつ良好に充填することができる。例えば、従来のスリーブ１２と同様に、スリーブ１２の端部側から絶縁性樹脂１６を充填しようとすると、スリーブ１２を小径化しているために、絶縁性樹脂１６の充填性が大幅に低下してしまう。
【００４４】
これに対して、この実施形態ではスリーブ１２の円筒面上のシース形熱電対３と補償導線９との接続部分１４の近傍に、絶縁性樹脂１６の充填口となる開口部１５を設けているため、スリーブ１２内に開口部１５から絶縁性樹脂１６を確実にかつ良好に充填することができる。これはシース形熱電対３と補償導線９との接続部分１４の保護性を高めるだけでなく、接続部分１４での断線や短絡などの抑制に対しても大きく寄与するものである。
【００４５】
上述したようなスリーブ１２の小径化、言い換えると接続装置８の小型化は、特に多点測定用熱電対装置１に対して有効である。すなわち、多点測定用熱電対装置１においては、複数本のシース形熱電対３、３…を個々に補償導線９、９…と接続しなければならず、さらにこれらをアダプタ７内に配置しなければならないため、接続装置８の小型化を図ることで装置全体として小型化することが可能となる。これは多点測定用熱電対装置１の設置環境などの関係から取付けスペースの削減などが求められる場合に有効である。
【００４６】
なお、上述した実施形態においては、小型化を図った接続装置８を多点測定用熱電対装置１におけるシース形熱電対３と補償導線９との接続に使用した場合について説明したが、上記した本発明による接続装置８は多点測定用熱電対装置１に限られるものではなく、通常の一点測定型の熱電対装置においても有効に機能するものである。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の第１の熱電対装置によれば、その組立て作業性を低下させることなく、シース形熱電対と保護管との熱接触を向上させることができ、これにより測定環境の温度を複数点で同時にかつ正確に測定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による多点測定用熱電対装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】図１に示す多点測定用熱電対装置の要部を拡大して示す断面図である。
【図３】図１に示す多点測定用熱電対装置を直径方向に切断した際の要部拡大断面図である。
【図４】図１に示す多点測定用熱電対装置の一変形例を示す断面図である。
【図５】図１に示す多点測定用熱電対装置の組立て工程の一例を示す図である。
【図６】図１に示す多点測定用熱電対装置におけるシース形熱電対と補償導線との接続構造の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１……多点測定用熱電対装置
２……保護管
３……シース形熱電対
８……接続装置
９……補償導線
１０……芯材
１１……スペーサ
１２……スリーブ
１４……シース形熱電対と補償導線との接続部分
１５……開口部
１６……絶縁性樹脂

Claims

少なくとも最外層が金属製の芯材の周囲に均等に配置され一体化された複数のシース形熱電対と、
前記複数のシース形熱電対が収納され、前記複数のシース形熱電対の温度測定側接点がそれぞれ位置する感熱領域を有する金属製の保護管と、
前記感熱領域における前記保護管と前記複数のシース形熱電対との間に配置された金属製のスペーサとを具備し、
前記複数のシース形熱電対が収納された前記保護管を縮径することにより、前記感熱領域における前記保護管と前記複数のシース形熱電対とを前記スペーサを介して密着させたことを特徴とする熱電対装置。
請求項１記載の熱電対装置において、
前記複数のシース形熱電対は、前記感熱領域を除く領域がより線構造とされていることを特徴とする熱電対装置。