JP4965319B2

JP4965319B2 - 測定装置

Info

Publication number: JP4965319B2
Application number: JP2007099945A
Authority: JP
Inventors: 俊介柳沢; 千春斉藤; 哲也中村
Original assignee: Hioki EE Corp
Current assignee: Hioki EE Corp
Priority date: 2007-04-06
Filing date: 2007-04-06
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2027-04-06
Also published as: JP2008256571A

Description

本発明は、複数の熱電対をそれぞれ接続する複数の端子が固定された端子盤を備えて、端子の間の電位差および端子の温度に基づいて熱電対が配設されている測定対象体の温度を測定可能に構成された測定装置に関するものである。

この種の測定装置として、特開２００４−７９６９８号公報に開示されたモジュールが知られている。このモジュールは、矩形状に形成された筐体、および筐体内に収容されたプリント基板を備えて構成されている。また、このモジュールは、複数を連結した状態で使用することが可能に構成されている。この場合、複数のモジュールを連結するときには、各モジュールの側板同士を密着させて並設する。また、モジュールの筐体を構成する両側板の一方には、スリット状の小孔で構成された通気孔が形成され、両側板の他方には凹部が形成されている。このため、このモジュールでは、側板同士を密着させて並設したとしても、凹部によって側板と側板との間に隙間が生じるため、筐体内部の熱を外部に放熱することが可能となっている。
特開２００４−７９６９８号公報（第３頁、第１図）

ところが、従来のモジュールには、以下の問題点がある。すなわち、このモジュールでは、側板の一方に形成した通気孔から筐体内部の熱を外部に放出している。一方、この種のモジュールは、一般的に、筐体に取り付けられた接続端子に各種のセンサを接続して、測定対象体についての様々な物理量を測定する際に用いられる。例えば、温度センサとしての熱電対を用いて測定対象体における複数の測定箇所の温度を測定する際には、複数の熱電対を各接続端子に接続して、接続した一対の端子間の電位差と端子の温度とに基づいて各測定箇所の温度を算出する。この場合、一般的に、いずれか一対の端子に取り付けられたサーミスタ等の温度センサ（熱電対とは異なる温度センサ）によって測定した温度を各端子の温度として用いている。しかしながら、上記したように筐体内部の熱を外部に放出したとしても、筐体の温度を一定に維持するのが困難であるため、端子の配設位置によって端子の温度にばらつきが生じることがある。このため、温度センサが接続された端子と、熱電対が接続された端子とが異なるときには、温度センサによって測定した温度と熱電対が接続された端子の実際の温度との間に差異が生じて、算出した測定箇所の温度に誤差が生じるおそれがあるという問題点が存在する。この場合、各端子に個別的に温度センサを取り付ける方法も考えられるが、回路構成が複雑となるという問題点が存在する。また、端子に温度センサを取り付けたときには、温度センサが筐体から露出しているため、破損し易いという問題点も存在する。

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、熱電対を用いての温度測定を正確に行い得る測定装置を提供することを主目的とする。

上記目的を達成すべく請求項１記載の測定装置は、直方体状の筐体と、複数の熱電対をそれぞれ接続可能な複数の端子の基端部が固定されると共に前記筐体の一面に対向しかつ当該一面に形成された開口部に当該各端子の先端部が位置するようにして当該筐体内に配設された端子盤と、前記熱電対が接続された一対の前記端子間の電位差および当該各端子近傍の温度に基づいて前記熱電対が配設されている測定対象体の温度を測定可能に構成されて前記筐体内に配設された測定部と、前記各端子の基端部に対して電気的に絶縁されつつ接触した状態で前記端子盤に対向して配設されて当該各端子の温度を均熱化する均熱板とを備え、前記筐体には、前記端子盤に対向して配設されている前記均熱板の端面が位置する部位の近傍に通気口が形成され、前記均熱板は、金属で形成された板状の第１部材と、前記第１部材に取り付けられると共に柔軟性および非導電性を有し前記各端子の前記基端部に接触させられる板状の第２部材とを備えて構成されている。

また、請求項２記載の測定装置は、請求項１記載の測定装置において、前記通気口は、前記一面に隣接する前記筐体の４面に形成されている。

また、請求項３記載の測定装置は、請求項１または２記載の測定装置において、前記各端子近傍の温度を検出する温度検出部を備え、前記温度検出部は、前記一面に形成された挿通孔に挿通されると共に当該挿通孔の縁部に対して非接触状態で取り付けられている。

請求項１記載の測定装置によれば、各端子の基端部に対して電気的に絶縁されつつ接触した状態で端子盤に対向して配設されて各端子の温度を均熱化する均熱板を備えたことにより、均熱化のための手段が講じられていない構成とは異なり、各端子を同じ温度に維持する（均熱化する）ことができる。したがって、複数の熱電対を接続した各端子に個別的に温度検出部を取り付けることなく、端子の数よりも少ない数の温度検出部によって検出された温度を用いて、複数の熱電対を用いての複数箇所の温度を十分正確に測定することができる。また、この測定装置によれば、筐体における、取付け状態の均熱板の端面が位置する部位の近傍に通気口を形成したことにより、均熱板に伝導した筐体内部の熱を筐体の外部に確実に放熱することができるため、端子の温度上昇を確実に防止して低い温度に均熱化することができる。

また、この測定装置によれば、金属で形成された第１部材と、第１部材に取り付けられると共に柔軟性および非導電性を有する第２部材とを備えて均熱板を構成したことにより、第１部材と端子盤とで第２部材をはさみ込むことで各端子の基端部に第２部材を確実に接触させることができる。したがって、この測定装置によれば、第１部材の熱を第２部材を介して各端子に確実に伝導させると共に、各端子の熱を第２部材を介して第１部材に確実に伝導させることができる結果、各端子の温度を均熱板の温度と同じ温度に維持して、各端子の温度を確実に均熱化することができる。

また、請求項２記載の測定装置によれば、一面に隣接する筐体の４面に通気口を形成したことにより、均熱板に伝導した筐体内部の熱を効率的に筐体の外部に放熱することができるため、端子の温度上昇を一層確実に防止して低い温度に均熱化することができる。

また、請求項３記載の測定装置によれば、端子近傍の温度を検出する温度検出部を、筐体の一面に形成された挿通孔に挿通させかつ挿通孔の縁部に対して非接触状態で取り付けたことにより、温度検出部を筐体に対して非接触の状態に維持することができる結果、端子の先端部と、温度検出部とを同じ温度となる状態に維持することができる。このため、この測定装置によれば、温度検出部によって検出された温度に基づいて、測定対象体の温度を一層正確に測定することができる。また、この測定装置によれば、温度検出部が筐体の外部に露出していないため、温度検出部の破損を確実に防止することができる。

以下、本発明に係る測定装置の最良の形態について、添付図面を参照して説明する。

最初に、測定システム１００の構成について説明する。図１，２に示す測定システム１００は、測定装置１、通信装置２、電源装置３および取付け盤４を備えて、測定対象体３００における複数の測定点の温度を測定してその測定結果を外部装置に送信可能に構成されている。この場合、測定装置１、通信装置２および電源装置３は、取付け盤４に取り付け（着脱）可能に構成されて、取付け盤４のコネクタ４ａおよびバス４ｂを介して互いに電気的に接続される。なお、図２に示すように、この測定システム１００では、取付け盤４に複数の測定装置１を取り付ける（増設する）ことが可能となっているが、発明の理解を容易とするため、以下、１台の測定装置１が取り付けられている例について説明する。

測定装置１は、本発明に係る測定装置の一例であって、図４に示すように、ケース（本発明における筐体）１１、端子盤１２、均熱板１３および複数の回路基板１４を備えて構成されている。ケース１１は、互いに嵌合可能な第１ケース２１、第２ケース２２および第３ケース２３を備えて構成されている。また、ケース１１は、図５に示すように、各ケース２１，２２，２３を嵌合した状態において全体として直方体状となるように構成されて、嵌合状態において形成される内部空間に端子盤１２、均熱板１３および各回路基板１４を収容する。この場合、第２ケース２２の天面２２ａおよび底面２２ｂには、内部の熱を外部に放出するためのスリット状の放熱口２２ｃが形成されている（図４，５では、天面２２ａの放熱口２２ｃのみを図示している）。

また、図４に示すように、第３ケース２３の前面（本発明における一面）２３ａには、端子盤１２に取り付けられている後述する端子４２の先端部４２ｂを前面２３ａ側に位置させるための開口部３１が形成されている。また、第３ケース２３の前面２３ａには、同図および図８に示すように、端子盤１２に取り付けられている後述する２つの温度センサ４３を挿通させる断面半円状の２つの筒状部３２が形成されている。さらに、第３ケース２３の天面２３ｂおよび底面２３ｃには、図４，６に示すように、平面視長方形状の通気口３３ａがそれぞれ形成されている。また、第３ケース２３の両側面２３ｄ，２３ｅにおける上下方向の中央部には、凹部３４がそれぞれ形成され、その凹部３４には、スリット状の通気口３３ｂ（以下、上記した通気口３３ａと区別しないときには「通気口３３」ともいう）がそれぞれ形成されている。この場合、各通気口３３は、後述する均熱板１３の熱をケース１１の外部に放熱するための通気口であって、図７に示すように、第３ケース２３に収容された端子盤１２に対向してその背面に均熱板１３が配設された状態において、均熱板１３の端面が位置する部位の近傍の位置にその形成位置が規定されている。つまり、各通気口３３は、上記のように配設されている均熱板１３の端面が臨める位置に形成されている。

端子盤１２は、図４に示すように、基板４１、および複数（例えば４つ）の熱電対２００のケーブルを接続可能な複数の端子４２を備えて構成されている。各端子４２は、図４に示すように、樹脂製の枠部材４２ｃの中心部に立設された状態で枠部材４２ｃと一体形成されており、図６に示すように、その基端部４２ａがはんだ付けされることによって枠部材４２ｃと共に基板４１に取り付けられている。この場合、端子４２は、端子盤１２が第３ケース２３の前面２３ａに対向するようにして第３ケース２３に収容（配設）された状態において、図５に示すように、その先端部４２ｂが第３ケース２３の前面２３ａに形成されている開口部３１に位置して開口部３１から先端部４２ｂが臨めるように（一例として、先端部４２ｂと前面２３ａとが面一となるように）その長さや取り付け位置が規定されている。また、先端部４２ｂを取り囲む枠部材４２ｃが取り付けられているため、先端部４２ｂは、第３ケース２３の前面２３ａに対して非接触の状態に維持されている。

また、基板４１には、図４に示すように、端子４２近傍の温度を検出するための２つの温度センサ４３（本発明における温度検出部であって、一例として、サーミスタ型温度センサ）が取り付けられている。この場合、温度センサ４３は、図８に示すように、端子盤１２が第３ケース２３に収容された状態において、筒状部３２の中心孔（本発明における挿通孔）３２ａに挿通されかつ中心孔３２ａを形成する筒状部３２の内周面（本発明における挿通孔の縁部（挿通孔を形成する壁面））に対して非接触状態となるようにその形状や取り付け位置が規定されている。ここで、この測定装置１では、温度センサ４３が第３ケース２３の前面２３ａよりも前方に突出しない状態で取り付けられている。このため、端子４２に温度センサ４３を直接接続して温度センサ４３が露出している構成とは異なり、温度センサ４３の破損を確実に防止することが可能となっている。

均熱板１３は、図４，６に示すように、第１部材１３ａおよび第２部材１３ｂを備え、端子盤１２の基板４１に対向するようにして配設されている。第１部材１３ａは、熱伝導率が大きいアルミニウム等の金属で板状に形成されており、主として回路基板１４から発生する熱を伝導させる（伝熱する）機能を有している。第２部材１３ｂは、柔軟性および非導電性を有しかつ熱伝導率が大きい樹脂で板状に形成されて、第１部材１３ａに密着するように構成されている。この場合、第２部材１３ｂは、端子盤１２の基板４１と第１部材１３ａとによって挟み込まれることによって基板４１に取り付けられている各端子４２の基端部４２ａに対して電気的に絶縁されつつ確実に接触して、第１部材１３ａの熱を各端子４２に伝導させ、また各端子４２の熱を第１部材１３ａに伝導させる。この場合、第１部材１３ａの熱伝導率が大きいため、結果として、均熱板１３は、第１部材１３ａの熱を各端子４２に伝導させ、また各端子４２の熱を第１部材１３ａに伝導させることによって各端子４２の温度を均熱板１３の温度と同じ温度に維持し、同時に、各端子４２の温度を均熱化する。

回路基板１４は、基板と、基板に実装された複数の電子部品（図示せず）とで構成されて、図４に示すように、第１ケース２１および第２ケース２２によって構成される空間内に収容されている。この場合、回路基板１４の各電子部品により、図３に示す測定部５１、制御部５２、データメモリ５３およびデータ入出力部５４が構成される。この場合、測定部５１は、制御部５２の制御に従い、熱電対２００のケーブルが接続された一対の端子４２間の電位差と、各端子４２近傍の温度とに基づいて熱電対２００が配置されている測定対象体３００の温度を測定して測定値を示す測定データＤｍを出力する。制御部５２は、測定部５１およびデータ入出力部５４を制御する。また、制御部５２は、測定部５１から出力された測定データＤｍをデータメモリ５３に記憶させる。データ入出力部５４は、制御部５２の制御に従い、データメモリ５３に記憶されている測定データＤｍを取付け盤４のバス４ｂを介して通信装置２に送信する。

通信装置２は、ＬＡＮや公衆回線網を介してパソコン等の外部装置との間で測定データＤｍを含む各種データの送受信を行う。電源装置３は、例えば、商用交流電源に接続されて、取付け盤４に取り付けられている測定装置１および通信装置２に対してコネクタ４ａおよびバス４ｂを介して電力を供給する。

次に、測定システム１００を用いて測定対象体３００の温度を測定する際の測定システム１００の動作について、測定装置１の動作を中心として図面を参照して説明する。

まず、測定対象体３００の複数（例えば４つ）の測定箇所に熱電対２００をそれぞれ配置し、次いで、図３に示すように、各熱電対２００のケーブルを測定装置１における端子盤１２の各端子４２にそれぞれ接続する。一方、通信装置２がパソコン等の外部装置からの測定開始の指示信号を入力したときには、通信装置２が指示信号を測定装置１に出力する。これに応じて、測定装置１の制御部５２が測定部５１を制御して、測定処理を開始させる。

この場合、測定部５１は、熱電対２００のケーブルが接続された一対の端子４２間の電位差と、温度センサ４３から出力された検出信号Ｓｔによって特定される（つまり、温度センサ４３によって検出された）端子４２近傍の温度とに基づき、各熱電対２００が配設された測定対象体３００における各測定箇所の温度を測定して測定値を示す測定データＤｍを出力する。続いて、制御部５２は、測定部５１から出力された測定データＤｍをデータメモリ５３に記憶させると共に、データ入出力部５４を制御して、所定時間間隔でデータメモリ５３に記憶されている測定データＤｍを通信装置２に出力させる。一方、通信装置２は、通信装置２から出力された測定データＤｍを外部装置に送信する。

ここで、この測定装置１では、端子４２の先端部４２ｂおよび温度センサ４３の先端部４３ａが共に第３ケース２３に対して非接触の状態に維持されている。つまり、端子４２の先端部４２ｂと、温度センサ４３の先端部４３ａとが同じ（ほぼ同じ）温度となる状態に維持されている。このため、端子４２の近傍に配設された温度センサ４３によって検出された温度を各端子４２の温度として測定箇所の温度の測定に用いることが可能となっている。また、この測定装置１では、各端子４２の基端部４２ａに接触するようにして均熱板１３が配設されているため、均熱化のための手段が講じられていない構成とは異なり、各端子４２を同じ（ほぼ同じ）温度に維持する（各端子４２の温度を均熱化する）ことが可能となっている。したがって、各温度センサ４３によって検出された温度を用いて測定対象体３００の温度を正確に測定することが可能となっている。

また、この測定装置１では、第３ケース２３における均熱板１３の端面が位置する部位の近傍の位置に各通気口３３が形成されているため、均熱板１３に伝導したケース１１内部の熱をケース１１の外部に確実に放熱しつつ均熱板１３によって各端子４２の温度を低い温度に均熱化することが可能となっている。さらに、この測定装置１では、側面２３ｄ，２３ｅに凹部３４が形成され、その凹部３４に通気口３３ｂが形成されているため、図１に示すように、例えば、測定装置１に隣接する通信装置２の側面と測定装置１の側面２３ｄとが密着していたとしても、両側面との間に隙間を形成することが可能となっている。このため、この隙間に空気を流すことができる結果、側面２３ｄの温度上昇、ひいては測定装置１内部の温度上昇を確実に防止することが可能となっている。

このように、この測定装置１によれば、各端子４２の基端部４２ａに対して電気的に絶縁されつつ接触状態で端子盤１２の基板４１に対向して配設されて各端子４２の温度を均熱化する均熱板１３を備えたことにより、均熱化のための手段が講じられていない構成とは異なり、各端子４２を同じ温度に維持する（均熱化する）ことができる。したがって、複数の熱電対２００を接続した各端子４２に個別的に温度センサ４３を取り付けることなく、端子４２の数よりも少ない数の温度センサ４３によって検出された温度を用いて、複数の熱電対２００を用いての複数箇所の温度を十分正確に測定することができる。また、この測定装置１によれば、ケース１１における、取付け状態における均熱板１３の端面が位置する部位の近傍に通気口３３ａ，３３ｂを形成したことにより、均熱板１３に伝導したケース１１内部の熱をケース１１の外部に確実に放熱することができるため、端子４２の温度上昇を確実に防止して低い温度に均熱化することができる。

また、この測定装置１によれば、金属で形成された第１部材１３ａと、第１部材１３ａに配設されて柔軟性および非導電性を有する第２部材１３ｂとを備えて均熱板１３を構成したことにより、第１部材１３ａと端子盤１２の基板４１とで第２部材１３ｂをはさみ込むことで各端子４２の基端部４２ａに第２部材１３ｂを確実に接触させることができる。したがって、この測定装置１によれば、第１部材１３ａの熱を第２部材１３ｂを介して各端子４２に確実に伝導させると共に、各端子４２の熱を第２部材１３ｂを介して第１部材１３ａに確実に伝導させることができる結果、各端子４２の温度を均熱板１３の温度と同じ温度に維持して、各端子４２の温度を確実に均熱化することができる。

さらに、この測定装置１によれば、ケース１１における第３ケース２３の天面２３ｂ、底面２３ｃおよび両側面２３ｄ，２３ｅに通気口３３を形成したことにより、均熱板１３に伝導したケース１１内部の熱を効率的にケース１１の外部に放熱することができるため、端子４２の温度上昇を一層確実に防止して低い温度に均熱化することができる。

また、この測定装置１によれば、ケース１１における第３ケース２３の前面２３ａに形成された筒状部３２の中心孔３２ａにその先端部４３ａを挿通させかつ中心孔３２ａを形成する筒状部３２の内周面に対して非接触状態となるようにして端子４２近傍の温度を検出する温度センサ４３を取り付けたことにより、温度センサ４３の先端部４３ａを第３ケース２３に対して非接触の状態に維持することができる結果、端子４２の先端部４２ｂと、温度センサ４３の先端部４３ａとを同じ温度となる状態に維持することができる。このため、この測定装置１によれば、温度センサ４３によって検出された温度に基づいて、測定対象体３００の温度を一層正確に測定することができる。また、この測定装置１によれば、温度センサ４３がケース１１の外部に露出していないため、温度センサ４３の破損を確実に防止することができる。

なお、本発明は、上記の構成に限定されない。例えば、４つの熱電対２００を接続可能な４チャンネル分の端子４２を備えた構成例について上記したが、これに限定されず、任意のチャンネル数分の端子４２を備えた構成に適用することができる。また、２つの温度センサ４３を備えた構成例について上記したが、１つまたは３つ以上の温度センサ４３を備えた構成を採用することもできる。さらに、通気口３３を第３ケース２３の天面２３ｂ、底面２３ｃおよび両側面２３ｄ，２３ｅの４つの面に形成した例について上記したが、必ずしも４つの面の全てに形成する必要はなく、任意の１つ以上の面に形成することができる。ただし、測定装置１の各種設置形態を考慮した場合、上記した４つの面の全てに形成するのが好ましい。

測定システム１００の構成を示す斜視図である。測定システム１００の構成を示す構成図である。測定装置１の構成を示す構成図である。測定装置１の分解斜視図である。測定装置１の斜視図である。第３ケース２３、端子盤１２および均熱板１３の斜視図である。均熱板１３を端子盤１２の背面側に装着した状態の斜視図である。温度センサ４３の取付け構造を示す断面図である。

符号の説明

１測定装置
１１ケース
１２端子盤
１３均熱板
１３ａ第１部材
１３ｂ第２部材
１４回路基板
２１第１ケース
２２第２ケース
２３第３ケース
２３ａ前面
２３ｂ天面
２３ｃ底面
２３ｄ，２３ｅ側面
３１開口部
３２筒状部
３２ａ中心孔
３３ａ，３３ｂ通気口
４２端子
４２ａ基端部
４２ｂ先端部
４３温度センサ
５１測定部
２００熱電対

Claims

直方体状の筐体と、複数の熱電対をそれぞれ接続可能な複数の端子の基端部が固定されると共に前記筐体の一面に対向しかつ当該一面に形成された開口部に当該各端子の先端部が位置するようにして当該筐体内に配設された端子盤と、前記熱電対が接続された一対の前記端子間の電位差および当該各端子近傍の温度に基づいて前記熱電対が配設されている測定対象体の温度を測定可能に構成されて前記筐体内に配設された測定部と、前記各端子の基端部に対して電気的に絶縁されつつ接触した状態で前記端子盤に対向して配設されて当該各端子の温度を均熱化する均熱板とを備え、
前記筐体には、前記端子盤に対向して配設されている前記均熱板の端面が位置する部位の近傍に通気口が形成され、
前記均熱板は、金属で形成された板状の第１部材と、前記第１部材に取り付けられると共に柔軟性および非導電性を有し前記各端子の前記基端部に接触させられる板状の第２部材とを備えて構成されている測定装置。
前記通気口は、前記一面に隣接する前記筐体の４面に形成されている請求項１記載の測定装置。
前記各端子近傍の温度を検出する温度検出部を備え、
前記温度検出部は、前記一面に形成された挿通孔に挿通されると共に当該挿通孔の縁部に対して非接触状態で取り付けられている請求項１または２記載の測定装置。