JP6573134B2 - 温度センサ較正用ブロック較正器 - Google Patents

Description

本発明は、それに接してまたはその中に少なくとも１つの加熱手段が配置される加熱ブロックを有し、加熱ブロックが、その中に少なくとも１つの温度センサによって成形される試験体を挿入することができる較正スリーブを収容するための収容孔を備える、 温度センサ較正用ブロック較正器に関する。

例えば独国特許出願公告第１０２００８０３４３６１号明細書（特許文献１）は、加熱手段を設定温度に合わせるため、その中に加熱手段を配置する加熱ブロックを有する温度センサ較正用のブロック較正器を開示する。加熱ブロック中には、その中に較正スリーブが挿入されることができる収容孔が設けられ、較正スリーブは、その中に試験体の働きをする温度センサを導入することのできるセンサ孔を有する。

国際公開第２０１３／１１３６８３号明細書（特許文献２）は、ブロック較正器のさらなる例を開示する。加熱ブロック内に複数の止まり穴が設けられ、止まり穴の中には加熱部材、温度計、熱流センサも設置されている。試験体としては、止まり穴中に挿入されることができる温度センサが適合する。ブロック較正器が収容孔から抜き出し可能な較正スリーブを有さないため、凹部に丁度収まることのできる単一の実用温度計のみが較正可能であることは不利である。

較正スリーブを使用するとき、これが隙間嵌めまたは中間嵌めの場合、全ての温度で簡単な方法で収容孔に挿入され、これから再び抜き出されることができるわけではないという問題が生じる。酸化被膜などによる収容スリーブまたは例えば収容孔の熱膨張効果及び表面変化のために、較正スリーブが収容孔に固定されることが起こりうる。そのため、それぞれ試験体を成形する異なる温度センサの較正のための較正スリーブの交換はもはや不可能である。

収容孔の内部寸法及び較正スリーブの外部寸法が、例えばＤＩＮ７１５７に準拠した隙間嵌めによる嵌め寸法で実施されるとき、較正スリーブが一面的に収容孔側に当接し、それによって加熱ブロック中での温度分布の不均一性が較正スリーブ中の温度分布に伝達されることが起こりうる。しかしそのとき較正スリーブ中を特に較正スリーブの全周に及ぶ均一な温度が支配することが望ましい。

独国特許出願公告第１０２００８０３４３６１号明細書 国際公開第２０１３／１１３６８３号明細書

本発明の課題は、較正スリーブが収容孔内で固定されることを防ぎ、較正スリーブ内に可能な限り均一な温度を生成することを達成するべく、温度センサ較正用ブロック較正器を改善することにある。

この課題は請求項１の前文に記載のブロック較正器により特徴付けられた特性との関連において解決される。本発明の有利な発展実施形態は従属請求項に記載される。

本発明は、収容孔の内壁と較正スリーブの外壁の間に少なくとも領域的に１つの空隙を形成するという技術的教唆を含む。

本発明の目的のための較正スリーブの外壁と収容孔の内壁との間の空隙は、隙間嵌めまたは中間嵌めの場合に生じるマイクロギャップより大きい間隙寸法で成形される。 較正スリーブの外壁または収容孔の内壁の表面変化が生じたとしても、較正スリーブが収容孔の中で広い温度範囲に渡ってももはや固定されないことが、空隙により達成される。その他、空隙が外壁と内壁の間の固体接触をもはや許さないため、較正スリーブに一面的に上昇する温度作用が発生しないことも結果として得られることが達成される。それによって外壁と内壁の間に温度統合効果が生じ、較正スリーブ中に、その領域に渡って均一な温度が生成されることができる。なぜならこれが公知の方法で１つの良好な熱伝導を有する素材で成形されるためである。加熱ブロックから較正スリーブへの熱伝達はそのとき実質的に空隙を介して行われ、較正スリーブの外面領域での較正スリーブと収容孔間の固体接触を防ぎつつ、加熱ブロックが加熱手段と較正スリーブの縦軸に対して非対称的に設置されても、較正スリーブ内での高い温度均一性を可能にする。

本発明のブロック較正器の有利な発展形態によると、少なくとも１つの、較正スリーブを収容孔の中央に位置付けるセンタリング手段が設けられる。そのときセンタリング手段は、少なくともセンタリング手段の設置位置に較正スリーブの全周に渡って同型の空隙が収容孔の内壁と較正スリーブの外壁の間に生じるように形成される。それによって較正スリーブの回転軸が収容孔の中央軸と一致する。特にブロック較正器の取り扱いの際、較正スリーブが収容孔内でもはや動かすことができないため、較正スリーブは収容孔内でもはや軸方向を変えることもできない。

例えば、センタリング手段は較正スリーブの周囲を設置位置で完全に取り囲む。その結果センタリング手段は較正スリーブに保持されて配置されるか、または収容孔中に較正スリーブが挿入されるかまたは引き抜かれるかの際にも、センタリング手段が所望の設置位置に留まるように、センタリング手段は収容孔に挿入されることができる。センタリング手段は例えば較正スリーブの外壁中の溝の中に嵌入されるか、またはセンタリング手段は収容孔に設けられた溝の中に嵌入される。そのとき例えば１つのセンタリング手段のみが収容孔内の較正スリーブのセンタリングのために設けられることができ、特に、較正スリーブの縦軸に沿って互いに対して間隔を取って配置される複数のセンタリング手段を設ける可能性も成り立つ。例えば先端面に１つまたは複数の試験体の収容のための、少なくとも１つの センサ孔が設けられた較正スリーブの上端にセンタリング手段が配置されることができる。較正スリーブの底領域にもう１つのセンタリング手段を向ける可能性もある。特に２つの可能な限り互いに対して間隔を取ったセンタリング手段が較正スリーブと収容孔の間に配置されるとき、加熱ブロック内の収容孔全体の中での較正スリーブの中心的な配置が確保されることができる。

センタリング手段の一実施形態例は例えばＯ型環または金属ばね部材によって成形されることができる。そのときばね部材は例えば較正スリーブの外壁中の溝、または収容孔の内壁中の溝に嵌入されることができる。センタリング手段が金属ばね部材、例えばコイルばねとして形成され、コイルばねが較正スリーブの外壁の外側の周囲を巡る溝に嵌入されるとき、コイルばねに電流を通すことができる。それによって較正スリーブの円周方向にコイルばねの渦巻きの同型配置が生じ、コイルばねの渦巻き直径が同一であることにより収容孔中の較正スリーブの所望の中心的配置が確保される。

そのときコイルばねの渦巻きは周囲部分とともに較正スリーブの外壁から突出し、空隙を橋架して収容孔の内壁に支持されることができる。センタリング手段がＯ型環として実施される場合、Ｏ型環のコードの太さは溝の深さよりも大きくてよく、それによって同様に収容孔内の較正スリーブのセンタリング効果が達成される。

空隙がＤＩＮ７１５７に準拠した収容孔内の較正スリーブの隙間嵌めより大きい隙間寸法を有し、及び／または空隙が０.５ｍｍ〜２.５ｍｍより大きい隙間寸法を有するとき、さらなる利点が達成される。空隙が大きく選択されるほど加熱ブロックから較正スリーブへの熱伝達は悪くなる。それはつまり較正スリーブ中の目標温度が時間遅れで到達されるということである。隙間寸法が小さく選択されると、較正スリーブ中の温度の均一化のためのより小さな統合効果が生じる。そのため較正スリーブの半径と収容孔の半径間の半径差を表す空隙生成のための最適な隙間寸法は０.５ｍｍ〜２.５ｍｍとなる。

特に較正スリーブの縦軸の周りの周囲セグメントを介した較正スリーブ中温度のさらなる均一化は、較正スリーブの外壁が部分ごとに円筒状外表面から逸脱して形成された時に生じる。そのとき逸脱は縦軸の周りの周囲セグメントに渡って成形されることができ、または逸脱は較正スリーブの縦軸に沿って成形される。例えば較正スリーブの縦軸に縮小された直径を有する外壁中の１部分を形成することが企図される。そのときその部分は、縮小された直径によって成形された空隙のより大きな間隙寸法が加熱手段の近くに生じるように位置付けられることができる。なぜならそれがその中で加熱ブロックが最も高温である領域だからである。加熱ブロックのより低温の領域では空隙がより小さい隙間寸法を有するため、この領域では較正スリーブへの入熱がより強い。結果的に較正スリーブ内での温度分布の均一化は較正スリーブの外表面に渡る空隙の異なる隙間寸法に基づいて生じる。

ブロック較正器の成形のためのさらなる実施形態例は、較正スリーブがより小さな半径を有する第１周囲セグメント及びより大きな半径を有する第２周囲セグメントを備えることを企図する。そのとき、それに対して他の半径を有するさらなる周囲セグメントが同様に考えうる。より小さな半径を有する第１周囲セグメントはより大きな空隙を生じさせ、その中に加熱手段が加熱ブロックに接して配置される領域中に設けられる。それを横切って、より小さな空隙及びそれによってより強い加熱ブロックから較正スリーブへの熱伝導を生じさせる第２周囲セグメントが、 較正スリーブ内に設置される。例えば複数の加熱手段が加熱ブロックに配置されると、より小さな半径を有する周囲セグメントが基本的に、その中に加熱手段が配置される加熱ブロックの領域に向き合って形成されることができる。

本発明はさらに上記に説明されるようにブロック較正器用の較正スリーブに向けられ、較正スリーブはセンタリング手段を備え、それを使って較正スリーブはセンタリングされて加熱ブロックの収容孔に配置される。特により小さな半径を有する第１周囲セグメント及びより大きな半径を有する第２周囲セグメントが較正スリーブの外壁に形成されることができる。

本発明を改善するさらなる方法が以下に本発明の好適な実施形態例の解説とともに図に基づいて詳細に説明される。

ブロック較正器の概略的断面図を示す。 本発明のセンタリング手段を有する較正スリーブの一実施形態例を示す。 より小さい直径を有する外壁中の一部分を有する較正スリーブを示す。 同形で周囲を巡るより小さい空隙を有するブロック較正器の概略的な上面図を示す。 より大きな空隙を有する図４のブロック較正器の上面図を示す。 異なる直径を有する周囲セグメントを備える較正スリーブを有するブロック較正器の上面図を示す。 異なる温度曲線を有する円筒状較正スリーブの９０°の周囲セグメントに関する温度グラフを示す。

図１はブロック較正器１の概略的断面図を示す。ブロック較正器１は基体として加熱ブロック１０を有し、加熱ブロック１０内に収容孔１２が設置され、その中に較正スリーブ１３が挿入されることができる。そのとき収容孔１２は掘削法を使った製造を含まないため、収容孔１２は考えうるあらゆる方法で加熱ブロック１０内に設置されることができる。この実施形態例は縦軸２０を中心に延びる回転対称な形の較正スリーブ１３を示し、示される実施形態例の収容孔１２の断面形状は較正スリーブ１３の円形断面形状に適合される。較正スリーブ１３内に同心的に縦軸２０に延び、その中に温度センサの形の試験体１４を 挿入することのできるセンサ孔２１が設置される。図は例示的に１つのセンサ孔２１のみを示し、複数のセンサ孔２１も１つのみの較正スリーブ１３に設置されることができる。

加熱ブロック１０の外側に例示的にペルティエ素子によって形成されることのできる２つの加熱手段１１が設置される。加熱手段１１によって加熱ブロック１０を加熱する可能性が成り立ち、特に加熱手段１１がペルティエ素子によって形成されるならば、加熱手段１１によって加熱ブロック１０の冷却を行うことも考えられる。

下側にはもう１つの止まり穴が加熱ブロック１０にあり、その止まり穴の中には参照センサ２２が嵌入される。参照センサ２２によって加熱ブロック１０の温度を決定することができる。

較正スリーブ１３は加熱ブロック１０中に交換可能に設置され、そのために収容孔１２は加熱ブロック１０の上側に向かって解放されて実施されるため、収容孔１２はもう１つの止まり穴を加熱ブロック１０中に成形する。同様に上側から試験体１４が較正スリーブ１３に挿入され、これから再び引き抜かれることができる。そのとき較正スリーブ１３は特に異なる直径を有しうる異なる試験体１４を収容する働きをする。それによって１つの試験体１４に適合する較正スリーブ１３を選択し、収容孔１２に挿入する可能性が成り立つ。

本発明のブロック較正器１の主な特徴として収容孔１２の内壁１５と較正スリーブ１３の外壁１６の間に空隙Ｌが形成される。実施形態例は空隙Ｌを較正スリーブ１３の周囲表面に渡って同形に示し、例えば０.５ｍｍ〜２.５ｍｍの隙間寸法を有する。設けられた空隙Ｌによって加熱ブロック１０から較正スリーブ１３への熱入力が空隙Ｌを介して行われ、それによって較正スリーブ１３内の温度の均一化が生じる。少なくとも較正スリーブ１３の外表面に渡って 加熱ブロック１０との固体接触が回避されることによって、どの領域にも強化された熱入力は生じず、較正スリーブ１３の材料の熱伝導のために加熱ブロック１０に実質的な影響なく熱の均一化が較正スリーブ１３中の縦軸２０の周りの全ての周囲セグメントに渡って設定されることができる。加熱ブロック１０内でのスリーブ底２３と収容孔１２の底側との固体接触を最小限に抑えるために、較正スリーブ１３は底面に空隙２４を備える。結果としてスリーブ底２３の収容孔１２の底に対する外側の環接触のみが加熱ブロック１０に留まる。

較正スリーブ１３の収容孔１２内でのセンタリングを行うために、較正スリーブ１３の加熱ブロック１０における配置はセンタリング手段１７を備える。センタリング手段１７は例示的にばね部材１９として コイルばねの形で実施され、それは周囲をめぐる溝１８中に設置され、溝１８は較正スリーブ１３の外面の上部領域に設置される。図示されていない方法でもう１つのセンタリング手段１７を例えばスリーブ底２３の近くのスリーブ１３の外面中に設置する可能性がある。もう１つのセンタリング手段１７を止まり穴の下部領域の収容孔１２の内壁１５中に配置することは特に有利である。

センタリング手段１７は較正スリーブ１３の収容孔１２内での同心配置を生じさせるため、収容孔１２の中心軸及び較正スリーブ１３の縦軸２０は互いの中にある。

図２は、較正スリーブ１３の外表面中の周囲を巡る溝１８の中に設置されるばね部材１９の形のセンタリング手段１７を備える較正スリーブ１３の一例を示す。センタリング手段１７は較正スリーブ１３の上端で先端面に近接してあり、その先端面の中に例示的にただ１つのセンサ孔２１が試験体１４の挿入のために設けられる。

図３は較正スリーブ１３の上部領域で、その中にセンサ孔２１が設けられる先端面に近接するばね部材１９の形のセンタリング手段１７を備える較正スリーブ１３の一実施形態を示す。

スリーブ底２３の方向を示しつつ較正スリーブ１３の外側周囲表面の中の縦軸２０に沿って、外壁１６中により小さい直径を有する部分Ａが 延在する。それに伴う図１に示された空隙Ｌの拡大により部分Ａ中の加熱ブロック１０から較正スリーブ１３への熱入力がさらに弱まる。それによって、特に縦軸２０の長さに渡る温度の均一化のために、縦軸２０に沿って較正スリーブ１３内に所望の温度プロファイルがはっきりと現れることができる。

図４、図５及び図６は図１の断面Ｉ−Ｉを基に、加熱ブロック１０、加熱ブロック１０の側面に配置された加熱部材１１及び加熱ブロック１０に同心に設けられた収容孔１２を有するブロック較正器１のそれぞれ１つの上面図を示す。加熱ブロック１０はそのとき長方形の断面を有する。

収容孔１２中に較正スリーブ１３が挿入され、較正スリーブ１３と収容孔１２の間に周囲を巡る空隙Ｌがある。そのとき図４は例えば隙間寸法０.５ｍｍの小さな空隙Ｌを示す。図５は例えば隙間寸法２.５ｍｍの空隙Ｌを示す。

図６は円筒型を逸脱した形を有する較正スリーブ１３を示す。それによって較正スリーブ１３はより大きい直径を有する第１周囲セグメントＵ１を備え、較正スリーブ１３はより小さい直径を有する第２周囲セグメントＵ２を備える。

第１周囲セグメントＵ１の中に例えば０.５ｍｍのみのより小さい隙間寸法が生じ、 較正スリーブ１３のさらに小さい直径を有する第２周囲セグメントＵ２の中には例えば２.５ｍｍのより大きな隙間寸法の空隙Ｌが生じる。

較正スリーブのこの形態により、より少ない熱伝達が、それらの中に外側で加熱手段１１が加熱ブロック１０に取り付けられる領域に繋がる、第２周囲セグメントＵ２の側方領域に生成される。それによって生じる加熱ブロック１０中の不均一な温度プロファイル及びより大きな及びより小さな空隙Ｌにより較正スリーブ１３中に結果として全周に渡って均一化された温度プロファイルが生じる。

図７はダイヤグラム表示によって角度ファイ０°〜９０°に渡る温度Ｔの推移を示し、それによって較正スリーブ１３の１セグメントを表す。それは断面の４分の１に相当し、角度０°で加熱部材１１が配置され、角度９０°は加熱部材１１の配置を横断するセグメントの縁を表す。

図６に関連して角度ファイが０°のとき空隙が非常に大きくなり、角度ファイが９０°のとき空隙は小さく形成される。その結果、図６と結びつけると、角度ファイ０°は第２周囲セグメントＵ２に、角度ファイ９０°は第１周囲セグメントＵ１に対応する。

実線グラフは、全周に渡って小さな空隙Ｌが収容孔１２と較正スリーブ１３の間に形成されるとき、図４に基づいて生じる角度ファイ０°〜９０°に関して変化する温度を表す。破線グラフは、その中で空隙Ｌがすでにより大きく形成されている図５に基づく９０°のセグメントに関する温度プロファイルを表す。鎖線は較正スリーブ１３中の、較正スリーブ１３中に形成された周囲セグメントＵ１及びＵ２を有する９０°のセグメントに関する温度プロファイルを表す。そのとき温度曲線は、空隙の拡大によりまず較正スリーブ１３内の温度の均一化を生じさせることが可能であり、周囲セグメントＵ１及びＵ２が相応の半径で較正スリーブ１３に、より弱い熱伝導が加熱ブロック１０のより高温のゾーンに生じるように適合するため、較正スリーブ１３内の温度プロファイルが実質的に完全に均一化されることを示す。

本発明はその実施形態において上記の好適な実施形態例に限定されない。むしろ説明された解決法から基本的に異なる種類の実施形態も使用する複数の変形が考えられる。全ての特許請求の範囲、明細書または図面から明らかになる建設的な細部または空間配置を含む特徴及び／または利点はそれ自体にとっても、異なる組み合わせにおいても本発明にとって不可欠でありうる。

１ ブロック較正器
１０ 加熱ブロック
１１ 加熱手段
１２ 収容孔
１３ 較正スリーブ
１４ 試験体
１５ 内壁
１６ 外壁
１７ センタリング手段
１８ 周囲をめぐる溝
１９ ばね部材
２０ 縦軸
２１ センサ孔
２２ 参照センサ
２３ スリーブ底
２４ 空隙
Ｌ 空隙
Ａ 縮小された直径を有する部分
Ｕ１ 第１周囲セグメント
Ｕ２ 第２周囲セグメント

Claims (14)

1. 少なくとも１つの加熱手段（１１）が周囲または内部に配置される加熱ブロック（１０）および、温度センサによって成形される少なくとも１つの試験体（１４）を挿入することができる較正スリーブ（１３）を有し、
   前記加熱ブロック（１０）は前記較正スリーブ（１３）を収容するための収容孔（１２）を備え、
   前記収容孔（１２）の内壁（１５）と前記較正スリーブ（１３）の外壁（１６）との間に、前記較正スリーブ（１３）の外周全体にかけて領域的に空隙（Ｌ）が形成され、
   前記空隙（Ｌ）を形成するために、前記収容孔（１２）中で前記較正スリーブ（１３）のセンタリングを行う少なくとも１つのセンタリング手段（１７）が設けられることを特徴とする温度センサ較正用ブロック較正器（１）。
2. 前記センタリング手段（１７）が前記較正スリーブ（１３）を設置位置で周囲を完全に包囲することを特徴とする請求項１に記載のブロック較正器（１）。
3. 前記センタリング手段（１７）が前記収容孔（１２）の中に、及び／または前記較正スリーブ（１３）に保持されて設置されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のブロック較正器（１）。
4. 前記較正スリーブ（１３）が前記外壁（１６）中に、その中に前記センタリング手段（１７）が設置される周囲をめぐる溝（１８）を備えることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１項に記載のブロック較正器（１）。
5. 前記センタリング手段（１７）がＯ型環によって成形されることを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか１項に記載のブロック較正器（１）。
6. 前記センタリング手段（１７）が金属製ばね部材（１９）によって成形されることを特徴とする請求項１〜請求項５の何れか１項に記載のブロック較正器（１）。
7. 前記ばね部材（１９）が前記溝（１８）に嵌入されることを特徴とする請求項６に記載のブロック較正器（１）。
8. 前記ばね部材（１９）がコイルばねであり、前記コイルばねの渦巻きが周囲部分とともに前記較正スリーブ（１３）の前記外壁（１６）から突出し、前記空隙（Ｌ）を橋架して前記収容孔（１２）の前記内壁（１５）に支持されることを特徴とする請求項６または請求項７に記載のブロック較正器（１）。
9. 前記空隙（Ｌ）がＤＩＮ７１５７に準拠した前記収容孔（１２）中の前記較正スリーブ（１３）の隙間嵌めより大きい隙間寸法を有し、及び／または前記空隙（Ｌ）が０.５ｍｍ〜 ２.５ｍｍより大きい隙間寸法を有することを特徴とする請求項１〜請求項８の何れか１項に記載のブロック較正器（１）。
10. 前記外壁（１６）が部分的に円筒状外表面から逸脱して形成されることを特徴とする請求項１〜請求項９の何れか１項に記載のブロック較正器（１）。
11. 前記較正スリーブ（１３）の縦軸（２０）中に、部分（Ａ）が 縮小された直径を有する前記外壁（１６）中に形成されることを特徴とする請求項１０に記載のブロック較正器（１）。
12. 前記較正スリーブ（１３）がより大きい直径を有する第１周囲セグメント（Ｕ１）及びより小さい直径を有する第２周囲セグメント（Ｕ２）を備えることを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載のブロック較正器（１）。
13. 前記較正スリーブ（１３）が前記センタリング手段（１７）を備え、それを使って前記較正スリーブ（１３）が前記加熱ブロック（１０）の前記収容孔（１２）内にセンタリングされて設置されることを特徴とする請求項１〜請求項１２の何れか１項に記載のブロック較正器（１）用較正スリーブ（１３）。
14. より大きい直径を有する第１周囲セグメント（Ｕ１）及びより小さい直径を有する第２周囲セグメント（Ｕ２）が前記外壁（１６）に形成されることを特徴とする請求項１３に記載の較正スリーブ（１３）。