JP7240724B2 - 温度計 - Google Patents

Description

本発明は、高温測定用の温度計に関する。

例えば、特許文献１には、２本の素線が固形焼結絶縁管に通されて相互に絶縁されており、固形焼結絶縁管より延出するそれぞれの素線の一端部は接続されて測温接点が形成され、少なくとも測温接点を含む先端側は、両端が閉じられた保護管内に収められている高温用の熱電対が開示されている。この文献には、２本の素線が、１本の絶縁管に形成された２つの孔にそれぞれ通されて絶縁される態様だけではなく、それぞれが中空状の絶縁管２本に、素線を１本ずつ通して絶縁することも開示されている。

このような構成では、素線同士の絶縁を図ることはできるが、高温測定後に素線が断線してしまう事態が発生することがある。このような事態について、図１を用いて説明する。

図１（ａ）は、測定前の状態を表しており、保護管１００内に２孔を有する絶縁管１０２を設け、素線１０４及び１０６をそれぞれ絶縁管１０２のいずれかの孔に通して、素線１０４及び１０６の先端部分が接続されて測温接点１０８が形成されている。素線１０４及び１０６は、絶縁管１０２の孔内壁に接触することはあるが、孔の内壁に付着して固定されてしまうことはない。一方で、絶縁管１０２より上方に延出した素線１０４及び１０６は、絶縁管１０２の端部で曲がりやすく、延出した素線１０４及び１０６の、絶縁管１０２の孔内への移動は制限される。

次に、図１（ｂ）に、高温測定時の状態を示す。高温測定時には、被測定対象である高温体２００に、保護管１００ごと差し入れるようにして測定を行う。このような場合、図１（ｂ）では誇張して表されているが、保護管１００内の絶縁管１０２並びに素線１０４及び１０６には、主に先端部分で、熱膨張による伸びが発生している。特に、例えばセラミックス製の絶縁管１０２よりも、金属製の素線１０４及び１０６は伸びが大きい。さらに、点線Ｘ内に示すように、素線１０６は、高温で軟化し、絶縁管１０２の孔の内壁に付着してしまうことがある。

このように、絶縁管１０２の孔の内壁に素線１０６が付着してしまった後、室温に戻すと、図１（ｃ）に示すように、絶縁管１０２並びに素線１０４及び１０６には熱収縮が発生するが、素線１０４及び１０６の方が熱収縮の度合いが高いため、点線Ｙで示すように軟化した部分や脆弱な部分で断線が発生してしまうことがある。

図１では、熱電対を例に示したが、リード線に繋がれた感温素子を測温接点の代わりに用いた温度計でも、同様の構成を採用することがあり、その場合にはリード線の断線が発生することがある。

特開２００２－２２５５４号公報

本発明の目的は、一側面としては、高温においても、温度計における素線又はリード線の断線を抑制するための技術を提供することである。

本発明の第１の態様に係る温度計は、第１の素線と、第２の素線と、第１の管と、第２の管と、第３の管と、第４の管とを有する。そして、第１の素線は、第１の管の孔に通されており、第２の素線は、第２の管の孔に通されている。さらに、第１の素線が通されている第１の管は、第３の管の孔に通されており、第２の素線が通されている第２の管は、第４の管の孔に通されている。また、第１の管と第３の管との少なくともいずれかが絶縁性材料にて形成されており、第２の管と第４の管との少なくともいずれかが絶縁性材料にて形成されており、第１及び第２の素線の端部に測温接点が形成されている。このような構成において、第１の管は、第３の管の孔内において可動であり、第２の管は、第４の管の孔内において可動であることを特徴とする。

本発明の第２の態様に係る温度計は、第１のリード線と、第２のリード線と、第１の管と、第２の管と、第３の管と、第４の管と、感温素子とを有する。そして、第１のリード線は、第１の管の孔に通されており、第２のリード線は、第２の管の孔に通されている。さらに、第１のリード線が通されている第１の管は、第３の管の孔に通されており、第２のリード線が通されている第２の管は、第４の管の孔に通されている。また、第１の管と第３の管とのいずれかが絶縁性材料にて形成されており、第２の管と第４の管とのいずれかが絶縁性材料にて形成されており、第１及び第２のリード線の端部に感温素子が接続されている。このような構成において、第１の管は、第３の管の孔内において可動であり、第２の管は、第４の管の孔内において可動であることを特徴とする。

一側面によれば、高温においても、温度計における素線又はリード線の断線を抑制できるようになる。

図１は、従来技術の問題を示すための図である。 図２は、第１の実施の形態に係る熱電対を示す図である。 図３は、第１の実施の形態に係る熱電対が断線しにくいこと示すための図である。 図４は、第２の実施の形態に係る熱電対を示す図である。 図５は、第３の実施の形態に係る温度計を示す図である。

［実施の形態１］
図２に本実施の形態に係る熱電対の構成を示す。図２（ａ）は、熱電対の側面断面図を示し、図２（ｂ）は、ＡＡ’断面における上面図を示す。なお、ここでは分かりやすくするために保護管に収容されていない状態を示している。

本実施の形態に係る熱電対は、２孔を有する第１の絶縁管１と、各々１孔を有する第２の絶縁管２及び３と、熱電対素線４及び５と、熱電対素線４及び５の一端部が接続されて形成された測温接点６とを有する。

第２の絶縁管２は、第１の絶縁管１の一つの孔に通されている。第２の絶縁管３は、第１の絶縁管１の他の一つの孔に通されている。第２の絶縁管２及び３は、第１の絶縁管１の孔内において長手方向に可動である。すなわち、第１の絶縁管１の内径よりも、第２の絶縁管２及び３の外径の方が小さくなっている。また、熱電対素線４及び５の径は、第２の絶縁管２及び３の内径よりも小さくなっており、熱電対素線４及び５は、第２の絶縁管２及び３により被覆されているわけではない。

なお、第１の絶縁管１と第２の絶縁管２及び３の長さは、図２ではほぼ同じとなっているが、測温接点６とは異なる端部では両者が完全には重ならない部分が生ずることもある。

なお、第１の絶縁管１並びに第２の絶縁管２及び３には、セラミックス又は耐火物に代表される絶縁性の材料を用いる。一例として、ハフニア、アルミナ、サファイア、マグネシア、窒化ホウ素、ムライト、イットリア、ベリリア、又はジルコニア等を用いたものであっても良い。

また、熱電対素線４及び５は、Ｒ、Ｓ、Ｂ、Ｃ、Ｐｔ／Ｐｄ熱電対に代表される熱電対素線の他にも、レニウム、イリジウム、ルテニウム、ロジウム、白金、パラジウム、金、タングステン、タンタル、モリブデン、ニオブ、ハフニウム、クロム、鉄、コバルト、ニッケル、銅に代表される金属およびこれらの合金材料、炭素に代表される非金属材料、およびこれら金属と卑金属の化合物である導電性材料を採用しても良い。

次に図３を用いて本実施の形態に係る熱電対において素線の断線が抑制できる理由について説明する。

図３（ａ）は、測定前の状態を表しており、本実施の形態に係る熱電対は、測温接点６側が閉じられた保護管７内に収容されている。これは図２に示したものと実質的に同じである。

次に、図３（ｂ）に、高温測定時の状態を示す。高温測定時には、被測定対象である高温体２００に、保護管７ごと差し入れるようにして測定を行う。このような高温測定時には、図１（ｂ）について述べたように、第１の絶縁管１、第２の絶縁管２及び３、熱電対素線４及び５は、測温接点６側で熱膨張による伸びが発生している。

さらに、図１（ｂ）と同様に、点線Ｚ内に示すように、例えば熱電対素線４は高温で軟化し、第２の絶縁管２の孔の内壁に付着してしまうこともある。図１（ｂ）の場合と異なるのは、第１の絶縁管１の孔の内壁ではなく、第１の絶縁管１の孔内をスライドできる第２の絶縁管２の孔の内壁に付着することである。第２の絶縁管２も、熱膨張により延びるが、熱電対素線４の付着が生ずると、当該熱電対素線４の伸びに応じて、第１の絶縁管１の孔内で下方にスライド移動する。なお、図３（ｂ）では、熱電対素線５が付着していない第２の絶縁管３も同様に下方にスライド移動している様子を示しているが、このような場合には第２の絶縁管２と同じようにはスライド移動しない場合もある。

その後室温に戻すと、図３（ｃ）に示すように、第１の絶縁管１、第２の絶縁管２及び３、熱電対素線４及び５の熱収縮が起こり、図３（ａ）の状態に戻ろうとする。図１（ｃ）では、絶縁管１０２と素線１０６の熱収縮率が異なるため、軟化した部分や脆弱な部分で断線していたが、本実施の形態では、熱電対素線４が付着してしまった第２の絶縁管２は、熱電対素線４の収縮に応じて、第１の絶縁管１の孔内において上方にスライド移動する。そのため、熱収縮率の差が緩和され、熱電対素線４の断線が抑制される。

このように、第２の絶縁管２及び３は、第１の絶縁管１の孔内において可動であるため、熱電対素線４又は５の付着が発生したとしても、第２の絶縁管２及び３の孔に通されている熱電対素線４及び５の熱膨張及び熱収縮に応じてスライド移動することで、熱電対素線４及び５の断線が抑制される。

なお、第１の絶縁管１と第２の絶縁管２及び３とを両方とも絶縁管とする例を示したが、熱電対素線４と熱電対素線５との絶縁が図れればよいので、何れか一方のみ絶縁管とすれば足りる。他方については、金属または半導体のような導電性材料を用いても良い。

また、熱電対素線４及び５は、高温になると軟化するだけではなく、一部蒸発して他方の素線を汚染する場合がある。本実施の形態のように第２の絶縁管２及び３を導入することで、熱電対素線４及び５との隙間が削減されて、他方の素線の汚染を抑制することもできるようになる。

なお、アルミナ製の第１の絶縁管１と、アルミナ製の第２の絶縁管２及び３と、パラジウムの熱電対素線４と、白金の熱電対素線５とを用いた実験では、室温から１５００℃までの昇温及び降温を実施し、断線がないことを確認すると共に、降温後に熱電対素線４及び５を第２の絶縁管２及び３と共に第１の絶縁管１から取り出せることを確認している。
［実施の形態２］
本実施の形態に係る熱電対の構成を図４に示す。図４（ａ）は、熱電対の側面断面図を示し、図４（ｂ）は、ＢＢ’断面における上面図を示す。

本実施の形態では、第１の実施の形態に係る第１の絶縁管１に代わって、第３の絶縁管１０及び１１を用いるものである。すなわち、２孔の第１の絶縁管１を、１孔の第３の絶縁管２つに分離したものである。逆に言えば、１孔の第３の絶縁管２つを一体化させれば、２孔の第１の絶縁管１となる。

本実施の形態では、第２の絶縁管２は、第３の絶縁管１０の一つの孔に通されている。第２の絶縁管３は、第３の絶縁管１１の一つの孔に通されている。第２の絶縁管２は、第３の絶縁管１０の孔内において長手方向に可動である。また、第２の絶縁管３は、第３の絶縁管１１の孔内において長手方向に可動である。すなわち、第３の絶縁管１０の内径よりも、第２の絶縁管２の外径の方が小さくなっており、第３の絶縁管１１の内径よりも、第２の絶縁管３の外径の方が小さくなっている。

その他の構成及び測定時における作用については、第１の実施の形態と同様である。

なお、第３の絶縁管１０と第３の絶縁管１１とは同じ素材でなくても良い。また、第３の絶縁管１０と第２の絶縁管２とのうち少なくとも何れかが絶縁性材料で形成されていれば良く、第３の絶縁管１１と第２の絶縁管３とのうち少なくとも何れかが絶縁性材料で形成されていれば良い。
［実施の形態３］
第１及び第２の実施の形態では熱電対を示したが、測温接点を、例えば測温抵抗体やサーミスタ測温体のような感温素子に置換し、熱電対素線をリード線に置換した他の温度計でも、同様の構成がリード線の断線を抑制させる。

図５に本実施の形態に係る温度計の構成を示す。図５（ａ）は、本実施の形態に係る温度計の側面断面図を示し、図５（ｂ）は、ＣＣ’断面における上面図を示す。

本実施の形態に係る温度計は、第２の実施の形態に類似しており、１孔の第３の絶縁管１０及び１１と、１孔の第２の絶縁管２及び３と、リード線１４及び１５と、感温素子１６とを有する。

第２の絶縁管２は、第３の絶縁管１０の孔に通されており、第２の絶縁管３は、第３の絶縁管１１の孔に通されている。リード線１４は、第２の絶縁管２の孔に通されており、リード線１５は、第２の絶縁管３の孔に通されている。リード線１４及び１５の一端部には、感温素子１６が接続されている。第２の絶縁管２は、第３の絶縁管１０の孔内において長手方向に可動である。同様に、第２の絶縁管３は、第３の絶縁管１１の孔内において長手方向に可動である。すなわち、第３の絶縁管１０及び１１の内径よりも、第２の絶縁管２及び３の外径の方が小さくなっている。また、リード線１４及び１５の径は、第２の絶縁管２及び３の内径よりも小さくなっており、リード線１４及び１５は、第２の絶縁管２及び３により被覆されているわけではない。

このような温度計の場合にも、第１の実施の形態で述べたような作用にて、リード線１４及び１５の断線を抑制させることができるようになる。

第２の実施の形態で述べたように、第３の絶縁管１０及び１１は一体化させても良く、他の事項も、第２の実施の形態と同様に変更することができる。

以上本発明の実施の形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば第２の絶縁管２及び３については、複数の短い管に分離しても良い。第２の絶縁管２及び３の外側の第１の絶縁管１又は第３の絶縁管１０及び１１についても、複数の短い管に分離される場合もある。さらに、上では管の孔の形状が円形の例を示したが、矩形その他の多角形であってもよい。同様に、熱電対素線及びリード線の断面形状についても、円形の例を示したが、矩形その他の多角形であってもよい。さらに、熱電対素線やリード線は２本以上の複数本であってもよい。

さらに、上で述べた材料については一例であり、測定を行う温度に適した他の材料を用いるようにしてもよい。

以上述べた実施の形態をまとめると以下のようになる。

本実施の形態における第１の態様に係る温度計は、第１の素線と、第２の素線と、第１の管と、第２の管と、第３の管と、第４の管とを有する。そして、第１の素線は、第１の管の孔に通されており、第２の素線は、第２の管の孔に通されている。さらに、第１の素線が通されている第１の管は、第３の管の孔に通されており、第２の素線が通されている第２の管は、第４の管の孔に通されている。また、第１の管と第３の管との少なくともいずれかが絶縁性材料にて形成されており、第２の管と第４の管との少なくともいずれかが絶縁性材料にて形成されており、第１及び第２の素線の端部に測温接点が形成されている。このような構成において、第１の管は、第３の管の孔内において可動であり、第２の管は、第４の管の孔内において可動であることを特徴とする。

このような二重管構造で内側の管が可動であれば、高温にて第１及び第２の素線が軟化して付着するような場合においても、昇温及び降温時に第１及び第２の素線の伸縮に応じて内側の管が移動するので、断線を抑制できるようになる。なお、第３の管と第４の管とが一体化されている場合もある。すなわち、外側の管は２孔以上の管１つであってもよい。

本実施の形態における第２の態様に係る温度計は、第１のリード線と、第２のリード線と、第１の管と、第２の管と、第３の管と、第４の管と、感温素子とを有する。そして、第１のリード線は、第１の管の孔に通されており、第２のリード線は、第２の管の孔に通されている。さらに、第１のリード線が通されている第１の管は、第３の管の孔に通されており、第２のリード線が通されている第２の管は、第４の管の孔に通されている。また、第１の管と第３の管とのいずれかが絶縁性材料にて形成されており、第２の管と第４の管とのいずれかが絶縁性材料にて形成されており、第１及び第２のリード線の端部に感温素子が接続されている。このような構成において、第１の管は、第３の管の孔内において可動であり、第２の管は、第４の管の孔内において可動であることを特徴とする。

リード線と感温素子とを含む温度計であっても、リード線の断線を抑制できるようになる。なお、第３の管と第４の管とが一体化されている場合もある。すなわち、外側の管は２孔以上の管１つであってもよい。

１ 第１の絶縁管
２、３ 第２の絶縁管
４、５ 熱電対素線
６ 測温接点

Claims (4)

1. 第１の素線と、
   第２の素線と、
   第１の管と、
   第２の管と、
   第３の管と、
   第４の管と、
   を有し、
   前記第１の素線は、前記第１の管の孔に通されており、
   前記第２の素線は、前記第２の管の孔に通されており、
   前記第１の素線が通されている前記第１の管は、前記第３の管の孔に通されており、
   前記第２の素線が通されている前記第２の管は、前記第４の管の孔に通されており、
   前記第１の管と前記第３の管との少なくともいずれかが絶縁性材料にて形成されており、
   前記第２の管と前記第４の管との少なくともいずれかが絶縁性材料にて形成されており、
   前記第１及び第２の素線の端部に測温接点が形成されており、
   前記第１の管は、前記第３の管の孔内において可動であり、
   前記第２の管は、前記第４の管の孔内において可動である
   温度計。
2. 前記第３の管と前記第４の管とが一体化されている
   請求項１記載の温度計。
3. 第１のリード線と、
   第２のリード線と、
   第１の管と、
   第２の管と、
   第３の管と、
   第４の管と、
   感温素子と、
   を有し、
   前記第１のリード線は、前記第１の管の孔に通されており、
   前記第２のリード線は、前記第２の管の孔に通されており、
   前記第１のリード線が通されている前記第１の管は、前記第３の管の孔に通されており、
   前記第２のリード線が通されている前記第２の管は、前記第４の管の孔に通されており、
   前記第１の管と前記第３の管とのいずれかが絶縁性材料にて形成されており、
   前記第２の管と前記第４の管とのいずれかが絶縁性材料にて形成されており、
   前記第１及び第２のリード線の端部に前記感温素子が接続されており、
   前記第１の管は、前記第３の管の孔内において可動であり、
   前記第２の管は、前記第４の管の孔内において可動である
   温度計。
4. 前記第３の管と前記第４の管とが一体化されている
   請求項３記載の温度計。

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