JPH0114899Y2 - - Google Patents
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- JPH0114899Y2 JPH0114899Y2 JP13252383U JP13252383U JPH0114899Y2 JP H0114899 Y2 JPH0114899 Y2 JP H0114899Y2 JP 13252383 U JP13252383 U JP 13252383U JP 13252383 U JP13252383 U JP 13252383U JP H0114899 Y2 JPH0114899 Y2 JP H0114899Y2
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- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
Description
この考案は、高温度測定用熱電対に係り、特
に、黒鉛（負側）とタンタル線（正側）によつて
構成した高温度測定用熱電対に関する。 窯業炉、例えばSiC（シリコンカーバイト）製
造炉、電融アルミナ炉または黒鉛化炉など、超高
温度を取り扱う現場では、2000℃を超える超高温
度に耐え、取扱いが簡便で安価な熱電対が要望さ
れている。2000℃以上の測定となると、材料自体
の耐熱性の点から、選択できる材料もごく限られ
ており、 SiC− Ｃ 熱電対 SiC−SiC熱電対 Ｃ− Ｃ 熱電対 Ｃ− Ｗ 熱電対 等が報告されている。また、卑金属熱電対とし
て、Ｗ−Ｗ・Re熱電対が代表的な超高温用熱電
対として取り上げられている。 ところで、上述した熱電対のうち、非金属熱電
対は、熱電対に適合した形で材料を入手すること
が困難である。例えば、Ｃ−Ｃ熱電対において
は、ソフトカーボン−ハードカーボンの組合わせ
になろうが、その材料入手がむずかしい。また、
卑金属熱電対においても、ＷやＷ・Reの寸法の
大きなものを入手することが困難である上、Re
（レニウム）が極めて高価であるため、熱電対自
体も高価となる欠点をもつている。 この考案は、上記の事情に鑑みてなされたもの
で、黒鉛を負側の素線とし、卑金属特にTa（タン
タル）を正側の素線とする熱電対によつて、安価
かつ簡便な高温測定用熱電対を提供することを目
的としている。 さらに詳述すると、この考案は黒鉛Ｃおよび
Taが、第１表に示すように3000℃以上の融点を
持つこと、および比較的入手し易いことに着眼し
てなされたもので、一端が閉端された黒鉛製の管
を負側の素線とし、前記管の中空部に張設され、
一端が前記管の閉端側に電気的に接合される一
方、他端が前記管の他端外方にバネでけん引され
る金属線を正側の素線とする第１の熱電対と、前
記管の他端側に取付けられ、その箇所の温度を検
出する第２の熱電対とを具備することを特徴とす
る。
に、黒鉛（負側）とタンタル線（正側）によつて
構成した高温度測定用熱電対に関する。 窯業炉、例えばSiC（シリコンカーバイト）製
造炉、電融アルミナ炉または黒鉛化炉など、超高
温度を取り扱う現場では、2000℃を超える超高温
度に耐え、取扱いが簡便で安価な熱電対が要望さ
れている。2000℃以上の測定となると、材料自体
の耐熱性の点から、選択できる材料もごく限られ
ており、 SiC− Ｃ 熱電対 SiC−SiC熱電対 Ｃ− Ｃ 熱電対 Ｃ− Ｗ 熱電対 等が報告されている。また、卑金属熱電対とし
て、Ｗ−Ｗ・Re熱電対が代表的な超高温用熱電
対として取り上げられている。 ところで、上述した熱電対のうち、非金属熱電
対は、熱電対に適合した形で材料を入手すること
が困難である。例えば、Ｃ−Ｃ熱電対において
は、ソフトカーボン−ハードカーボンの組合わせ
になろうが、その材料入手がむずかしい。また、
卑金属熱電対においても、ＷやＷ・Reの寸法の
大きなものを入手することが困難である上、Re
（レニウム）が極めて高価であるため、熱電対自
体も高価となる欠点をもつている。 この考案は、上記の事情に鑑みてなされたもの
で、黒鉛を負側の素線とし、卑金属特にTa（タン
タル）を正側の素線とする熱電対によつて、安価
かつ簡便な高温測定用熱電対を提供することを目
的としている。 さらに詳述すると、この考案は黒鉛Ｃおよび
Taが、第１表に示すように3000℃以上の融点を
持つこと、および比較的入手し易いことに着眼し
てなされたもので、一端が閉端された黒鉛製の管
を負側の素線とし、前記管の中空部に張設され、
一端が前記管の閉端側に電気的に接合される一
方、他端が前記管の他端外方にバネでけん引され
る金属線を正側の素線とする第１の熱電対と、前
記管の他端側に取付けられ、その箇所の温度を検
出する第２の熱電対とを具備することを特徴とす
る。
【表】
なお、Ta−Ｃ熱電対の他にも、Ｃ−Ｃ，Ta−
Nb，Ta−Ta・Nb系合金、Nb−TaNb系合金の
熱電対が考えられるが、Ｃ−Ｃ熱電対は前述した
ようにソフトカーボン−ハードカーボンの組合わ
せに使用する材料の入手が困難であり、Nb系熱
電対は融点からみて、使用温度域がやや低い範囲
になる。また、Ｗ，Re，Ptは高価であり、本考
案の目的に適合しない。 以下、図面を参照して、本考案の実施例を説明
する。 第１図は本考案の一実施例の構成を示す縦断面
図、第２図は同実施例の構成を示す、一部を断面
にした斜視図、第３図は同実施例の要部の電気的
な等価図、第４図は同実施例の黒鉛管の構成を示
す分解断面図である。これらの図において、１は
長さ500mm、外径18mmφ、内径６mmφの黒鉛製の
管であり、管１の中空部両端にはめねじ１ａ，１
ｂが切つてある。この管１の一端（図の左端；温
接点側）は、めねじ１ａに螺合するボルト状の栓
体２によつて閉端されている。一方、管１の他端
（冷接点側）のめねじ１ｂには、軸心部に３mmφ
の貫通孔３ａを有するボルト状の栓体３が螺合さ
れ、この貫通孔３ａには外径2.5mmφのアルミナ
絶縁管４が挿入され、耐熱セメント４ａによつて
栓体３に固定されている。また、前記栓体２に
は、軸心部に、１mm角の細溝２ａと、この細溝２
ａを栓体２の中腹部に開口する１mmφの細穴２ｂ
とが形成されており、これら細溝２ａ、細穴２ｂ
には、タンタル線５の一端５ａが挿通され、栓体
２にくくりつけられ、電気的に接合せられてい
る。このタンタル線５は0.55mmφで、焼鈍処理済
の高純度品である。さて、タンタル線５は管１の
中空部に張設されて前記アルミナ絶縁管４を通
り、その他端５ｂが栓体３の外方に設けられたバ
ネ６によつて図の右方へけん引されている。すな
わち、タンタル線５の他端５ｂがバネ６の一端６
ａに固定される一方、バネ６の他端６ｂは形状略
コ字状の針金７ａに絶縁テープ７ｂを介して固定
され、タンタル線５は栓体３の外方へけん引され
ている。ここで、上記針金７ａは締付部材７ｃを
介して管１に取付けられ、これらの構成要素７ａ
〜７ｃが支持部材７を構成している。 また、管１と栓体３の接合部には負側のタンタ
ルリード線８が接続され、タンタル線５の他端５
ｂからはそのまゝタンタル線が延長されて正側の
リード線９を成している。本構成によつて、タン
タルリード線８，９の両端に熱起電力が得られ
る。さらに冷接点側の栓体３の頭部には1.5mmφ
の横穴３ｂが形成され、外径１mmφのクロメル−
アルメル熱電対（CA熱電対）１０が挿入・固定
されている。これは、本実施例においては、冷接
点側（栓体３側）をフレキシブルな構造にするこ
とができず、通常の熱電対のように冷接点側を０
℃または20℃の一定温度に保つことが極めて困難
であるからである。この結果、黒鉛製の管１とタ
ンタル線５とからなるTa−Ｃ熱電対１１（第１
の熱電対）の起電力は、温接点側（栓体２側）の
温度t1℃と冷接点側（栓側３側）の温度t2℃の差
（t1−t2）℃の関数として表現される。こうして、
CA熱電対１０（温度t2℃を測定）とTa−Ｃ熱電
対１１とから本実施例の熱電対１２が構成され
る。 このような構成によれば、管１の中空部は、高
温時に中性ガスCO2やCOの還元性雰囲気で満さ
れるため、極めて酸化され易いタンタル線５の酸
化を防止することができ好都合である。また、タ
ンタル線５は、バネ６によつて引張られているの
で、熱膨張によつて伸びても弛みが生じることな
く、管１と電気的に接触するのを防止できる。 次に、第５図は、上記構成を有する熱電対１２
の温度特性を測定するための検定炉の構成を示す
断面図である。この図において、２１は検定炉で
ある。この検定炉２１は、アルミナ製炉芯管（内
径20φ）２２と、その外周に巻回されたヒータ２
３とを具備し、ヒータ２３は、AC100Vの定電圧
電源２４からスライダツク２５、電流計２６、電
圧計２７を介して供給される電流によつて発熱す
る。これによつて炉芯管２２の管内２２ａが加熱
され、その温度t1℃は、炉芯管２２の一端２２ｂ
（図の左端）から管内２２ａへ挿入された３，2φ
のCA熱電対２８によつて測定される。また、同
一端２２ｂから管内２２ａへはアルミナ管２９が
挿入され、これを介して毎分１の窒素ガス
（N2）が管内２２ａへ送り込まれている。一方、
炉芯管２２の他端２２ｃからは、検定すべき熱電
対１２が管内２２ａに挿入され、その出力電圧△
Ｅが図示せぬ電圧計によつて測定される。 次に、上記検定炉２１において、４本の試作熱
電対１２を検定した結果について、以下に説明す
る。この場合、４本の試作熱電対１２を熱電対No.
１〜No.４と呼ぶことにする。 第６図は、横軸に（t1＋t2）℃、縦軸に熱電
能、すなわち△Ｅ／（t1−t2）（μV／℃）をとり、
各熱電対No.１〜No.４につき、上記の関係を示した
ものである。また、第７図は同様のグラフに、熱
電対No.３の１回目の検定(1)と２回目の検定(2)の結
果を描いたものである。 第６図から、熱電対No.１〜No.４の出力電圧△Ｅ
を温度差（t1−t2）℃で除した熱電能と温度和
（t1＋t2）℃との関係は、直線的にはならないが、
類似の傾向を示すことがわかる。また、第７図か
ら、検定(1)と(2)の差異は、（t1＋t2）＝1000℃のと
き2.6％、1500℃のとき2.2％であり、この熱電対
が優れた再現性を有していることがわかる。 次に、第６図、第７図の結果から、試作熱電対
No.１〜No.４の０〜1500℃の熱起電力特性Ｅを求め
る。ここで、熱電対No.１〜No.４の冷接点温度は０
℃基準として求める。熱起電力Ｅを温度ｔの３次
式で近似すると（第６，７図から２次式では良い
近似ができないため）、温接点温度をｔ，t1，t2
（℃）としたときの熱電対No.１〜No.４の熱起電力
を各々Ｅ，E1，E2（μV）として、 Ｅ＝at＋bt2＋ct3… (1) △Ｅ＝E1−E2＝ａ(t1-t2)＋ｂ(t1-t2)(t1+t2) ＋ｃ(t1-t2)(t1 2+t1t2+t2 2)… (2) △Ε／t1−t2＝ａ＋ｂ(t1+t2)＋ｃ(t1 2+t1t2+t2 2) … (3) となり、(3)式に第６図、第７図の結果を代入し
て、係数ａ，ｂ，ｃを求めると第２表のようにな
る。
Nb，Ta−Ta・Nb系合金、Nb−TaNb系合金の
熱電対が考えられるが、Ｃ−Ｃ熱電対は前述した
ようにソフトカーボン−ハードカーボンの組合わ
せに使用する材料の入手が困難であり、Nb系熱
電対は融点からみて、使用温度域がやや低い範囲
になる。また、Ｗ，Re，Ptは高価であり、本考
案の目的に適合しない。 以下、図面を参照して、本考案の実施例を説明
する。 第１図は本考案の一実施例の構成を示す縦断面
図、第２図は同実施例の構成を示す、一部を断面
にした斜視図、第３図は同実施例の要部の電気的
な等価図、第４図は同実施例の黒鉛管の構成を示
す分解断面図である。これらの図において、１は
長さ500mm、外径18mmφ、内径６mmφの黒鉛製の
管であり、管１の中空部両端にはめねじ１ａ，１
ｂが切つてある。この管１の一端（図の左端；温
接点側）は、めねじ１ａに螺合するボルト状の栓
体２によつて閉端されている。一方、管１の他端
（冷接点側）のめねじ１ｂには、軸心部に３mmφ
の貫通孔３ａを有するボルト状の栓体３が螺合さ
れ、この貫通孔３ａには外径2.5mmφのアルミナ
絶縁管４が挿入され、耐熱セメント４ａによつて
栓体３に固定されている。また、前記栓体２に
は、軸心部に、１mm角の細溝２ａと、この細溝２
ａを栓体２の中腹部に開口する１mmφの細穴２ｂ
とが形成されており、これら細溝２ａ、細穴２ｂ
には、タンタル線５の一端５ａが挿通され、栓体
２にくくりつけられ、電気的に接合せられてい
る。このタンタル線５は0.55mmφで、焼鈍処理済
の高純度品である。さて、タンタル線５は管１の
中空部に張設されて前記アルミナ絶縁管４を通
り、その他端５ｂが栓体３の外方に設けられたバ
ネ６によつて図の右方へけん引されている。すな
わち、タンタル線５の他端５ｂがバネ６の一端６
ａに固定される一方、バネ６の他端６ｂは形状略
コ字状の針金７ａに絶縁テープ７ｂを介して固定
され、タンタル線５は栓体３の外方へけん引され
ている。ここで、上記針金７ａは締付部材７ｃを
介して管１に取付けられ、これらの構成要素７ａ
〜７ｃが支持部材７を構成している。 また、管１と栓体３の接合部には負側のタンタ
ルリード線８が接続され、タンタル線５の他端５
ｂからはそのまゝタンタル線が延長されて正側の
リード線９を成している。本構成によつて、タン
タルリード線８，９の両端に熱起電力が得られ
る。さらに冷接点側の栓体３の頭部には1.5mmφ
の横穴３ｂが形成され、外径１mmφのクロメル−
アルメル熱電対（CA熱電対）１０が挿入・固定
されている。これは、本実施例においては、冷接
点側（栓体３側）をフレキシブルな構造にするこ
とができず、通常の熱電対のように冷接点側を０
℃または20℃の一定温度に保つことが極めて困難
であるからである。この結果、黒鉛製の管１とタ
ンタル線５とからなるTa−Ｃ熱電対１１（第１
の熱電対）の起電力は、温接点側（栓体２側）の
温度t1℃と冷接点側（栓側３側）の温度t2℃の差
（t1−t2）℃の関数として表現される。こうして、
CA熱電対１０（温度t2℃を測定）とTa−Ｃ熱電
対１１とから本実施例の熱電対１２が構成され
る。 このような構成によれば、管１の中空部は、高
温時に中性ガスCO2やCOの還元性雰囲気で満さ
れるため、極めて酸化され易いタンタル線５の酸
化を防止することができ好都合である。また、タ
ンタル線５は、バネ６によつて引張られているの
で、熱膨張によつて伸びても弛みが生じることな
く、管１と電気的に接触するのを防止できる。 次に、第５図は、上記構成を有する熱電対１２
の温度特性を測定するための検定炉の構成を示す
断面図である。この図において、２１は検定炉で
ある。この検定炉２１は、アルミナ製炉芯管（内
径20φ）２２と、その外周に巻回されたヒータ２
３とを具備し、ヒータ２３は、AC100Vの定電圧
電源２４からスライダツク２５、電流計２６、電
圧計２７を介して供給される電流によつて発熱す
る。これによつて炉芯管２２の管内２２ａが加熱
され、その温度t1℃は、炉芯管２２の一端２２ｂ
（図の左端）から管内２２ａへ挿入された３，2φ
のCA熱電対２８によつて測定される。また、同
一端２２ｂから管内２２ａへはアルミナ管２９が
挿入され、これを介して毎分１の窒素ガス
（N2）が管内２２ａへ送り込まれている。一方、
炉芯管２２の他端２２ｃからは、検定すべき熱電
対１２が管内２２ａに挿入され、その出力電圧△
Ｅが図示せぬ電圧計によつて測定される。 次に、上記検定炉２１において、４本の試作熱
電対１２を検定した結果について、以下に説明す
る。この場合、４本の試作熱電対１２を熱電対No.
１〜No.４と呼ぶことにする。 第６図は、横軸に（t1＋t2）℃、縦軸に熱電
能、すなわち△Ｅ／（t1−t2）（μV／℃）をとり、
各熱電対No.１〜No.４につき、上記の関係を示した
ものである。また、第７図は同様のグラフに、熱
電対No.３の１回目の検定(1)と２回目の検定(2)の結
果を描いたものである。 第６図から、熱電対No.１〜No.４の出力電圧△Ｅ
を温度差（t1−t2）℃で除した熱電能と温度和
（t1＋t2）℃との関係は、直線的にはならないが、
類似の傾向を示すことがわかる。また、第７図か
ら、検定(1)と(2)の差異は、（t1＋t2）＝1000℃のと
き2.6％、1500℃のとき2.2％であり、この熱電対
が優れた再現性を有していることがわかる。 次に、第６図、第７図の結果から、試作熱電対
No.１〜No.４の０〜1500℃の熱起電力特性Ｅを求め
る。ここで、熱電対No.１〜No.４の冷接点温度は０
℃基準として求める。熱起電力Ｅを温度ｔの３次
式で近似すると（第６，７図から２次式では良い
近似ができないため）、温接点温度をｔ，t1，t2
（℃）としたときの熱電対No.１〜No.４の熱起電力
を各々Ｅ，E1，E2（μV）として、 Ｅ＝at＋bt2＋ct3… (1) △Ｅ＝E1−E2＝ａ(t1-t2)＋ｂ(t1-t2)(t1+t2) ＋ｃ(t1-t2)(t1 2+t1t2+t2 2)… (2) △Ε／t1−t2＝ａ＋ｂ(t1+t2)＋ｃ(t1 2+t1t2+t2 2) … (3) となり、(3)式に第６図、第７図の結果を代入し
て、係数ａ，ｂ，ｃを求めると第２表のようにな
る。
【表】
この結果から、高温部で影響の強い係数ｂ，ｃ
に着眼すると、試作熱電対No.１〜No.４のうち、No.
１とNo.４、No.２とNo.３の特性が各々類似している
ことがわかる。そして、各熱電対について予め検
定しておけば、高温度測定用として十分に利用可
能であることが示される。 次に一例として、試作熱電対No.２に関して、第
２表の係数ａ＝−4.423，ｂ＝0.02194，ｃ＝−
9.172×10-6を用いて求めた。温接点温度t1℃と熱
起電力Ｅ（mV）との関係を第８図に示す。この
図において、1000℃で約8mVの出力が得られる
ことがわかる。これは、市販メータで充分に検知
できる値であり、実用化に際しては、1000℃〜
2000℃での検定を実施しておけば熱電対１２によ
つて高精度、超高温度測定が可能であることを示
している。なお、０〜200℃付近で負の出力特性
となつているが、これは３次式近似によるもの
か、実際の出力特性がそうであるのか不明であ
る。しかし、本Ta−Ｃ熱電対が超高温用である
ことを考慮すれば、この領域についての考察は不
要である。 以上説明したように、この考案は、黒鉛を負側
の素線とし、卑金属特にタンタル（Ta）を正側
の素線とする熱電対を構成したので、安価かつ簡
便な高温測定用熱電対を提供することができる。
に着眼すると、試作熱電対No.１〜No.４のうち、No.
１とNo.４、No.２とNo.３の特性が各々類似している
ことがわかる。そして、各熱電対について予め検
定しておけば、高温度測定用として十分に利用可
能であることが示される。 次に一例として、試作熱電対No.２に関して、第
２表の係数ａ＝−4.423，ｂ＝0.02194，ｃ＝−
9.172×10-6を用いて求めた。温接点温度t1℃と熱
起電力Ｅ（mV）との関係を第８図に示す。この
図において、1000℃で約8mVの出力が得られる
ことがわかる。これは、市販メータで充分に検知
できる値であり、実用化に際しては、1000℃〜
2000℃での検定を実施しておけば熱電対１２によ
つて高精度、超高温度測定が可能であることを示
している。なお、０〜200℃付近で負の出力特性
となつているが、これは３次式近似によるもの
か、実際の出力特性がそうであるのか不明であ
る。しかし、本Ta−Ｃ熱電対が超高温用である
ことを考慮すれば、この領域についての考察は不
要である。 以上説明したように、この考案は、黒鉛を負側
の素線とし、卑金属特にタンタル（Ta）を正側
の素線とする熱電対を構成したので、安価かつ簡
便な高温測定用熱電対を提供することができる。
第１図は本考案の一実施例の構成を示す縦断面
図、第２図は同実施例の構成を示す、一部を断面
にした斜視図、第３図は同実施例の要部の電気的
な等価図、第４図イ〜ニは同実施例の黒鉛管の構
成を示す分解断面図、第５図は試作熱電対１２を
検定するための検定炉の構成を示す断面図、第６
図は各試作熱電対No.１〜No.４につき、温度（t1＋
t2）℃と熱電能△Ｅ／（t1−t2）（μV／℃）との
関係を示すグラフ、第７図は、試作熱電対No.３に
つき、第１回目と第２回目の検定における前記関
係を示すグラフ、第８図は、試作熱電対No.２につ
き、近似式によつて求められた温接点温度t1℃と
熱起電力Ｅ（mV）との関係を示すグラフである。 １…管、５…タンタル線（金属線）、６…バネ、
１０…CA熱電対（第２の熱電対）、１１…Ta−
ｃ熱電対（第１の熱電対）、１２…第１および第
２の熱電対からなる熱電対。
図、第２図は同実施例の構成を示す、一部を断面
にした斜視図、第３図は同実施例の要部の電気的
な等価図、第４図イ〜ニは同実施例の黒鉛管の構
成を示す分解断面図、第５図は試作熱電対１２を
検定するための検定炉の構成を示す断面図、第６
図は各試作熱電対No.１〜No.４につき、温度（t1＋
t2）℃と熱電能△Ｅ／（t1−t2）（μV／℃）との
関係を示すグラフ、第７図は、試作熱電対No.３に
つき、第１回目と第２回目の検定における前記関
係を示すグラフ、第８図は、試作熱電対No.２につ
き、近似式によつて求められた温接点温度t1℃と
熱起電力Ｅ（mV）との関係を示すグラフである。 １…管、５…タンタル線（金属線）、６…バネ、
１０…CA熱電対（第２の熱電対）、１１…Ta−
ｃ熱電対（第１の熱電対）、１２…第１および第
２の熱電対からなる熱電対。
Claims (1)
- 【実用新案登録請求の範囲】 １ 一端が閉端された黒鉛製の管を負側の素線と
し、前記管の中空部に張設され、一端が前記管
の閉端側に電気的に接合される一方、他端が前
記管の他端外方にバネでけん引される金属線を
正側の素線とする第１の熱電対と、前記管の他
端側に取付けられ、その箇所の温度を検出する
第２の熱電対とを具備することを特徴とする高
温度測定用熱電対。 ２ 前記金属線はタンタル線であることを特徴と
する実用新案登録請求の範囲第１項記載の高温
度測定用熱電対。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13252383U JPS6039943U (ja) | 1983-08-27 | 1983-08-27 | 高温度測定用熱電対 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13252383U JPS6039943U (ja) | 1983-08-27 | 1983-08-27 | 高温度測定用熱電対 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6039943U JPS6039943U (ja) | 1985-03-20 |
| JPH0114899Y2 true JPH0114899Y2 (ja) | 1989-05-02 |
Family
ID=30299240
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13252383U Granted JPS6039943U (ja) | 1983-08-27 | 1983-08-27 | 高温度測定用熱電対 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6039943U (ja) |
-
1983
- 1983-08-27 JP JP13252383U patent/JPS6039943U/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6039943U (ja) | 1985-03-20 |
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