JPH0453554Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は、真空熱処理炉の内部のような高温雰
囲気の温度測定に利用される光フアイバー式温度
センサーに関するものである。

［従来の技術］ 光フアイバー式の温度センサーは、フアイバー
先端の受光端を目的の測温雰囲気に臨んでセツト
し、その受光端からフアイバー内を伝送される光
を外部の受光素子に導き光強度等を計測すること
により、簡単かつ精度よく温度測定が行なえるも
ので、かかる点より上記真空熱処理炉のような高
温雰囲気の温度測定手段として有用なものと考え
られている。すなわち、この種の温度センサを利
用すれば、測温雰囲気から外部に細径（通常１mm
以下）の光フアイバーを施設するだけでよく、測
温雰囲気の気密性保持が容易であるし、光高温計
や放射温度計を使用する場合のように観察窓の類
を設ける必要もない。また、熱電対のように故障
発生の頻度が高い不具合もないし、それに比較し
て遥かに高温域まで測温可能となることなどの利
点が多く挙げられる。

［考案の解決しようとする問題点］ ところが、光フアイバー式温度センサーを高温
雰囲気の温度測定に利用する場合の一つの問題点
として、石英ガラス等で形成されている光フアイ
バー（コア）が大気中で高温に長時間保持される
場合、酸化して徐々に変質し光伝送能力が経時的
に劣化することがある。また、同様に腐蝕性ガス
の雰囲気に光フアイバーを曝するような測温態様
の場合も同様の現象が起こる。そして、このよう
な理由で光フアイバーに光伝送能力の低下を来た
すと、勿論感度や測温精度が悪化することにな
る。

本考案は、上記問題点に着目し、長時間高温の
測温雰囲気や大気あるいは腐蝕性ガス中で使用す
るようにしても、光フアイバーの変質による性能
劣化を来たすことのない改良された温度センサー
を提供するものである。

［問題点を解決するための手段］ 本考案は、この目的を達成するために、光フア
イバーの先端部を、内部を真空排気した保護管に
挿填するとともに、光フアイバーの受光端を、該
保護管先端に設けられ炉内位置に配置されるター
ゲツトの内面から離反させて該ターゲツト内面が
その全視野を占める範囲内で炉外位置に配置し、
さらに保護管の炉外延出部を冷却してなることを
特徴としている。

［作用］ このように光フアイバーの先端部を保護管に挿
填し、その内部を真空排気した状態で測温すれ
ば、加熱される光フアイバーの先端部を酸素を含
む大気や有害な測温雰囲気ガスと接触を遮断する
ことができ、光フアイバーの酸化や腐蝕に起因す
る性能低下を確実に防止することができる。その
上、このものは保護管の内部を真空排気し、光の
透過を妨げるガスを存在させないので、光フアイ
バーの光伝送効率を従来に比べて一層向上させる
ことができる。

また、このように光フアイバーの先端部を保護
管に挿填し、その受光端を保護管先端のターゲツ
ト内面から所定の距離だけ離反した状態で測温に
供すれば、保護管先端のターゲツトが直接高温雰
囲気に曝されても、光フアイバーの先端部は測温
雰囲気から離れた低温部に配置させることができ
る。しかも、このものは保護管の炉外延出部、す
なわち光フアイバーの先端部を冷却するようにし
ている。したがつて、光フアイバーの先端部の加
熱昇温を低く抑えることができ、これに伴なう光
フアイバーの変質劣化を軽減することができる。
そして、このさいの温度測定は、保護管先端のタ
ーゲツト内面から測温雰囲気の温度に対応して発
行される光を光フアイバーがその受光端に受け、
これを適宜の受光素子に伝送することにより行な
われる。

［実施例］ 以下、本考案の一実施例を図面を参照して説明
して行く。

図面は、一例として真空熱処理炉の炉内温度の
測定に利用される光フアイバー式温度センサーに
本考案を適用した場合を概略図示している。図に
おいて、１は真空熱処理炉で、炉殻２の内面に断
熱材３を内張して構成されている。この真空炉１
は、内部にヒータ４を備え該ヒータ４で炉内の処
理物を加熱昇温する。

そして、真空炉１に光フアイバー５とシリコン
フオトセルのような受光センサー１３等を組み合
せて構成される光フアイバー式温度センサーを付
設している。光フアイバー５は、その先端の受光
端５ａから適当な長さの先端部５Ａを中空の保護
管６の内部に挿填されており、この保護管６を炉
壁２，３に挿着して該保護管６と共に所定の位置
にセツトされている。保護管６は全体がステンレ
ス鋼やインコネル等の耐熱材料で形成されている
とともに、先端に炉内温度に応じて発光するコー
ン状のターゲツト６Ａを一体に設けている。ま
た、保護管６はその基端に底版部６Ｂを一体に蓋
着しており、その内部が気密構造となつている。
そして、この保護管６に対し、光フアイバー５は
その底版部６Ｂから気密でかつ同心に差し込まれ
て内部を軸方向に挿通され、先端の受光端５ａを
前記ターゲツト６Ａの内面と離反して、所定の距
離Ｌを置いた遠方位置に配置されている。この距
離Ｌは、保護管先端におけるターゲツト６Ａの内
面６ａ光フアイバー５の受光端５ａの全視野を占
める範囲、つまり保護管６の余の内周壁面６ｃが
直接その視界に入らない範囲内で出来るだけ大き
い寸法に設定される。そして、この実施例の場合
では保護管先端のターゲツト６Ａを炉内の測温雰
囲気に臨む所定の位置にセツトした状態で、光フ
アイバー５の受光端５ａが炉壁２，３を挟み炉外
に位置するように調整している。このとき、上記
の条件を満たす離反距離Ｌを必要な大きさまでと
れない場合は、図示破線のように光を収束する集
光レンズ１２を保護管６内に介設するようにして
もよい。

かくして、保護管６内に光フアイバー５を挿填
しているとともに、この実施例では光フアイバー
５の変質防止をより確実ならしめるために、次の
ような手段を付加している。まず、中空の保護管
６に、その基端側の一側に内部と連通する排気管
７を連結し、この排気管７を開閉切換自在のコツ
ク８介して真空ポンプ９の吸込口９ａに接続して
いる。すなわち、保護管６内で光フアイバー５の
先端部５Ａを取り巻く雰囲気を真空にした測温を
可能ならしめている。そして、必要に応じては、
真空排気後更に保護管６内に不活性ガス封入して
不活性ガス雰囲気下で測温することも可能であ
る。また、光フアイバー５の受光端５ａ周辺に当
る炉外の保護管６上に、その入口１０ａから出口
１０ｂに図示矢印のように冷却水を流通させるウ
オータージヤケツト１０を設け、保護管６の当該
部分を強制冷却するようにしている。つまり、こ
れにより保護管６の先端高温部からの熱伝導等に
より光フアイバー５の先端部５Ａが加熱昇温する
のをより有効に抑えることができる。

しかして、かかる温度センサーによる炉内温度
の測定を行なうときには、前述のように、保護管
６先端のターゲツト６Ａを測温雰囲気に臨む炉内
の所定位置に挿入する一方、光フアイバー先端の
受光端５ａを保護管６内で炉外に位置させる。す
ると、保護管６のターゲツト６Ａは測温雰囲気の
温度に対応してその内面６ａから発光し、このタ
ーゲツト内面６ａからの光を受光端５ａから光フ
アイバー５が受光する。このさい、光フアイバー
５の受光端５ａの全視野をターゲツト内面６ａが
占めるように設定されているから、両者が遠方位
置に離反していても測定誤差をもたらす余分な保
護管内周壁面６ｃからの光の受光が防止される。
そして、光フアイバー５内を伝送される光は、最
終的にその末端から波長選択フイルター１３ａを
通して受光センサー１３に伝えられ、前記ターゲ
ツト６Ａの放射率をフアクターとして温度計測さ
れる。

以上のようにして炉内温度を測定するようにす
れば、保護管６に挿填された光フアイバー５の先
端部５Ａが直接高温雰囲気に曝されない炉外の低
温部に置かれるため、高温に長時間加熱されるこ
とに起因する光フアイバー５の変質劣化を有効に
軽減できるものとなる。加えて、この実施例の場
合、保護管６内の真空排気により非反応性の雰囲
気が実現されること、それに伴い光の透過率が向
上すること、さらに、その受光端５ａの周辺部分
がウオータージヤケツト１０により更に強力に冷
却される強制冷却作用が加えられることにより、
光フアイバー５の酸化などによる変質は、これを
ほぼ完全に防止できるものとなり、それに伴ない
経時的な光伝送能力の低下を有効に防止すること
が可能となる。

以上、一実施例について説明したが、本考案は
勿論真空熱処理炉以外の高温雰囲気の温度測定一
般に利用可能できるものである。そして、いずれ
の使用態様においても、保護管先端のターゲツト
６Ａを高温の測温雰囲気に臨みセツトする一方、
光フアイバー５の受光端５ａは前記条件を満足し
つつこれより可及的遠方位置の低温側に配置して
使用するようにすればよい。そして、実施例のよ
うに、保護管６内の真空排気やウオータージヤケ
ツト１０を併用するようにすれば更に有効なもの
となるが、基本的には光フアイバー５の受光端５
ａをターゲツト６Ａと離反して遠方位置に配置す
ることだけでも相当大きな改善効果が得られる。
なお、冷却手段を併用する場合には、水冷に代え
てもとよりフアン空冷、自然空冷等も利用可能で
ある。

なお、図示の実施例では、便宜上保護管６を相
対的に大寸法のものとして示すが、これは直径１
mm以下の光フアイバー（コア）５を通せばよいか
ら、実用上、径大化して光フアイバー式センサー
の施設の簡便さを損なうことはない。また、図示
例では光フアイバー５の先端部５Ａを保護管６に
対し固定して用いる場合を例示したが、前記離反
距離Ｌの調整を便ならしめる上では、適当なフイ
ード機構を付設して光フアイバー５を保護管６内
で移動できる機構を採用してもよい。

なお、保護管先端のターゲツト６Ａには、測温
条件に応じ種々の放射率を有する材料を使用する
ことがてき、保護管６と一体に設ける場合に限ら
ず、同種もしくは異種の材料からなるものを着脱
可能に冠着することができる。

［考案の効果］ 以上のように本考案によると光フアイバー先端
部の所要長を内部を真空排気した保護管に挿填し
ているので、光フアイバーの酸化や腐蝕に起因す
る性能低下を有効に防止することができ、同時
に、光フアイバーの光伝送効率を高めて温度セン
サーとしての温度や精度を有効に向上させること
が可能になる。また、本考案によると光フアイバ
ーの受光端を、該光フアイバーが挿填される保護
管先端のターゲツトから離反させて炉外に配置
し、その部位を冷却しているので、光フアイバー
の先端部が測温雰囲気からの熱影響で高温化して
変質し、その光伝送能力の劣化に伴ない測温性能
が経時的に低下してしまう現象を有効に解決する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本考案の一実施例を示す光フアイバー式
温度センサーの断面概要図である。 １……真空熱処理炉、２……炉殻、３……断熱
材、４……ヒータ、５……光フアイバー、５ａ…
…受光端、５Ａ……先端部、６……保護管、６Ａ
……ターゲツト、６Ｂ……底版部、６ａ……ター
ゲツト内面、６ｃ……保護管内周壁面、７……排
気管、８……コツク、９……真空ポンプ、１０…
…ウオータージヤケツト、１０ａ……入口、１０
ｂ……出口、１２……集光レンズ、１３……受光
センサ、１３ａ……波長選択フイルタ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 光フアイバーの先端部を、内部を真空排気した
   保護管に挿填するとともに、光フアイバーの受光
   端を、該保護管先端に設けられ炉内位置に配置さ
   れるターゲツトの内面から離反させて該ターゲツ
   ト内面がその全視野を占める範囲内で炉外位置に
   配置し、さらに保護管の炉外延出部を冷却してな
   ることを特徴とする光フアイバー式温度センサ
   ー。