JPH0476799A

JPH0476799A - 熱電対温度センサの寿命判定及び寿命予測装置

Info

Publication number: JPH0476799A
Application number: JP2191301A
Authority: JP
Inventors: Shunji Ichida; 市田　俊司
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 1990-07-19
Filing date: 1990-07-19
Publication date: 1992-03-11

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明はシステムの温度制御等に用いられる熱電対温
度センサの寿命判定及び寿命予測装置に関するものであ
る。

〔従来の技術〕

熱電対温度センサは、温度制御等において用いられる調
節計、記録計、温度計等に利用されている。このような
熱電対温度センサは高温に晒されることにより熱電対が
劣化しその抵抗値が変化して検出精度が低下するので、
センサに寿命が来たことを判定しただ、あるいは寿命が
いつ来るのかを予測して、センサの取り替えを適確に行
う必要がある。

従来の熱電対温度センサの寿命判定及び寿命予測の方法
としては、次の方法が行われていた。

（１）ＪＴＳ　（Ｃ１６０２’−１９８１）解説等の連
続使用時間を参考にし、安全係数を掛けて寿命予測し、
取り替え時期を決定する。

（２）上記（１）を参考にするとともに、使用者各自が
使用状態に応して、蓄積したデータをもとに寿命予測し
、取り替え時期を決定する。

（３）蓄積データがない場合は、取り替え時期を余裕を
持って一定期間毎とする。

（４）標準熱電対を用意し、一定期間毎に標準熱電対と
比較して使用熱電対の精度、劣化状態を確認し、必要で
あれば交換する。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した従来の熱電対温度センサの寿命判定及び寿命予
測は、センサの使用環境の変化や熱衝撃の頻度などと無
関係に固定的であり、また、使用者の経験とか勘に顧る
部分があるため寿命判定及び予測の結果が正確でなく、
このためセンサの交換が早すぎて費用の損失が生したり
、または逆に交換が遅すぎてセンサの検出精度低下によ
る悪影響が生じることがあった。また、センサのチエツ
クを行うために、本来の温度制御等の動作を中断させな
ければならない場合もあった。

この発明は上記のような課題を解消するためになされた
もので、熱電対温度センサの寿命の判定及び予測を正確
に行って、センサの取り替えを適切に行うことのできる
熱電対温度センサの寿命判定及び寿命予測装置を提供す
ることを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

請求項（１）の発明による熱電対温度センサの寿命判定
装置は、熱電対の抵抗値をセンサの出力信号から演算す
ると共に、温度に対する抵抗値の初期値を予め記憶して
おき、現在の抵抗値と上記初期値との差が所定の限界値
を越えたとき、寿命が来たものと判定してその信号を出
力するようにしたものである。

また、請求項（２）の発明による熱電対温度センサの寿
命予測装置は、センサが検出した温度のサンプル値を記
憶すると共に、センサの使用基準温度と寿命との関係を
示す寿命情報を予め記憶し、また、センサが検出した温
度の経過時間を測定し、上記温度のサンプル値と、上記
測定された経過時間と上記寿命情報とに基づいて上記セ
ンサの寿命を予測するようにしたものである。

また、請求項（３）の発明による熱電対温度センサの寿
命判定及び寿命予測装置は、センサを収納するケースに
充填された絶縁物の絶縁抵抗に基づいてセンサの寿命の
判定及び予測を行うようにしたものである。

〔作　用〕

熱電対温度センサの寿命の判定及び予測を、センサの使
用環境の変化や熱衝撃の頻度等に対応しながら正確に行
うことができ、常にセンサの最も適切な交換時期を判定
、予測することができる。

〔実施例］以下、請求項（１）の発明の一実施例を図について説明
する。

図面において、１は熱電対温度センサ（以下、センサと
言う）であり、熱電対の抵抗分である抵抗Ｒ３と熱電対
の熱起電力Ｖ１とによる等価回路として示しである。２
はセンサ１の出力信号を取出すと共に定電流Ｉをセンサ
１に供給するための配線、３は定電流源、４は定電流源
３の定電流Ｉを配線２を通じてセンサ１に供給するスイ
ッチ、５はセンサ１の出力信号を増幅する増幅器、６は
増幅された上記出力信号をディジタル値に変換するＡ／
Ｄ変換器、７はＡ／Ｄ変換器４から得られるセンサ１の
ディジタル出力信号からセンサ１が使用されている炉内
温度等の温度を演算する温度演算部、１５は温度演算部
７の演算結果をコントローラ、レコーダ等の機器に出力
伝達する温度出力変換部で、例えば１〜５■、４〜２０
ｍＡのアナログ出力信号やディジタル通信出力信号等が
出力される。

８は上記ディジタル出力信号と温度演算部７で演算され
た温度とから上記センサ１の抵抗Ｒ１の抵抗値を演算す
る抵抗値演算部、９は抵抗値演算部８で演算された抵抗
値を間欠的にサンプリングした抵抗値を記憶保存する抵
抗値履歴保存部、１０は各種の熱電対の劣化時における
抵抗変化分を示す限界抵抗値が更新及び選択可能に記憶
された限界抵抗値記憶部、１６はセンサ１の温度と初期
抵抗値との関係が予め格納された初期抵抗値記憶部であ
る。センサ１の抵抗値は初期状態では小さく且つ抵抗値
の温度特性を持っているため、抵抗演算部８で抵抗値の
ドリフト量を測定することは困難であり、このためセン
サ１の種類毎に正確に個々のデータを持つ必要がある。

従って、試運転の時等に一点以上の温度について起電力
、抵抗値と温度との関係を上記初期抵抗値記憶部１６に
予め記憶しておく。

１１は初期抵抗値記憶部１６に記憶された上記初期抵抗
値と抵抗値演算部８から得られる現在の抵抗値との差を
求め、この差の値と上記限界抵抗値とを比較する寿命判
定部である。

１２はセンサ１の劣化を表わすアレニウスの式に用いら
れる各種パラメータを記憶する抵抗値劣化傾向記憶部、
１３は上記各種パラメータと抵抗値履歴保存部９に記憶
された上記サンプリングされた抵抗値とに基づいてセン
サ１の寿命予測を行う寿命予測演算部、１４は寿命判定
部１１の判定結果又は寿命予測演算部１３の予測結果に
基づいて、外部インタフェースや表示器等により、セン
サ１の寿命が来たこと、又は寿命予測時期を外部の人に
通知する表示信号等の通知信号を作る通知機能部である
。上記外部インタフェースとしては、寿命判定ではトラ
ンジスタやリレーのスイッチ信号があり、寿命予測では
ディジタル信号通信やアナログ電圧又は電流信号等があ
る。

次に、上記構成による動作について説明する。

センサ１は図示のような等価的に熱起電力■１と抵抗Ｒ
１とに分けて考えることができる。この抵抗Ｒ，が熱電
対が高温下や各種雰囲気に晒されることによって、劣化
し、Ｒ，の変化として現われる。

スイッチ４は抵抗値を電圧に変換するための定電流＃Ｉ
の定を流を０Ｎ−ＯＦＦするためのものであり、ＯＮで
定電流ＩがＲ１を流れ、ＩＸＲ＋■１の式で求まる電圧
が増幅器５の人力として現われる。またスイッチ４がＯ
ＦＦでは、増幅器５の入力インピーダンスは非常に高い
ので、Ｒ。

の影響を受けずに、熱起電力ｖ１のみが増幅器５の入力
として加えられる。Ａ／Ｄ変換器６は、増幅器５の出力
をディジタル値に変換する。

抵抗値演算部９はスイッチ４のＯＮ時の上記式から■、
を、温度演算部７の演算結果を用いて取り除く機能をも
つ。即ち、Ａ／Ｄ変換器６の出力値からＶ、に相当する
出力値を減算し、さらに定電流値Ｉに比例する量で割る
と、Ｒ１の抵抗値が得られる。限界抵抗値記憶部１０に
は、予め各種熱電対の劣化時の抵抗変化分が記憶されて
いる。

つた抵抗値履歴保存部９にはある時間間隔でサンプリン
グされた抵抗値が保存されている。

寿命判定部１１は抵抗値演算部８で得られた現在の抵抗
値と初期抵抗値記憶部１６に記憶されている上記初期抵
抗値との差を演算し、この差の値と上記限界抵抗値とを
比較する。この結果、上記差の値が限界抵抗値を越えて
いれば、通知機能部１４へ信号が出される。通知機能部
１５では、表示器や外部インタフェースなどによって人
にセンサ１の寿命がきたことを知らせる。

次に、寿命予測は単なる限界値との比較ではなく、劣化
傾向を表す後述のアレニウスの式に抵抗変化を当てはめ
、この履歴の経過から、センサｌの寿命を予測する。こ
のために抵抗値劣化傾向記憶部１２は、抵抗値の変化傾
向をアレニウスの式に当てはめる場合の各種パラメータ
を予め記憶しておく。なおこのパラメータを学習させる
ことも可能である。寿命予測演算部１３は上記各種パラ
メータと抵抗値履歴保存部９に記憶された抵抗値の変化
履歴とから例えばアレニウスの式に基づいて寿命を予測
する。

次に、寿命予測を行うための一例としてアレニウスの式
を用いた演算処理の方法について述べる。

一般に抵抗体の劣化の速度は、温度が高いほど大きくな
る。いま、温度をＴとすると、劣化の速度は化学反応で
用いられるアレニウスの経験式を適用することにより、Ｅａ劣化速度＝（定数）・ｅＫｐ（−肩）・・・・・・（１
）と表される。ここで、Ｅａは活性化エネルギー（反応
を引き起こすために必要なエネルギー）。

ｋはボルツマン定数である。

また、寿命は劣化速度に反比例すると考えられるから、Ｅａ寿命−（定数）・ｅ　ｘ　ｐ　（−）　　　　・・・・
・・（２）Ｔとなり、上記（２）式より寿命を求めることができる。

寿命予測部１３の予測結果は通知機能部１４に送られ、
通知機能部１４は、センサ１の寿命が来る時期を外部に
通知する。

第２図は請求項（２）、（３）の発明に関する実施例を
示すもので、第１図と実質的に対応する部分には同一符
号を付して説明を省略する。

第２図において、１７はセンサｌが用いられる炉体、１
８はセンサ１が収納された保護管である。

例えばシース熱電対等の場合は、センサ１が絶縁物（図
示せず）か充填された保護管１８の中に収納されている
。このような構造の場合は、上記絶縁物の絶縁抵抗が温
度や水分によって劣化するので、その絶縁抵抗を測定す
ることにより、センサ１の寿命判定及び予測を行うこと
ができる。１９はそのための絶縁抵抗測定部である。

２０は第１図の定電流源１．スイッチ４．増幅器５及び
Ａ／Ｄ変換器６等で構成される起電力測定回路、２１は
各温度での経過時間を測定する時間測定部、２２はセン
サｌの種類毎に第３図に示すような基準使用温度での寿
命が予め格納されている寿命情報記憶部で、水素ガス、
真空２空気中等の雰囲気ガス成分等の寿命に影響を及ぼ
すパラメータ等も記憶可能である。

２３は温度のサンプル値を保存する温度履歴保存部で、
上記基準使用温度を超えた劣化を促進する温度では、劣
化係数を合わせて時間と共に記憶する。

なお、温度演算部７は起電力測定回路２０からの情報に
基づき、リニアリティや冷接点部等の補償を行い、正確
な温度を演算する。

上記構成によれば、寿命予測演算部１３は、温度履歴保
存部２３に保存された実使用温度（検出温度）と時間測
定部で測定された経過時間と寿命情報記憶部２２に記憶
されたセンサ１の種類、線径毎の基準使用温度及び寿命
（時間）とに基づいてセンサ１の寿命を予測して通知機
能部１４に通知することができる。

また、絶縁抵抗測定部１９から得られる絶縁抵抗値に基
づいて、絶縁物の劣化傾向から寿命予測を行ったり、あ
るいは絶縁抵抗値が所定のしきい値を越えたときに寿命
が来たことを判定することができる。

〔発明の効果〕

請求項（１）　、　（２）　、　（３）の発明によれば
次の効果を得ることができる。

（１）センサの使用環境の変化や熱衝撃の変化等に対応
して、常に正確な寿命判定及び予測ができる。特に請求
項（１）の発明では、温度に対する抵抗値の初期値を予
め格納しておくので、より精度の高い寿命判定を行うこ
とができる。

（２）熱電対の使用状態での、抵抗値の時間的経過を取
り込むことにより、実時間にて寿命判定及び予測ができ
、センサのチエツクのため本来の温度制御等の処理を中
止しなくともよい。

（３）寿命予測の場合だけでなく、劣化の原因が予測の
ものであっても寿命判定ができる。

（４）使用熱電対毎の寿命情報を持つことにより、熱電
対毎の寿命管理を容易に行うことができる。

（５）記録された熱電対の時間的経過と、実際の熱電対
の劣化状態とを対応させることにより、劣化の要因の分
析が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は請求項（１）の発明の一実施例による熱電対温
度センサの寿命判定及び寿命予測装置を示すブロック図
、第２図は請求項（２）　、　（３）の発明の一実施例
による抵抗体の寿命予測装置を示すブロック図、第３図
は同装置に記憶される温度センサの寿命情報のテーブル
を示す図である。１は熱電対温度センサ、２は配線、８は抵抗値記憶部、
９は抵抗値履歴保存部、１０は限界抵抗値記憶部、１１
は寿命判定部、１３は寿命予測演算部、１６は初期抵抗
値記憶部、１９は絶縁抵抗測定部、２２は寿命情報記憶
部、２３は温度履歴保存部。なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。特許出願人　　山武ハネウェル株式会社手続補正（自第図・ン ↑１１牛の表示発明の名称一猛昭特願平２−１９１３０１号３、補正をする者事件との関係　特許出願人［主　　戸斤名　称１６６６１山武ハネウェル株式会社６　補正の内
容（１）明細書第６頁第１６行にｒＡ／Ｄ変換器４」とあるのをｒＡ／Ｄ変換器６」と補正する。（２）明細書第１０頁第８行に「通知機能部１５」とあるのを「通知機能部１４」と補正する。以上

Claims

【特許請求の範囲】

（１）熱電対温度センサの出力信号から上記熱電対温度
センサの抵抗値を演算する抵抗値演算部と、上記熱電対
温度センサの温度と抵抗値の初期値との関係を予め記憶
する初期抵抗値記憶部と、上記熱電対温度センサの劣化
時の抵抗変化分を示す限界抵抗値が記憶された限界抵抗
値記憶部と、上記抵抗値演算部から得られる現在の抵抗
値と上記初期抵抗値記憶部から得られる抵抗値の初期値
との差を求めこの差の値と上記限界抵抗値記憶部から得
られる限界抵抗値とを比較し、上記差の値が上記限界抵
抗値を越えたとき信号を出力する寿命判定部とを備えた
熱電対温度センサの寿命判定装置。
（２）熱電対温度センサが検出した温度のサンプル値を
記憶する温度履歴保存部と、上記熱電対温度センサの使
用基準温度と寿命との関係を予め格納する寿命情報記憶
部と、上記熱電対温度センサが検出した温度の経過時間
を測定する時間測定部と、上記温度履歴保存部に記憶さ
れた温度と上記時間測定部で測定された経過時間と上記
寿命情報記憶部に記憶された基準使用温度及び寿命とに
基づいて上記熱電対温度センサの寿命を予測する寿命予
測演算部とを備えた熱電対温度センサの寿命予測装置。
（３）熱電対温度センサを収納するケースに充填された
絶縁物の絶縁抵抗を測定する絶縁抵抗測定部と、上記絶
縁抵抗測定部で測定された絶縁抵抗に基づいて上記熱電
対温度センサの寿命の判定及び予測を行う寿命予測演算
部とを備えた熱電対温度センサの寿命判定及び寿命予測
装置。