JPH05164711A

JPH05164711A - 熱伝導率センサ

Info

Publication number: JPH05164711A
Application number: JP35341891A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Kitajima; 健一北島
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-12-16
Filing date: 1991-12-16
Publication date: 1993-06-29

Abstract

(57)【要約】【目的】測定開始までの所要時間を短縮するととも
に、測定中においてプローブ支持体が温度変化しないよ
うな特別の配慮が不要で、熱伝導率を短時間に容易に測
定することができるようにする。【構成】プローブを２本としてその一方１１には、熱
電対１１と電熱線１１、他方には熱電対１５のみを挿入
する。各プローブにおいて熱電対１３・１５のプラス線
１３a ・１５a の先端とマイナス線１３b ・１５bの先
端とをそれぞれ接続し、両プローブ相互においてはプラ
ス線又はマイナス線の一方を支持体１０内で互いに接続
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱電対を使用して物質
の熱伝導率を電気的に検出する熱伝導率センサに関す
る。なお、本発明による熱伝導率センサは、熱伝導率の
値そのものを知る場合は勿論、最終目的とするデータが
熱伝導率との関係で得られるもの、例えば土壌中の水分
率を測定する土壌水分センサなどとして使用される場合
も含むものとする。

【０００２】

【従来の技術】従来、熱伝導率センサは各種のものがあ
るが、測定物体の片面に熱を加え、その熱が対面に到達
する温度、又は時間から熱伝導率を知るものが多い。こ
のようなセンサは、物体に直接大きな熱を加えるため、
測定物体に熱による特性変化をもたらし、正確な測定が
困難であった。

【０００３】ところで、熱伝導率と土壌水分率とは相関
関係にあるため、土壌中の温度変化を電気量の変化とし
て取り出せば、土壌の水分率を電気的に測定することが
できるもので、土壌水分率計として提供されている。

【０００４】従来の一般的な土壌水分率計は、ヒートプ
ローブといわれている金属チューブ中に電熱ヒータと温
度センサとを設け、また温度センサと金属チューブ間の
熱伝導を良くするため、金属チューブ中にパラフィン等
を充填したものである。そして、電熱ヒータに、ある定
められた時間通電して金属チューブを加熱した後、電源
を切って温度の下降推移を温度センサで検出することに
よって土壌水分率を測定する。

【０００５】この型の土壌水分率計は、温度測定の分解
能を上げると電熱ヒータのパワーが少なくて済むため、
従来では、温度センサに温度係数の高い金属抵抗線を用
いて温度測定の分解能を上げるようにしていたが、温度
係数の高い金属抵抗線の加工には高度技術を要するた
め、温度センサの単価が高さが土壌水分率計を高価なも
のにしていた。

【０００６】そこで、最近、低廉化を図る等の目的で温
度センサとして熱電対を使用したものが提供されてい
る。熱電対は、温接点と冷接点の２点間の温度差にほぼ
比例した電圧を出力するため、その電圧を測定すること
で温接点と冷接点の２点間の温度差を知ることができ
る。熱電対の出力は、１０℃で４００μＶ（１／１００
０℃）程度と非常に少ないが、その出力を処理する回路
技術の向上により実用化が可能となっている。

【０００７】図２に、熱電対を使用した従来の熱伝導率
センサの構成を示す。この熱伝導率センサは、円筒状の
合成樹脂製支持体１に保持されたステンレスチューブで
ある１本のプローブ２中に、電熱線３と熱電対４のプラ
ス線４a 及びマイナス線４bを挿入し、これらをパラフ
ィン５で埋設したものである。そして、プラス線４aの
先端とマイナス線４b の先端の接続点を熱電対４の温接
点６として、プローブ２中の長さ方向の中間に設け、ま
た熱電対４の冷接点７を支持体１内に設け、これら温接
点６と冷接点７との間の温度差にほぼ比例した電圧を、
ケーブル８の導線８a ・８b を通じて取り出すようにな
っている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、第２図に示し
た従来の熱伝導率センサによると、プローブ２を土壌等
の測定対象物質中に差し込んでから該プローブ２の内部
が測定対象物質の温度に馴染む（同等の温度となる）ま
での間に、熱電対４の温接点６の温度ばかりでなく、支
持体１の温度変化により冷接点７の温度も変化するた
め、直ぐには測定を開始することができない。すなわ
ち、熱電対による温度測定は上述したように微妙な電圧
変化を取り出すものであるから、熱電対４の基準点とな
る冷接点７の温度が変動しては、正確な測定は到底望め
ない。また、測定中も支持体１が温度変化を来さないよ
うに特別の配慮が必要であった。

【０００９】本発明の目的は、従来におけるこのような
問題点を解決し、測定開始までの所要時間を短縮できる
に加え、測定中においてプローブ支持体が温度変化しな
いような特別の配慮が不要で、熱伝導率を短時間に容易
に測定することができる、熱伝導率センサを提供するこ
とにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明による熱伝導率セ
ンサは、２本のプローブを支持体に並べて保持し、一方
のプローブには、熱電対のプラス線及びマイナス線を内
蔵し、他方のプローブには、熱電対のプラス線及びマイ
ナス線に加えて電熱線を内蔵し、各プローブ内におい
て、熱電対のプラス線の先端とマイナス線の先端を接続
し、また両プローブの熱電対のマイナス線又はプラス線
の一方の極の基端を支持体中において互いに接続し、両
プローブの他方の極の基端に出力導線を接続したもので
ある。

【００１１】

【作用】２本のプローブを測定対象物質中に同時に差し
込むと、両プローブは、測定対象物質の温度に対し同じ
ような推移で同じ温度に馴染む。電熱線により一方のプ
ローブを加熱すると、両プローブ相互において熱電対の
プラス線・マイナス線の先端接続点（温接点）に、測定
対象物質の熱伝導率に応じた温度差が生ずる。両プロー
ブの熱電対のマイナス線又はプラス線の一方の極の基端
は支持体中において互いに接続されているため、両プロ
ーブの他方の極の基端に上記接続点での温度差に比例し
た電圧が生じ、その電圧は出力導線によって取り出され
る。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づき詳細
に説明する。図１に本発明による熱伝導率センサの一例
の構成を示す。この熱伝導率センサは、断熱性を良くす
るためプラスチック等の熱伝導性の悪い材質でしかも中
空（円筒形）にした支持体１０の下端面に、２本のプロ
ーブ１１・１２を所定の間隔をおいて平行に保持してい
る。これらプローブ１１・１２は、熱伝導性が良くかつ
強度も高くしかも耐蝕性のある金属、例えばステンレス
によるチューブで構成されている。

【００１３】一方のプローブ１１中には、プラス線１３
a 及びマイナス線１３b で構成される熱電対１３の他に
電熱線１４が挿入されているが、他方のプローブ１２中
には、プラス線１５a 及びマイナス線１５b で構成され
る熱電対１５のみが挿入されている。各プローブ１１・
１２中には、それと熱電対１３・１５との熱伝導を良く
する充填材１６がそれぞれ充填されている。この充填材
としては、本熱伝導率センサを比較的低い温度で使用す
る場合にはパラフィン、高い温度で使用する場合にはエ
ポキシ樹脂等が考えられる。

【００１４】電熱線１４は支持体１０内よりプローブ１
１中の先端まで延びているが、熱電対１３のプラス線１
３a とマイナス線１３b はプローブ１１の長さ方向の中
途で途切れ、同様に熱電対１５のプラス線１５a とマイ
ナス線１５b はプローブ１２の長さ方向の中途で途切れ
ている。そして、プラス線１３a の先端とマイナス線１
３b の先端とは接続されて熱電対１３の温接点１３c と
なり、同様にプラス線１５a の先端とマイナス線１５b
の先端も接続されて熱電対１５の温接点１５cとなって
いる。これら両温接点１３c ・１５c は同じ高さで所定
の間隔をおいて対向している。その間隔は、電熱線１４
による熱が温接点１５c に影響しない間隔になってい
る。一方、両熱電対１３・１５のマイナス線１３b ・１
５b の基端１６・１７は支持体１内において互いに接続
（又は一体に連続）されている。

【００１４】支持体１０の上端面から多芯（４芯）ケー
ブル１８が引き出されている。そして、該多芯ケーブル
１８のプラス・マイナスの電熱電源用芯線１９・２０に
電熱線１４が接続され、一方の熱電対１３のプラス線１
３a に多芯ケーブル１８のプラス側出力導線２１が、他
方の熱電対１５のプラス線１５aにマイナス側出力導線
２２がそれぞれ接続されている。

【００１５】このような熱伝導率センサにおいて、その
両プローブ１１・１２を例えば土壌中に差し込むと、両
熱電対１３・１５の温接点１３c ・１５c は土壌の温度
に対し同じ推移で同じ温度に馴染む。電熱線１１に給電
して一方のプローブ１１を加熱すると、両プローブ１１
・１２相互において熱電対１３・１５の温接点１３c・
１５c に、土壌の熱伝導率に応じた温度差が生じる。両
熱電対１３・１５のマイナス線１３b ・１５b は接続さ
れているため、両熱電対１３・１５の中点、つまり両熱
電対１３・１５のプラス線１３a ・１５a 間に温度差に
比例した電圧が生じ、その電圧が出力導線２１・２２に
よって出力される。

【００１６】従って、出力導線２１・２２から出力され
る電圧は、両温接点１３c ・１５c間の相対的な温度差
に正確に従った値となるため、両プローブ１１・１２及
び両熱電対１３・１５の温接点１３c ・１５c が土壌の
温度に完全に馴染むまで待たなくとも、直ちに測定を開
始でき、しかも精度良く測定できる。なお、上記では両
熱電対１３・１５のマイナス線１３b ・１５b を互いに
接続したが、プラス線１３a ・１５a を互いに接続して
も良い。

【００１７】

【発明の効果】以上述べたように本発明は、プローブを
２本としてその一方には、熱電対と電熱線、他方には熱
電対のみを挿入し、各プローブにおいて熱電対のプラス
線の先端とマイナス線の先端とをそれぞれ接続し、両プ
ローブ相互においてはプラス線又はマイナス線の一方を
互いに接続したものである。従って、出力導線から出力
される電圧は、両熱電対のプラス線・マイナス線の先端
接続点の間の相対的な温度差に正確に従った値となるた
め、両プローブ及び両熱電対の先端接続点が土壌の温度
に完全に馴染むまで待たなくとも、直ちに測定を開始で
き、しかも精度良く測定できる。また、支持体の温度変
化に対する配慮が不要となるため、測定作業が容易にな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一例の概要断面図である。

【図２】従来例の概要断面図である。

【符号の説明】

１０支持体１１・１２プローブ１３・１５熱電対１３a ・１５b プラス線１３b ・１５b マイナス線１４電熱線１３a ・１５c 温接点１６・１７基端１８多芯ケーブル１９・２０電熱電源用芯線２１・２２出力導線

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【手続補正書】

【提出日】平成４年２月１０日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００６

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００６】そこで、最近、低廉化を図る等の目的で温
度センサとして熱電対を使用したものが提供されてい
る。熱電対は、温接点と冷接点の２点間の温度差にほぼ
比例した電圧を出力するため、その電圧を測定すること
で温接点と冷接点の２点間の温度差を知ることができ
る。熱電対の出力は、１０℃で４００μＶ程度と非常に
少ないが、その出力を処理する回路技術の向上により実
用化が可能となっている。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２本のプローブを支持体に並べて保持し、
一方のプローブには、熱電対のプラス線及びマイナス線
を内蔵し、他方のプローブには、熱電対のプラス線及び
マイナス線に加えて電熱線を内蔵し、各プローブ内にお
いて、熱電対のプラス線の先端とマイナス線の先端を接
続し、また両プローブの熱電対のマイナス線又はプラス
線の一方の極の基端を上記支持体中において互いに接続
し、両プローブの他方の極の基端に出力導線を接続して
なることを特徴とする熱伝導率センサ。
【請求項２】両プローブ相互において、熱電対のプラス
線・マイナス線の先端接続点を互いに対向する位置関係
としたことを特徴とする請求項１記載の熱伝導率セン
サ。