JPH06160200A

JPH06160200A - 気密端子付シース型熱電対

Info

Publication number: JPH06160200A
Application number: JP33547092A
Authority: JP
Inventors: Tatsuo Machida; 辰雄町田; Masamichi Komine; 政道小峰; Makoto Mizuniwa; 真水庭
Original assignee: Sukegawa Electric Co Ltd
Current assignee: Sukegawa Electric Co Ltd
Priority date: 1992-11-21
Filing date: 1992-11-21
Publication date: 1994-06-07
Anticipated expiration: 2010-11-13
Also published as: JPH07104214B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】過渡的な温度変化等により、気密端子付シー
ス型熱電対の端子部に温度勾配が生じても、測定誤差を
生じさせない。【構成】アルメル線とクロメル線の異種金属線からな
る熱電対素線１０、２０をステンレス製シース４０内に
無機絶縁材４２と共に、相互に絶縁して収納し、シース
の基端側を気密端子部５０により気密に封止する。気密
端子部５０のセラミック端板４８に取り付けられた２本
のコバール製の貫通パイプ５４、５４の内部に絶縁スリ
ーブ５６、５６が挿入され、各熱電対素線１０、２０
は、この絶縁スリーブの内部を通って貫通パイプ５４と
直接接触せずに外部に引き出されている。さらに、熱電
対素線１０、２０は、この貫通パイプ５４の端部は、各
々の熱電対素線１０、２０と同種の金属で形成したアダ
プター５８、５８により貫通パイプ５４の端部に固定さ
れている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱電対素線を金属製の
シースで覆い、このシースと内部の熱電対素線との間に
無機絶縁材を充填してなるシース型熱電対に関し、特
に、そのシースの端部を気密に封止した気密端子付シー
ス型熱電対の気密封止構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】熱電対は、温度を電気的に測定するた
め、種々の分野で使用されているが、熱電対素線を金属
製のシースと呼ばれる先端を閉じたパイプ状の部材で覆
い、このシースと内部の熱電対素線との間に無機絶縁材
を充填し互いに絶縁してなる、いわゆる、シース型熱電
対は、例えば特公昭４ー１４６８号公報等により既に知
られている。

【０００３】このようなシース型熱電対の端末において
は、シース内部に湿気が侵入することによるシース内部
での絶縁破壊等の不都合が発生することを防止するた
め、シースの端部を気密にシールする必要がある。従来
では、例えば樹脂等によって端末をシールすることが行
われていた。しかし、例えば高温下で使用される熱電対
等のように、樹脂によるシール構造を採用することは出
来ない熱電対については、セラミック端子を使用して気
密に封止することが行われていた。

【０００４】この従来技術によるセラミック端子を用い
たシース型熱電対の気密端子の構造を、図５により説明
すると、図において、気密端子１は、内部に無機絶縁材
２を充填したシース３の端部にボス４を、さらに、その
外周にはスリーブ５を取り付ける。このスリーブ５の先
端には、セラミック端板６を取り付け、このセラミック
端板６に形成した貫通穴に、例えばコバール（Ｆｅ−Ｎ
ｉ−Ｃｏ合金）等、セラミックとの熱膨張係数がほぼ等
しい金属材からなる貫通パイプ７を取り付ける。熱電対
素線８は、この貫通パイプ７の内部を通して外部に取り
出される。そして、この貫通パイプ７の端部と熱電対素
線８との間の気密シールは、ロウ付や溶接により行われ
ていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
従来技術によるシース型熱電対の気密端子構造では、熱
電対素線の気密端子の熱電対素線の取り出し部分におい
て、熱電対素線とは種類の異なる金属であるロウ材や貫
通パイプ材が接触し、熱電対閉ループ内に接続されてい
ることから、この部分に温度分布が形成されたとき、熱
電対の起電力に誤差が生じてしまう。そのため、過渡的
な温度変化を受ける環境下で正確な温度測定を行うこと
は困難であるという問題点があった。

【０００６】そこで、本発明では、上述の従来技術の問
題点に鑑み、高温や放射線下でも使用することが可能
で、かつ、過渡的な温度変化を受ける環境下でも正確な
温度測定を行うことが可能な気密端子付シース型熱電対
を提供することをその目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明の目的
は、温接点側で接合された少なくとも一対の異種金属線
からなる熱電対素線と、該熱電対素線を収納したパイプ
状の金属シースと、該金属シース内に充填され、熱電対
素線と金属シースとを相互に絶縁する無機絶縁材と、前
記金属シース基端部を気密に封止する端子部と、該端子
部に取り付けられ、端子部内から前記熱電対素線を冷接
点側に引き出すと共に、その取出端が気密に封止された
貫通パイプとを有する気密端子付シース型熱電対におい
て、前記貫通パイプとその内部熱に電対素線を絶縁状態
で通すと共に、熱電対素線を同素線と同種の金属部材を
介して貫通パイプの端部に間接的に固定してなることを
特徴とする気密端子付シース型熱電対により達成され
る。

【０００８】さらに、本発明の目的は、温接点側で接合
された少なくとも一対の異種金属線からなる熱電対素線
と、該熱電対素線を収納したパイプ状の金属シースと、
該金属シース内に充填され、熱電対素線と金属シースと
を相互に絶縁する無機絶縁材と、前記金属シース基端部
を気密に封止する端子部と、該端子部に取り付けられ、
端子部内から前記熱電対素線を冷接点側に引き出すと共
に、その取出端が気密に封止された貫通パイプとを有す
る気密端子付シース型熱電対において、前記貫通パイプ
とその内部熱に電対素線を絶縁状態で通すと共に、熱電
対素線を同素線とスポット状に固定した金属部材を介し
て貫通パイプの端部に間接的に固定してなることを特徴
とする気密端子付シース型熱電対により同様にして達成
される。

【０００９】

【作用】前記第一の発明による気密端子付シース型熱電
対の気密封止構造によれば、その気密端子部において、
貫通パイプ内に絶縁されて引き出された熱電対素線は、
各々の熱電対素線と同種の金属からなる部材により貫通
パイプに間接的に固定されることから、各熱電対素線の
測定ループ系の途中に接触される固定部材は同種金属と
なる。また、貫通パイプは熱電対素線と直接接続されて
いないことから、それを金属製としても、熱電対の測定
ループ系に接続されない。従って、この気密端子部に温
度勾配が生じても、そこに起電力が生じないため、正確
な温度の測定が可能になる。

【００１０】また、第二の発明では、熱電対素線を同素
線とスポット状に接続した金属部材を介して貫通パイプ
の端部に間接的に固定されているため、仮に金属部材が
熱電対素線と別種の金属であっても、熱電対の測定ルー
プ系に異種金属が接続される区間はきわめて短くなり、
その間の温度勾配をきわめて小さくすることができる。
従ってこの場合も、正確な温度の測定が可能になる。

【００１１】

【実施例】以下、図面を参照しながら、本発明の実施例
について詳細に説明する。まず、本発明の気密端子付シ
ース型熱電対の気密端子部構造の詳細を説明する前に、
本発明による測定出力における誤差の発生を防止する原
理について説明する。

【００１２】図４（ａ）には、通常の熱電対の電気回路
的構成が、そして、図４（ｂ）には、従来の冷接点側の
端部を気密に封止する端子構造を備えた熱電対の電気的
回路構成が示されている。図４（ａ）の構成により、２
種の異金属を温接点側で接合してなる熱電対の測温接点
の温度に応じた電圧が冷接点側に温度出力として出力さ
れる原理について説明する。一方の熱電対素線（例え
ば、アルメル線）１０と他方の熱電対素線（例えば、ク
ロメル線）２０の熱電能を、それぞれ、Ｓ_a、Ｓ_bとし、
また、基準接点温度をｔ₀、測温接点温度をｔ₁とする
と、その出力Ｅは以下の式により表される。

【００１３】

【数１】

【００１４】ただし、この数１の式において、ｔ₁₁とｔ
₁₂、ｔ₂₁とｔ₂₂は、それぞれ、素線１０、２０の中間点
（後に詳述するが、気密端子部のコバールパイプの前
後）における温度を示している。

【００１５】一方、図４（ｂ）に示すように、一対の素
線１０、２０の途中に、これら熱電対を形成する金属
（例えば、アルメルとクロメル）とは異なる金属（例え
ば、前記従来技術では、コバール（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ）
等のパイプ３０、３０やロウ材が電気的に接続された状
態となる。このような状態における出力Ｅ’は、以下の
式により表される。

【００１６】

【数２】

【００１７】この数２の式においても、ｔ₁₁とｔ₁₂、ｔ
₂₁とｔ₂₂は、それぞれ、素線１０、２０の中間点（後に
詳述するが、気密端子部のコバールパイプの前後）にお
ける温度を示している。なお、前記の式におけるＳ'_a、
Ｓ'_bは、コバール等のパイプ３０、３０がアルメル線で
ある熱電対素線１０とクロメル線である熱電対素線２０
に電気的に接触して、その部分において実質的に別の熱
電対が構成され、その結果、その接触部分により変化し
た熱電能を表している。これらの結果、熱電対素線１
０、２０の途中に異種金属が接触され、かつ、その部分
に温度勾配（温度差ｔ₁₁とｔ₁₂、ｔ₂₁とｔ₂₂）が存在す
る場合には、以下の式により示される誤差ΔＥが生じ
る。

【００１８】

【数３】

【００１９】すなわち、この誤差ΔＥは、前記の数３の
式からも明らかなように、熱電対素線１０、２０の途中
の異種金属との接触部分における各熱電能の差（Ｓ'_a−
Ｓ_a）、（Ｓ'_b−Ｓ_b）に基づくものであり、この差を零
（０）にすれば、誤差ΔＥを発生することなく、正確な
温度測定が可能となることが分かる。本発明では、熱電
対素線１０、２０の気密端子部構造におけるシール用金
属との接続部分での各熱電能の差、すなわち、（Ｓ'_a−
Ｓ_a）、（Ｓ'_b−Ｓ_b）を零（０）とするための改良され
た気密封止構造を提案するものである。

【００２０】図３に本発明の一実施例である気密端子付
シース型熱電対の全体が示されており、例えばステンレ
ス管等のシース４０の内部に、点線で示すように、熱電
対を構成するアルメル線とクロメル線といった異なる２
種の金属線からなる熱電対素線１０、２０が収納されて
いる。また、このシース４０の内部にマグネシア、アル
ミナ等の無機絶縁材が充填され、これによって、熱電対
素線１０、２０及びシース４０の間を互いに電気的に絶
縁している。このシース４０の冷接点側の端部には、い
わゆる、気密端子部５０が取り付けられ、これによって
２本の熱電対素線１０、２０が端子として取り出される
と共に、シース４０の内部は気密に封止されている。

【００２１】図１に前記気密端子付シース型熱電対の気
密端子部５０の内部構造が示されている。内部に無機絶
縁材４２を充填したシース４０の端部に円筒形のボス４
４を取り付けている。このボス４４の外周には、例えば
コバール製のスリーブ４６を取り付け、その先端には、
円板状のセラミック端板４８を取り付けている。このセ
ラミック端板４８には、例えば２つの貫通穴５２、５２
が形成されており、この貫通穴５２には、コバール製等
の貫通パイプ５４、５４（すなわち、前記のコバールパ
イプ３０、３０に対応する）が気密に取り付けられ、さ
らに、その内部には中空の絶縁スリーブ５６が挿入され
ている。

【００２２】熱電対を構成する２種の金属からなる熱電
対素線１０、２０は、それぞれ、前記シース４０の端部
から引き出されて気密端子部５０の内部を通り、前記セ
ラミック端板４８に気密的に取り付けられた貫通パイプ
５４の内部の絶縁スリーブ５６の中空部を通って、シー
ス４０の基端部からその外部に引き出されている。ここ
で熱電対素線１０、２０は、それぞれ、絶縁スリーブ５
６、５６によって、前記貫通パイプ５４と直接接触しな
いように絶縁されている。また、前記貫通パイプ５４の
外側端部に金属製のアダプター５８が取り付けられ、こ
れによって素線１０、２０が貫通パイプ５４、５４に固
定されている。なお、これら２本の貫通パイプ５４、５
４は、前記セラミック端板４８により、電気的に互いに
絶縁されている。

【００２３】ここで、前記金属製アダプター５８、５８
は、各々の熱電対素線１０、２０と同じ種類の金属で形
成されている。例えば、アルメル線である熱電対素線１
０と接続する上側のアダプター５８は、アルメル金属で
形成され、クロメル線である熱電対素線２０と接続する
下側のアダプター５８はクロメル金属で形成される。ま
た、このアダプター５８、５８が貫通パイプ５４、５４
の外周面に接触して電気的に接続しても、上述のよう
に、これら貫通パイプ５４、５４は前記絶縁スリーブ５
６、５６によって各熱電対素線１０、２０と直接接触し
ないように絶縁されているため、これら貫通パイプ５
４、５４が熱電対閉ループ内には存在しない。従って、
前記の原理説明からも明らかなように、熱電対素線１
０、２０の気密端子構造における熱電対素線１０、２０
との接続部分での各熱電能の差、すなわち（Ｓ'_a−
Ｓ_a）、（Ｓ'_b−Ｓ_b）が零（０）となる。このため、貫
通パイプ５４、５４の両端の間に温度勾配が生じたとし
ても、測定ループ系に貫通パイプ５４、５４による起電
力が入り込まない。これにより、異種金属が熱電対素線
の途中に接続することにより生じる測定誤差の発生を確
実に防止することが可能になる。そのため、本発明の気
密端子付シース型熱電対を過渡的な温度変化を受ける環
境下で使用しても正確な温度測定を行うことが可能とな
る。

【００２４】図２に本発明の他の実施例を示している。
この実施例において、前記図１の実施例と異なる点は、
前記貫通パイプ５４の内部に挿入した中空の絶縁スリー
ブ５６に代わり、パイプの内部にマグネシア、アルミナ
等の無機絶縁材６０を充填し、その両端を例えばセラミ
ックリング６１、６２で固定したものである。なお、そ
の構造から、貫通パイプ５４、５４の両端の間に温度勾
配が生じたとしても、測定ループ系に起電力が発生しな
いことは前記図１の実施例と同様である。

【００２５】図６に本発明の他の実施例を示している。
この実施例において、前記図１の実施例と異なる点は、
アダプター５８、５８を熱電対素線１０、２０にそれぞ
れ短き区間でスポット状に固定したものである。このた
め、仮にアダプター５８、５８が熱電対素線１０、２０
と別種の金属であっても、熱電対の測定ループ系に異種
金属が接続される区間はきわめて短くなる。従って、そ
の間の温度勾配をきわめて小さくすることができ、数式
３におけるｔ₁₂とｔ₁₁との差及びｔ₂₂とｔ₂₁との差をき
わめて小さくすることができる。

【００２６】

【発明の効果】以上のな説明からも明かな様に、本発明
の気密端子付シース型熱電対によれば、セラミックと貫
通パイプによる気密構造から、樹脂によるシール構造を
採用できない特殊な環境下で使用することが可能で、か
つ、貫通パイプが熱電対素線の途中に接続する構造にも
かかわらず、過渡的な温度変化を受ける環境下でも正確
な温度測定を行うことが可能な気密端子付シース型熱電
対を提供することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の気密端子付シース型熱電対
の気密封止構造の詳細を示すための一部断面を含む側面
図である。

【図２】本発明の他の実施例の気密端子付シース型熱電
対の気密封止構造の詳細を示すための一部断面を含む側
面図である。

【図３】本発明の気密端子付シース型熱電対の全体概観
を示す斜視図である。

【図４】本発明の動作原理を説明するための原理説明図
である。

【図５】従来技術の気密端子付シース型熱電対の気密封
止構造の一例を示すための一部断面を含む側面図であ
る。

【図６】本発明の他の実施例の気密端子付シース型熱電
対の気密封止構造の詳細を示すための一部断面を含む側
面図である。

【符号の説明】

１０熱電対素線２０熱電対素線３０、５４貫通パイプ４０シース４２無機絶縁材４８セラミック端板５０気密端子部５６絶縁スリーブ５８アダプター６０無機絶縁材６１、６２セラミックリング

Claims

【整理番号】０９２０１６５−０２【特許請求の範囲】

【請求項１】温接点側で接合された少なくとも一対の
異種金属線からなる熱電対素線と、該熱電対素線を収納
したパイプ状の金属シースと、該金属シース内に充填さ
れ、熱電対素線と金属シースとを相互に絶縁する無機絶
縁材と、前記金属シース基端部を気密に封止する端子部
と、該端子部に取り付けられ、端子部内から前記熱電対
素線を冷接点側に引き出すと共に、その取出端が気密に
封止された貫通パイプとを有する気密端子付シース型熱
電対において、前記貫通パイプとその内部熱に電対素線
を絶縁状態で通すと共に、熱電対素線を同素線と同種の
金属部材を介して貫通パイプの端部に間接的に固定して
なることを特徴とする気密端子付シース型熱電対。
【請求項２】温接点側で接合された少なくとも一対の
異種金属線からなる熱電対素線と、該熱電対素線を収納
したパイプ状の金属シースと、該金属シース内に充填さ
れ、熱電対素線と金属シースとを相互に絶縁する無機絶
縁材と、前記金属シース基端部を気密に封止する端子部
と、該端子部に取り付けられ、端子部内から前記熱電対
素線を冷接点側に引き出すと共に、その取出端が気密に
封止された貫通パイプとを有する気密端子付シース型熱
電対において、前記貫通パイプとその内部熱に電対素線
を絶縁状態で通すと共に、熱電対素線を同素線とスポッ
ト状に固定した金属部材を介して貫通パイプの端部に間
接的に固定してなることを特徴とする気密端子付シース
型熱電対。