JPH07104214B2 - 気密端子付シース型熱電対 - Google Patents

気密端子付シース型熱電対

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JPH07104214B2
JPH07104214B2 JP4335470A JP33547092A JPH07104214B2 JP H07104214 B2 JPH07104214 B2 JP H07104214B2 JP 4335470 A JP4335470 A JP 4335470A JP 33547092 A JP33547092 A JP 33547092A JP H07104214 B2 JPH07104214 B2 JP H07104214B2
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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、例えば実公平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、本発明の前記
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10、20と、該熱電対素線
10、20を収納したパイプ状の金属シース40と、該
金属シース40内に充填され、熱電対素線10、20
金属シース40とを相互に絶縁する無機絶縁材42と、
前記金属シース40の基端部を気密に封止する端子部
と、該端子部50に取り付けられ、端子部50の内部
から前記熱電対素線10、20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54
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54の内部に熱電対素線10、20を絶縁状態で
通すと共に、熱電対素線10、20をそれと同種の金属
部材を介して貫通パイプ54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、本発明の前記の目的は、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10、20と、該熱電対素線10、20を収納し
たパイプ状の金属シース40と、該金属シース40内に
充填され、熱電対素線10、20と金属シース40とを
相互に絶縁する無機絶縁材42と、前記金属シース40
基端部を気密に封止する端子部50と、該端子部50
に取り付けられ、端子部50の内部から前記熱電対素線
10、20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54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54の内部に
熱電対素線10、20を絶縁状態で通すと共に、熱電対
素線10、20をそれにスポット状に固定した金属部材
を介して貫通パイプ54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。
【0009】
【作用】前記第一の気密端子付シース型熱電対では、
端子部50において、貫通パイプ54内に絶縁されて
引き出された熱電対素線10、20は、各々の熱電対素
10、20と同種の金属からなる部材により貫通パイ
54に間接的に固定されることから、各熱電対素線
0、20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54は熱電対素線
0、20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、第二の気密端子付シース型熱電対
は、熱電対素線10、20を同素線10、20と各々ス
ポット状に接続した金属部材を介して貫通パイプ54
端部に間接的に固定されているため、熱電対の測定ルー
プ系に金属部材が接続される区間はきわめて短くなる。
そのため、仮に金属部材が熱電対素線10、20と別種
の金属であっても、その区間における温度勾配はきわめ
て小さく、無視し得る程度となる。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、Sa、Sb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
a)、(S'b−Sb)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
a)、(S'b−Sb)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
a)、(S'b−Sb)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 (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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(10)、(20)と、
    該熱電対素線(10)、(20)を収納したパイプ状の
    金属シース(40)と、該金属シース(40)内に充填
    され、熱電対素線(10)、(20)と金属シース(4
    0)とを相互に絶縁する無機絶縁材(42)と、前記金
    属シース(40)の基端部を気密に封止する端子部(5
    0)と、該端子部(50)に取り付けられ、端子部(5
    0)の内部から前記熱電対素線(10)、(20)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(54)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(54)の内部に熱電対
    素線(10)、(20)を絶縁状態で通すと共に、熱電
    対素線(10)、(20)をそれと同種の金属部材を介
    して貫通パイプ(54)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。
  2. 【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(10)、(20)と、
    該熱電対素線(10)、(20)を収納したパイプ状の
    金属シース(40)と、該金属シース(40)内に充填
    され、熱電対素線(10)、(20)と金属シース(4
    0)とを相互に絶縁する無機絶縁材(42)と、前記金
    属シース(40)の基端部を気密に封止する端子部(5
    0)と、該端子部(50)に取り付けられ、端子部(5
    0)の内部から前記熱電対素線(10)、(20)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(54)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(54)の内部に熱電対
    素線(10)、(20)を絶縁状態で通すと共に、熱電
    対素線(10)、(20)をそれにスポット状に固定し
    た金属部材を介して貫通パイプ(54)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。
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