JPH07286909A - 熱電対基準ブロック - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 熱電対基準ブロック７は金属板２３の全周面
に絶縁層２４を設けて金属プリント基板２５を形成し、
この金属プリント基板２５上に熱電対１を接続する端子
台１１と外部へ出力するコネクタ１２とを配置し、金属
プリント基板２５の裏面側に銅パターン２０をプリント
すると共に、測温抵抗体５を固定している。銅パターン
２０は、図示鎖線に示すように適宜端子台１１の接続端
子１１ｃとコネクタ１２との間や測温抵抗体５の所要箇
所へ接続するようになっている。 【効果】 基準ブロック内温度を同じにして正確な熱電
対温度計測ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱電対を用いて温度計
測する場合に冷接点温度を補償するための熱電対基準ブ
ロックに関する。

【０００２】

【従来の技術】熱電対計測とは、異なる種類の金属線の
片端を接合した状態でその両端に温度差を与えたときに
その反対側の端（非接合端）にその温度差に応じた起電
力が生じるという現象（ゼーベック効果という）を利用
して未知の温度を測定する方法である。

【０００３】図５は、上記した熱電対による温度計測の
原理図である。

【０００４】熱電対１は、異なる種類の金属素子である
熱電対１Ａ，１Ｂとを一端側ｍ点で短絡（接合）し、他
端側ｎ１，ｎ２との間に電位差ｅ１が生じたとすると、
電位差、つまり、熱起電力ｅ１は次の式（１）で表され
る。

【０００５】

【数１】 ｅ１＝ｆ１（ｔ１−ｔ２，ｔ２，１Ａ，１Ｂ） ＝ｆ２（ｔ１−ｔ２，ｔ１，１Ａ，１Ｂ）−−−−（１） ここで、ｔ１：接合点（ｍ点）の温度 ｔ２：非接合点（ｎ１，ｎ２点）の温度 １Ａ：一方の熱電対素子の種類により定まる。 １Ｂ：他方の熱電対素子の種類により定まる。

【０００６】上記式（１）から熱起電力ｅ１は、熱電対
１の一端ｍ点と他端ｎ１，ｎ２との温度差と一端ｍ点と
他端ｎ１，ｎ２のいずれか一方の温度と熱電対素子１
Ａ，１Ｂの金属の種類により定まる。

【０００７】図６は、上記式（１）に基づき実際に温度
計測をするための回路構成図である。

【０００８】熱電対１は、異種の金属素子の熱電対１Ａ
と１Ｂとにより構成され、一端ｍ点は接合され、他端ｎ
１，ｎ２は金属ブロック２上で絶縁された状態で固定さ
れ、銅線３に接続されて電圧計４に接続されている。

【０００９】なお、熱電対１の接合点とその反対側［計
測端］との距離が離れているときには、その間に熱電対
の材質とほぼ同等の特性を持った補償導線という導線で
接続されることが多い。金属ブロック２上の１端ｎ３に
は測温抵抗体５が配置され、この測温抵抗体５の温度を
測定器６で測定する。

【００１０】金属ブロック２は、大きなブロックで熱伝
導性に優れている金属、一般に、アルミが用いられ、そ
の表面全体を均一の温度とする。この構成では、他端ｎ
１，ｎ２、１端ｎ３はいずれも金属ブロック２上に固定
されており、ほぼ均一の温度となっている。

【００１１】この状態では、電圧計４で計測される熱起
電力ｅ１は次の式（２）で示される。

【００１２】

【数２】 ｅ１＝ｆ１（ｔ１−ｔ２，ｔ２，１Ａ，１Ｂ） ＋ｆ３（ｔ２−ｔ３，ｔ３，Ｃｕ，Ｃｕ）−−−−（２） ここで、ｔ１：接合点（ｍ点）の温度 ｔ２：非接合点（ｎ１，ｎ２点）の温度 １Ａ：一方の熱電対素子の種類により定まる。 １Ｂ：他方の熱電対素子の種類により定まる。 ｔ３：銅線の温度 Ｃｕ：銅線

【００１３】上記式（２）において他端ｎ１，ｎ２に接
続する銅線は、同一金属で温度差があっても熱起電力は
生じないので、式（２）の第２項は零である。これによ
り、式（２）は次の式（３）に示される。

【００１４】

【数３】 ｅ１＝ｆ１（ｔ１−ｔ２，ｔ２，１Ａ，１Ｂ）−−−−（３）

【００１５】上記式（３）の非接合点の温度ｔ２は、金
属ブロック２上に配置される測温抵抗体５の抵抗値を正
確に測定器６で測定することにより、抵抗値から温度を
知ることができる。従って、式（３）の内で熱起電力ｅ
１は電圧計４の読み取り、熱電対素子１Ａ，１Ｂは金属
の種類で定まるために計測点（ｍ点）の温度が分かる。

【００１６】以上述べたように熱電対１で温度を計測す
るためには、熱電対１の両接続端の温度と測温抵抗体５
の温度をほぼ同一にする装置（一般に、熱電対基準ブロ
ックと呼ぶ）を用い、いわゆる冷接点の温度補償を行
う。

【００１７】ここで、図７乃至図１０を参照して熱電対
基準ブロック７を用いて冷接点補償する場合の手順を簡
単に説明する。

【００１８】まず、図７に示すように図６で説明した熱
電対基準ブロック７を経た出力がマイコン１００に入力
されて処理がされるとして、図１０に示すように、最初
に、熱電対基準ブロック７の測温抵抗体５の抵抗値ｒが
測定される（１０１）。抵抗値ｒが求められると、図８
に示すテーブルＡ（抵抗温度換算表）を参照して抵抗値
ｒに対応する温度ｔ２を算出する（１０２）。

【００１９】次に、テーブルＢ（温度熱起電力変換表）
を参照して温度ｔ２に対応する熱起電力ｖ２を算出する
（１０３）。さらに、熱電対１の熱起電力ｖ１を測定す
る（１０４）。そして、熱起電力ｖ２と熱電対１の熱起
電力ｖ１とを加算して熱起電力ｖ３とする（１０５）。
熱起電力ｖ３をテーブルＢに当てはめて、図９に示すよ
うに、ｖ１＋ｖ２＝ｖ３に対応する温度ｔ３を求める
（１０６）。これにより温度ｔ３が零度を基準とする冷
接点補償された温度とする。

【００２０】次に熱電対基準ブロックの構造について図
１１を参照して説明する。

【００２１】熱電対基準ブロック７は、本体箱８内の底
部に金属ブロック２を固定し、金属ブロック２上に固定
板９と測温抵抗体５とを配置して、本体箱８の外側上面
に端子台１１を取り付ける一方、本体箱８の外側側面に
コネクタ１２を取付け、さらに、本体箱８の内部は断熱
材１５が充填され温度の急激な変化の影響を受けないよ
うになっている。

【００２２】熱電対１は、一端ｍ点で短絡され、熱電対
素子１Ａ，１Ｂが端子台１１に接続され、端子台１１か
ら補償導線１３が本体箱８内に入って固定板９へ圧着に
よって接続される。そして、固定板９からの銅線３が本
体箱８の外側のコネクタ１２に接続されている。また、
金属ブロック２の上の測温抵抗体５からのリード線１４
がコネクタ１２に接続されている。

【００２３】図１２は、他の例を示す熱電対基準ブロッ
クの構造図である。

【００２４】図１２は図１１の改良型で、プリント基板
１６上に重ねるようにアルミ板１７を密着に取付け、ア
ルミ板１７上に端子台１１と測温抵抗体５とが取付けら
れている。そして、端子台１１には、熱電対１がビス１
８によって接続され、端子台１１から接続導体１９が絶
縁されてアルミ板１７の穴１７ａを下方へ貫通して銅パ
ターン２０の所定箇所へ接続しハンダ付け２２がされて
いる。

【００２５】一方、アルミ板１７上では、測温抵抗体５
が取付けられ、接続導体２１がアルミ板１７の穴１７ｂ
を下方へ貫通して銅パターン２０の所定箇所へハンダ付
け２２で固定されている。なお、図１２の場合も温度の
影響を受けないように断熱材で囲まれている。

【００２６】以上の説明では、熱電対１が１本の場合で
あったが、実際にプラントの温度計測では数百点以上の
入力があることもあり、熱電対１が数十本毎に１台の熱
電対基準ブロック７へ入力するように構成されることが
多い。従って、端子台１１も１２点とか２４点の熱電対
１と接続できるようになっている。

【００２７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記図
１１と図１２に示す熱電対基準ブロックには、次のよう
な問題がある。

【００２８】まず、図１１に示した第１の従来例は、温
度平衡が良いという点で用いられるが、構造が複雑で作
るのに手間がかかる。また、補償導線１３を本体箱８内
に使用することにより、熱電対１を変更するには熱電対
基準ブロック７も変更する必要があり、自由度が極めて
狭いという欠点がある。

【００２９】図１２に示す第２の従来例は、第１の従来
例より配線が少なくて構造が簡単になっているが、ガラ
スエポキシ基板を挟んでいるため熱伝導が悪く端子台１
１とプリント基板１６とアルミ板１７との間で温度平衡
がとりにくいという問題があった。

【００３０】そこで、本発明は簡単な構成で温度の平衡
が良好で正確な温度計測ができる熱電対基準ブロックを
提供することを目的とする。

【００３１】

【課題を解決するための手段】本発明は、本体箱内に設
けられる金属板の表面に絶縁層を施し、この絶縁層上に
銅パターンを印刷した金属プリント基板上に、外部から
熱電対を接続する入力接続部と、冷接点を補償する測温
抵抗体と、外部へ出力する出力接続部とを配設すると共
にこれらを銅パターンによって接続するようにしたもの
である。

【００３２】

【作用】従って、単板である金属板を絶縁して金属プリ
ント基板としたために、熱の伝導が良好で、かつ、熱の
応答も速く、金属プリント基板の表面の温度をほぼ同じ
に均一にすることが容易にでき、正確な熱電対による温
度計測ができる。また、従来に比べ一枚の金属板とした
ため極めて構成が簡単で、製作する手間も減少し、ま
た、従来に比べ熱電対基準ブロックの小型化が可能とな
る。

【００３３】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００３４】図１は、本発明の一実施例を示す熱電対基
準ブロックの内部上面構造図、図２は図１の図示矢印方
向からの側面図である。

【００３５】図において、熱電対基準ブロック７は四角
形状の金属板２３の全周面に絶縁層２４を設けて金属プ
リント基板２５を形成し、この金属プリント基板２５上
に熱電対１を接続する入力接続部として端子台１１と外
部へ出力する外部接続部としてコネクタ１２とを配置
し、金属プリント基板２５の裏面側に銅パターン２０を
プリントすると共に、測温抵抗体５を固定している。

【００３６】金属板２３は、基板となる適度の強度を持
つ熱伝導の良好な、例えば、アルミや鉄が用いられ、図
示省略する本体箱に適宜固定され、金属板２３の全周面
には前述した絶縁塗料や薄い絶縁シートによる絶縁層２
４を設けて金属プリント基板２５を形成している。

【００３７】金属プリント基板２５上の端子台１１は、
ハーモニカ形状で熱電対１の入力点数に応じた接続端子
１１ｃを有して、両端１１ａ，１１ｂをビス２６で金属
プリント基板２５へ固定し、熱電対１が接続端子１１ｃ
へ接続されるようになっている。金属プリント基板２５
の裏面の銅パターン２０は、図示鎖線に示すように適宜
端子台１１の接続端子１１ｃとコネクタ１２との間や測
温抵抗体５の所要箇所へ接続するように形成されてい
る。

【００３８】図３は、図１のＡ−Ａ方向の概略断面を示
し、それぞれの接続端子１１ｃには、ビス２８とナット
２９とが設けられ、ビス２８をしめて熱電対１と接続体
３０の一端３０ａとを挟持して密着固定するようになっ
ている。

【００３９】接続体３０の他端３０ｂは金属プリント基
板２５に形成される貫通穴２５ａを貫通して裏面側で銅
パターン２０の所定箇所へハンダ付け２２がされ、貫通
穴２５ａには、絶縁材３１が充填されている。

【００４０】また、金属プリント基板２５の後方には、
貫通穴２５ｂが形成され、銅パターン２０とコネクタ１
２とを接続するリード線３２が貫通して適宜金属プリン
ト基板２５とコネクタ１２の接続端子とを接続してい
る。なお、従来例で説明したと同様に本体箱内には図示
省略する断熱材が充填されている。

【００４１】この構成によって、熱電対１が端子台１１
上で接続体３０と密着固定され、端子台１１上の熱電対
１の熱と金属プリント基板２５の裏面側の熱とが熱伝導
良好な接続体３０によって相互に伝導される。

【００４２】また、金属プリント基板２５は、金属板２
３の一枚に薄い絶縁層２４を形成した単板であるために
熱伝導が良好で温度の平衡が取りやすく金属プリント基
板２５のどの位置でも温度をほぼ均一にできる。これに
よって、接続端子１１ｃの温度と測温抵抗体５との温度
が極めて接近したものとすることができる。

【００４３】また、金属プリント基板２５は単板であ
り、構成も簡単で極めて経済的に製造することができ
る。さらに、金属プリント基板２５に直接端子台１１を
固定することにより金属ブロックに圧着する作業とプリ
ント基板とアルミ板を固定する作業が不要となる。

【００４４】なお、本実施例では、測温抵抗体５を金属
プリント基板２５の裏面側へ配置したが、図４に示すよ
うに表面側へ配置してもよく、また、銅パターン２０を
表面側へ形成してもよい。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、単
板である金属板を絶縁して金属プリント基板としたため
に、熱の伝導が良好で、かつ、熱の応答も速く、金属プ
リント基板の表面の温度をほぼ同じに均一にして正確な
熱電対による温度計測ができる。また、一枚の金属板と
したため極めて構成が簡単で、製作する手間も減少し、
熱電対基準ブロックの小型化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す熱電対基準ブロックの
内部上面概略図である。

【図２】図１の図示矢印方向からの側面図である。

【図３】図１のＡ−Ａ方向概略断面図である。

【図４】本発明の他の実施例を示す側面図である。

【図５】熱電対による温度計測の原理図である。

【図６】熱電対基準ブロックの原理図である。

【図７】熱電対基準ブロックを用いて温度計測をする場
合の説明図である。

【図８】熱電対基準ブロックを用いて温度計測をする場
合の測温抵抗体と温度との関係を示す説明図である。

【図９】熱電対基準ブロックを用いて温度計測をする場
合の熱電対熱起電力と温度との関係を示す説明図であ
る。

【図１０】熱電対基準ブロックを用いて温度計測をする
場合の手順を示す説明図である。

【図１１】第１の従来例を示す熱電対基準ブロックの構
成図である。

【図１２】第２の従来例を示す熱電対基準ブロックの構
成図である。

【符号の説明】

１ 熱電対 ５ 測温抵抗体 ７ 熱電対基準ブロック １１ 端子台 １２ コネクタ ２０ 銅パターン ２３ 金属板 ２４ 絶縁層 ２５ 金属プリント基板 ２６，２８ ビス ２９ ナット ３０ 接続体 ３１ 絶縁材 ３２ リード線

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 本体箱内に設けられる金属板の表面に絶
   縁層を施し、この絶縁層上に銅パターンを印刷した金属
   プリント基板上に、外部から熱電対を接続する入力接続
   部と、冷接点を補償する測温抵抗体と、外部へ出力する
   出力接続部とを配設すると共にこれらを前記銅パターン
   によって接続したことを特徴とする熱電対基準ブロッ
   ク。