JPH07501144A - 熱電対の密封感熱部 - Google Patents

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】 熱電対の密封感熱部 この発明は、保護シース内に挿入されかつその中において接合点で互いに接合さ れている導線を備え、最高温度までの温度を測定するための熱電対の感熱部に関 する。

熱電対は温度の測定、特に高温の測定に使われる。かかる温度測定は、電子を各 導体から引き出すための異なる仕事関数を持つ２つの電気導体の接合点に接触電 圧が発生することを利用して行うものである。この接触電圧は一方の導体から他 方の導体の中に電子が拡散により入り込むことによって生し、温度に依存する。

通常、熱電対は２つの異なる材料からなる導体を２つの接合点で互いに接合して なる。かかる構成において異なる温度をもつ再接合点に生ずる接触電圧間の差電 圧は熱起電力と呼ばれる。導体は、通常、導線形状をしており、異種の金属或い は金属合金からなり、接合点で互いに接合、特にろう付けされている。その場合 一方の接合点は固定の基準温度に保持される。他方の接合点は、特に感熱部にお いて、被測定温度におかれる。

ろう付は点をそれぞれ１つの保護シース内に配置して機械的な損傷から保護する ことは慣用されている。このシースはセラミックス（ドイツ特許第２０２１０４ ４号明細書参照）或いは結晶粒子が団塊形状をとった酸化物結晶（ドイツ特許出 願公開筒１４８９２６３号明細書参昭）からなる。これらの保護シースは慣習的 な意味において透過性でなく、特に赤外線放射に対して透過性でない、感熱部に おける基準温度でない接合点への熱遷移は専ら保護シースを通しての熱伝導によ り行われる。このためその動作に大きな時間遅れがあり、慣性により象、激な温 度変動には追従できない、導体として適当な材料、例えば白金−ロジウム／白金 −ロジウム対（導体中にそれぞれ異なる合金成分を持つ）を選択すると、約１８ ００°Ｃまでの温度測定力＜ｍｌである。「ファウ・デー・イー・ツァイトシュ リフトＪ　１９６９年、第２４号、１７０６頁乃至１７１２頁によれば、熱電対 の被測定温度におかれる接合点を不活性な保護ガスからなる雰囲気中に配置する ことが公知である。

現在、１８００’Ｃより明らかに高い温度に実際の使用上達する電気ヒーターや 電炉が提供されて以来、このための熱電対、特に酸化性の雰囲気でも動作する熱 雷対を得ることが望まれている。

この発明の課題は、従って、非常に高い最高温度、特に１８００”Ｃ以上で、酸 化性の雰囲気でも使用できるような熱電対の感熱部を提供することにある。

この課題の解決は、この発明によれば、保護シースが、単結晶状態にあり熱放射 に対して透過性のセラミックス或いは熱放射に対して透過性の酸化物結晶で、そ の融点が最高温度以上にあるものからなることにより解決される。なおこの場合 保護シースはセラミックス或いは酸化物結晶から作られることも考えられている 。

透過性材料とは、この発明では、熱放射に対して透過性である材料、特に熱放射 の伝達が熱放射の吸収に対して明らかにａ５１１Ｉ！する材料を意味するものと する。

感熱部の保護シースのための材料は熱放射に対して、特に赤外範囲の熱放射に対 して透過性であるので、周囲から感熱部の接合点への熱の伝達は概して熱伝導で はなく、特に熱放射によって行われる。従って感熱部は温度変化に対して非常に 速く反応することができる。

感熱部の導線は保護シース内に支持され、外部からの機械的な応力が少ないよう に、特に短絡を回避するようにするのがよい、さらに他の構成ではこのためのホ ルダは外側の保護シースと同しセラミックスで作られる。これにより、さもない と２つの材料の異なる熱膨張により生ずる耐熱性への悪影響が回避される。

さらにまた他の構成では保護シースは真空引きされて真空密に閉塞される。かく して導線及び接合点の腐食が防止される。

吸いはまた選択的な構成として保護シース内の雰囲気を不活性とすることもでき る。この雰囲気は、例えばアルゴン、ヘリウム或いはその他の不活性ガスからな る。このようにしても導線及び接合点が腐食から保護される。

必要な耐温度性を持ちかつ電磁波スペクトルの赤外領域で必要な透過性を持つ適 当な材料としては、例えばサファイア（Ａｌｔｏｚ）或いは酸化ジルコニウム（ ＺｒＯｔ）の単結晶が挙げられる。これらの材料は、耐食性が高い他に機械的強 度もよく、熱放射の通過に対して大きな妨げとならない、上記の材料、サファイ アや酸化ジルコニウムからは特別な困難もなく必要な大きさの単結晶を成長させ ることができ、この単結晶を必要に応じて適当な方法、例えば超音波穿孔や同様 の超音波切削により形状加工することができる。

導体、特に導線の材料としては一方では白金或いはタングステン、他方ではロノ ウム或いはレニウムからなる合金が存利である。白金／ロジウムからなる導線を 有する都電対は少なくとも１８００°Ｃまでの温度を測定するために、タングス テン／レニウムからなる導線を持つ熱電対はそれ以上の温度の測定に適している 。

導線ごとに異なる金属或いは金属合金と合金からなる導線の組み合わせも同様に 可能である。

導線は閉鎖蓋を通して保護シースに挿入されるのが好ましい、閉鎖蓋は保護シー スを閉塞し、耐熱材料で作られている。

最高温度は、特に１８００°Ｃ以上、特に約２２００°Ｃまでの範囲にある。

この発明の実施例を図においてその軸方向断面で示す。

高温炉において異なる雰囲気でかつ２２００°Ｃまでの温度で使用するために図 示の密封形感熱部は、種々の組成の白金／ロジウム或いはタングステン／レニウ ム合金からなる２つの導線１．２ををしている。４線１．２は接合点３で互いに ろう付けされている。もう一方の接合点は図示されていないが、基準感熱部を形 成し、図示の導線ｌ、２及び図示されてない熱起電力測定のための測定器とで熱 電対を形成している。導線ｌ、２はホルダ４に保持されており、このホルダ４は 一方が閉塞されている保護シース５に保持されている。ホルダ４と保護シース５ はそれぞれ熱放射に対して透過性のある材料、例えば酸化アルミニウム（ＡＩ！ ＯＪからなる。それらはこの材料の単結晶（サファイア）から作り出される。保 護シース５はその上端が、耐高熱性でしかし必ずしも熱放射に対しては特に透過 性であることは必要でない材料からなる蓋６で真空密に閉塞されている。４線ｌ 、２は真空密に閉塞された蓋６の孔を通して外部に引き出されている。一方の導 線１は基準感熱部の接合点に接続され、他方の導線２はここには図示されてない 測定器、例えば回転コイル形電流計に導かれ、ここで図示の接点３への熱作用に より生ずる熱起電力が計測される。

ホルダ４は蓋６にろう付けされている。蓋６は同様にろう付けにより保護シース ５に接合されている。ろう材としては特にガラスろうが使用される。しかしセラ ミックろう材或いは接着剤の使用も可能である。これらのろうを使用することに より導線ｌ、２の蓋６を通る貫通部が真空密になりかつ電気的に絶縁される。

保護ソース５は真空引きされているか或いは特に低圧で、不活性ガスからなる雰 囲気を持つ。

このような感熱部は上述の構成により腐食に侵されることがなく、従ってその消 耗も最小である０才た保護シース５の特性に基づき感熱部の長時間の耐温度特性 が保証される。保護シース５に熱放射に対して透過性のある材料を選択すること によりこの感熱部は罪常に速く温度変化に応動する。

フロントページの続き （７２）発明者　ヤンジング、トーマスドイツ連邦共和国　デー−５０６０ベル ギツシュ　グラ−ドパツバ　タールヴエーク

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. １．保護シース（５）に挿入されかつその中において接合部（３）で互いに接続 されている導線（１、２）を傭えた最高温度までの温度を測定する熱電対の感熱 部において、保護シース（５）が、単結晶状態にあり熱放射に対して透過性のセ ラミックス或いは熱放射に対して透過性の酸化物結晶で、その融点が最高温度以 上にあるものからなることを特徴とする熱電対の密封感熱部。
2. ２．導線（１、２）が保護シース（５）の内部において熱放射に対して透過性の セラミックス或いは熱放射に対して透過性の酸化物結晶からなる少なくとも１つ のホルダ（４）に保持されていることを特徴とする請求の範囲１記載の感熱部。
3. ３．保護シース（５）が真空引きされて真空密に閉塞されていることを特徴とす る請求の範囲１又は２記載の感熱部。
4. ４．保護シース（５）の内部に不活性の雰囲気が存在していることを特徴とする 請求の範囲１又は２記載の感熱部。
5. ５．保護シース（５）がサファイア或いは酸化ジルコニウム単結晶からなること を特徴とする請求の範囲１乃至４の１つに記載の感熱部。
6. ６．導線（１、２）が種々の組成の白金／ロジウム合金或いは種々の組成のタン グステン／レニウム合金からなることを特徴とする請求の範囲１乃至５の１つに 記載の感熱部。
7. ７．保護シース（５）に対して耐熱性の材料からなる閉鎖蓋（６）が設けられ、 この蓋を導線（１、２）が貫通していることを特徴とする請求の範囲１乃至６の １つに記載の感熱部。
8. ８．最高計測温度が１８００℃以上、特に２２００℃までの範囲にあることを特 徴とする請求の範囲１乃至７の１つに記載の感熱部。