JPH08178759A - 等温コネクタ - Google Patents
等温コネクタInfo
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- JPH08178759A JPH08178759A JP7164771A JP16477195A JPH08178759A JP H08178759 A JPH08178759 A JP H08178759A JP 7164771 A JP7164771 A JP 7164771A JP 16477195 A JP16477195 A JP 16477195A JP H08178759 A JPH08178759 A JP H08178759A
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Abstract
クタに接続した後のセットタイムを短縮できると共に、
温度を安定に保持して高精度の測定を可能にする小型の
等温コネクタを提供することである。 【構成】 等温コネクタに関し、夫々の電気接続部が、
対応するコネクタの対応する接続部に熱的及び電気的に
接続される複数の電気接続部と、該複数の電気接続部の
夫々に熱的に接続して上記複数の電気接続部間の熱結合
を行う熱伝導部材とを有し、上記等温コネクタの熱容量
が上記対応するコネクタの熱容量よりも実質的に大きい
小型の等温コネクタ。
Description
に、熱電対温度測定装置及び校正システムに使用される
等温コネクタに関する。
使用され、2種類の異種金属から成る接続部と接続部の
両側に夫々接続した2本のリード線とから構成される。
熱電対から発生する熱起電力は、接続部の温度と接続部
金属とによって決定される。温度の関数として発生する
熱起電力は熱結合している接続部によって決まるので、
電圧測定装置により接続部電圧を測定し、電圧と温度の
簡単な変換アルゴリズムを用いれば、測定電圧を温度情
報として得ることができる。
多くの金属が熱電対の接続部として使用され、種々のタ
イプの熱電対が製作されている。どのタイプの熱電対を
使用すればよいかを決定する要素(即ち熱電対選択のパ
ラメータ)は、被測定物の予想温度と要求される測定精
度である。J型(鉄・コンスタンタン)及びK型(クロ
メル・アルメル)熱電対は通常使用される熱電対であ
り、これらの熱電対の測定可能温度範囲及び精度は良く
知られている。
通常上記のJ型及びK型の両方を使用することができ、
IEC(International Electrotechnical Commissio
n:国際電気標準会議)584及びNIST(National
Institute of Standards andTechnology:全米技術標準
協会)の温度/電圧テーブルを使用して測定接続部電圧
を温度情報に変換できる。
は、熱電対を測定装置に直接接続しておけばよい。しか
しながら、一般的には、異なった熱電対プローブを測定
装置に素早く接続できるように、熱電対をリード線及び
熱電対コネクタを介して測定装置に間接的に接続してい
る。特別の形状及び寸法の金属接続部を有するブレード
型の熱電対コネクタは産業界で標準化されている。
問題がある。即ち、熱電対コネクタと測定装置側の対応
する接続部との金属接触が、熱電対の異種金属接続部と
は別の異種金属接続部となり熱電圧を発生して測定に悪
影響を与える。従って、測定に影響する誤差電圧を打ち
消す措置が必要となる。1つの対策はコネクタ接合の温
度を測定して測定値からコネクタ接続部で発生する熱電
圧を推定して除去することである。
(必ずしも近傍に限定されない)に設けた温度センサに
より測定される。正確な温度測定を確実にするため、熱
電対に伸びている2本のリード線が接続している熱電対
コネクタの2個の接続部間の温度差を最小にすることが
重要であり、更に、温度センサとコネクタ同士の接続部
間の温度差も最小にすることも重要である。
発生し、この測定誤差により温度測定全体の精度が低下
すると共に温度測定装置が誤った温度測定値を表示する
ことになる。したがって、コネクタの2個の接続部間の
温度差及びこの接続部と温度センサとの温度差を実質上
同一温度に維持する必要があるので、熱結合コネクタは
“等温状態”であることが望ましい。
する等温端子ブロック”と題する米国特許第5,09
0,918号は、複数の熱結合リード線とリード線端子
群との接続を容易にする等温端子ブロックを開示してい
る。この等温端子ブロックは、熱伝導物質層を埋め込ん
だ多層プリント基板を用い、夫々の端子対間の熱結合と
共に、この複数の端子と端子ブロックに設けた温度セン
サとの熱結合を良好にしている。このため、従来例と比
較して物理的に小型の形状により良好な熱伝導を実現し
ている。
ド線端子と半永久的に設置された温度センサを等温に保
つという問題を解決してはいるが、異なった熱電対コネ
クタを接続(再接続を含む)した後の安定状態での測定
に要する時間(定常測定状態に至るまでの時間或いはセ
ットタイム)についての問題を解決していない。
ックよりも小さいのが普通であるが、上記米国特許は、
小型の部品の温度を安定に保持するという課題を解決し
ていない。
る問題は、或温度の熱電対コネクタが異なった温度の測
定装置側のコネクタに接続される場合に共通に発生す
る。熱容量は或物体が蓄積できる熱エネルギー量であ
る。定常測定状態に至るまでの時間とは、2つのコネク
タ間の2つの金属と金属の接合部の温度が安定して所望
の測定精度に充分な最小時間である。ブレード型熱電対
コネクタは、測定器コネクタに逆極性で挿入されないよ
うに、一方のピンが他方のピンに比べて大きくなってい
るので、上記の問題は更に解決が困難となっている。
のピンは寸法(体積)が異なるので熱容量が異なること
になる。したがって、2つの接合部が異なった速度で熱
平衡状態となるので、測定精度に影響を与えると共に定
常測定状態に至るまでの時間が長くなるという問題があ
る。従来の熱電対コネクタは、等温状態での動作を考慮
することなく設計され、測定装置に接続した後の“定常
測定状態に至るまでの時間”を短くする点に付いては何
等有効な手段を提供していない。
この一方の電気接続部が他の接続部と互いに熱結合した
際に、他方の接続部の熱容量が小さく且つ異なった温度
であっても、両方の接続部の熱平衡状態までの時間が短
くなる。一方の接続部の他方の接続部に対する熱容量比
が大きいほど、両方の接続部が熱平衡状態となる時間が
短くなる。一方の接続部の熱容量を増加させれば、周囲
の大気温度が短時間に変化しても測定を安定して行え
る。
イム(定常温度測定状態に至るまでの時間)が短く、よ
り高精度な測定が可能であり、更に周囲の大気温度に影
響されにくい小型の測定用等温コネクタが望ましい。
タは、夫々の電気接続部が、対応するコネクタの対応す
る接続部に熱的及び電気的に接続される複数の電気接続
部と;該複数の電気接続部の夫々に熱的に接続し、上記
複数の電気接続部間の熱結合を行う熱伝導部材とを有
し、上記等温コネクタの熱容量が上記対応するコネクタ
の熱容量よりも実質的に大きい。
の電気接続部が、対応するコネクタの対応する接続部に
熱的及び電気的に接続される複数の電気接続部を有し、
該複数の電気接続部の夫々は上記対応する接続部の熱容
量よりも実質上大きい熱容量であり;該複数の電気接続
部の夫々に熱的に接続し、上記複数の電気接続部間の熱
結合を行う熱伝導部材とを有する。
に使用される等温コネクタは、夫々の電気接続部が、熱
電対コネクタの対応する接続部に熱的及び電気的に接続
される複数の電気接続部を有し、該複数の電気接続部の
夫々の熱容量は上記対応接続部の熱容量よりも実質上大
きく;上記複数の電気接続部の夫々に少なくとも1層の
熱伝導層を有し、上記複数の電気接続部の夫々の間の熱
結合を行わせる多層プリント基板と;上記多層プリント
基板に熱的に接続して上記複数の電気接続部の温度を検
知する温度センサを更に有し、上記多層プリント回路基
板により上記温度センサと上記複数の電気接続部の各々
との間の熱結合が行う。
温コネクタに関し、この等温コネクタに、例えばブレー
ド型の熱電対コネクタを挿入した際、セットタイムを短
縮でき且つ全体的に安定な測定が可能となる。等温コネ
クタの1対の電気接続部は、ブレード型の熱電対コネク
タが挿入されて1対のスプリング・クリップにより等温
コネクタに保持されると、ブレード型熱電対コネクタの
対応する1対の接続部と電気的且つ熱的に結合する。
は、上記米国特許において熱伝導部材として開示されて
いる“熱伝導層を埋め込んだ多層回路基板”を用いるこ
とにより達成される。
び熱的結合を行うために、多層プリント回路基板と確実
に接続され、一方、温度センサ(例えばサーミスタ)
も、電気接続部の温度を測定するために多層プリント回
路基板と熱的に接続される。測定装置側の電気接続部の
熱容量を熱電対の接続部の熱容量よりも大きくし、2個
の接続部の熱容量の差がセットタイムに与える影響を軽
減することにより、セットタイムを短くしている。更
に、大きな熱容量と組み合わせた接続部間の充分な熱結
合により、金属と金属との接触は周囲温度変化に対して
熱的に安定しているので、等温コネクタを物理的に小さ
いサイズに維持しつつ高精度の測定が可能にできる。
部が、接続部間の熱結合を等温条件に維持するセラミッ
ク基板に熱的及び電気的に接続している。更に、セラミ
ック基板は、所望のセットタイムに必要な熱容量の大部
分を提供する。
供にある。
定装置のコネクタに接続した後のセットタイムを短縮で
きる等温コネクタの提供にある。
度の測定を可能とする等温コネクタの提供することであ
る。
持して高精度の測定を可能にする等温コネクタを提供す
ることである。
は、熱電対12、接続リード線14及び熱電対コネクタ
16から構成されている。図示の熱電対プローブ10は
ビード(bead)支持型のエア・プローブであるが、本発
明は他の種々のプローブ、例えば、液浸型プローブ(im
mersion probe)、ピアス型プローブ(piercing prob
e)、サーフェス型プローブ(surface probe)等を使用
してもよい。何れのプローブを使用しても温度検知素子
として熱電対12を使用する点に変わりない。
し、この接合部から接合部温度に対応した(接合部温度
の関数として)直流熱起電力が発生する。熱電対12は
接続リード線14を介して熱電対コネクタ16に接続し
ている。上記の種々のタイプのプローブの何れにも共通
する点は、熱電対コネクタ16を設けていることであ
る。この熱電対コネクタ16はブレード型のコネクタで
あり、複数のプローブを簡単に交換できるように産業界
で標準化されている。熱電対コネクタ16の1対の電気
接続部18は、図示のように形状が異なっている。これ
は、熱電対コネクタ16に極性を持たせて測定装置側の
コネクタに接続する方向を一定にするためである。
たブロック図であり、温度測定装置20は温度測定回路
22と等温コネクタ24を有する。本発明に係る等温コ
ネクタ24は、多層プリント回路基板である熱伝導部3
0、1対の電気接続部26、及び温度センサ28から構
成されている。電気接続部26及び温度センサ28は共
に熱伝導部30に熱的に結合している。
(或いは溝を設けて配置した)熱伝導物質により非常に
良好な熱伝導特性を有し、1対の電気接続部26と温度
センサ28とが等温状態(熱平衡状態)となるようにな
っている。即ち、1対の電気接続部26の間の温度差、
及び、電気接続部26と温度センサ28の間の温度差を
実質上ゼロとする。
続部26を温度センサ28から絶縁する絶縁部材として
作用する。1対の電気接続部26の夫々はリード線32
を介して測定回路22の入力端に接続している。
基板に埋め込まれ(溝を配置して設けた)リード線、若
しくは絶縁を施したリード線、又はこれらの組み合わせ
た構成(但し同種の金属を用いて接合部に熱起電力が発
生しないようにする)とすることができる。温度センサ
28からの信号も同様に測定回路22の入力端に接続し
ている。温度センサ28は、例えば、サーミスタ、ダイ
オード、トランジスタ等の適当な温度検知器であり、ト
ランジスタの場合にはベース・エミッタ間の接合電圧が
周囲温度に比例する。
等温コネクタ24を介し、熱電対12で発生した熱起電
力を受ける。電気接続部26と18との金属同士の2箇
所での接続は2つの熱起電力発生の原因となり、測定回
路22による熱起電力測定に悪影響を及ぼす。
による2つの熱起電力に基づく測定誤差を減少させるに
は2つの方法がある。
一温度とし、2つの熱起電力の差を最小にして熱電対1
2で発生した熱起電力測定に影響を与えないようにする
ことである。更に、測定回路22は、温度センサ28の
出力信号を測定して電気接続部26と18との接続部で
の熱起電力を補償することができる。
電力による影響を除去するためには、温度センサ28に
よって検知される温度は正確に上記接続部26の温度を
表している必要がある。この第1の方法は、電気接続部
26及び18、温度センサ28などが熱平衡状態にある
と仮定しているので、静的な解決技術と言える。
による2箇所での熱起電力に基づく測定誤差を減少させ
る第2の方法は、比較的小型の等温コネクタの動的な動
作能力を改良することである。
の熱容量を、対応する測定装置側の対応する接続部18
の熱容量に比べて大きくすることによりセットタイムを
所望値とすることである。上述したように、セットタイ
ムとは、熱電対プローブ14の熱電対コネクタ16を等
温コネクタ24に挿入した後に電気接続部26と18と
の温度が等しくなって(温度差がゼロとなって)正確な
測定が可能となるまでの時間である。
容量は該接続部の材料である銅テルル(Tellurimum cop
per)合金の量を変えることにより実験的或いは経験的
に可能である。例えば、接続部16と18の熱容量の比
を5対1とすれば、接続部16を等温コネクタ24に挿
入した後のセットタイムを実用上問題のない程度に短縮
することが可能であった。
部の材料として選択したのは、腐食に強く且つ単位体積
当たりの熱容量が等温コネクタ24を小型にできるとい
う理由である。
して熱電対コネクタ16に接続した測定回路36を示
す。熱電対12を既知の温度補正信号で置換することに
より、測定回路36が既知の信号に対して所望の応答を
するように調整され、したがって校正されることにな
る。測定回路36を校正するには、熱電対から出力する
信号に相当する信号の精度が測定回路36の測定精度を
超えていなくてはならない。これにより、測定回路36
の校正により回路のコネクタ接続部で発生する熱電対起
電力の誤差を正確に制御或いは補償できる。
路34を有する温度測定装置20の簡単なブロック図で
ある。図2Bの電圧源回路34は、特定の熱電対が予め
設定した温度に対して発生する熱電対起電力を正確にシ
ュミレート(模擬)することにより、図1Bの測定回路
22の機能と相補的に動作する。
等温コネクタ24の電気接続部26に加えられる。温度
センサ28は接続部26の温度を検知し、検知された温
度を表す信号をリード線32を介して電圧源回路34に
入力する。電圧源回路34は入力された温度センサ28
の出力に基づき、電気接続部18と26の間に発生した
接続部電圧に基づく「実際の測定に影響する誤差」を補
正するために、上記シュミレート電圧を補正する電圧を
発生する。
で既に説明したと全く同様に実際の測定に影響を及ぼ
し、要求される精度及びセットタイムは図1Bの回路の
場合と同様である。本実施例では、使用者は電圧源回路
36或いは測定回路22を測定装置20内の等温コネク
タ30に選択的に接続できるようになっている。したが
って、使用者は熱電対20(図1A)の動作をチェック
或いは検証して測定回路36を校正することにより、測
定装置20により温度測定を正確に行うことができ、し
たがって、測定装置20の初期の目的を達成させること
ができる。
る熱起電力に基づく測定誤差は信号の方向とは無関係な
ので、等温コネクタ24に要求される機能は、熱電対か
らの電圧測定(実際の測定)及び熱電対のシュミレーシ
ョン(装置の校正)の双方で全く同一である。
を具体的に示す斜視図である。図3において、等温コネ
クタ24は、電気接続部26、温度センサ28、熱伝導
部30及びリード線32から構成される。電気接続部2
6は熱伝導部30に熱的に接続し、この熱伝導部30は
多層プリント回路基板でありリード線32を介して測定
回路22或いは電圧源回路34(共に図3には図示せ
ず)に電気的に接続している。熱伝導部30は、電気接
続部26の2個の接続部を充分に熱結合させると共に、
電気接続部26と温度センサ28とを充分に熱結合させ
て等温状態を実現させる。
るために、熱伝導部30を物理的に小型とし、測定装置
20内の他の測定に影響を及ぼす熱源と熱的に接触しな
いようにしている。
温度安定性を達成するために必要とされる熱容量を有す
る。温度センサ28は、熱伝導部30を介して電気接続
部26に熱的に接続したサーミスタ、温度測定用のダイ
オード或いはトランジスタである。
を示す斜視図である。図4において、等温コネクタ24
は、電気接続部26、温度センサ28、熱伝導部30及
びリード線32から構成される。電気接続部26及び温
度センサ28は熱伝導部30に熱的に接続し、この熱伝
導部30は図4の例ではセラミック基板である。電気接
続部26はセラミック基板の表面に設けた銅箔(銅層)
からなり、ワイヤ32を介して測定回路22或いは電圧
源回路34(共に図4には図示せず)に電気的に接続し
ている。
の接触部同士を充分に熱結合させると共に、電気接続部
26と温度センサ28とを充分に熱結合させて等温状態
を実現している。温度センサ28は、熱伝導部30を介
して電気接続部26に熱的に接続したサーミスタ、温度
測定用のダイオード或いはトランジスタである。
るために、熱伝導部30を物理的に小型とし、測定装置
20内の他の測定に影響を及ぼす熱源と熱的に接触しな
いようにしている。図4に示す等温コネクタ24の大き
さはこれまでに述べた等温コネクタの大きさと実質上同
様である。
のセットタイムと温度安定性を達成するために必要とさ
れる熱容量を有する。しかし、セラミック基板は、上述
した多層プリント回路基板とは異なり、かなり大きい熱
容量を有するので、セラミック基板の寸法及び銅泊の厚
みは等温コネクタ24の熱容量を適切な値とするために
考慮する必要がある。
ネクタ24の一部切り欠いた斜視図である。1対のスプ
リング・クリップ38により熱電対コネクタ16の対応
する接続部18をクランプし、電気接続部26を対応す
る接続部18に電気的及び熱的に接続する。図5に示す
実施例では、等温コネクタ24は温度測定装置20の残
りの部分と物理的に分離されており、温度測定装置20
内に設けた凹部(キャビティ)内部に納められている。
したがって、等温コネクタ24が装置20内の熱源から
受ける影響は非常に少なく、且つ、装置20の周囲温度
の短周期の温度変化に対しても影響を受けることが少な
い。
本発明に基づく種々の変形・変更は当業者にとって容易
であり、本発明は上述の実施例に限定されないことは明
かである。
に限定されることなく他の適当な導電物質・材料から製
作してもよい。更に、熱起電力が発生する測定装置内の
電気接続部の熱容量を種々変更し、測定装置の精度及び
セットタイムを所望値とすることも可能である。更に
又、電気接続部26の形状及び接続部の数は、雄型或い
は雌型の種々のタイプの接続部と接続できるように変更
できることは勿論である。
方の電気接続部の熱容量を増加することにより、この一
方の電気接続部が他の接続部と互いに熱結合した際に、
他方の接続部の熱容量が小さく且つ異なった温度であっ
ても、両方の接続部の熱平衡状態までの時間を短くする
ことができる。一方の接続部の他方の接続部に対する熱
容量比が大きいほど、両方の接続部が熱平衡状態となる
時間が短くなる。一方の接続部の熱容量を増加させれ
ば、周囲の大気温度が短時間に変化しても測定を安定し
て行うことができる。
んだ様子を示す一部切り欠いた斜視図。
Claims (10)
- 【請求項1】 等温コネクタに関し、 夫々の電気接続部が、対応するコネクタの対応する接続
部に熱的及び電気的に接続される複数の電気接続部と、 該複数の電気接続部の夫々に熱的に接続し、上記複数の
電気接続部間の熱結合を行う熱伝導部材とを有し、上記
等温コネクタの熱容量が上記対応するコネクタの熱容量
よりも実質的に大きいことを特徴とする等温コネクタ。 - 【請求項2】 上記熱伝導部材に熱的に接続して上記複
数の電気接続部の温度を検知する温度センサを更に有
し、上記熱伝導部材により上記温度センサと上記複数の
電気接続部の各々との間の熱結合が行われる請求項1記
載の等温コネクタ。 - 【請求項3】 上記熱伝導部材は少なくとも1つの熱伝
導層を有する多層プリント基板である請求項1記載の等
温コネクタ。 - 【請求項4】 上記複数の電気接続部の夫々は、上記対
応する接続部の夫々の熱容量よりも実質上大きい熱容量
を有する請求項3記載の等温コネクタ。 - 【請求項5】 上記熱伝導部材はセラミック基板である
請求項1記載の等温コネクタ。 - 【請求項6】 等温コネクタに関し、 夫々の電気接続部が、対応するコネクタの対応する接続
部に熱的及び電気的に接続される複数の電気接続部を有
し、該複数の電気接続部の夫々は上記対応する接続部の
熱容量よりも実質上大きい熱容量であり、 該複数の電気接続部の夫々に熱的に接続し、上記複数の
電気接続部間の熱結合を行う熱伝導部材とを有すること
を特徴とする等温コネクタ。 - 【請求項7】 上記熱伝導部材に熱的に接続して上記複
数の電気接続部の温度を検知する温度センサを更に有
し、上記熱伝導部材により上記温度センサと上記電気接
続部の各々との間の熱結合を行う請求項6記載の等温コ
ネクタ。 - 【請求項8】 上記熱伝導部材は少なくとも1つの熱伝
導層を有する多層プリント基板である請求項6記載の等
温コネクタ。 - 【請求項9】 上記熱伝導部材はセラミック基板である
請求項6記載の等温コネクタ。 - 【請求項10】 熱電対温度測定装置に使用される等温
コネクタであって、 夫々の電気接続部が、熱電対コネクタの対応する接続部
に熱的及び電気的に接続される複数の電気接続部を有
し、該複数の電気接続部の夫々の熱容量は上記対応接続
部の熱容量よりも実質上大きく、 上記複数の電気接続部の夫々に少なくとも1層の熱伝導
層を有し、上記複数の電気接続部の夫々の間の熱結合を
行わせる多層プリント基板と、 上記多層プリント基板に熱的に接続して上記複数の電気
接続部の温度を検知する温度センサを更に有し、上記多
層プリント回路基板により上記温度センサと上記複数の
電気接続部の各々との間の熱結合が行うことを特徴とす
る等温コネクタ。
Applications Claiming Priority (2)
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US08/255,133 | 1994-06-07 | ||
US08/255,133 US5492482A (en) | 1994-06-07 | 1994-06-07 | Compact thermocouple connector |
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Publication Number | Publication Date |
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JP (1) | JP2589283B2 (ja) |
KR (1) | KR0180068B1 (ja) |
DE (1) | DE69533601T2 (ja) |
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Families Citing this family (34)
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