JPH08193891A - 温度測定用プローブ - Google Patents

温度測定用プローブ

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JPH08193891A
JPH08193891A JP7023340A JP2334095A JPH08193891A JP H08193891 A JPH08193891 A JP H08193891A JP 7023340 A JP7023340 A JP 7023340A JP 2334095 A JP2334095 A JP 2334095A JP H08193891 A JPH08193891 A JP H08193891A
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thermocouple
temperature
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Arata Nakamura
新 中村
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Nec Corp
日本電気株式会社
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高温の被測定物の温度変化を応答性よく検出
できるようにする。温度測定の空間分解能を向上させ
る。 【構成】 アルミナからなる絶縁性基板11上に、白金
(Pt)(87wt%)−ロジウム(Rh)(13wt
%)合金粉末のペーストを印刷し、焼成して第1金属膜
12を形成する。同様に、白金ペーストを印刷し、焼成
して第2金属膜13を形成する。熱電対の接合部付近を
熱輻射透過性の高いシリコン酸化膜14で被覆し、それ
以外の部分を熱輻射透過性の悪いアルミナ膜15で被覆
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、温度測定用プローブに
関し、特に高温での温度測定に用いられる、成膜技術に
よって形成される熱電対プローブに関するものである。
【0002】
【従来の技術】例えば、メルトシリコンの温度測定など
の用途に用いられるプローブでは、応答性がよいことお
よび分解能が高いことが要求される。従前の高温の温度
測定用プローブでは、熱電対を絶縁性が高くかつ化学的
に安定な保護管内に納めることが一般的であった。しか
し、この構成では、熱電対と保護管との間に隙間ができ
てしまうため、温度応答性が悪く高速の温度変化を精度
よく計測することが困難であった。
【0003】他の従来技術としては、絶縁性基板上に印
刷法などの成膜技術によって熱電対を形成し、その上を
絶縁性被膜によって被覆する構造のものが知られてい
る。この場合、絶縁性被膜としては、熱的および化学的
な安定性の高い、例えば耐熱性セラミックなどの膜が用
いられてきた。
【0004】このタイプの温度測定用プローブは、熱電
対と絶縁性被膜との間に隙間が形成されることがなく、
しかも熱電対自身が成膜法で薄くかつ小型に形成されて
いるために、温度応答性は上述した保護管内に熱電対を
収容したプローブに比較して改善されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、成膜法
で形成されたプローブでは、熱電対そのものの温度応答
性が高いにもかかわらず絶縁性被膜によって被覆されて
いるために、被測定試料の温度変動がこの絶縁性被膜の
熱伝導で伝わることになり、プローブの温度応答性が悪
化している。そのため、早い温度変動をする被測定物質
の温度を正確に測定することができず、なお一層の改善
が求められていた。
【0006】また、上述した従来例では、熱電対接合部
を含む金属膜全体が同一の絶縁性被膜によって被覆され
ていたため、周囲全体の温度環境の影響を受けることに
なり、空間的分解能の高い測定が困難であった。
【0007】電気的絶縁性の被測定物質を測定する場合
には、熱電対上に絶縁性被膜を形成する必要はなくなる
とも考えられるが、高温になっている物質では、一般的
には電気伝導性が増している場合が多く、また、熱電対
を構成する金属膜を保護するために、高温測定用のプロ
ーブでは絶縁性保護被膜を設けることは不可欠である。
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであっ
て、その目的は、温度応答性が高く、かつ、分解能の高
い高温測定用プローブを提供しうるようにすることであ
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明によれば、絶縁性基板(11)上に、一部の
領域で互いに積層されて熱電対を形成している2種の金
属膜(12、13)が形成され、前記金属膜の積層部お
よびその近傍が熱輻射透過性の高い絶縁性材料からなる
被膜(14)によって被覆され、かつ、上記以外の金属
膜部分が熱輻射透過性の悪い絶縁性材料からなる被膜
(15)によって被覆されていることを特徴とする温度
測定用プローブ、が提供される。
【0009】また、本発明によれば、絶縁性基板(2
1)上に、一部の領域で互いに積層されて熱電対を形成
している2種の金属膜(22、23)が形成され、前記
金属膜が熱輻射透過性の高い絶縁性材料からなる被膜
(24)によって被覆され、かつ、前記金属膜の積層部
およびその近傍を除く部分上の前記被膜上には反射膜
(25)が形成されていることを特徴とする温度測定用
プローブ、が提供される。
【0010】
【作用】ここで、熱電対接合部付近での熱の伝わり方に
ついて考えると、熱電対接合部に被測定物質からの温度
変動が伝搬する場合、熱が伝導のみで伝わる場合には、
熱電対の応答性は絶縁膜がいかに熱を伝えやすいかに依
存する。熱伝導率の高いすなわち熱を伝えやすい材料
で、接合部上での絶縁性被膜を作製できるならば、温度
応答性は向上する筈である。しかし、一般的にこの種の
プローブにおける絶縁性被膜に使用される物質はセラミ
ック材料が多く、その多くは熱伝導率は高くない。この
ため、この絶縁性被膜により温度応答性が悪化してい
た。
【0011】而して、熱は伝導のみならず熱輻射によっ
ても伝達される。この熱輻射は被測定物質から電磁波に
より直接熱伝達するものであるため、これを利用して熱
を検出するようにすれば、早い温度変化にも正確に追随
することができるようになる。そこで、本発明において
は、熱電対接合部分の絶縁性被膜に熱輻射に対する透過
能が高い物質を選択し、これにより温度応答性の向上を
図っている。
【0012】また、本発明のプローブでは、熱電対接合
部以外の金属膜を、熱輻射透過性の悪い絶縁性材料によ
り被覆するか、あるいは、赤外線反射膜によって被覆し
ているので、熱電対接合部以外からの温度変動は遮断さ
れるため、熱電対接合部付近のみの被測定物質から放射
される熱輻射だけを感知することが可能になり、温度測
定の空間的分解能が改善される。
【0013】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図1(a)は、本発明の第1の実施例を示
す平面図であり、図1(b)はそのA−A線の断面図で
ある。同図に示されるように、絶縁性基板11上に第1
金属膜12と第2金属膜13とが形成されており、両金
属膜の積層部において熱電対が形成されている。熱電対
の形成されている絶縁性基板11の先端部はシリコン酸
化膜14によって被覆され、それ以外の基板表面はアル
ミナ膜15によって被覆されている。
【0014】本実施例のプローブは次のようにして作製
される。純度96%のアルミナからなる絶縁性基板11
上に、白金(Pt)(87wt%)−ロジウム(Rh)
(13wt%)合金粉末のペーストをスクリーン印刷法
にて線幅0.1mmのパターンを印刷し、焼成して第1
金属膜12を形成する。同様に、白金ペーストを用いて
線幅0.1mmのパターンを印刷し、これを焼成して第
2金属膜13を形成する。
【0015】したがって、両金属膜の積層部には、0.
1mm×0.1mmの接合寸法のRタイプ熱電対が形成
される。次に、熱電対の接合部付近を石英ガラス膜14
で被覆し、それ以外の部分をアルミナ膜15で被覆して
本実施例のプローブの作製が完了する。
【0016】上記のように形成された温度測定用プロー
ブと、比較のために形成した、熱電対用金属膜の全体を
アルミナ膜にて被覆したプローブとを、1450℃のシ
リコンメルトに挿入し、熱電対の温度応答が1450℃
になるまでの時間を比べたところ、本実施例のものがア
ルミナ膜のみで被覆したものに対して20%の温度応答
性の向上を示した。
【0017】図2は、本発明の第2の実施例を示す断面
図である。本実施例の、第1の実施例に対する構造上の
相違点は、全体がシリコン酸化膜24で被覆されている
点と、金属膜の熱電対接合部近辺以外の部分が反射膜2
5にて覆われている薄膜点である。本実施例のプローブ
は以下のように作製される。
【0018】絶縁性基板21となる純度96%の未焼成
のアルミナ基板上に、白金(Pt)(87wt%)−ロ
ジウム(Rh)(13wt%)合金粉末のペーストをス
クリーン印刷法にて膜厚80μm、線幅0.1mmのパ
ターンを印刷し、続いて、白金ペーストを用いて膜厚8
0μm、線幅0.1mmのパターンを印刷する。さら
に、全面にシリカペーストを印刷する。
【0019】焼成して、第1金属膜22、第2金属膜2
3および石英ガラス膜24を形成する。これにより、
0.1mm×0.1mmの接合寸法のRタイプ熱電対が
形成される。次に、スパッタ法によりタンタル(Ta)
を膜厚1000Åに堆積し、フォトリソグラフィ法を適
用して熱電対接合部上のタンタル膜を除去する。そし
て、酸化処理を施してタンタル膜の表面をタンタル酸化
膜で被覆してこれを反射膜25とする。この金属反射膜
に代え、誘電体多層膜の反射膜を用いるようにしてもよ
い。
【0020】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による温度
測定用プローブは、成膜技術で形成された熱電対接合部
上を熱輻射透過性の高い絶縁性被膜で被覆し、それ以外
の部分を熱輻射の透過性の低い被膜により被覆したもの
であるので、高温の被測定物質の温度測定において被測
定物質の温度変動を応答性よく測定することが可能とな
る。また、熱電対接合部以外の部分からの温度変化の影
響を遮断することができるので、空間分解能の高い温度
測定用プローブを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を示す平面図と断面図。
【図2】本発明の第2の実施例を示す断面図。
【符号の説明】
11、21 絶縁性基板 12、22 第1金属膜 13、23 第2金属膜 14、24 石英ガラス膜 15 アルミナ膜 25 反射膜

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 絶縁性基板上に、一部の領域で互いに積
    層されて熱電対を形成している2種の金属膜が形成さ
    れ、前記金属膜の積層部およびその近傍が熱輻射透過性
    の高い絶縁性材料からなる被膜によって被覆され、か
    つ、上記以外の金属膜部分が熱輻射透過性の悪い絶縁性
    材料からなる被膜によって被覆されていることを特徴と
    する温度測定用プローブ。
  2. 【請求項2】 前記熱輻射透過性の高い絶縁性材料が石
    英ガラスであり、前記熱輻射透過性の悪い絶縁性材料が
    セラミック材料であることを特徴とする請求項1記載の
    温度測定用プローブ。
  3. 【請求項3】 絶縁性基板上に、一部の領域で互いに積
    層されて熱電対を形成している2種の金属膜が形成さ
    れ、前記金属膜が熱輻射透過性の高い絶縁性材料からな
    る被膜によって被覆され、かつ、前記金属膜の積層部お
    よびその近傍を除く部分上の前記被膜上には反射膜が形
    成されていることを特徴とする温度測定用プローブ。
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