JPS5828535B2 - 測温用センサ− - Google Patents

測温用センサ−

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JPS5828535B2
JPS5828535B2 JP15000481A JP15000481A JPS5828535B2 JP S5828535 B2 JPS5828535 B2 JP S5828535B2 JP 15000481 A JP15000481 A JP 15000481A JP 15000481 A JP15000481 A JP 15000481A JP S5828535 B2 JPS5828535 B2 JP S5828535B2
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JP
Japan
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layer
nickel
protection tube
temperature measurement
metal protection
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JP15000481A
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JPS5852533A (ja
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悟 片岡
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IBARAGIKEN
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IBARAGIKEN
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01KMEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K1/00Details of thermometers not specially adapted for particular types of thermometer
    • G01K1/08Protective devices, e.g. casings

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は測温用センサー、特に、シース型の測濫用セン
サーに関するものである。
シース型の測温用センサーは、熱電対素線と、例えば、
ステンレス鋼よりなりシースと言われる金属保護管との
間を酸化マグネシウムづ固く充填したもので、例えば、
鉄鋼、金属熱処理炉の測温用センサー、化学工業、その
他の分野における高温高圧変動条件における測温用セン
サーとして、広く用いられている。
そして、その使用に当っては、そのまま使用するか、あ
るいは、測温用センサーの長寿命化をはかるためにウェ
ルと言われる金属保護管を被覆したものが使用されてい
る。
シースには、耐熱材料が使用されるが、ここで使用され
る耐熱材料に要求される性質は、その使用目的により異
なるが、最も重要とされる共通的な特性は、高温におけ
る酸化や腐食に対する安定性である。
すなわち、耐食性、高温強度であり、高温クリープ等に
よる変形、あるいは、破壊に対する抵抗性の太きいもの
が要求される。
また、最近のオイル価格の変動に由来する省資源、省エ
ネルギーの促進化に伴い、測温用センサーの耐熱性向上
と信頼性の高い長寿命化と、かつ安定した測温精度が要
求される。
しかし、シェルに用いる耐熱材料として、例えば、SU
S 310 Sを用いた場合には、高温で使用すると寿
命が短く安定した測定ができなかった。
本発明は、このような問題点を除き、高温において安定
で、長寿命な測温用センサーの提供を可能とすることを
目的とし、熱電対素線を保護するために被覆される金属
保護管上に、この金属保護管を構成する基材と熱膨張係
数の類似する材料よりなる内層と、耐熱性セラミックよ
りなる外層と、これらの内層と外層との間に位置し、隣
接する二相の熱膨張係数の中間の熱膨張係数を有する一
層以上の中間層とのうち、少なくとも内層とこの内層に
隣接する中間層との二層よりなり、溶射法により形成さ
れた被覆層が設けられていることを第1の特徴とし、こ
れらの被覆層を構成する各層の組成が連続的に変化して
いることを第2の特徴とするものである。
この被覆層の各層の構成をプラズマ溶射前の溶射粉末の
組成と厚さで示すと次のようになる。
内層(第1層)にはニッケル(Ni)及びアルミニウム
(Al)(Al:5〜20重量%、残Ni);Ni及び
クロム(Cr ) (Ni : 70〜80重量%。
Cr2O〜30重量%) 、” N t z Cr及び
Al(Cr:18重量φ、Al:6〜10重量優、残N
i)の何れかを用い、外層(第4層)には酸化ジルコニ
ウム(ZrO2)、酸化イツトリウム(Y203 )及
び酸化カルシウム(CaO) (Y2O35〜25重量
%。
CaO2〜7重量%、ZrO2残)を用い第2層には、
内層のNi及びAl:Ni及びCr ;Ni 、 Cr
及びA[の伺れかとZ r 02及びY2O2(Y2O
3:5〜25重量%、ZrO□残)とを両者の比が重量
%にて60〜80:20〜40になるように混合したも
の、第3層には、同じく内層のNi及びAl;Ni及び
Cr ;Ni 、Cr及びAlの何れかとZrO2°Y
2O3・Ca0(¥203:5〜25重量φ。
CaO:2〜7重量%、ZrO2残)とを両者の比が、
重量知こて20〜40:60〜80になるように混合し
たものを用いるのが最も効果的で、内層(第1層)、第
2層、第3層、外層(第4層)の厚さは、それぞれ50
〜150μ前後、50〜100μ前後、50〜100μ
前後、50〜100μ前後とし、4層合計の厚さは最大
300〜350μとする場合に良い結果が得られる。
このような被覆層の構成においては、基材と内層(第1
層)の組成は、膨張収縮と、耐熱、耐腐食性を考慮して
決められ、また、第2および第3層は、外層(第4層)
に対する中間的な被覆であって、ZrO2にY2O3を
添加して、被覆層の密着性の改善効果を考慮しである。
さらにCaOも同様にZ r 02の安定化を考慮して
添加されている。
なお、必要によっては、11000C〜1300℃に加
熱し、拡散ないしは溶融等を行いながら結合性の強化を
はかれば、基材と第1層目との密着性を改善することが
できる。
以下、実施例について説明する。
第1図は、それぞれ、4層よりなるコーティング層(被
覆層)を有する一実施例の断面を示し、aは縦断面図、
bはaのX−X面の横断面図である。
これらの図で、1は例えば、Cr−Ni系ステンレス鋼
(SUS310S)よりなるシース、2は熱電対素線、
3はコーティング層を示し、コーティング層3は内側か
ら第1層31、第2層32、第3層33、および第4層
34から構成されている。
次に、これらのコーティング層の作成方法を、各層の組
成例とともに説明する。
SUS 310 Sよりなるシース1に最初脱脂を行っ
たのち、ブラストを施し、次にプラズマコーティング法
を用いてコーティング層3の作成を行った。
コーティング層3の第1層31は80重量%Ni及び2
0重量%Crよりなる溶射粉末、第2層32は、80重
量%Ni及び20重量%Crよりなる溶射粉末に対して
20重量%¥203、残ZrO2を80 : 20の割
合で混合した混合粉末、第3層33は、80重量%Ni
及び20重量%Crよりなる溶射粉末に20重量%¥2
03,5重量%CaO1残ZrO2を20:80の割合
で混合した混合粉末、第4層34は20重量%¥203
,5重量%Cab、残ZrO2の粉末を用いて行った。
コーティング務3の各層の厚さは、第1層31、第2層
32、第3層33、第4層34において、それぞれ約1
00μ、約50μ、約50μ、約100μとした。
第2図はこの実施例のコーティング層3の構成を模式的
に示すもので、横軸にはコーティング層の厚さく4)、
縦軸には、80重量%Ni及び20重量%Crよりなる
溶射粉末の混合比(7)及びZrO2及び¥203又は
ZrO2,¥203及びCaO粉末の混合比(φがとっ
てあり、実線Aによって両者の混合状態が示しである。
このコーティング層においては、第1層31に80重量
%Ni及び20重量%Crを用いて、シース1の材料で
ある5US310Sとの結合性、また、第2層32、第
3層33、第4層34にZrO2を用いて、表層部の結
合性の向上をはかり、さらに、第2層32、第3層33
、第4層34にCaおよび希土類元素のYを添加してコ
ーティングの安定化をはかった。
第3図はこのようにして形成されたシース型の測温用セ
ンサーについて1000℃において酸化試験を行った結
果を示している。
図の横軸には時間h1縦軸には酸化量■が示してあ1バ
Bがコーティング層の設けられている実施例の場合、C
は比較のために示したコーティング層の設けられていな
い場合の結果を示している。
この結果は、実施例の場合には、コーティング層を設け
ることによって耐酸化抵抗状態となり、酸化試験におけ
る酸化量は著しく減少し、耐酸化性が著しく良くなって
いることを示している。
すなわち、高温における耐熱性、耐酸化性が著しく向上
し、超高温(1000℃以上)の環境でも使用でき、測
温用センサーとしての寿命延長と高信頼性が得られる。
また、プラズマ溶射法で作成されるため、シースに対す
る熱影響が少なく、さらに、シースに直接コーティング
することができるため、短時間でコーティング層を作成
することができ、ウェルを用いる場合のウェルの加工コ
ストに較べると著しくコストの低減が可能となる。
第4図は、内側から外側に向って組成が連続的に変る1
層のコーティング層を有する測温用センサーの実施例を
示し、aは縦断面図、bはaのY−Y面の横断面図であ
る。
これらの図で、1は例えば、Cr−Ni系ステンレス鋼
(SUS310S)よりなるシース、2は熱電対素線、
4はコーティング層を示している。
この実施例が前の実施例と異なるところは、コーティン
グ層4が前の実施例と同一の組成の4層より構成されて
いるが、各層の境界における組成が連続的に変化するよ
うに形成される点である。
このコーティング層4を作成するには、前述の実施例と
同様に脱脂、ブラストを施した後、まず80重量%Ni
及び20重量%Crよりなる溶射粉末をプラズマコーテ
ィング法で、被着させ、順次、第2,3,4層のコーテ
ィングを行うが、このコーティングの際、各層の境界の
組成が不連続にならないよう、コーティング材料の供給
を行う。
これらのコーティング材料の供給はコンピューター制御
を用いれば容易に実施することができる。
このようにして得られたコーティング層4の構成を第1
図の実施例の場合と同様に模式的に示すと第2図の破線
りで示すようになる。
このようにして得られたコーティング層4も前述の実施
例とほぼ同様に作用し、はぼ同様の効果を得ることがで
きるが、コーティング層の結合性、密着性の点では、第
1図の測温用センサーよりも優れている。
以上の実施例では、第1層をNi及びCrよりなる溶射
粉末のコーティングにより形成したが、Cr及びAl又
はCr、Ni及びAlよりなる溶射粉末を用いても同様
に作用し、同様の効果を得ることができ、このうち、C
r、Ni及びAlよりなる溶射粉末を用いる場合には、
他の場合と比較して高温用として適している。
また、以上の実施例では、コーティング層を4層で構成
した例を示したが第1層31と第2層32の2層、ある
いは、第1層31、第2層32、第3層33の3層で構
成してもよい。
そして、1000℃未満の場合には2層のものを用いる
ことができるが、10000Cを越える場合には、3層
、4層のものが用いられる。
さらに、以上の実施例では、シース型測温用センサーの
シース上にコーティング層を形成した側を示したが、ウ
ェル上にコーティング層を形成することもできる。
以上の如く、本発明は、高温において安定で、長寿命な
測温用センサーを提供可能とするもので、産業上の効果
の犬なるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図aは、本発明の測温用センサーの一実施例の縦断
面図、第1図すは第1図aのX−X面の横断面図、第2
図は、第1図及び第4図の実施例におけるコーティング
層の構成を模式的に示す説明図、第3図は、第1図の実
施例の効果を従来例と比較して示す線図、第4図aは、
本発明の測温用センサーの他の実施例の縦断面図、第4
図すは第4図aのY−Y面ゑ横断面図である。 1・・・・・・シース、2・・・・・・熱電対素線、3
,3L32.33,34,4・・・・・・コーティング
層(被覆層)。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 熱電対素線を保護するために被覆される金属保護管
    上に、該金属保護管を構成する基材と熱膨張係数の類似
    する材料よりなる内層と、耐熱性セラミックよりなる外
    層と、該内層と該外層との間に位置し、隣接する二層の
    熱膨張係数の中間の熱膨張係数を有する一層以上の中間
    層とのうち、少なくとも前記内層と該内層に隣接する中
    間層との二層よりなり、溶射法により形成された被覆層
    が設けられていることを特徴とする測温用センサー2
    前記金属保護管が、シース型測温用センサーのシースで
    ある特許請求の範囲第1項記載の測温用センサー。 3 前記金属保護管が、シース型測温用センサーのウェ
    ルである特許請求の範囲第1項記載の測温用センサー。 4 前記金属保護管を構成する基材が、クロム−ニッケ
    ル系又はニッケル基合金よりなり、前記被覆層がプラズ
    マ溶射法により形成され、前記金属保護管側から第1,
    2,3,4の4層よりなり、第1層はニッケル及びアル
    ミニウム;ニッケル及びクロム;ニッケル、クロム及び
    アルミニウムの何れかよりなり、第2層は前記第1層と
    酸化ジルコニウム及び酸化イツトリウムとの混合物、第
    3層は前記第1層と酸化ジルコニウム、酸化イツトリウ
    ム及び酸化カルシウムとの混合物、第4層は酸化ジルコ
    ニウム、酸化イツトリウム及び酸化カルシウムの混合物
    よりなる特許請求の範囲第1項又は第2項又は第3項記
    載の測温用センサー。 5 熱電対素線を保護するために被覆される金属保護管
    上に、該金属保護管を構成する基材と熱膨張係数の類似
    する材料よりなる内層と、耐熱性セラミックよりなる外
    層と、該内層と該外層との間に位置し、隣接する二層の
    熱膨張係数の中間の熱膨張係数を有する一層以上の中間
    層とのうち、少なくとも前記内層と該内層に隣接する中
    間層との二層よりなり、溶射法により形成された被覆層
    が設けられ、かつ該被覆層を構成する各層の組成が連続
    的に変化していることを特徴とする測温用センサー。 6 前記金属保護管が、シース型測温用センサーのシー
    スである特許請求の範囲第5項記載の測温用センサー。 1 前記金属保護管が、シース型測温用センサーのウェ
    ルである特許請求の範囲第5項記載の測温用センサー。 8 前記金属保護管を構成する基材が、クロム−ニッケ
    ル系又はニッケル基合金よりなり、前記被覆層がプラズ
    マ溶射法により形成され、前記金属保護管側から第1,
    2,3,4の4層よりなり、第1層はニッケル及びアル
    ミニウム;ニッケル及びクロム;ニッケル、クロム及び
    アルミニウムの何れかよりなり、第2層は前記第1層と
    酸化ジルコニウム及び酸化イツトリウムとの混合物、第
    3層は前記第1層と酸化ジルコニウム、酸化イツトリウ
    ム及び酸化カルシウムとの混合物、第4層は酸化ジルコ
    ニウム、酸化イツトリウム及び酸化カルシウムの混合物
    よりなる特許請求の範囲第5項又は第6項又は第7項記
    載の測温センサー。
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