JPS592852B2 - 異常温度位置検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、異常温度位置検出装置に係り、特に、進行波
の反射を利用する形式の異常温度位置検出装置の改良に
関する。

５ 複数個所の温度を監視する場合、一般的には、各個
所にそれぞれ熱電対を設置し、これら熱電対の出力を判
定する方式が採用されている。

しかし、このような方式では、被温度監視個所が多いと
それに応じた数の熱電対を必要とするため配線が複０
雑化するのを免れ得ない。また、このような方式では、
各個所の温度を同時に監視することができないので、こ
の遅れ時間によつて起こる種々の不具合も免れ得ない。
ところで、一般に、温度を監視する場合、特殊５ を例
を除いて、各個所の温度値を正確に知る必要性は少なく
、むしろ、設定温度に対して以下であるか以上であるか
、あるいは設定温度の範囲内か否かを実時間で知ること
ができれば事足りる場合が大部分である。

つまり、異常温度個所がどこであるかを実時間で知るこ
とができればよい場合が多い。このため、異常温度個所
を実時間で検出し得る監視系の出現が強く望まれていた
。そこで、最近、このような要望を満し、かつ構成の簡
単なものとして、第１図に示すような、いわゆる異常温
度位置検出装置が提案されている。

この装置は、大きく分けて、被温度監視面Ｐに沿つて配
設されるケーブル状の感温センサ１と、この感温センサ
１の一端側に選択的あるいは間欠的にパルス信号を印加
するパルス発生器２と、上記一端側において上記パルス
信号と感温センサ１内で反射されて戻つてきた反射パル
ス信号との受信時間差を検出する時間差検出器３と、こ
の検出器３の計測値に基いて感温センサ１内の異常温度
位置、換言すると被温度監視面Ｐ上の異常温度位置を標
定する位置標定器４とで構成されている。すなわち、感
温センサ１は第２図に示すように、外部導電体１１内に
中心導体１２を配設するとともに両導電体間に絶縁体１
３を介在させた同軸ケーブル状に形成されたもので、上
記絶縁体１３は前記被温度監視面Ｐの異常設定温度と等
しいキユーリ温度の磁性材あるいはこの磁性材を含んだ
物質で形成されている。一般に、上述の如く外部導電体
１１、中心導電体１２および絶縁体１３を配置してなる
ケーブルにあつては、それ固有の特性インピーダンスを
備えている。ここで、特性インピーダンスは、両導電体
間の単位長さ当りのインダクタンスおよびキヤパシタン
スによつて決まり、通常、どの部分をとつてもほぼ一定
値である。しかし、この場合には、絶縁体１３が前述し
たキユーリ温度の磁性材あるいはこの磁性材を含んだ物
質で形成されているので、感温センサ１のある部分がキ
ユーリ温度以上に加熱されるとその部分の磁性材の透磁
率μが１となり、この結果、その部分の特性インピーダ
ンスが他の部分のそれより極端に小さくなる。このよう
に、特性インピーダンスが局部的に異なると、その境界
において進行波の反射が起こることが知られている。こ
の装置は、このような現象を利用したもので、感温セン
サ１の一端側から中心導電体１２にパルス信号を印加す
るとともに、このパルス信号と反射パルス信号との受信
時間差を求め、この時間差に基いて異常温度位置を標定
するようにしている。すなわち、今、第１図にＡで示す
位置が異常設定温度以上に温度上昇した場合、このとき
の時間差がｔであつたとすると、Ａ点までの距離１を、
（ただしｖは伝播定数） として求めている。

なお、第１図中５は感温センサ１の終端での反射を防止
するインピーダンス素子を示している。このような装置
によれば、非常に簡単な構成で、しかも実時間で異常温
度位置を検出するごとができる。

しかしながら、上述した従来装置にあつては、次のよう
な問題があつた。

すなわち、上述のように平行する一対の導電体間に磁性
材を介在させてなる感温センサ１の特性インピーダンス
は、一般に、上記磁性材の透磁率μの平方根に比例する
。一方、磁性材の透磁率μは、第３図に各種磁性材の温
度一透磁率特性を示すように、温度に比例して増加し、
キユ一り温度Ｔｃ以上のとき急激に１まで低下する傾向
を示す。したがつて、第１図に示すように被温度監視面
Ｐに沿わせて感温センサ１を配設した場合、被温度監視
面Ｐの温度がキユ一り温度以下であつても上記監視面Ｐ
の各部の温度が異なると、この異なりに対応して感温セ
ンサ１の各部の特性インピーダンスも異なつたものとな
る。このように、特性インピーダンスに不連続部が生じ
ると、その境界において反射が起こるので、この反射に
よる反射パルス信号と、キユーリ温度以上に加熱された
位置での反射による反射パルス信号とを区分ける必要が
ある。広範囲の被温度監視面を監視する場合、各部に温
度差が生じるのはやむを得ないことであり、したがつて
、時間差検出器の前段において上述した区分けを行なう
必要があり、このため装置全体が複雑化する問題があつ
た。本発明、このような事情に鑑みてなされたもので、
その目的とするところは極めて簡単な構成であるにも拘
わらず、異常設定温度以下の範囲で温度差によつて生じ
る反射パルス信号を見掛上なくすことができ、もつて装
置全体の単純化および低価格化を図れるとともに検出精
度を向上させ得る異常温度位置検出装置を提供すること
にある。

以下、本発明の詳細を図示の実施例によつて説明する。
第４図において、図中Ｐは被温度監視面であり、この被
温度監視面Ｐには、第１、第２の感温センサ２１ａ，２
１ｂが互いに近接平行し、かつ上記面に密接して設けら
れている。

第１、第２の感温センサ２１ａ，２１ｂは、第２図に示
した公知の感温センサと同様に、平行する外部導電体と
中心導電体との間に磁性材からなる絶縁体もしくは上記
磁性材を含む物質からなる絶縁体を介在させた同軸ケー
ブル状のもので、それぞれ等しい長さに形成されるとと
もにその＝端側が他端側の近傍に位置するように被温度
監視面Ｐに沿つて、たとえばＵ字状に配設されている。

そして、第１の感温センサ２１ａの導電体間に介挿され
た磁性材としては、被温度監視面Ｐの異常設定温度ＴＥ
とほぼ等しいキユ一り温度Ｔｃ，のものが用いられてお
り、また第２の感温センサ２１ｂの導電体間に介挿され
た磁性材としては、上記キユーリ温度ＴＣｌよりたとえ
ば１０℃程度高いキユ一り温度ＴＣ２のものが用いられ
ている。しかして、第１、第２の感温センサ２１ａ，２
１ｂの中心導電体のそれぞれ一端Ｘｌ，Ｘ２および他端
Ｙｌ，Ｙ２は、切換装置２２を介して交互に第１、第２
のパルス発生器２７ａ，２７ｂの出力端と反射防止用イ
ンピーダンス素子２８ａ，２８ｂとに接続される。切換
装置２２は、間欠的に自動動作するたとえばリレー式の
ものであつて、切換接点部２３と、この切換接点部２３
に間欠的に切換動作力を付与する制御部２４とで構成さ
れている。

切換接点部２３は、たとえば４個の常閉接点と、４個の
常開接点とで構成されており、これらと、前記一端Ｘｌ
，Ｘ２他端Ｙｌ，Ｙ２、第１、第２のパルス発生器２７
ａ，２７ｂおよびインピーダンス素子２８ａ，２８ｂと
は次のように接続されている。すなわち、前記一端Ｘｌ
，Ｘ２は常閉接点Ｒａ，Ｒｂを介して前記第１、第２の
パルス発生器２７ａ，２７ｂの出力端に接続されるとと
もに常閉接点Ｓａ，Ｓｂを介して前記インピーダンス素
子２８ａ，２８ｂに接続され、また前記他端Ｙｌ，Ｙ２
は常開接点Ｓｃ，Ｓｄを介して前記第１、第２のパルス
発生器２７ａ，２７ｂの出力端に接続されるとともに常
閉接点Ｒｃ，Ｒｄを介して前記インピーダンス素子２８
ａ，２８ｂに接続されている。しかして、前記第１、第
２のパルス発生器２７ａ，２７ｂは前記切換装置２２の
制御部２４の動作形態が切換わる毎に、上記切換わり時
点から所定期間遅れた時点で同時にパルス信号を出力す
るように構成されている。

そして、上記パルス発生器２７ａの出力端は、差動増幅
器２９の一方の入力端に接続され、また、パルス発生器
２７ｂの出力端は、増幅器３０を介して上記差動増幅器
２９の他方の入力端に接続されている。また、前記パル
ス発生器２７ｂの出力パルスと前記差動増幅器２９の出
力パルスとは時間差検出器３１に導入され、この時間差
検出器３１の出力は位置標定器３２に導入されている。
位置標定器３２は、従来のものと基本的には同じである
が、前記制御部２４の動作形態信号を導入し、これによ
つてパルス信号が、一端Ｘ，，Ｘ２および他端Ｙｌ，Ｙ
２の何れの方側に印加されたかを判別し、これを基準に
して位置を算出するように構成されている。次に上記の
ように構成された装置の動作を説明する。まず、切換装
置２２の制御部２４は前述の如く間欠的に動作している
。

したがつて、切換接点部２３の各接点も第４図に示した
状態と、これとは逆の状態とに交互に切換わつている。
今、丁度第４図に示す状態に切換わつたものとすると、
この状態では、第１の感温センサ２１ａの一端Ｘ１が第
１のパルス発生器２７ａの出力端に接続され、他端Ｙ１
がインピーダンス素子２８ａに接続され、同様に第２の
感温センサ２１ｂの一端Ｘ２が第２のパルス発生器２７
ｂの出力端に接続され、他端Ｙ２がインピーダンス素子
２８ｂに接続されたものとなる。しかして、切換わり時
点から所定期間経過すると、第１、第２のパルス発生器
２７ａ，２７ｂから同時にパルス信号が出力される。

これらパルス信号は、前記接続形態から判るように第１
のパルス発生器２７ａのパルス信号は、第１の感温セン
サ２１ａの一端Ｘ１に、また第２のパルス発生器２７ｂ
のパルス信号は第２の感温センサ２１ｂの一端Ｘ２にそ
れぞれ印加され、それぞれのセンサ内を他端に向けて進
行する。したがつて、第１、第２の感温センサ２１ａ，
２１ｂ内に特性インピーダンスの不連続な部分が存在す
ると、この部分においてその一部が反射される。これら
反射パルス信号のうち、第１の感温センサ２１ａの反射
パルス信号は差動増幅器２９の一方の入力端に直接導入
され、また第２の感温センサ２１ｂの反射パルス信号は
増幅器３０を介して差動増幅器２９の他方の入力端に導
入される。そして、パルス発生器２７ａ，２７ｂがパル
ス信号を発生した時点から差動増幅器２９の出力パルス
発生時点までの時間が時間差検出器３１によつて検出さ
れる。この場合、上述した構成を採用しているので、被
温度監視面Ｐの温度が第１の感温センサ２１ａの磁性材
のキユ一り温度Ｔ。ｌより低い領域で、かつその分布が
異なつていても、この異なりによつて生じる特性インピ
ーダンスの不連続部からの反射パルス信号は見掛上除去
され、キユーリ温度ＴＯｌ以上に加熱された部分からの
反射パルス信号だけが強調されて差動増幅器２９から出
力される。以下、この理由について説明する。すなわち
、前述の如く、第１の感温センサ２１ａ内の磁性材は被
温度監視面Ｐの異常設定温度ＴＥとほぼ等しいキユ一り
温度ＴＣｌのものであり、また、第２の感温センサ２１
ｂ内の磁性材は上記キユーリ温度ＴＣｌより高いキユ一
り温度ＴＣ２のものである。

したがつて、これら２種類の磁性材の温度一透磁率特性
は第５図に示すようになる。今、第５図に示す温度領域
を図中Ｍｌ，Ｍ，，Ｍ３の３つの領域に区分すると、各
領域における反射パルス信号に伴なう差動増幅器２９の
出力は次のようになる。（１）Ｍ１で示す領域 この領域は２種類の磁性材ともＴＣｌ以下の温度下にお
かれるいる。

このような領域にあつて、たとえば第６図ａに示すよう
に感温センサのＨ点より右側が高温で左側が低温であつ
たとすると、Ｈ点で反射が発生する。この反射パルス信
号Ｖｒは、今、Ｈ点より右側の特性インピーダンスをＺ
。、右側の特性インピーダンスをＺ１、入射パルス信号
をＶｉとすると、となる。

この場合、上記条件では、第５図に示す特性から明らか
なようにＺ１〉ＺＯである。したがつて、反射パルス信
号Ｖｒは第６図ｂに示すように入射パルス信号Ｖｉと同
相で戻ることになる。しかして、第１、第２の感温セン
サ２１ａ，２１ｂは近接して平行に配設されているので
、反射の生じる位置は同じ場所である。したがつて、今
、増幅器３０の利得が最適に設定されているものとする
と、このＭ１の領域において差動増幅器２９の入力端に
入る反射信号は同相でかつそのレベルが等しいものとな
るので、差動増幅器２９の出力は第６図ｄに示すように
零となる。Ｍ１で示す領域では、感温センサの各部に特
性インピーダンスの不連続部が存在しても上記不連続部
からの反射パルス信号は全て除去される。２）Ｍ２で示
す領域 この領域では、第１の感温センサ２１ａにおける磁性材
の透磁率が１に、また第２の感温センサ２１ｂのそれは
まだ十分高い値にある。

今、第６図ａに示すように第１の感温センサ２１ａのあ
る点Ｈより右側がＭ２の温度範囲にあり、左側がＭ１の
温度範囲にあると、右側の特性インピーダンスＺ１は左
側の特性インピーダンスＺＯより小さな値になる。した
がつて（１）式から明らかなようにＨ点における反射パ
ルス信号Ｖ，は第６図ｃに示に示すように入射パルス信
号Ｖｉに対して逆相となる。一方、このときの第２の感
温センサ２１ｂｆ）Ｈ点より右側の特性インピーダンス
Ｚ１は、左側の特性インピーダンスＺ。より大きい。し
たがつて、第２の感温センサ２１ｂのＨ点における反射
パルス信号Ｖｒは第６図ｂに示すように入射パルス信号
ｉと同相となる。この結果、Ｍ２の領域においては、第
６図ｅに示すように、第１の感温センサ２１ａの反射パ
ルス信号と第２の感温センサ２１ｂの反射パルス信号と
の絶対値和以上のレベルの出力信号が差動増幅器２９か
ら出力されることになる。３） Ｍ３で示す領域 この領域においては、第１、第２の感温センサ２１ａ，
２１ｂの磁性材の透磁率は共に１である。

したがつて、反射パルス信号は共に逆相であり、これら
は差動増幅器２９によつて打消され、差動増幅器２９の
出力は第６図ｄに示すように零となる。このように、Ｍ
２で示す領域の場合だけ、差動増幅器２９から反射パル
ス信号に対応した出力パルスが送出され、このパルスが
時間差検出器３１の検出終了信号として与えられ、この
時間検出器３１の検出値に基いて位置標定器３２で第１
の感温センサ２１ａｆ）Ｔｃ，以上に加熱された位置が
算出される。

そして、この場合には、主感温センサ、つまり、第１の
感温センサ２１ａに並設して補助としての第２の感温セ
ンサ２１ｂを設けるとともに差動増幅器２９と増幅器３
０とを設けるだけと云つた簡単な構成でＭｌ，Ｍ３の領
域における反射パルス信号を除去し、真に必要なＭ２の
領域の反射パルス信号だけを取り出すようにしているの
で、全体を非常に単純化でき、全体の低価格化を図るこ
とができる。

また、第１、第２の感温センサ２１ａ，２１ｂの温度に
対するインピーダンス変化特性は長期に亘つて不変であ
ることからして動作の信頼性が高く、したがつて長期に
亘つて高精度な検出特性を発揮させることができる。な
お、切換装置２２の切換接点部２３が第４図に示す状態
とは逆に切換わつている状態で第１、第２のパルス発生
器２７ａ，２７ｂが動作すると他端Ｙ１を基準として異
常温度位置が検出される。

このようにパルス信号印加端を交互に切換えると、たと
えば第４図Ａｌ，Ａ２で示すように２個所に亘つて異常
温度位置が生じた場合でも、それぞれの位置を正確に検
出することができるので使用自由度を拡大することがで
きるが、一端側だけに印加するようにしてもよい。また
、上述した実施例では同軸ケーブル状の感温センサを用
いているが平行平形ケーブル状の感温センサを用いても
よい。さらに平行する導電体に設けられる磁性材層の減
衰係数を小さくするために固有抵抗の異なる磁性材層を
複数層配列してもよい。勿論、磁性材層をテープ状磁性
材（アモルフアス磁性材を含む）で構成してもよい。さ
らに、インピーダンス素子２８ａ，２８ｂは必ずしも必
要とするものではない。また、第１、第２の感温センサ
の磁性材としてキユ一り温度だけが異なり、他の温度一
透磁率特性の等しいものを用いる場合には増幅器３０を
省略できる。また、差動増幅器の出力をスライス回路を
介して取り出すことにより２種類（実質的に）の磁性材
のＭ１の領域での温度＝透磁率特性曲線の非近似性に伴
なう出力発生を防止するようにしてもよい。以上詳述し
たように本発明によれば、簡単な構成であるにも拘わら
ず、必要な反射パルス信号だけを確実に分離抽出して処
理することができ、もつて、全体の単純化および低価格
化を図れるとともに高精度な検出機能を長期に亘つて発
揮する異常温度位置検出装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のこの種装置の概略構成図、第２図は同装
置における感温センサの構成図、第３図は各種磁性材の
温度と透磁率との関係を示す図、第４図は本発明の一実
施例に係る異常温度位置検出装置の構成説明図、第５図
は同装置の感温センサに用いられている２種類の磁性材
の温度＝透磁率特性の→１を示す図、第６図は同装置の
作用を説明するための図である。 Ｐ・・・・・・被温度監視面、２１ａ・・・・・・第１
の感温センサ、２１ｂ・・・・・・第２の感温センサ、
２２・・・・・・切換装置、２７ａ，２７ｂ・・・・・
・パルス発生器、２９・・・・・・差動増幅器、３１・
・・・・・時間差検出器、３２・・・・・・位置標定器
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被温度監視個所に沿つて配設され平行する一対の導
   電体間に上記被温度監視個所の異常設定温度とほぼ等し
   いキューリ温度の磁性材もしくは上記磁性材を含んだ物
   質を介在させてなる第１の感温センサと、この第１の感
   温センサに沿つて配設され平行する一対の導電体間に前
   記異常設定温度より高いキューリ温度の磁性材もしくは
   上記磁性材を含んだ物質を介在させてなる第２の感温セ
   ンサと、この第２の感温センサおよび前記第１の感温セ
   ンサのそれぞれ一端側に同時にパルス信号を印加するパ
   ルス発生器と、前記第１、第２の感温センサ内において
   反射して戻つてきた反射パルス信号の差を増幅して出力
   する差動増幅器と、前記パルス信号が印加された時点か
   ら前記差動増幅器の出力パルス送出時点までの時間差を
   検出する時間差検出器と、この検出器の計測値から前記
   第１の感温センサの前記異常設定温度以上に加熱された
   位置を算出する装置とを具備してなることを特徴とする
   異常温度位置検出装置。 ２ 被温度監視個所に沿つて配設され平行する一対の導
   電体間に上記被温度監視個所の異常設定温度とほぼ等し
   いキューリ温度の磁性材もしくは上記磁性材を含んだ物
   質を介在させてなる第１の感温センサと、この第１の感
   温センサに沿つて配設され平行する一対の導電体間に前
   記異常設定温度より高いキューリ温度の磁性材もしくは
   上記磁性材を含んだ物質を介在させてなる第２の感温セ
   ンサと、パルス信号を発生するパルス発生器と、このパ
   ルス発生器から送出されたパルス信号を前記第１、第２
   の感温センサのそれぞれの一端側とそれぞれの他端側と
   に交互にかつ、それぞれに同時に印加する手段と、この
   手段による印加によつて前記第１、第２の感温センサ内
   で反射して戻つてきた反射パルス信号の差を増幅して出
   力する差動増幅器と、前記パルス信号が印加された時点
   から前記差動増幅器の出力パルス送出時点までの時間差
   を検出する時間差検出器と、この検出器の計測値から前
   記第１の感温センサの前記異常設定温度以上に加熱され
   た位置を算出する装置とを具備してなることを特徴とす
   る異常温度位置検出装置。