JPS5948628A - サ−モカツプル - Google Patents

サ−モカツプル

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JPS5948628A
JPS5948628A JP57158146A JP15814682A JPS5948628A JP S5948628 A JPS5948628 A JP S5948628A JP 57158146 A JP57158146 A JP 57158146A JP 15814682 A JP15814682 A JP 15814682A JP S5948628 A JPS5948628 A JP S5948628A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
thermocouple
thermoelectromotive force
thermocouples
unknown
wire
Prior art date
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Pending
Application number
JP57158146A
Other languages
English (en)
Inventor
Toshio Yamamoto
俊夫 山本
Noriaki Yagi
典章 八木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp, Tokyo Shibaura Electric Co Ltd filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP57158146A priority Critical patent/JPS5948628A/ja
Publication of JPS5948628A publication Critical patent/JPS5948628A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01KMEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/02Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using thermoelectric elements, e.g. thermocouples
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/10Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
    • H10N10/17Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects characterised by the structure or configuration of the cell or thermocouple forming the device

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

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】 〔発明の技術分野〕 本発明は熱電対を用いて温度検出を行なうサーモカップ
ルの改良及びその使用方法に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
近年工業の発達とともにサーモカップルの使用頻度が増
しており、それにともなって、使用されやすさ及び信頼
性向上が望まれている。サーモカップルの使用されやす
さでは、特にその使用範囲が広いこと、つまり1本のサ
ーモカップルで種々の環境に用いられることが■まれで
いる。これは、使用環境をさほど気にせず使用可能とな
るためである。
また、信頼性向上としては、サーモカップルの長寿命化
及び温度を正確に検出することが求められている。
〔発明の目的〕
本発明はサーモカップルの使用されやすさ及び信頼性向
上を目的とし、 1、 使用環境の範囲が比較的広くかつ2、 測定寿命
が比較的長くかつ 3、検出データが比較的正確な サーモカップルを提供することを目的とする。
〔発明の概要〕
本発明のサーモカップルは前記の目的を達成するために
少くとも1本の熱電対が他の熱電対に対して、異なる材
質を有することを特徴とする。
熱電対には、その材質に合った使用範囲があり、使用範
囲のずれた熱電対を組み合せることにより、より広い使
用範囲のサーモカップルが得られる。そして、この種の
サーモカップルでは、使用環境が比較的広い為、使用環
境の変化に対して、対応できやすく、長寿命化を図りや
すい。特にその変化が予想されにくいときに有効である
。又、熱電対は使用範囲の上限、下限付近で使用される
と、データが比較的正確に検出されない恐れがある。
そこで、この種のサーモカップルでは、使用環境の変化
に余裕をもって対応可能な使用範囲を有する熱電対をあ
らかじめ選択し、組み合せることにより、データの正確
化を図ることができる。
例えば、材質が使用温度領域に影響する場合、本発明で
は比較的広い使用温度領域を有するサーモカップルを得
ることができる。又材質が腐食性環境に影響する場合、
比較的広い耐腐食環境を有するサーモカップルを得るこ
とができる。
更に具体的に述べると、腐食環境によって引き起される
腐食形態は、種々あるが、例えば、応力腐食割れに関し
て、金属材料と腐食性物質とに特定の組み合せがあり、
この組み合せで割れが起りやすい。
この組み合せの一部を第1表に示す。
以下余白 第1表 応力腐食割れを起こしやすい金属材料このよう
に応力腐食割れには、第1表の組み合せのような関係が
あるので、それぞれの腐食性環境で影響を受けにくい材
料を選択し、熱電対を構成しそれらを組み合せることに
より、耐応力腐食割れ環境が比較的広いサーモカップル
が提供される。
更に、その具体例としては、鉄−クロム−炭素合金線と
インコネル線とが接合された熱電対Aと、鉄−クロム−
炭素合金線と銀−白金線とが接合された熱電対Bとを組
み合せたサーモカップルが提供される。このサーモカッ
プルで温水の温度検出が行なわれる場合、温水に鉄イオ
ンと塩素イオンが含まれ、ある程度の振動を熱電対がう
けると、熱電対Bが応力腐食割れを起す可能性が高い。
一方熱電対人はその可能性が極めて低いのでサーモカッ
プルとしては、使用可能性が高く、熱電対Bのみと比較
すると、耐応力腐食環境が広い。
以上は腐食形態が応力腐食割れの場合であったが、他の
腐食形態でも環境と金属材料間に腐食を起こしやすい組
み合せがあり、それぞれの腐食性環境で影響を受けにく
い材料を選択し、熱電対を構成し、それらを組み合せる
ことにより、耐腐食環境が比較的広いサーモカップルが
提供される。
温度領域に関しても、温度と材質の間に関係がある。低
温では、面心立方格子の金属材料、あるいはニッケル、
マンガンを含んだ金属材料が低温ぜい性を起こしにくく
、使用される。一方高温側では約350℃程度までなら
軟鋼や鋳鉄が、約500℃程度までなら低合金耐熱鋼が
、約650℃程度までならオーステナイト形耐熱鋼が使
用され、約900℃程度までなら、超合金が使用され、
それ以上は、高融点金属が使用される。
このように材質と使用温度領域の間に密接な関係がある
ので、それぞれの温度領域で影響を受けにくい材料を選
択し熱電対をつくりそれらを組み合せることにより、使
用温度領域が比較的広いサーモカップルが提供される。
例えば、18−8ステンレス線とニッケル線とが接合さ
れた熱電対Cと、タングステン線とモリブデン線とが接
合された熱電対りとを組み合せたサーモカップルが提供
されると、熱電対Cは比較的低温側に使用温度領域を有
し、熱電対りは比較的高温側に使用温度領域を有する為
、サーモカップルとしては、比較的広い使用温度領域を
有する。
以上は、材質が使用温度領域又は腐食環境に影響する場
合について、分けて述べたが、実際材質が使用温度領域
及び腐食環境に、同時に影響する場合が多々ある。
この場合も、使用温度領域及び耐腐食性の異なる材質を
組み合せることによって、比較的広い使用温度領域及び
耐腐食環境を有するサーモカップルが得られやすい。
次に熱電対の材質の選択に関して述べる。
本発明では、使用範囲の異なる熱電対を得る為、その材
質選択は重要な要件であるが、例えば、熱電対の測温接
点の溶接方法の選択及び熱起電力未知の熱電対の使用等
により、熱電対の材質の選択幅は広がる。
溶接方法には、例えば、ガス溶接、TIG溶接等がある
が、ガス溶接は加熱源の調整が比較的自由であり、熱感
受性によるきれつ発生の恐れのある金属やその合金、特
に溶融点、蒸発点の低い金属を溶接するのに適している
本発明では、きれつ発生の恐れのある材質の熱電対や溶
融点、蒸発点の低い材質の熱電対が選択され、溶接され
るとき、ガス溶接が望ましい。又、TIG溶接は、不活
性ガス気中溶接のため、非鉄金属、高合金鋼など酸化、
窒化に敏感な材料の溶接に適している。
したがって、酸化、窒化に敏感な材料が熱電対の材料に
選択された場合、’I’IG溶接によって比較的健全に
接合された熱電対が得られやすい。
この様にガス溶接、TIG溶接に限らず、その材質にあ
った溶接方法がもちいられることにより、比較的健全な
熱電対が得られ、材質選択の幅は広げられ、本発明が一
層有効となる。
一方、熱起電力未知の熱電対の使用によっても、材質選
択の幅は広げることができる。
熱電対は熱起電力がわかって使用可能となるが、多くの
熱電対は、熱起電力が未知であり熱起電力をあらかじめ
測定して起電力衣を作る必要があり、手間がかかる。そ
の為、熱起電力未知の材質の熱電対が使用されにくい。
そこで、本発明では熱起電力未知の熱電対と熱起電力既
知の熱電対とを組み合せて次のように使用することを開
示する。
即ち、サーモカップルの使用初期に、熱起電力既知の熱
電対で熱起電力未知の起電対の熱起電力を並行して、検
量するのである。これにより、未知の熱電対によって温
度検出することが可能になる。
以上が本発明の概要であるが、本発明を用いると、次の
ような場合も有効であり、第2図を用いて説明する。
第2図のサーモカップルは、円筒形の保護管201の内
部に窒化ケイ素質セラミックで形成された円柱駒形をな
す複数の支持絶縁物202が連続的に並べ設けてあり、
各支持絶縁物202に形成した孔にそれぞれ熱電対20
3.204を挿通し、それらの温接点205.206を
保護管201の端部に位置させ、支持しである。又、保
護管201内の先端に位置する絶縁物207は粉末状で
熱電対203.204の温接点205.206を固定支
持している。
そこで用いられている熱電対203け、アルメル線とク
ロメル線とが接合された構造をなし、その熱起電力は既
知である。又、もう一方の熱゛電対204け、その先端
部が白金線と白金−ロジウム線とが接合され、更にそれ
ぞれの端部208.209にステンレス線が接合された
構造をなし、その熱起電力は未知である。
熱電対の材料が高価等の理由により、この高価な材料が
用いられる部分が先端部のみで、他の部分が安価な金属
線でおきかえられる熱電対がある。この種の熱電対では
、その温接点(第2図の206)以外に更にその先端部
に金属線が接続された部分(第2図の208209)で
も熱起電力が生じる。熱電対全体の起電力は206.2
09.210の部分が受ける温度によって異なる。(第
2図)つまり熱電対の温接点206と、この熱電対に金
属線が接続された部分208,209とが受ける温度が
、測定環境によりそれぞれが異なると、熱電対全体とし
ての起電力も測定環境ごとで異なる。したがって、この
種の熱電対は、使用される材質に関係なく起電力が未知
であり、使用される環境で熱起電力があらかじめ測定さ
れる必要があり、壱の手間がかかる。
この場合、第2図のように熱起電力既知の熱電対と組み
合せることにより、その手間がなく、この種の熱起電力
未知の熱電対が使用されやずい。
〔発明の実施例〕
実施例1 本発明のサーモカップルの一実施例を第如図を用いて説
明する。
円筒形の保護管1の内部に、窒化ケイ素質セラミックで
形成された円柱駒形をなす複数の支持絶縁物2が連続的
に並べ設けてあり、各支持絶縁物2に形成した孔にそれ
ぞれ熱電対3,4を挿通し、それらの温接点5.6を保
護管1の端部に位置させ、支持しである。 。
ヌ、保護管1内の先端に位置する絶縁物7は粉末状で、
熱電対3,4の温接点5,6を固定支持している。熱電
対3は、18−8ステレス線とニッケル線とが接合され
た構造をな 。
し、その熱起電力は既知であり、熱電対4はタングステ
ン線とモリブデン線とが接合された構造をなし、その熱
起電力は既知である。
このサーモカップルで炉内及び冷却管内の温度測定を行
なったところ温IW領域及び酸化還元雰囲気が比較的広
い測定が可能である。
(第2表) 第2表 実施例1 0・・使用が好ましい。  △・・使用ができる。
×・・・使用しない方が好ましい。又は、使用できない
第3表 比較例1 □ □ 第4表 比較例2 比較例1 比較例1として、熱電対が1本だけで構成されたサーモ
カップルで測定を行なう。
この熱電対は18−8ステンレス線とニッケル線とが接
合された熱電対である。測定結果を第3表に示す。この
表からも明らかなように、ステンレス系材料は、低温に
比べ比較的高温の非還元性雰囲気に弱い。
比較例2 比較例2として、熱電対が1本だけで構成されたサーモ
カップルで測定を行なう。
この熱電対はタングステン線とモリブデン線とが接合さ
れた熱電対である。測定結果を一第4表に示す。この表
からも明らかなように、このサーモカップルは、低温に
比べ比較的高温に強く、使用可能である。
ここで、実施例1、比較例1及び比較例2の使用可能範
囲を比べてみると、実施例1のサーモカップルの使用範
囲の方が広いことが理解される。更に測定環境の温度や
雰囲気をある程度変化させたが、それに対して、対応で
きた。一方、雰囲気が中性で、温度領域が低温で測定を
行なったところ、比較例2のサーモカップルに比べ実施
例1のサーモカップルの方が比較的正確なデータが得ら
れた。
実施例2 本発明のサーモカップルの他の一実施例を第暫図を用い
説明する。この実施例は実施例1と同様の構造をとるが
、熱電対3は18−8ステンレス線とニッケル線とが接
合された構造をなし、その熱起電力は既知であり、熱電
対4は、タングステン線と4%モリブデン・タングステ
ン線とが接合された構造をなしその熱起電力は未知であ
る。
このサーモカップルで室温から約1500℃程度までの
炉内の温度測定を行ならだが、サーモカップルの使用初
期に熱電対3で熱電対4の起電力を検量した。温度検出
中、約900℃付近で熱電対3は破損したが、熱電対4
により約1500℃まで温度測定ができた。
この場合、高温で耐熱強度が良好なタングステン線と4
%モリブデン・タングステン線とが接合された熱電対を
用いることにより、使用温度範囲が比較的広い熱電対が
提供された。
実施例3 本発明のサーモカップルの他の一実施例を第2図を用い
て説明する。
この実施例は実施例1と同様の構造をとる。
そこで用いられている熱電対203は、アルメル線とク
ロメル線とが接合された構造をなし、その熱起電力は既
知である。又、もう一方の熱電対204ば、その先端部
が白金線と白金−ロジウム線とが接合され、更にそれぞ
れの端部208,209にステンレス線が接合された構
造をなし、その熱起電力は未知である。
このサーモカップルで室温から約1200℃程度までの
炉内の温度測定を行なう際、熱電対203で熱電対20
4の起電力を検量した。
このことにより、あらかじめ、熱電対204の熱起電力
をその測定環境で調べる必要がなく、その手間が省かれ
、使用しやすかった。
又、温度検出継続中、約1000℃付近で熱電対203
は破損したが、熱電対204で約1200℃まで測定が
でき、使用温度範囲が比較的広かった。
〔発明の効果〕
本発明は、使用環境の範囲が比較的広く、かつ測定寿命
が比較的長く、かつ検出データが比較的正確なサーモカ
ップルを提供する。
父、本発明のサーモカップルの使用初期に熱起電力既知
の熱電対で熱起電力未知の熱電対の熱起電力を検量する
方法により、熱電対の材質選択の幅を広げ、本発明を一
層有効にする。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す断面図であり、第2図
は本発明の他の一実施例を示す断面図である。 1.201・保護管 2.202 ・支持絶縁物 3.203・・・熱起電力既知の熱電対4.204・・
熱起電力未知の熱電対

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 ■、 保護管内部に複数の熱電対を絶縁支持するサーモ
    カップルにおいて、少くとも1本の熱電対が他の熱電対
    に対して異なる材質を有することを特徴とするサーモカ
    ップル。 2、複数の熱電対が熱起電力既知である特許請求の範囲
    第1項に記載のサーモカップル。 3、複数の熱電対が熱起電力未知の熱電対と熱起電力既
    知の熱電対とからなる特許請求の範囲第1項に記載のサ
    ーモカップル。 4 サーモカップルの使用初期に熱起電力既知の熱電対
    で熱起電力未知の熱電対の熱起電力を検量することを特
    徴とするサーモカップルの使用方法。
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