JPWO2018047375A1 - パッド付き熱電対 - Google Patents

Abstract

一対の熱電対素線１０ａ，１０ｂ及び熱電対素線１０ａ，１０ｂを保持するための無機絶縁粉末１２をシース１１内に収容し、封止部材１３によってシース１１の開口部１１ｄが封止されたシース熱電対３と、配管Ｐに溶接され、シース熱電対３を配管Ｐの表面ｐ１に保持するパッド２と、を備えている。一対の熱電対素線１０ａ，１０ｂで形成された測温接点１０ｃが先端部４におけるシース１１の側面１１ｃに露出して設けられ、パッド２は、配管Ｐの表面ｐ１に沿って抜き差し可能に先端部４を収容している収容部２ａを備え、収容部２ａは、測温接点１０ｃと配管Ｐの表面ｐ１とが当接した状態で先端部４を収容している。

Description

本発明は、測定対象物に接触して表面温度を測定するパッド付き熱電対、及びこれに用いるシース熱電対の製造方法に関する。

金属管の中に無機絶縁粉末を介在して熱電対素線が収容されたシース熱電対を用いて、配管や容器等の機器の表面温度を測定する場合、配管や容器といった測定対象物の表面に固定される金属製のパッドをシース熱電対の先端に設けたパッド付き熱電対が用いられる。下記の特許文献１及び特許文献２には、このようなパッド付き熱電対が開示されている。

実用新案登録第３１０８０１５号公報 米国特許第５３８２０９３号公報

上記特許文献１に記載のパッド付き熱電対によれば、熱電対素線を外部環境から保護しつつ、測温接点が、測定対象物に直接接触している。これによって、周囲温度の影響を受け難くなることから、測定対象物の表面温度を精度良く測定することができる。
また、上記特許文献２に記載のパッド付き熱電対によれば、金属製パッドに溶接されたガイドチューブにシース熱電対を挿入する構成となっており、シース熱電対を容易に脱着することができる。

一般に、熱電対は長期に亘って高温環境にさらされるため、経年変化による特性の劣化が生じることがある。このような経年変化による特性の劣化が生じた熱電対については、測定精度を維持するために交換する必要がある。

しかし、上記特許文献１に記載のパッド付き熱電対では、一対の熱電対素線の先端が、金属製パッド表面に形成された穴を密封するように溶接されて、測温接点となっている。さらに、この金属製パッドは、測温接点が測定対象物の表面に接触するように、測定対象物の表面に溶接固定されている。
このため、シース熱電対が劣化して交換が必要な場合、溶接固定された金属製パッドを測定対象物から取り外した上で、熱電対素線を取り外さなければならず、手間がかかる。

さらに、溶接により固定された金属パッドを測定対象物から取り外す場合、測定対象物である配管や容器に対して熱影響を与えたり破損を生じさせたりするおそれがある。
このため、金属製パッドを取り外した後の配管や容器等の性能に問題がないか否かを評価するための試験を行わなければならないことから、実際には金属製パッドを取り外すことは行わず、新しくパッド付き熱電対を取り付けることが一般的である。

従って、上記特許文献１に記載のパッド付き熱電対では、シース熱電対が劣化して交換が必要な場合であっても、パッド付き熱電対全体を、交換が必要になるパッド付き熱電対と干渉しない表面位置に作り直さなければならなかった。

一方、上記特許文献２に記載のパッド付き熱電対によれば、シース熱電対を容易に脱着することができるため、特許文献１のような問題は生じない。
しかし、特許文献２のシース熱電対は、ガイドチューブに挿入され、当該ガイドチューブと金属製パッドとが測定対象物との間に介在した状態で温度測定を行うように構成されており、上記特許文献１に記載のパッド付き熱電対のように、測温接点が測定対象物に直接接触していないので、周囲温度の影響を受け易く、測定対象物の表面温度の測定精度が低下するおそれがある。

このように、従来のパッド付き熱電対によれば、周囲温度の影響を受け難くして、測定対象物の表面温度を精度よく測定することと、容易に熱電対を交換できるという保守性の向上とを両立させることが困難であった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、精度よく温度測定しつつ、保守性を向上させることができるパッド付き熱電対、及びこれに用いるシース熱電対の製造方法を提供することを目的とする。

（１）本発明のパッド付き熱電対は、少なくとも一対の熱電対素線及び前記熱電対素線を保持するための無機絶縁粉末をシース内に収容し、前記シースの先端に封止部材を溶接することで前記シースの先端の開口部が封止されたシース熱電対と、温度測定対象物に溶接され、前記シース熱電対を前記温度測定対象物の表面に保持するパッドと、を備え、前記一対の熱電対素線で形成された測温接点が前記シース熱電対の先端部のシース側面に露出して設けられ、前記パッドは、前記温度測定対象物の表面に沿って抜き差し可能に前記シース熱電対の先端部を収容する収容部を備え、前記収容部は、前記測温接点と前記温度測定対象物の表面とが当接した状態で前記シース熱電対の先端部を収容している。

上記のように構成されたパッド付き熱電対によれば、測温接点がシース熱電対の先端部のシース側面から露出して設けられるとともに、測温接点と測定対象物の表面とが当接した状態でシース熱電対の先端部が収容部に収容されるので、周囲温度の影響を受け難くなることから、測定対象物の表面温度を精度良く測定することができる。その上、シース熱電対の先端部はパッドの収容部に抜き差し可能に収容されているので、先端部を収容部から抜けば、パッドからシース熱電対を容易に取り外すことができる。
以上のように、上記構成のパッド付き熱電対によれば、測定対象物の表面温度を精度良く測定しつつも、容易に熱電対を交換することができるため、保守性を向上させることができる。

（２）上記パッド付き熱電対において、前記シース熱電対の先端部のシース側面には、前記測温接点を露出させるための孔部が形成され、前記孔部は、前記封止部材が溶接されている前記シース先端の端面から所定の間隔をおいて形成され、前記測温接点は、前記一対の熱電対素線の先端を互いに溶接してなる溶接部により構成され、該溶接部により、前記孔部は封止されていることが好ましい。
この場合、封止部材から離れたところに測温接点を形成することができるので、封止部材をシースの先端面に固定する際に、測温接点に及ぶ熱による変質等の影響を緩和することができる。

（３）また、上記パッド付き熱電対において、前記シース熱電対は、一端に前記先端部を有する第１棒状部と、前記第１棒状部の他端に繋がり、前記温度測定対象物に当接した状態で前記第１棒状部の延長方向に交差する方向に延びている第２棒状部と、を含み、シースを固定する固定板で、前記第２棒状部を、前記温度測定対象物の表面に固定していてもよい。
この場合、固定板によって、第１棒状部が当該第１棒状部の長手方向に沿う軸回りに回転するのを阻止することができる。この結果、測温接点を確実に測定対象物の表面に当接させることができる。

（４）上記パッド付き熱電対において、前記先端部の外周形状が、円形とは異なる異形形状であり、前記収容部は、内周形状が前記先端部の外周形状に対応する形状とすることで、前記先端部が長手方向に沿う軸回りに回転するのを阻止するように構成してもよい。なお、前記収容部の内周形状とは、該収容部の径方向断面における内周の形状を指す。また、前記先端部の外周形状とは、前記シースの径方向断面における外周の形状を指す。

（５）また、上記パッド付き熱電対において、前記収容部の内周形状、及び前記シース熱電対の先端部の外周形状は、楕円などの円形以外の閉曲線形状、半円形、及び多角形のいずれかに形成され、前記収容部の内周面と前記シース熱電対の先端部の外周面との間に間隙ができないように、前記収容部の内周形状と前記シース熱電対の先端部の外周形状を同じくして嵌合するように収容してもよい。
この場合、前記収容部は、前記シース熱電対の先端部が長手方向に沿う軸回りに回転するのを阻止することができる。この結果、測温接点を確実に測定対象物の表面に当接させることができる。

（６）また、上記（１）から（５）に記載のパッド付き熱電対に用いられる前記シース熱電対を製造する製造方法は、少なくとも前記一対の熱電対素線及び前記熱電対素線を保持するための前記無機絶縁粉末を第１シース部材の内部に収容したシース熱電対素材から、第１シース部材の先端部分、及び前記第１シース部材の先端部分内部の前記無機絶縁粉末を除去し、前記一対の熱電対素線の先端部を露出させる工程と、前記第１シース部材に突き合わせて接続される第２シース部材の側面に、前記第２シース部材の内外を連通する孔部を形成する工程と、前記一対の熱電対素線の先端部を前記第２シース部材の内側から前記孔部に挿通する工程と、前記第１シース部材の端面と、前記第２シース部材の一端面とを突き合わせて溶接することで前記シースとし、前記孔部において前記一対の熱電対素線の先端を互いに溶接することで前記孔部を通じて前記第２シース部材の外側に向けて露出した前記測温接点を形成するとともに、溶接によって前記孔部を封止した後、前記シースの先端の開口部から前記第２シース部材の内部に前記無機絶縁粉末を充填する工程と、前記シースの先端の開口部に前記封止部材を溶接することで前記開口部を封止する工程と、を含む。

上記のように構成されたシース熱電対の製造方法によれば、一対の熱電対素線の先端部を露出させ、第２シース部材に形成した孔部において一対の熱電対素線を互いに溶接することで孔部から露出した測温接点を形成した後に、第１シース部材と第２シース部材とを溶接するので、例えば、一対の熱電対素線を外部に露出させることなく、シースの内部で一対の熱電対素線を取り扱って作業を行う場合と比較して、シースの側面に露出した測温接点を形成する際の作業性が良いことから、製造効率を向上させることができる。

本発明によれば、精度よく温度測定しつつ、保守性を向上させることができる。

図１は、本発明の第１実施形態に係るパッド付き熱電対を示す図である。 図２は、パッド付き熱電対のパッド近傍の断面図である。 図３は、図２中、Ａ−Ａ線矢視断面図である。 図４は、第１実施形態のパッド付き熱電対に係るシース熱電対を製造する方法を示す図である。 図５は、第１実施形態のパッド付き熱電対に係るシース熱電対を製造する方法を示す図であり、図４からの続きを示している。 図６（ａ）は、第２実施形態に係るパッド付き熱電対が有するシース熱電対３の先端部４を示す斜視図、図６（ｂ）は、第２実施形態の第１変形例に係るパッド付き熱電対が有するシース熱電対３の先端部４を示す斜視図、図６（ｃ）は、第２実施形態の第２変形例に係るパッド付き熱電対が有するシース熱電対３の先端部４を示す斜視図である。 図７（ａ）は、図６（ａ）における図２中Ａ−Ａ線矢視部に相当する箇所の断面図、図７（ｂ）は、図６（ｂ）における図２中Ａ−Ａ線矢視部に相当する箇所の断面図、図７（ｃ）は、図６（ｃ）における図２中Ａ−Ａ線矢視部に相当する箇所の断面図である。 図８は、パッド付き熱電対の配置のバリエーションを示す図である。

以下、好ましい実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係るパッド付き熱電対を示す図である。
図１中、パッド付き熱電対１は、表面温度の測定対象である温度測定対象物としての円筒状の配管Ｐに取り付けられている。

パッド付き熱電対１は、パッド２と、パッド２から延びているシース熱電対３とを備えている。
パッド２は、ステンレス鋼や、耐熱鋼等によって形成された部材であり、シース熱電対３の先端部４を内部に収容することでシース熱電対３を配管Ｐの表面ｐ１に保持している。

シース熱電対３は、配管Ｐの表面温度を測定するための温度センサを構成している。シース熱電対３は、一端に先端部４を有しているとともに配管Ｐの表面ｐ１に沿って配管Ｐの軸方向に棒状に延びている第１棒状部３ａと、一端が第１棒状部３ａの他端に繋がり、配管Ｐの表面ｐ１に沿って第１棒状部３ａの延長方向に交差する方向に棒状に延びている第２棒状部３ｂと、一端が第２棒状部３ｂの他端に繋がり、配管Ｐの表面ｐ１に沿って配管Ｐの軸方向に棒状に延びている第３棒状部３ｃとを含んで構成されている。

各棒状部３ａ，３ｂ，３ｃは、一本の棒状のシース熱電対を所定部分で折り曲げることで形成されている。
各棒状部３ａ，３ｂ，３ｃは、配管Ｐの表面ｐ１に接触した状態で配置されている。

第１棒状部３ａは、先端部４がパッド２に収容されていることで、配管Ｐの表面ｐ１に保持されている。また、第２棒状部３ｂは、表面ｐ１に溶接固定された第１シース固定板５により配管Ｐの表面ｐ１に保持されている。第３棒状部３ｃは、表面ｐ１に溶接固定された第２シース固定板６により配管Ｐの表面ｐ１に保持されている。
このように、シース熱電対３は、パッド２の他、両シース固定板５，６によって配管Ｐの表面ｐ１に保持されている。
こうすることで、シース熱電対３の測温接点が軸心を中心に回転してずれることがないため、測温接点を配管Ｐの表面ｐ１に確実に接触させることができる。

両シース固定板５，６は、ステンレス鋼等によって形成された板材であり、一端が配管Ｐの表面ｐ１に溶接固定され、第２棒状部３ｂ及び第３棒状部３ｃを表面ｐ１側に押圧するような形状に形成されている。これにより、両シース固定板５，６は、第２棒状部３ｂ及び第３棒状部３ｃを表面ｐ１に保持している。

なお、両シース固定板５，６の一端には溶接部５ａ，６ａが形成されており、両シース固定板５，６の一端は、表面ｐ１に溶接固定されている。一方、両シース固定板５，６の他端は、表面ｐ１に溶接固定されておらず、自由状態とされている。さらに、両シース固定板５，６は、容易に変形可能な程度の板厚とされている。
これにより、両シース固定板５，６を、外力を加えて開くように変形させて第２棒状部３ｂ及び第３棒状部３ｃに対する保持を解除し、シース熱電対３をパッド２及び配管Ｐから容易に取り外すことができる。
再度、シース熱電対３を取り付けるときには、第１棒状部３ａの先端部４をパッド２に収容して、配管Ｐの表面ｐ１に接触させ、第２棒状部３ｂ及び第３棒状部３ｃを保持するように両シース固定板５，６を、外力によってもとの状態に変形させる。これによって、一度取り外したシース熱電対３を再度取り付けることができる。

図２は、パッド付き熱電対１のパッド２近傍の断面図であり、図３は、図２中、Ａ−Ａ線矢視断面図である。

パッド２には、シース熱電対３の先端部４を覆うように収容している収容部２ａが形成されている。
シース熱電対３において、収容部２ａに収容されている部分である先端部４は、収容部２ａに収容された状態で、配管Ｐの表面ｐ１に当接している。

シース熱電対３は、一対の熱電対素線１０ａ，１０ｂと、これら一対の熱電対素線１０ａ，１０ｂの先端を互いに接続している測温接点１０ｃと、熱電対素線１０ａ，１０ｂを内部に収容するシース１１と、シース１１内に充填されている無機絶縁粉末１２と、シース１１の先端の開口部を封止している封止部材１３とを備えている。

シース１１は、例えば、ステンレス鋼や耐熱合金で形成された円筒管状の部材であり、内部に収容している熱電対素線１０ａ，１０ｂを外部環境から保護している。
なお、シース１１は、後述するように封止部材１３が固定されているスリーブ３０（第２シース部材）と、シース２１（第１シース部材）とを接続することで構成されている。

無機絶縁粉末１２としては、例えば、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）や、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）等の無機材料粉末が用いられる。無機絶縁粉末１２は、シース１１内部に充填されることで、熱電対素線１０ａ，１０ｂをシース１１内部で保持している。

このように、シース熱電対３は、熱電対素線１０ａ，１０ｂをシース１１内に収容した構成で延びている。よって、シース熱電対３の第２棒状部３ｂや第３棒状部３ｃにおいても、同様の構成である。

封止部材１３は、ステンレス鋼や耐熱合金で形成された円板状の部材であり、シース１１の先端面１１ａに溶接固定されている。これにより封止部材１３は、シース１１内部の無機絶縁粉末１２が外部に漏れ出ないように、シース１１の先端面１１ａの開口部１１ｄを密閉している。
熱電対素線１０ａ，１０ｂは、無機絶縁粉末１２と封止部材１３によって外部雰囲気から遮断され、機械的な衝撃や腐食性雰囲気の外部環境から保護される。また、外部からの湿気の侵入で、無機絶縁粉末の絶縁が低下することによって測定誤差が生じるのを防止する。

また、シース熱電対３の先端部４におけるシース１１の側面１１ｃには、孔部１１ｂが形成されている。孔部１１ｂは、封止部材１３が溶接されている先端面１１ａから軸方向に所定の間隔を置いて形成されている。孔部１１ｂは、シース１１の内外を連通するように形成されている。孔部１１ｂは、シース１１の側面１１ｃの内、配管Ｐの表面ｐ１に当接している当接面１１ｃ１に形成されている。

一対の熱電対素線１０ａ，１０ｂは、上述したように、シース１１の長手方向に沿ってシース１１内部に収容されている。一対の熱電対素線１０ａ，１０ｂの内、例えば、一方の熱電対素線１０ａがプラス側の熱電対素線を構成する場合、他方の熱電対素線１０ｂがマイナス側の熱電対素線を構成する。

測温接点１０ｃは、配管Ｐの表面ｐ１の温度を検出するための部材で、一対の熱電対素線１０ａ，１０ｂの先端を互いに溶接してなる溶接部により構成されている。また該溶接部は、孔部１１ｂを封止しており、シース１１内部の無機絶縁粉末１２が漏れ出るのを防止している。

このように、測温接点１０ｃは、シース１１の内部側から孔部１１ｂを通じてシース１１の外部側に向けて露出して設けられている。孔部１１ｂは、上述のように配管Ｐの表面ｐ１に当接している当接面１１ｃ１に形成されている。よって、測温接点１０ｃは、当接面１１ｃ１に露出して設けられている。

また、測温接点１０ｃは、配管Ｐの表面ｐ１に当接するように形成されている。
このため、シース熱電対３は、測温接点１０ｃがシース１１の当接面１１ｃ１に露出して設けられ、配管Ｐの表面ｐ１に当接しているので、配管Ｐの表面温度を精度良く測定することができる。

パッド２は、内部に収容部２ａが形成された中空のほぼ円柱状の部材であり、接触面２ｂを配管Ｐの表面ｐ１に接触させた状態で溶接固定されている。
パッド２と配管Ｐとは、互いの境界部に沿って外側から溶接されている。よって、パッド２の表面と表面ｐ１との間の境界部分には、パッド２の長手方向に沿って溶接ビードＢが形成されている。

パッド２の内部に形成されている収容部２ａは、シース１１の径方向断面における外周の形状（以降、外周形状と称す）に対応する形状とされており、収容部２ａの径方向断面における内周の形状（以降、内周形状と称す）がほぼ円形で、孔状に形成されている。また、収容部２ａの内周形状とシース１１の外周形状は、軸方向に渡って同じ形状であり、さらに、収容部２ａの内径寸法Ｄは、シース１１との間で抜き差し可能な程度のクリアランスが形成される寸法に設定されている。これによって、収容部２ａは、シース熱電対３の先端部４を配管Ｐの表面ｐ１に沿って抜き差し可能に収容している。

また、パッド２の接触面２ｂ側には、シース１１の長手方向に沿って開口している露出開口部２ｃがスリット状に形成されている。
この露出開口部２ｃによって、収容部２ａは、シース１１の側面１１ｃを配管Ｐに対して露出させ、シース１１から露出している測温接点１０ｃと配管Ｐの表面ｐ１とが当接した状態でシース熱電対３の先端部４を収容している。

ここで、露出開口部２ｃの幅寸法Ｗ（図３）は、収容部２ａの内径寸法Ｄよりも小さい寸法に設定されている。これにより、例えば、露出開口部２ｃの幅寸法Ｗが内径寸法Ｄ以上の場合と比較して、収容部２ａの内周形状は、シース１１の外周形状に対応した形状となり、収容部２ａは、シース１１の当接面１１ｃ１により近い位置まで側面１１ｃを保持することができる。この結果、収容部２ａは、シース１１の側面１１ｃをより広い範囲で保持することができ、より安定してシース１１（シース熱電対３）を保持することができる。

上記構成のパッド付き熱電対１によれば、測温接点１０ｃがシース熱電対３の先端部４の側面１１ｃ（当接面１１ｃ１）に露出して設けられるとともに、測温接点１０ｃと配管Ｐの表面ｐ１とが当接した状態でシース熱電対３の先端部４が収容部２ａに収容されるので、周囲温度の影響を受け難くなることから、配管Ｐの表面温度を精度良く測定することができる。その上、シース熱電対３の先端部４がパッド２の収容部２ａに抜き差し可能に収容されているので、先端部４を収容部２ａから引き抜くことで、パッド２からシース熱電対３を容易に取り外すことができる。
さらに、第１シース固定板５及び第２シース固定板６を、外力によってもとの状態に変形させて第２棒状部３ｂ及び第３棒状部３ｃを配管Ｐから解放することで、シース熱電対３を配管Ｐから容易に取り外すことができる。

以上のように、上記構成のパッド付き熱電対１によれば、配管Ｐの表面温度を精度良く測定しつつも、容易にシース熱電対３を交換することができ、保守性を向上させることができる。

また、本実施形態では、孔部１１ｂが、シース１１の先端面１１ａから所定の間隔をおいて形成されているので、封止部材１３から離れたところに測温接点１０ｃを形成することができる。これにより、封止部材１３をシース１１の先端面１１ａに溶接する際に測温接点１０ｃに及ぶ熱による変質等の影響を緩和することができる。

また、本実施形態では、シース熱電対３を、一端にシース熱電対３の先端部４を有する第１棒状部３ａと、第１棒状部３ａの他端に繋がり、配管Ｐに当接した状態で第１棒状部３ａの延長方向に交差する方向に延びている第２棒状部３ｂとを含んで構成したので、第２棒状部３ｂによって、第１棒状部３ａが第１棒状部３ａの長手方向に沿う軸回りに回転するのを阻止することができる。この結果、測温接点１０ｃを確実に配管Ｐの表面ｐ１に当接させることができる。

図４及び図５は、本実施形態のシース熱電対３を製造する方法を示す図である。なお、図４及び図５では、スリーブ３０の内部空間における熱電対素線１０ａ、１０ｂ、測温接点１０ｃ、及び孔部１１ｂの配置状態が分かるように、スリーブ３０、及び無機絶縁粉末１２を透明視して示している。
上述のように、シース熱電対３は、シース１１の側面１１ｃ（当接面１１ｃ１）から測温接点１０ｃが露出して設けられている。このようなシース熱電対３を製造するために、一対の熱電対素線１０ａ，１０ｂを互いに接続する測温接点１０ｃが未だ設けられていない状態のシース熱電対（以下、シース熱電対素材ともいう）を用いる。

図４の（ａ）は、シース熱電対素材を示す斜視図である。
図４の（ａ）中、シース熱電対素材２０は、一対の熱電対素線１０ａ，１０ｂ及びこれら熱電対素線１０ａ，１０ｂを保持するための無機絶縁粉末１２をシース２１（第１シース部材）の内部に収容して構成されている。

シース熱電対素材２０を用いてシース熱電対３を製造するには、まず、シース熱電対素材２０から、シース２１の先端部分２２、及び先端部分２２内部の無機絶縁粉末１２を除去し、一対の熱電対素線１０ａ，１０ｂの先端部を露出させる。
なお、図４の（ａ）では、先端部分２２を破線で示しており、先端部分２２及びその内部の無機絶縁粉末１２を除去し一対の熱電対素線１０ａ，１０ｂを露出させた状態を示している。このとき、シース２１の内部には、無機絶縁粉末１２が充填されている。

次いで、シース２１に突き合わせて接続されるスリーブ３０（第２シース部材）の側面に、当該スリーブ３０の内外を連通する孔部１１ｂを形成する。
図４の（ｂ）は、スリーブ３０を示す斜視図である。スリーブ３０は、シース２１とほぼ同じ外径及び内径とされた円筒状の部材である。
スリーブ３０は、シース２１に突き合わされて接続されることで、シース２１とともにシース１１を構成する。

図４の（ｃ）に示すように、スリーブ３０と、シース２１とを接続する前に、シース２１の一端面２１ａと、スリーブ３０の一端面３０ａとを接近させ、一対の熱電対素線１０ａ，１０ｂの先端部をスリーブ３０の内側から孔部１１ｂに挿通する。

そして、図５の（ａ）に示すように、先端部分２２を除去した後のシース２１の一端面２１ａと、スリーブ３０の一端面３０ａとを突き合わせ、全周溶接することによりシース２１とスリーブ３０とを接続する。これによって、シース１１を得ることができる。

次いで、孔部１１ｂに挿通された一対の熱電対素線１０ａ，１０ｂの先端を互いに溶接して溶接部が形成され、測温接点１０ｃは、この溶接部によって構成される。また、この溶接部により、孔部１１ｂを封止する。
なお、測温接点１０ｃは、スリーブ３０の側面３０ｂに露出されて形成されるとともに、一対の熱電対素線１０ａ，１０ｂの先端が、スリーブ３０の側面３０ｂから突出している部分、及び溶接の余盛を切除し、シース熱電対３とされパッド２に収容されたときに配管Ｐの表面ｐ１に当接する形状に形成される。

さらに、スリーブ３０の他端面３０ｃからスリーブ３０の内部に無機絶縁粉末１２を充填する。
なお、スリーブ３０の他端面３０ｃは、シース１１の先端面１１ａを構成している。

次いで、図５の（ｂ）に示すように、スリーブ３０の他端面３０ｃを封止するための封止部材１３を他端面３０ｃとの間で全周溶接し、スリーブ３０（シース１１）に固定する。

以上のようにして、シース１１の側面１１ｃから測温接点１０ｃが露出して設けられているシース熱電対３を製造することができる。
上記のように構成されたシース熱電対３の製造方法によれば、一対の熱電対素線１０ａ，１０ｂの先端部を露出させ、スリーブ３０（第２シース部材）に形成した孔部１１ｂに、一対の熱電対素線１０ａ，１０ｂをスリーブ３０の内側から挿通した後、シース２１（第１シース部材）とスリーブ３０とを溶接する。その後、一対の熱電対素線１０ａ，１０ｂの先端が、スリーブ３０の孔部１１ｂを密封するように溶接され、測温接点が形成されるので、例えば、一対の熱電対素線１０ａ，１０ｂを外部に露出させることなく、シース１１の内部で一対の熱電対素線１０ａ，１０ｂを取り扱って作業を行う場合と比較して、シース１１の側面１１ｃから露出した測温接点１０ｃを形成する際の作業性がよいことから、製造効率を向上させることができる。

図６（ａ）は、第２実施形態に係るパッド付き熱電対が有するシース熱電対３の先端部４を示す斜視図、図６（ｂ）は、第２実施形態の第１変形例に係るパッド付き熱電対が有するシース熱電対３の先端部４を示す斜視図、図６（ｃ）は、第２実施形態の第２変形例に係るパッド付き熱電対が有するシース熱電対３の先端部４を示す斜視図である。

また、図７（ａ）は、図６（ａ）における図２中Ａ−Ａ線矢視部に相当する箇所の断面図、図７（ｂ）は、図６（ｂ）における図２中Ａ−Ａ線矢視部に相当する箇所の断面図、図７（ｃ）は、図６（ｃ）における図２中Ａ−Ａ線矢視部に相当する箇所の断面図である。

第２実施形態のパッド付き熱電対１は、シース熱電対３の先端部４を構成するスリーブ３０の外周形状を円形とは異なる異形形状とし、収容部２ａの内周形状をスリーブ３０に対応して異形形状とした点において、第１実施形態と相違している。
図６（ａ）に示すように、第２実施形態のスリーブ３０は、その外周形状がほぼ正方形状に形成されている。
スリーブ３０には、長手方向に沿って貫通している貫通孔３１が形成されている。貫通孔３１の内径は、シース２１の内径とほぼ同じ寸法とされている。
また、測温接点１０ｃにより塞がれている孔部１１ｂは、配管Ｐの表面ｐ１に当接する側面３０ｂに形成されている。

スリーブ３０は、貫通孔３１と、シース２１の内周面とが繋がるように突き合わされて接続されている。これによりスリーブ３０とシース２１とは、互いの内部空間が接続され、その内部空間に無機絶縁粉末１２が充填されたシース１１を構成している。
つまり、第２実施形態のシース熱電対３は、シース熱電対３の先端部４を構成するスリーブ３０の外周形状を円形とは異なる異形形状（正方形状）とし、このスリーブ３０と円形であるシース２１とを溶接することでシース１１とし、孔部１１ｂからシース表面に露出した測温接点１０ｃを形成することで製造される。

図７（ａ）に示すように、第２実施形態のパッド２の収容部２ａは、シース１１の長手方向に沿った断面凹型の溝状に形成されている。この溝状の収容部２ａは、接触面２ｂから凹むように形成されている。
パッド２は、接触面２ｂを配管Ｐの表面ｐ１に当接した状態で溶接固定されている。よって、収容部２ａは、接触面２ｂ側を配管Ｐの表面ｐ１で塞がれ、内周形状がほぼ正方形の孔状とされている。これにより、収容部２ａの内周形状は、シース熱電対３の先端部４を構成するスリーブ３０の外周形状に対応した形状とされている。

収容部２ａの内周面と、先端部４におけるスリーブ３０の外周面との間には、シース熱電対３を配管Ｐの表面ｐ１に沿って抜き差し可能な程度にクリアランスが設けられている。よって、収容部２ａは、シース熱電対３を保持しつつ、当該シース熱電対３の先端部４が長手方向に沿う軸回りに回転するのを阻止する。

第２実施形態の収容部２ａは、溝状に形成されているので、露出開口部２ｃからスリーブ３０の側面３０ｂを配管Ｐの表面ｐ１に対して露出させ、測温接点１０ｃが配管Ｐの表面ｐ１に当接した状態でスリーブ３０を保持している。

第２実施形態では、シース熱電対３の先端部４を構成するスリーブ３０の外周形状を正方形状とし、収容部２ａの内周形状を、先端部４が長手方向に沿う軸回りに回転するのを阻止可能な形状としてスリーブ３０に対応した正方形状とされているので、測温接点１０ｃを確実に配管Ｐの表面ｐ１に当接させることができる。この結果、配管Ｐの表面温度をより精度よく測定することができる。

また、第２実施形態では、シース熱電対３を製造する際に、該シース熱電対３が収容部２ａに収容されたときに回り止めとなる正方形状のスリーブ３０と、円形であるシース２１とを溶接しシース１１を形成するので、シース熱電対３を、配管Ｐの表面ｐ１に当接させて、長手方向に沿う軸回りに回転するのを阻止するように設置するために必要な作業工数を減少させることができる。

なお、第２実施形態のスリーブ３０の外周形状はほぼ正方形状であるが、配管Ｐの表面ｐ１側に向く側面３０ｂは、配管Ｐの表面ｐ１に対応して僅かに凹状に窪んだ湾曲面となるように形成してもよい。
これにより、スリーブ３０の側面３０ｂのほぼ全面を配管Ｐの表面ｐ１に当接させることができ、より確実に測温接点１０ｃを配管Ｐの表面ｐ１に当接させることができる。

第２実施形態では、スリーブ３０の外周形状をほぼ正方形状に形成した場合を例示したが、図６（ｂ）及び図７（ｂ）に示すように、スリーブ３０の外周形状を楕円状としてもよい。この第１変形例の場合も、収容部２ａの内周形状をスリーブ３０の外周形状に対応する形状とすることで、先端部４が長手方向に沿う軸回りに回転するのを阻止することができる。

また、図６（ｃ）及び図７（ｃ）に示すように、スリーブ３０の外周形状を半円形と矩形とを組み合わせた形状としてもよい。この第２変形例の場合も、収容部２ａの内周形状をスリーブ３０の外周形状に対応する形状とすることで、先端部４が長手方向に沿う軸回りに回転するのを阻止することができる。
また、この変形例では、第２実施形態と同様、スリーブ３０の側面３０ｂを平面状に形成したが、配管Ｐの表面ｐ１に対応して僅かに凹状に窪んだ湾曲面となるように形成してもよい。これにより、より確実に測温接点１０ｃを配管Ｐの表面ｐ１に当接させることができる。

なお、スリーブ３０の外周形状、及びこれに対応する収容部２ａの内周形状は、円形とは異なる異形形状であればよく、楕円等の円形以外の閉曲線形状の他、円形の一部を切除した形状や、３角形や５角形等の多角形形状、凸型、凹型、さらにこれらを組み合わせた形状であってもよい。さらに、回り止めとなる凸部や凹部を形成した形状であってもよい。
また、上記第２実施形態では、スリーブ３０の外周形状を異形形状とすることでシース熱電対３先端部４の一部を異形形状とした場合を例示したが、先端部４の全部を異形形状としてもよいし、シース熱電対３の長手方向全域に亘って異形形状としてもよい。

以上、上記第１実施形態では、シース熱電対３の先端部を構成するスリーブ３０とシース２１は、同じ外径及び内径の円筒状の部材を示したが、図６の（ａ）に示すような、スリーブ３０の外周形状を多角形とし、図７の（ａ）に示すように、パッド２の収容部２ａの内周形状を、当該スリーブ３０の外周形状に対応した多角形としたもの（第２実施形態）、図６の（ｂ）に示すような、スリーブ３０の外周形状を楕円形とし、図７の（ｂ）に示すように、パッド２の収容部２ａの内周形状を、当該スリーブ３０の外周形状に対応した楕円形としたもの（第２実施形態の第１変形例）、及び図６の（ｃ）に示すような、スリーブ３０の外周形状を半円形とし、図７の（ｃ）に示すように、パッド２の収容部２ａの内周形状を、当該スリーブ３０の外周形状に対応した半円形としたもの（第２実施形態の第２変形例）としてもよい。このようにして、パッド２の収容部２ａに収容されたシース熱電対３が、当該スリーブ３０の長手方向に沿う軸回りに回転するのを阻止することができ、測温接点１０ｃを確実に配管Ｐの表面ｐ１に当接させることができる。なお、パッド２の外周形状については、略扇型に限定するものではなく、多角形、半円形としてもよい。加えて、パッド２の外側に断熱材を設けて外部からの入熱を制限してもよい。

また、上記実施形態では円筒状のスリーブ３０の他端面３０ｃを封止するための略半球状の封止部材１３を他端面３０ｃとの間で全周溶接し、スリーブ３０に固定する方法を示したが、封止部材１３として、図６の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すような、スリーブ３０の他端面３０ｃの開口部を閉塞する円盤状の封止部材１３の外周部を１周するように溶接してスリーブ３０に固定してもよく、さらには溶かした溶接棒で他端面３０ｃを封止してもよい。
なお、図６では、スリーブ３０の内部空間における熱電対素線１０ａ、１０ｂ、及び測温接点１０ｃの配置状態が分かるように、スリーブ３０、及び無機絶縁粉末１２を透明視して示している。

本発明は第１実施形態及び第２実施形態に限定されるものではない。
例えば、第１実施形態では、シース熱電対３の先端部４を含む第１棒状部３ａが配管Ｐの軸方向に沿って棒状に延びており、パッド２が先端部４に応じて配管Ｐの軸方向に沿った形状とされている場合を例示したが、例えば、図８に示すように、第１棒状部３ａを、配管Ｐの周方向に沿って棒状に延びる形状とし、パッド２も第１棒状部３ａに応じて配管Ｐの周方向に沿った形状としてもよい。

また、上記実施形態では、シース熱電対３に一対の熱電対素線１０ａ，１０ｂを収容した場合を例示したが、シース熱電対３に複数対の熱電対素線を収容してもよい。
また、上記実施形態では、測温対象物として円筒状の配管Ｐの表面ｐ１にパッド付き熱電対１を取り付けた場合を例示したが、パッド付き熱電対１は、球状の構造物の球状面部分に取り付けることもできるし、箱形の構造物の平面部分に取り付けることもできる。

１ パッド付き熱電対 ２ パッド
２ａ 収容部 ２ｂ 接触面
２ｃ 露出開口部 ３ シース熱電対
３ａ 第１棒状部 ３ｂ 第２棒状部
３ｃ 第３棒状部 ４ 先端部
５ 第１シース固定板 ５ａ 溶接部
６ 第２シース固定板 ６ａ 溶接部
１０ａ プラス側の熱電対素線
１０ｂ マイナス側の熱電対素線
１０ｃ 測温接点 １１ シース
１１ａ 先端面 １１ｂ 孔部
１１ｃ 側面 １１ｃ１ 当接面
１１ｄ 開口部 １２ 無機絶縁粉末
１３ 封止部材 ２０ シース熱電対素材
２１ シース ２１ａ 一端面
２２ 先端部分 ３０ スリーブ
３０ａ 一端面 ３０ｂ 側面
３０ｃ 他端面 ３１ 貫通孔
Ｂ 溶接ビード Ｐ 配管
ｐ１ 表面

本発明は、測定対象物に接触して表面温度を測定するパッド付き熱電対に関する。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、精度よく温度測定しつつ、保守性を向上させることができるパッド付き熱電対を提供することを目的とする。

Claims (6)

1. 少なくとも一対の熱電対素線及び前記熱電対素線を保持するための絶縁粉末をシース内に収容し、前記シースの先端に封止部材を溶接することで前記シースの先端の開口部が封止されたシース熱電対と、
   温度測定対象物に溶接され、前記シース熱電対を前記温度測定対象物の表面に保持するパッドと、を備え、
   前記一対の熱電対素線で形成された測温接点が前記シース熱電対の先端部のシース側面に露出して設けられ、
   前記パッドは、前記温度測定対象物の表面に沿って抜き差し可能に前記シース熱電対の先端部を収容する収容部を備え、
   前記収容部は、前記測温接点と前記温度測定対象物の表面とが当接した状態で前記シース熱電対の先端部を収容している
   パッド付き熱電対。
2. 前記シース熱電対の先端部のシース側面には、前記測温接点を露出させるための孔部が形成され、
   前記孔部は、前記封止部材が溶接されている前記シース先端の端面から所定の間隔をおいて形成され、
   前記測温接点は、前記一対の熱電対素線の先端を互いに溶接してなる溶接部により構成され、また該溶接部により、前記孔部は封止されている、
   請求項１に記載のパッド付き熱電対。
3. 前記シース熱電対は、一端に前記先端部を有する第１棒状部と、
   前記第１棒状部の他端に繋がり、前記温度測定対象物に当接した状態で前記第１棒状部の延長方向に交差する方向に延びている第２棒状部と、を含み、
   前記第２棒状部を、前記温度測定対象物の表面に固定することによって、前記第１棒状部が、長手方向に沿う軸回りに回転するのを阻止する固定板をさらに備えている
   請求項１又は請求項２に記載のパッド付き熱電対。
4. 前記先端部の外周形状が、円形とは異なる異形形状であり、
   前記収容部は、内周形状が前記先端部の外周形状に対応する形状とすることで、前記先端部が長手方向に沿う軸回りに回転するのを阻止する
   請求項１又は請求項２に記載のパッド付き熱電対。
5. 前記収容部の内周形状、及び前記シース熱電対の先端部の外周形状は、楕円などの円形以外の閉曲線形状、半円形、及び多角形のいずれかに形成され、
   前記収容部の内周面と前記シース熱電対の先端部の外周面との間に間隙ができないように、前記収容部の内周形状と前記シース熱電対の先端部の外周形状を同じくして嵌合することによって、前記収容部は、前記シース熱電対の先端部が長手方向に沿う軸回りに回転するのを阻止している
   請求項４に記載のパッド付き熱電対。
6. 請求項１から請求項５に記載のパッド付き熱電対に用いられる前記シース熱電対を製造する製造方法であって、
   少なくとも前記一対の熱電対素線及び前記熱電対素線を保持するための前記絶縁粉末を第１シース部材の内部に収容したシース熱電対素材から、第１シース部材の先端部分、及び前記第１シース部材の先端部分内部の前記絶縁粉末を除去し、前記一対の熱電対素線の先端部を露出させる工程と、
   前記第１シース部材に突き合わせて接続される第２シース部材の側面に、前記第２シース部材の内外を連通する孔部を形成する工程と、
   前記一対の熱電対素線の先端部を前記第２シース部材の内側から前記孔部に挿通する工程と、
   前記第１シース部材の端面と、前記第２シース部材の一端面とを突き合わせて溶接することで前記シースとし、前記孔部において前記一対の熱電対素線の先端を互いに溶接することで前記孔部を通じて前記第２シース部材の外側に向けて露出した前記測温接点を形成するとともに、溶接によって前記孔部を封止した後、前記シースの先端の開口部から前記第２シース部材の内部に前記絶縁粉末を充填する工程と、
   前記シースの先端の開口部に前記封止部材を溶接することで前記開口部を封止する工程と、を含む
   製造方法。

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