KR101777931B1 - 보호관 열화 검지 장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

보호관 열화 검지 장치는, 측정 대상인 보호관이 구비된 열전대에 소정의 전류를 소정의 시간 인가하여, 상기 열전대의 온도 상승량을 산출하고, 산출한 온도 상승량이 소정의 역치를 초과한 경우에, 상기 보호관이 열화되어 있다고 판단한다.

Description

보호관 열화 검지 장치 및 그 방법{PROTECTING TUBE DETERIORATION DETECTING APPARATUS AND METHOD THEREFOR}

본 발명은, 보호관식 열전대의 고장 진단 기술에 관한 것이다.

종래부터, 공업용 온도계로서 열전대가 많이 사용되고, 측정하는 온도의 범위, 측정 개소의 상황, 필요한 정밀도 등에 따라, 다양한 열전대가 사용되고 있다.

열전대는, 가열로 등의 온도 측정에도 사용되고, 이러한 고온 분위기에 있어서 장시간 사용되어, 온도의 상승 하강을 반복함으로써 열전대 자체가 열화될 우려가 있다.

따라서, 용이하게 열전대의 열화를 검지, 예지하는 기술이 제안되어 있다. 예를 들어, 열전대에 전류를 공급하여, 열전대에 의한 열기전력으로부터 온도를 측정하고, 미리 기억된 온도와 열전대의 저항값과의 관계로부터 산출한 온도에 대응하는 저항값과, 상기 열전대에 전류를 공급하였을 때의 전압 강하로부터 측정한 열전대의 저항값을 비교하여, 열전대의 열화를 검지하는 기술이다(특허문헌 1 참조). 또한, 측정 대상에 가까운 제1 열전대와, 이 제1 열전대에 근접하고, 또한, 제1 열전대보다도 측정 대상으로부터 먼 제2 열전대를 설치하고, 이 제1 열전대의 출력과 제2 열전대의 출력을 비교하여, 양 열전대의 출력 차가 소정의 값을 초과하였을 때에, 제1 열전대가 열화되었다고 판단하는 기술이다(특허문헌 2 참조).

여기서, 고무나 플라스틱과 같은 점도가 높은 재료의 혼련에 있어서는, 혼련 상태의 센싱이 중요하며, 그 혼련 상태(혼련도)를 나타내는 지침으로서, 혼련물의 온도가 계측되고 있다. 이러한 혼련물의 온도의 계측은, 보호관식 열전대(보호관이 구비된 열전대)가 많이 사용되고 있다. 보호관식 열전대라 함은, 예를 들어, 금속제의 보호관에 의해, 열전대 소선을 측정 대상의 분위기로부터 보호한 온도계이다.

이와 같이, 혼련물의 온도는 혼련도를 나타내는 지침으로 되기 때문에, 혼련 중에, 보호관에 마모나 구부러짐, 절손 등이 발생한 경우에는, 신속히 교환할 필요가 있다. 또한, 절손 등에 의한 파편이 혼련 재료에 혼입되어, 제품에 악영향을 미친다고 하는 문제도 발생할 수 있다.

이러한 문제를 발생시키지 않기 위해서는, 보호관이 열화되어 있지 않은 것을 확인할 수 있으면 된다. 바꾸어 말하면, 보호관의 마모나 파손 등의 열화를 신속히 검지하고, 보호관의 교환 타이밍을 적절하게 확인할 수 있으면 된다.

일본 특허 공개 평8-313466호 공보 일본 특허 공개 평9-218107호 공보

본 발명은, 상술한 사정에 비추어 이루어진 발명이며, 그 목적은, 보호관식 열전대의 보호관의 열화를, 용이하게 검지할 수 있는 보호관 열화 검지 장치 및 상기 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 형태에 관한 보호관 열화 검지 장치는, 보호관이 구비된 열전대에 전류를 인가하는 전원부와, 상기 전원부에 소정의 전류를 상기 열전대에 소정의 시간 인가시켜, 상기 열전대의 온도 상승량을 산출하는 온도 상승량 산출부와, 상기 온도 상승량 산출부가 산출한 온도 상승량이 소정의 역치를 초과한 경우에, 상기 보호관이 열화되어 있다고 판단하는 열화 판정부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 실시 형태에 있어서의 보호관 열화 검지 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 나타내는 보호관 열화 검지 장치의 보호관식 열전대의 선단부의 단면도이다.
도 3은 도 1에 나타내는 보호관 열화 검지 장치의 열화 검출부의 기능 블록도이다.
도 4는 도 1에 나타내는 보호관 열화 검지 장치의 판정 조건 테이블의 구성 및 내용의 예를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 1에 나타내는 보호관 열화 검지 장치의 열화 검지 처리의 플로우챠트이다.
도 6은 도 1에 나타내는 보호관 열화 검지 장치의 열화 검지 처리의 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 1에 나타내는 보호관 열화 검지 장치의 열화 검지 처리의 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 응답성을 향상시킨 보호관식 열전대의 베리에이션을 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명에 관한 실시의 일 형태를 도면에 기초하여 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서 동일한 부호를 부여한 구성은, 동일한 구성인 것을 나타내며, 적절히, 그 설명을 생략한다.

<실시 형태>

고무나 플라스틱과 같은 점도가 높은 재료의 혼련에 있어서는, 혼련물의 온도가 혼련 상태(혼련도)를 나타내는 지침으로 되기 때문에, 혼련물의 온도를 측정하는 온도계는, 높은 정밀도와 양호한 응답성이 요망된다. 보호관식 열전대에 의해 측정하는 온도의 측정 정밀도 및 응답성을 개선하는 방법으로서, 보호관의 체적을 작게 하면 열용량이 작아져 응답성이 개선된다고 생각된다.

그러나, 보호관의 체적을 작게 하면, 예를 들어, 보호관의 두께를 얇게 하면 강도가 낮아져, 혼련 중에 보호관에 마모나 구부러짐, 절손 등이 발생할 가능성이 높아진다. 그리고, 절손 등에 의한 파편이 혼련 재료에 혼입되어, 제품에 악영향을 미친다고 하는 문제가 발생할 수 있다.

이러한 문제를 발생시키지 않고, 혼련물의 온도의 측정 정밀도가 높고, 응답성이 좋은 보호관식 열전대의 사용을 계속하기 위해서는, 보호관이 열화되어 있지 않은 것을 확인할 수 있으면 된다. 바꾸어 말하면, 보호관의 마모나 파손 등의 열화를 신속히 검지하고, 보호관의 교환 타이밍을 적절하게 확인할 수 있으면 된다.

실시 형태의 보호관 열화 검지 장치는, 보호관식 열전대의 보호관 자체의 열화 상태를, 용이하게 검지하는 것이다. 이 보호관 열화 검지 장치를 사용하여 보호관식 열전대를 적시에 검사함으로써, 열화가 진행하거나 파손 등이 발생하기 전에 보호관식 열전대를 교환할 수 있으므로, 보호관의 두께를 얇게 하여 측정 정밀도가 높고, 응답성을 좋게 한 보호관식 열전대를 사용하는 것이 가능해진다.

<구성>

도 1은, 실시 형태에 관한 보호관 열화 검지 장치(1)의 구성을 나타내는 도면이다. 보호관식 열전대(10)는, 검사 대상인 보호관식 열전대(보호관이 구비된 열전대)이다. 보호관 열화 검지 장치(1)는, 전원(2), 온도 검출부(3), 열화 검출부(4), 스위치(5)를 구비한다. 보호관식 열전대(10)의 열전대(11)는, 소선(111)과 소선(112)으로 구성되고, 각각 온도 검출부(3)에 접속되어 있다. 또한, 온도 검출부(3)와 열화 검출부(4)는 통신 가능하게 접속되어 있다. 열화 검출부(4)는, 스위치(5)를 ON/OFF하고, 전원(2)을 제어하여 원하는 암페어의 전류를 원하는 시간, 열전대(11)에 인가한다.

전원(2)은, 예를 들어, 상용의 교류 전류를 직류 전류로 변환하는 DC/AC 컨버터를 구비하고, 후술하는 전류 인가부가 지정하는 암페어의 직류 전류를 생성한다.

도 2는, 보호관식 열전대(10)의 선단부의 단면도이다. 보호관식 열전대(10)는, 열전대(11)와 보호관(12)을 구비한다. 열전대(11)를 구성하는 소선(111, 112)은, 공동부(13) 내로 통과되어, 보호관(12)의 선단부 내에서 접합되어 있다. 보호관(12)은, 예를 들어, 스테인리스 등에 의해 제작되고, 선단의 원추부(14)의 외측에는, 예를 들어, 0.1㎜(밀리미터) 정도의 두께로 크롬 등의 도금이 이루어져 있다. 또한, 공동부(13) 내에는 절연물이 충전되고, 소선(111, 112)의 둘레가 절연물로 덮여 있어도 된다.

열전대(11)는, 종류가 다른 2개의 금속선인 소선(111)과 소선(112)의 양단을 접합하여 폐회로를 구성한 것이며, 이 양단의 접점에 온도차가 발생하였을 때에, 이 폐회로에 열기전력이 발생하여, 폐회로에 전류가 흐른다.

온도 검출부(3)는, 이 폐회로에 발생하는 열기전력의 전압을 측정한다. 그리고, 미리 내부의 메모리(도시하지 않음)에 기억되어 있는 열전대(11)의 열기전력과 온도의 소정의 관계를 이용하여, 측정한 전압으로부터 온도로 환산하는 연산을 행하여 온도를 산출한다.

보호관식 열전대(10)를 온도계로서 사용하는 경우에는, 보호관(12)의 선단부를 혼련물에 삽입하여, 접촉함으로써 열전대(10)에 열이 전해지고, 발생하는 열기전력의 전압으로부터 온도를 측정한다. 즉, 보호관식 열전대(10) 및 온도 검출부(3)가, 온도계로서 기능한다. 이 경우, 온도 검출부(3)는, 산출한 온도를 온도 검출부(3)에 접속된 소정의 표시 장치(도시하지 않음)에 표시한다.

열화 검출부(4)는, 보호관식 열전대(10)의 보호관이 열화되어 있는지의 여부의 판단을 행한다. 구체적으로는, 보호관의 열화의 정도를 검출하여, 허용 범위의 열화도 인지의 여부를 판단한다. 도 3에, 열화 검출부(4)의 기능 블록도를 나타낸다. 열화 검출부(4)는, 예를 들어, 마이크로프로세서 및 그 주변 회로 등을 구비하여 구성된 퍼스널 컴퓨터 등이며, 기능적으로, 열화 검지 제어부(40), 조작부(45), 표시부(46)를 구비한다.

조작부(45)는, 열화 검지 처리의 개시를 지시하는 커맨드, 열화 검지 처리를 행하는 데 있어서 필요한 각종 데이터를 열화 검출부(4)에 입력하는 기기이며, 예를 들어, 키보드, 마우스, 터치 패널 등이다.

표시부(46)는, 열화 검지 처리의 결과를 표시(출력)하는 기기이다. 조작부(45)로부터 입력된 커맨드나 데이터를 출력해도 된다. 예를 들어 CRT(Cathode Ray Tube) 디스플레이, LCD(Liquid Crystal Display), 유기 EL(Electro Luminescence) 디스플레이 및 플라즈마 디스플레이 등의 표시 장치이다.

열화 검지 제어부(40)는, 온도 상승량 산출부(41), 열화 판정부(42), 전류 인가부(44) 및 판정 조건 기억부(43)를 구비하고, 열화 검출부(4)가 구비하는 각 기능부를 제어하여, 열화 검지 처리를 행하게 한다.

전류 인가부(44)는, 전원(2)을 제어하고, 또한, 스위치(5)를 ON으로 하여, 소정의 전류를 소정 시간, 열전대(11)에 인가한다. 인가하는 전류량과 시간은, 후술하는 바와 같이 판정 조건 기억부(43)에 기억되어 있다.

온도 상승량 산출부(41)는, 온도 검출부(3)로부터 온도를 취득하여, 온도의 상승량을 산출한다. 구체적으로는, 온도 검출부(3)로부터 온도를 취득하는 타이밍은, 전류 인가부(44)가 열전대(11)에 전류를 인가하기 전과 후의 2회이다.

열화 판정부(42)는, 온도 상승량 산출부(41)가 산출한 온도 상승량과, 판정 조건 기억부(43)에 기억되어 있는 역치를 비교하여 보호관(12)의 열화를 판단한다.

판정 조건 기억부(43)는, 열화 검지 처리를 행할 때에 이용하는 데이터를 기억해 둔다. 도 5에, 판정 조건 기억부(43)가 기억하고 있는 판정 조건 테이블(430)의 구성예 및 그 내용예를 나타낸다. 판정 조건 테이블(430)은, 열화 검지 처리를 행하기 전에, 미리 기억되어 있다. 판정 조건 테이블(430)은, 전류 항목(431), 인가 시간 항목(432) 및 역치 항목(433)으로 구성된다.

전류 항목(431)은, 검사 대상인 보호관식 열전대(10)에 인가하는 전류(단위:암페어)를 나타낸다.

인가 시간 항목(432)은, 검사 대상인 보호관식 열전대(10)에, 전류 항목(431)에서 나타내어지는 전류를 인가하는 시간(단위:초)을 나타낸다.

역치 항목(433)은, 검사 대상인 보호관식 열전대(10)에, 전류 항목(431)에서 나타내어지는 전류를, 인가 시간 항목(432)에서 나타내는 시간 동안 인가한 경우에, 보호관(12)이 열화되어 있다고 판단하기 위한 온도 상승량의 역치(단위:도)를 나타낸다. 검사 대상인 보호관식 열전대(10)에, 전류 항목(431)에서 나타내어지는 전류를, 인가 시간 항목(432)에서 나타내는 시간 동안 인가한 경우의 온도 상승량이, 역치 항목(433)에서 나타내는 역치를 초과하고 있는 경우에, 보호관(12)은 열화되어 있다고 판단된다. 즉, 역치는, 온도 상승량의 허용값이다.

<열화 검지 방법>

여기서, 보호관 열화 검지 장치(1)의 보호관의 열화의 검지 방법에 대해 설명한다.

보호관식 열전대(10)의 열전대(11)에 전류가 흐르면, 온도계의 선단 부분의 온도가 상승한다. 그 온도 상승량과, 선단의 열용량, 즉, 보호관(12)의 마모량에는 상관이 있다. 따라서, 온도 상승량으로부터 보호관(12)의 마모량(열화의 정도)을 추정할 수 있다.

보호관식 열전대(10)의 열전대(11)에 전류가 인가되면, 열전대(11)의 선단이 발열한다. 발열한 열은, 보호관식 열전대(10)의 선단 부분으로 확산되어 온도를 상승시킨다. 이 온도 상승량을 근거로, 보호관(12)의 마모량이 판단된다.

우선, 보호관(12)이 열화(마모)되어 있지 않은 보호관식 열전대(10)에 대해, 소정의 전류가 소정 시간, 열전대(11)에 인가되고, 온도 상승량이 산출된다. 산출된 온도 상승량으로부터, 열화를 판단하기 위한 역치가 결정되고, 판정 조건 기억부(43)에 기억된다.

그리고, 측정 대상인 보호관식 열전대(10)에 대해, 보호관(12)이 열화되어 있지 않은 보호관식 열전대(10)에 대해 인가한 경우와 마찬가지로, 소정의 전류가 소정 시간, 열전대(11)에 인가되고, 온도 상승량이 산출된다. 산출된 온도 상승량과, 판정 조건 기억부(43)에 기억되어 있는 역치가 비교되어, 열화되어 있는지의 여부가 판단된다.

측정 대상인 보호관식 열전대(10)의 온도 상승량과, 열화되어 있지 않은 보호관식 열전대(10)의 온도 상승량의 차분이, 보호관(12)의 선단부의 체적의 감소량, 즉, 열화도(마모량)를 나타내게 된다. 보호관(12)이 정상, 즉, 마모가 적으면, 온도 상승량은 작지만, 열화도가 커짐에 따라 온도 상승량이 커진다.

따라서, 허용할 수 있는 열화도(마모량)를 나타내는 온도 상승량의 차분이 이용되어, 검사 대상인 보호관식 열전대(10)의 보호관(12)의 열화도가 판단된다. 구체적으로는, 검사 대상인 보호관식 열전대(10)의 온도 상승량과, 보호관(12)이 열화되어 있지 않은 보호관식 열전대(10)의 온도 상승량의 차가, 이 허용할 수 있는 열화도를 나타내는 온도 상승량의 차분을 초과한 경우에는, 검사 대상인 보호관식 열전대(10)의 보호관(12)의 열화는, 허용할 수 없는 정도의 열화라고 판단된다.

도 6, 도 7에, 두께 약 0.12㎜(밀리미터)인 알루미늄 박을 보호관식 열전대(10)의 선단 부분에 장착하고, 마모의 유무를 모의하여 행한 실험의 결과를 나타낸다. 알루미늄 박이, 보호관(12)의 선단의 원추부(14)의 외측에 실시된 도금이라고 상정된다. 즉, 알루미늄 박을 장착하고 있지 않은 경우에는, 도금이 벗겨져 보호관(12)이 마모된 상태를 나타낸다.

도 6은, 알루미늄 박을 장착하고 있지 않은 보호관식 열전대에, 전류 1A를 인가한 경우의 온도 측정 결과의 그래프이다. 도 6에 있어서, 횡축은 분 단위로 나타내는 인가 시간을 나타내고, 종축은 도(℃) 단위로 나타내는 온도를 나타낸다. 종축의 온도는, 온도 검출부(3)에 의해 측정된 온도이다.

예를 들어, 보호관식 열전대에 1A의 전류를 2초간 인가하였을 때에는 약 31도가 측정되고(화살표 10 참조), 5.5초간 인가하였을 때에는 약 31.5도가 측정되고 있다(화살표 11 참조). 마찬가지의 온도 측정이, 알루미늄 박을 장착한 보호관식 열전대에 대해서도 행해진다.

도 7은, 보호관식 열전대에 전류 1A를 인가하였을 때의 온도 상승량의 변화를 설명하기 위한 그래프이다. 도 7에 있어서, 횡축은 초 단위로 나타내는 인가 시간을 나타내고, 종축은 도(℃) 단위로 나타내는 온도 변화(온도 상승량)를 나타낸다. 종축의 온도 변화량은, 횡축에서 나타내는 초수 동안 전류를 인가한 경우의 온도 변화량이다. 그래프 α1은, 알루미늄 박을 장착한 보호관식 열전대에 1A의 전류를 인가하였을 때의, 온도 상승량의 추이를 나타내는 그래프이며, 그래프 α2는, 알루미늄 박을 제거한 보호관식 열전대에 1A의 전류를 인가하였을 때의, 온도 상승량의 추이를 나타내는 그래프이다. 점선으로 나타내는 그래프는 각각, 그래프 α1 및 그래프 α2의 선형 근사 곡선이다.

예를 들어, 1A의 전류를 2초간 인가하였을 때에 측정된 온도가 31도이며(도 6의 화살표 10 참조), 전류를 인가하기 전에 온도 검출부(3)에 의해 측정된 온도가 30.5도인 경우에는, 온도 변화량 0.5도가, 온도 상승량으로 된다(도 7의 화살표 20 참조).

도 7에 있어서, 1A의 전류를 10초 흘린 경우에는, 알루미늄 박을 제거한 보호관식 열전대의 쪽이, 알루미늄 박을 장착한 보호관식 열전대에 비해, 0.2도 정도 온도 상승량의 변화가 보인다(화살표 21 참조). 상세하게는, 그래프 α1에 있어서의 인가 시간(횡축)이 10초일 때의 온도 변화(종축)는, 약 1.0도이며, 그래프 α2에 있어서의 인가 시간(횡축)이 10초일 때의 온도 변화(종축)는 약 1.25도이다. 그래프 α1은, 알루미늄 박을 장착한 보호관식 열전대의 온도 상승량의 추이를 나타내는 그래프이며, 그래프 α2는, 알루미늄 박을 제거한 보호관식 열전대의 온도 상승량의 추이를 나타내는 그래프이므로, 알루미늄 박을 제거한 보호관식 열전대의 온도 상승량의 쪽이, 알루미늄 박을 장착한 보호관식 열전대의 온도 상승량보다, 약 0.2도 높은 것으로 된다.

알루미늄 박을 도금으로 간주하고 있으므로, 알루미늄 박을 제거한 보호관식 열전대는, 알루미늄 박의 두께 분에 상당하는 양이 마모된, 즉, 약 0.1㎜의 두께의 도금이 마모된(박리된) 보호관식 열전대라고 생각할 수 있다. 따라서, 도금이 마모된 보호관식 열전대의 쪽이, 온도 상승량이 0.2도 높은 것으로 된다.

예를 들어, 허용할 수 있는 마모의 두께가 0.1㎜인 보호관식 열전대이며, 혼련물의 온도를 측정하는 보호관식 열전대의 보호관의 열화를 검출하는 경우에는, 혼련물을 배출한 단계(혼련 중은, 혼련 대상물과 온도계의 접촉의 유무로 온도가 변화하기 때문)에서, 보호관식 열전대에 1A의 전류를 10초간 인가하여, 온도 상승량을 측정한다. 온도 상승량이, 열화되어 있지 않은 상태인 초기 상태의 보호관식 열전대의 온도 상승량과 비교하여, 0.2도 이상의 차가 나면 마모량 0.1㎜라고 판단하여, 보호관식 열전대(온도계)를 교환한다. 예를 들어, 초기 상태의 보호관식 열전대의 온도 상승량이 「1.0」도인 경우에는, 차분 「0.2」도를 더한 「1.2」도를, 검사 대상인 보호관식 열전대의 온도 상승량이 초과한 경우에, 보호관식 열전대를 교환한다.

이 경우, 전류 항목(431)으로서 「1」암페어를 설정하고, 인가 시간 항목(432)으로서 「10」초를 설정하고, 역치 항목(433)으로서 「1.2」도를 설정한 판정 조건 테이블(430)을, 판정 조건 기억부(43)에 기억시킨다.

또한, 온도 상승량을 측정하는 프로세스는, 1회뿐만 아니라 수 회 행해져, 열화도가 추정되는 것으로 해도 된다.

또한, 상술한 바와 같이, 보호관 열전대의 온도 상승량을 역치로 하는 것 이외에, 도 7의 점선으로 나타낸 그래프 α1 및 그래프 α2의 선형 근사 곡선의 기울기를 이용해도 된다. 예를 들어, 도 7에 있어서, 알루미늄 박을 장착한 보호관식 열전대의 그래프 α1의 선형 근사 곡선은, y=0.1004x로 나타내어진다. 또한, 알루미늄 박을 제거한 보호관식 열전대의 그래프 α2의 선형 근사 곡선은, y=0.1333x로 나타내어진다. 즉, 선형 근사 곡선의 기울기는, 그래프 α2의 쪽이, 그래프 α1보다도 크다. 즉, 보호관이 열화된 그래프의 쪽이, 보호관이 열화되어 있지 않은 그래프에 비해 기울기는 커진다. 따라서, 선형 근사 곡선의 기울기를 역치로 하여, 예를 들어, 기울기가 「0.1333」을 초과한 경우에, 보호관이 열화되었다고 판단되는 것으로 해도 된다.

<동작>

이하, 보호관 열화 검지 장치(1)의 동작에 대해, 도 5를 사용하여 설명한다. 도 5는, 보호관 열화 검지 장치(1)의 열화 검지 처리의 플로우 챠트이다.

우선, 유저는, 검사 대상인 보호관식 열전대(10)를 보호관 열화 검지 장치(1)에 접속하여, 열화 검출부(4)의 조작부(45)를 조작하고, 열화 검지 처리의 개시를 지시하는 커맨드를 입력한다. 또한, 사전에, 판정 조건 기억부(43)에는 판정 조건 테이블(430)(도 4 참조)이 기억되어 있는 것으로 한다.

조작부(45)가 조작되고 커맨드가 입력된 것을, 열화 검지 제어부(40)를 통해 검지한 온도 상승량 산출부(41)는, 온도 검출부(3)에 온도 측정을 지시한다.

지시를 받은 온도 검출부(3)는, 보호관식 열전대(10)의 온도를 측정하고, 측정한 온도를 온도 상승량 산출부(41)에 전달한다(스텝 S10). 온도를 전달받은 온도 상승량 산출부(41)는, 전달받은 온도를, 전류 인가 전의 온도로 하여 작업 영역에 기억한다.

다음으로, 전류 인가부(44)는, 판정 조건 기억부(43)에 기억되어 있는 판정 조건 테이블(430)을 참조하여, 전류 항목(431)으로서 설정되어 있는 암페어의 전류의 값 「1」과, 인가 시간 항목(432)으로서 설정되어 있는 시간 「10」을 판독한다. 그리고, 전류 인가부(44)는, 스위치(5)를 ON으로 하여, 전원(2)을 제어하고, 「1」암페어의 전류를 「10」초 동안, 열전대(11)에 인가한다(스텝 S11).

그리고, 열전대(11)에의 인가 후, 온도 상승량 산출부(41)는, 온도 검출부(3)에 온도 측정을 지시한다.

지시를 받은 온도 검출부(3)는, 보호관식 열전대(10)의 온도를 측정하고, 측정한 온도를 온도 상승량 산출부(41)에 전달한다(스텝 S12). 온도를 전달받은 온도 상승량 산출부(41)는, 전달받은 온도와 작업 영역에 기억하고 있는 전류 인가 전의 온도의 차를 온도 상승량으로서 산출한다(스텝 S13). 온도 상승량 산출부(41)는, 산출한 온도 상승량을 열화 판정부(42)에 전달한다.

온도 상승량 산출부(41)로부터 온도 상승량을 전달받은 열화 판정부(42)는, 판정 조건 기억부(43)의 판정 조건 테이블(430)로부터 역치 항목(433)으로서 설정되어 있는 역치 「1.2」도를 판독한다. 열화 판정부(42)는, 온도 상승량 산출부(41)로부터 전달받은 온도 상승량과, 역치를 비교하여, 온도 상승량이 역치보다도 큰 경우에는, 보호관식 열전대(10)의 보호관(12)이 열화되었다고 판단하여(스텝 S14:"예"), 열화 검지 제어부(40)를 통해, 보호관(12)이 열화되었다는 취지를, 표시부(46)에 표시시키고(스텝 S15), 처리를 종료한다. 한편, 온도 상승량이 역치 이하인 경우에는, 보호관식 열전대(10)의 보호관(12)의 열화의 정도는 허용 범위라고 판단하여(스텝 S14:"아니오"), 열화 검지 제어부(40)를 통해, 보호관(12)은 열화되어 있지 않다는 취지를, 표시부(46)에 표시시키고(스텝 S16), 처리를 종료한다.

이와 같이, 용이하게, 보호관(12)의 열화도를 판단할 수 있으므로, 적확한 온도계의 교환 타이밍을 아는 것이 가능해진다. 즉, 교환 타이밍을 적절하게 행할 수 있음으로써, 파손에 의한 제조 공정의 처리 내용이나 제품에의 악영향이 없어진다.

<보호관식 열전대의 베리에이션>

상술한 바와 같이, 보호관 열화 검지 장치(1)에 의해, 보호관의 열화의 검출이 용이하게 가능해졌기 때문에, 빈번히, 보호관식 열전대의 보호관의 도금 박리 등의 상황에 의한 열화의 정도를 검사할 수 있다. 즉, 적절할 때에 용이하게, 보호관식 열전대의 온도계로서의 수명을 추정할 수 있으므로, 적절한 타이밍에, 보호관식 열전대를 교환하는 것이 가능해진다. 따라서, 종래에는 마모나 파손의 가능성이 높아 실용이 어려웠던, 체적이 작은(두께가 얇은) 보호관을 채용하는 것이 가능해진다. 그 결과, 응답성이 우수한 온도계를 실현할 수 있게 된다.

도 8에, 보호관식 열전대의 베리에이션을 나타낸다. 도 8에서는, 보호관식 열전대의 선단 부분의 단면도를 나타낸다. 도 8의 (a)는, 종래의 보호관식 열전대의 선단부의 형상을 나타내고, 도 8의 (b), (c), (d)는, 응답성이 우수한 온도계를 실현하는 보호관식 열전대의 선단부의 형상의 예를 나타낸다.

도 8의 (b), (c), (d)의 보호관식 열전대는, 도 8의 (a)의 종래의 보호관식 열전대에 비해, 보호관(12)의 체적이 작게 되어 있다. 따라서, 보호관의 열용량이 작아져, 응답성이 좋은 온도계를 실현할 수 있다.

상세하게는, 도 8의 (b)의 보호관식 열전대의 공동부(13b)가, 도 8의 (a)의 보호관식 열전대의 공동부(13a)에 비해, 보다 선단부에까지 확장되어 있다(화살표 81 참조). 따라서, 열을 발생시키는 열전대의 선단(접합부)의 주위의 보호관(12b)의 체적이, 종래의 보호관(12a)에 비해 작게 되어 있다.

도 8의 (c)의 보호관식 열전대의 보호관(12c)은, 도 8의 (a)의 보호관식 열전대의 보호관(12a)에 비해 가늘어지고, 결과로서 보호관(12c)의 두께가 얇아져(화살표 82 참조), 공동부(13c)가 선단으로부터 이격되어 있다. 따라서, 선단부의 보호관(12c)의 두께가, 종래의 보호관(12a)에 비해 얇아지고, 열전대의 선단의 주위의 두께가 얇아, 열이 전해지기 쉽게 되어 있다.

도 8의 (d)의 보호관식 열전대의 보호관(12d)은, 도 8의 (a)의 보호관식 열전대의 보호관(12a)과 굵기는 같지만, 두께가 얇아져 있다. 즉, 공동부(13d)가, 종래의 공동부(13a)보다도 굵어지고, 선단 부분에서 보호관(12d)의 두께가 얇아지도록 경사가 져 있다. 따라서, 선단부의 보호관(12d)의 체적이, 종래의 보호관(12a)에 비해 작게 되어 있다.

도 8의 (b)∼(d)에 나타내는 바와 같이 보호관(12)의 체적을 작게 함으로써, 보호관 열화 검지 장치(1)에 의해 보호관의 열화가 검지되는 경우에, 보다 정밀한 마모량 검사가 가능해진다. 보호관(12)의 체적이 다른 2개의 보호관식 열전대 각각에, 같은 전류를, 같은 시간 인가한 경우, 보호관(12)의 체적이 작은 보호관식 열전대의 쪽이, 온도 상승량이 커지기 때문이다. 예를 들어, 체적이 큰 보호관(12)과 체적이 작은 보호관(12)의 마모량이 같은 보호관식 열전대를 생각한다. 보호관(12)이 마모되어 있는 보호관식 열전대 각각의 온도 상승량과, 각각의 마모되어 있지 않은 보호관(12)의 온도 상승량의 차분을 산출하면, 체적이 작은 보호관(12)의 쪽이 차분은 커진다. 따라서, 마찬가지로 온도의 상승량을 측정한 경우에, 보호관(12)의 체적이 작은 쪽이, 보다 정밀한 마모량을 검출할 수 있게 된다.

실시 형태에서는, 판정 조건 기억부(43)에 역치 항목(433)을 기억해 두고, 역치보다도 온도 상승량이 큰 경우에, 보호관이 열화되었다고 판단하여, 보호관이 열화되었다는 취지의 표시를 행하고 있지만, 역치 이하의 경우라도, 역치와의 차의 크기에 따라, 열화도를 판단하는 것으로 해도 된다. 예를 들어, 「열화도 50%」, 「열화도 10%」 등이다. 또한, 이 열화도에 따른 메시지를 표시해도 된다. 예를 들어, 「이제 곧 교환 시기가 옵니다. 빈번히 검사해 주십시오.」 등이다.

또한, 실시 형태에서는, 보호관식 열전대에 전류의 인가가 개시되기 전과, 소정 시간 인가된 후에, 열전대의 온도가 검출되는 것으로 하고 있지만, 전류가 인가되고 있는 도중에 온도가 검출되고, 그 시점으로부터 소정 시간 후에 다시 온도가 검출되는 것으로 해도 된다.

또한, 실시 형태에서는, 보호관식 열전대를 예로 들어 설명하였지만, 시스 열전대 등, 소선을 보호하기 위한 어떠한 커버가 장착되어 있는 것이면, 실시 형태의 보호관 열화 검지 장치에 의해 열화의 검지가 가능하다.

본 명세서는, 상기와 같이 다양한 형태의 기술을 개시하고 있지만, 그중 주된 기술을 이하에 정리한다.

본 발명의 일 형태에 관한 보호관 열화 검지 장치는, 보호관이 구비된 열전대에 전류를 인가하는 전원부와, 상기 전원부에 소정의 전류를 상기 열전대에 소정의 시간 인가시켜, 상기 열전대의 온도 상승량을 산출하는 온도 상승량 산출부와, 상기 온도 상승량 산출부가 산출한 온도 상승량이 소정의 역치를 초과한 경우에, 상기 보호관이 열화되어 있다고 판단하는 열화 판정부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 본 발명의 다른 일 형태에 관한 보호관 열화 검지 방법은, 보호관이 구비된 열전대의 보호관 열화 검지 방법이며, 소정의 전류를 상기 열전대에 소정의 시간 인가하여, 상기 열전대의 온도 상승량을 산출하는 온도 상승량 산출 스텝과, 상기 온도 상승량이 소정의 역치를 초과한 경우에, 상기 보호관이 열화되어 있다고 판단하는 열화 판정 스텝을 구비하는 것을 특징으로 한다.

이러한 구성의 보호관 열화 검지 장치 및 보호관 열화 검지 방법에 따르면, 검사 대상인 보호관이 구비된 열전대(보호관식 열전대)에 소정의 전류를 소정 시간 인가한 경우의, 당해 열전대의 온도 상승량을 산출함으로써, 보호관의 열화를 판단하는 것이 가능해진다. 보호관의 열화라고 함은, 도금 박리, 마모, 파손 등에 의해 보호관의 체적이 감소하는 것을 말하는 것으로 한다.

본 발명에 관한 보호관 열화 검지 장치에 의해 보호관의 열화의 정도(마모량)를 용이하게 검사할 수 있으므로, 빈번히, 예를 들어, 보호관식 열전대에 의해 온도의 측정을 할 때 마다, 보호관의 열화의 정도를 검사할 수 있다. 즉, 보호관의 열화의 상황에 의한 보호관식 열전대(온도계)의 수명을 추정하여, 적절한 타이밍에 온도계의 교환를 행하는 것이 가능해진다. 온도계를 적절한 타이밍에 교환할 수 있으므로, 제조 공정의 처리에 있어서 적절한 온도 관리가 가능해지고, 또한, 파손에 의한 파편 등이 혼입되는 등의 제품에의 악영향을 미치는 것을 방지하는 것이 가능해진다.

또한, 간편하게 또한 정확하게 보호관의 열화를 판단할 수 있고, 보호관의 파손 등을 용이하게 발견하는 것이 가능해지므로, 종래에는 파손의 위험이 있어 실용 곤란했던 체적이 작은(두께가 얇은) 보호관을 사용한 보호관식 열전대를 채용하는 것이 가능해진다. 즉, 온도 측정의 응답성을 향상시킨 보호관식 열전대를 제작하여, 사용하는 것이 가능해진다.

또한, 상술한 보호관 열화 검지 장치에 있어서, 상기 열전대에 의한 열기전력으로부터 온도를 검출하는 온도 검출부를 더 구비하고, 상기 온도 상승량 산출부는, 상기 열전대에 전류를 인가하기 전과 후의 각각의 온도를 상기 온도 검출부에 검출시키고, 검출된 온도에 기초하여, 상기 온도 상승량을 구하는 것이 바람직하다.

이 구성에 의해, 소정의 전류를 소정 시간 인가하기 전과, 인가한 후에 온도를 검출하므로, 열전대의 온도의 변화를 확실하게 검출하는 것이 가능해진다.

또한, 상술한 보호관 열화 검지 장치에 있어서, 상기 열전대에 의한 열기전력으로부터 온도를 검출하는 온도 검출부를 더 구비하고, 상기 온도 상승량 산출부는, 상기 열전대에 전류의 인가를 개시시킨 후에, 상기 온도 검출부에 온도를 검출시키고, 검출 후, 소정의 시간 경과 후에, 다시 상기 온도 검출부에 온도를 검출시켜, 검출된 각각의 온도에 기초하여, 상기 온도 상승량을 구하는 것이 바람직하다.

이 구성에 의해, 소정의 전류를 인가하고 있는 도중이라도, 열전대의 온도의 변화를 검출하는 것이 가능해진다.

또한, 상술한 보호관 열화 검지 장치에 있어서, 상기 열전대에 의한 열기전력으로부터 온도를 검출하는 온도 검출부를 더 구비하고, 상기 온도 상승량 산출부는, 상기 열전대에 전류의 인가를 개시시킨 후, 상기 온도 검출부에 복수 회, 상기 열전대의 온도를 검출시키고, 검출된 복수의 온도로부터, 상기 열전대의 온도 상승율을 상기 온도 상승량으로서 산출하는 것이 바람직하다.

이 구성에 의해, 열전대의 온도를 임의의 시간에 복수 회 검출하면, 온도 상승율을 온도 상승량으로서 산출하는 것이 가능해진다.

또한, 상술한 보호관 열화 검지 장치에 있어서, 상기 소정의 역치는, 상기 보호관이 열화되어 있지 않은 열전대에, 상기 소정의 전류를 상기 소정의 시간 인가한 경우의 온도 상승량에 기초하여 산출된 온도 상승량의 허용값인 것이 바람직하다.

이 구성에 의해, 보호관이 열화되어 있지 않은 열전대를 기준으로 한 허용값을 사용하므로, 보호관의 열화를 확실하게 검출하는 것이 가능해진다.

또한, 상술한 보호관 열화 검지 장치에 있어서, 상기 열전대의 한쪽의 소선과 상기 전원부 사이에 접속된 스위치와, 상기 소정의 시간, 상기 스위치를 온으로 하게 하는 전류 인가부를, 더 구비하는 것이 바람직하다.

이 구성에 의해, 확실하게 소정의 시간 동안, 소정의 전류를 열전대에 인가하는 것이 가능해진다.

또한, 상술한 보호관 열화 검지 장치에 있어서, 상기 소정의 전류와 상기 소정의 시간과 상기 소정의 역치가 대응지어진 판정 조건 테이블을 기억하는 판정 조건 기억부를, 더 구비하고, 상기 전류 인가부는, 상기 판정 조건 테이블을 참조하여 소정의 시간, 소정의 전류 및 소정의 역치를 결정하는 것이 바람직하다.

이 구성에 의해, 판정 조건 테이블을 재기입하는 것만으로, 용이하게, 열전대의 열화를 검지하기 위한 조건을 변경할 수 있다. 즉, 검지 대상인 보호관이 구비된 열전대의 사양에 따라, 판정 조건 테이블을 재기입하는 것만으로, 다양한 열전대의 보호관의 열화를 검지하는 것이 가능해진다.

또한, 상술한 보호관 열화 검지 장치에 있어서, 표시부를, 더 구비하고, 상기 열화 판정부는, 상기 온도 상승량 산출부가 산출한 온도 상승량과 상기 소정의 역치에 기초하여 열화도를 산출하고, 산출한 열화도를 상기 표시부에 표시시키는 것이 바람직하다.

이 구성에 의해, 검지 대상인 열전대의 보호관의 열화도를, 유저가 용이하게 아는 것이 가능해진다.

이와 같이, 본 발명에 관한 보호관 열화 검지 장치는, 보호관식 열전대의 보호관의 열화를, 용이하게 검지할 수 있다.

이 출원은, 2012년 11월 15일에 출원된 일본 특허 출원 제2012-251008호를 기초로 하는 것이며, 그 내용은, 본원에 포함되는 것이다.

본 발명을 표현하기 위해, 상술에 있어서 도면을 참조하면서 실시 형태를 통해 본 발명을 적절히 또한 충분히 설명하였지만, 당업자라면 상술한 실시 형태를 변경 및/또는 개량하는 것은 용이하게 이룰 수 있는 것이라고 인식해야 한다. 따라서, 당업자가 실시하는 변경 형태 또는 개량 형태가, 청구범위에 기재된 청구항의 권리 범위를 이탈하는 레벨의 것이 아닌 한, 당해 변경 형태 또는 당해 개량 형태는, 당해 청구항의 권리 범위에 포괄된다고 해석된다.

Claims (9)

1. 보호관이 구비된 열전대에 전류를 인가하는 전원부와,
   상기 전원부에 소정의 전류를 상기 열전대에 소정의 시간 인가시켜, 상기 열전대의 온도 상승량을 산출하는 온도 상승량 산출부와,
   상기 온도 상승량 산출부가 산출한 온도 상승량이 소정의 역치를 초과한 경우에, 상기 보호관이 열화되어 있다고 판단하는 열화 판정부를 구비하는 것을 특징으로 하는, 보호관 열화 검지 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 열전대에 의한 열기전력으로부터 온도를 검출하는 온도 검출부를 더 구비하고,
   상기 온도 상승량 산출부는, 상기 열전대에 전류를 인가하기 전과 후의 각각의 온도를 상기 온도 검출부에 검출시키고, 검출된 온도에 기초하여, 상기 온도 상승량을 구하는 것을 특징으로 하는, 보호관 열화 검지 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 열전대에 의한 열기전력으로부터 온도를 검출하는 온도 검출부를 더 구비하고,
   상기 온도 상승량 산출부는, 상기 열전대에 전류의 인가를 개시시킨 후에, 상기 온도 검출부에 온도를 검출시키고, 검출 후, 소정의 시간 경과 후에, 다시 상기 온도 검출부에 온도를 검출시켜, 검출된 각각의 온도에 기초하여, 상기 온도 상승량을 구하는 것을 특징으로 하는, 보호관 열화 검지 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 열전대에 의한 열기전력으로부터 온도를 검출하는 온도 검출부를 더 구비하고,
   상기 온도 상승량 산출부는, 상기 열전대에 전류의 인가를 개시시킨 후, 상기 온도 검출부에 복수 회, 상기 열전대의 온도를 검출시키고, 검출된 복수의 온도로부터, 상기 열전대의 온도 상승율을 상기 온도 상승량으로서 산출하는 것을 특징으로 하는, 보호관 열화 검지 장치.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 소정의 역치는, 상기 보호관이 열화되어 있지 않은 열전대에, 상기 소정의 전류를 상기 소정의 시간 인가한 경우의 온도 상승량에 기초하여 산출된 온도 상승량의 허용값인 것을 특징으로 하는, 보호관 열화 검지 장치.
6. 제1항 또는 제2항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열전대의 한쪽의 소선과 상기 전원부 사이에 접속된 스위치와,
   상기 소정의 시간, 상기 스위치를 온으로 하게 하는 전류 인가부를, 더 구비하는 것을 특징으로 하는, 보호관 열화 검지 장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 소정의 전류와 상기 소정의 시간과 상기 소정의 역치가 대응지어진 판정 조건 테이블을 기억하는 판정 조건 기억부를, 더 구비하고,
   상기 전류 인가부는, 상기 판정 조건 테이블을 참조하여 소정의 시간, 소정의 전류 및 소정의 역치를 결정하는 것을 특징으로 하는, 보호관 열화 검지 장치.
8. 제1항에 있어서, 표시부를, 더 구비하고,
   상기 열화 판정부는, 상기 온도 상승량 산출부가 산출한 온도 상승량과 상기 소정의 역치에 기초하여 열화도를 산출하고, 산출한 열화도를 상기 표시부에 표시시키는 것을 특징으로 하는, 보호관 열화 검지 장치.
9. 보호관이 구비된 열전대의 보호관 열화 검지 방법이며,
   소정의 전류를 상기 열전대에 소정의 시간 인가하여, 상기 열전대의 온도 상승량을 산출하는 온도 상승량 산출 스텝과,
   상기 온도 상승량이 소정의 역치를 초과한 경우에, 상기 보호관이 열화되어 있다고 판단하는 열화 판정 스텝을 구비하는 것을 특징으로 하는, 보호관 열화 검지 방법.

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