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技術 シース熱電対

出願人 株式会社岡崎製作所
発明者 山名勝
出願日 2007年9月21日 (12年9ヶ月経過) 出願番号 2007-245780
公開日 2009年4月9日 (11年2ヶ月経過) 公開番号 2009-075003
状態 特許登録済
技術分野 温度及び熱量の測定
主要キーワード 耐断線性 設置対象物 線膨張率α 金属保護管 無機絶縁材 線膨張差 補償導線 発熱素線
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2009年4月9日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (4)

課題

線膨張率が異なる熱電対素線シースを、シースの線膨張率が熱電対素線の線膨張率よりも大きい条件で組み合わせても、熱電対素線の断線が生じにくいシース熱電対を提供するものである。

解決手段

シース金属の線膨張率が熱電対素線の線膨張率よりも大きいシース熱電対において、上記熱電対素線3の線膨張率よりも小さい線膨張率を有し、上記熱電対素線3よりも耐断線性の強い金属線7が、上記熱電対素線3と平行にシース2内に収容され、上記シース2内に充填される無機絶縁材6によって固定されていることを特徴とする。

概要

背景

シース熱電対は、シース金属保護管)内に熱電対素線を挿入し、マグネシアアルミナ等の無機絶縁材粉末充填密封したものであり、その代表的な構造を図3に示す。

同図(a)はシース熱電対の長手方向断面を示し、同図(b)は図3(a)のC−C矢視断面を拡大して示している。

両図において、シース50a内に、+側熱電対素線50bと−側熱電対素線50cからなる熱電対素線50dが挿入され、各素線50b,50cの先端は接合されて測温点50eを構成している。

熱電対素線50dの後端部は、エポキシ樹脂等のシール材50fによってシールされ、シース50a内に充填された無機絶縁材粉末絶縁材層)50gの吸湿を防ぐようになっている。

また、熱電対素線50dの後端部には、補償導線(または延長熱電対素線)50h,50iとの接合部を収納するためのスリーブ50jを設ける場合が多いが、補償導線50h,50iとの接続のための端子台を収容した端子(図示しない)を設ける場合もある。

なお、図中、50kは+側熱電対素線50bと補償導線50hとの接続箇所を、50lは−側熱電対素線50cと補償導線50iとの接続箇所をそれぞれ示している。また、50mは絶縁被覆である。

上記シース熱電対50は、熱電対素線50dがシース50aによって保護されているため、腐食性雰囲気酸化雰囲気等の過酷な環境で使用しても、裸線熱電対に比べると長寿命であるという長所があり、また、絶縁材層があることから、設置対象物との絶縁を考慮する必要がないという利点もある。

概要

線膨張率が異なる熱電対素線とシースを、シースの線膨張率が熱電対素線の線膨張率よりも大きい条件で組み合わせても、熱電対素線の断線が生じにくいシース熱電対を提供するものである。シース金属の線膨張率が熱電対素線の線膨張率よりも大きいシース熱電対において、上記熱電対素線3の線膨張率よりも小さい線膨張率を有し、上記熱電対素線3よりも耐断線性の強い金属線7が、上記熱電対素線3と平行にシース2内に収容され、上記シース2内に充填される無機絶縁材6によって固定されていることを特徴とする。

目的

本発明は以上のような従来のシース熱電対における課題を考慮してなされたものであり、線膨張率が異なる熱電対素線とシース(シースの線膨張率が熱電対素線の線膨張率よりも大きい)を組み合わせても、熱電対素線の断線を防止することができるシース熱電対を提供するものである。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

シース金属線膨張率熱電対素線の線膨張率よりも大きいシース熱電対において、上記熱電対素線の線膨張率よりも小さい線膨張率を有し、上記熱電対素線よりも耐断線性の強い金属線が、上記熱電対素線と平行にシース内に収容され、上記シース内に充填される無機絶縁材によって固定されていることを特徴とするシース熱電対。

請求項2

上記金属線の直径が上記熱電対素線の直径よりも太く形成されている請求項1記載のシース熱電対。

請求項3

上記シース熱電対の径方向断面において、一対の上記熱電対素線を結ぶ線分と直交する直径上で且つ上記シースの内壁寄りに、対向する状態で二本の上記金属線が配置されている請求項1または2記載のシース熱電対。

技術分野

0001

本発明は、熱電対素線断線を防止することができるシース熱電対に関するものである。

背景技術

0002

シース熱電対は、シース金属保護管)内に熱電対素線を挿入し、マグネシアアルミナ等の無機絶縁材粉末充填密封したものであり、その代表的な構造を図3に示す。

0003

同図(a)はシース熱電対の長手方向断面を示し、同図(b)は図3(a)のC−C矢視断面を拡大して示している。

0004

両図において、シース50a内に、+側熱電対素線50bと−側熱電対素線50cからなる熱電対素線50dが挿入され、各素線50b,50cの先端は接合されて測温点50eを構成している。

0005

熱電対素線50dの後端部は、エポキシ樹脂等のシール材50fによってシールされ、シース50a内に充填された無機絶縁材粉末絶縁材層)50gの吸湿を防ぐようになっている。

0006

また、熱電対素線50dの後端部には、補償導線(または延長熱電対素線)50h,50iとの接合部を収納するためのスリーブ50jを設ける場合が多いが、補償導線50h,50iとの接続のための端子台を収容した端子(図示しない)を設ける場合もある。

0007

なお、図中、50kは+側熱電対素線50bと補償導線50hとの接続箇所を、50lは−側熱電対素線50cと補償導線50iとの接続箇所をそれぞれ示している。また、50mは絶縁被覆である。

0008

上記シース熱電対50は、熱電対素線50dがシース50aによって保護されているため、腐食性雰囲気酸化雰囲気等の過酷な環境で使用しても、裸線熱電対に比べると長寿命であるという長所があり、また、絶縁材層があることから、設置対象物との絶縁を考慮する必要がないという利点もある。

発明が解決しようとする課題

0009

しかしながら、上記シース熱電対50は、以下に説明するように、シース50aから熱電対素線50dに対して引張力が加わると、素線が断線しやすいという問題もある。

0010

詳しくは、シース熱電対を高温測定雰囲気で使用する場合、熱電対素線の線膨張率よりも大きい線膨張率を持つ金属がシースとして使用されていると、両者の線膨張差によって熱電対素線に引張力が加わることになる。例えば、JIS C 1602に規定されているK熱電対素線とSUS304からなるシースの組み合わせが上記の場合に相当する。

0011

通常、上記引張力だけで熱電対素線が断線することは希であるが、シース熱電対に対して加熱と冷却が繰返し作用すると、サイクル疲労が加わることになり、熱電対素線の断線が生じやすくなる。

0012

特に、シース熱電対に対し急激に加熱を与えた場合には、シースが高温になる一方で、熱電対素線は未だ低温の状態が過渡的に生じ、この時、熱電対素線に大きな引張力が加わる。この状態が繰り返してシース熱電対に作用すると、熱電対素線の断線がさらに生じやすくなる。

0013

なお、シースの線膨張率が熱電対素線のそれよりも小さい場合には、熱電対素線は加熱時に圧縮力を受けることになるが、圧縮により熱電対素線が断線することはない。

0014

本発明は以上のような従来のシース熱電対における課題を考慮してなされたものであり、線膨張率が異なる熱電対素線とシース(シースの線膨張率が熱電対素線の線膨張率よりも大きい)を組み合わせても、熱電対素線の断線を防止することができるシース熱電対を提供するものである。

課題を解決するための手段

0015

本発明は、シース金属の線膨張率が熱電対素線の線膨張率よりも大きいシース熱電対において、
上記熱電対素線の線膨張率よりも小さい線膨張率を有し、上記熱電対素線よりも耐断線性の強い金属線が、上記熱電対素線と平行にシース内に収容され、上記シース内に充填される無機絶縁材によって固定されているシース熱電対である。

0016

本発明において、上記金属線の直径を、上記熱電対素線の径よりも太く形成することにより、上記金属線の引張り強さが、上記熱電対素線の引張り強さを上回るように構成することができる。

0017

本発明において、上記シース熱電対の径方向断面において、一対の上記熱電対素線を結ぶ線分と直交する直径上で且つ上記シースの内壁寄りに、対向する状態で二本の上記金属線を配置することができる。

発明の効果

0018

本発明のシース熱電対によれば、線膨張率が異なる熱電対素線とシースを、シースの線膨張率が熱電対素線の線膨張率よりも大きい条件で組み合わせても、熱電対素線の断線を防止することができる。

発明を実施するための最良の形態

0019

以下、図1および図2に示した実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。

0020

図1は、本発明に係るシース熱電対1の径方向断面を示したものである。

0021

同図において、2はシース、3は、+側熱電対素線4および−側熱電対素線5からなる熱電対素線、6は無機絶縁材粉末である。ただし、シース2の線膨張率は、熱電対素線3の線膨張率よりも大きい。

0022

本発明のシース熱電対1が、従来のシース熱電対と異なるところは、シース2内に、断線防止素線(金属線)7を追加している(本実施形態では2本)ことである。

0023

これら二本の断線防止素線7は、一対の熱電対素線3を結ぶ線分と直交する直径上で且つシース2の内壁寄りの位置において、対向する状態で配設されている。

0024

これらの断線防止素線7の材料は、+側熱電対素線4と−側熱電対素線5のうちの小さい方の線膨張率よりも小さい線膨張率を持つ金属から構成されている。

0025

また、各断線防止素線7の径は、熱電対素線3と同等もしくは熱電対素線よりも太い径から構成されている。

0026

上記無機絶縁材粉末6はマグネシア、アルミナ等からなり、シース2内に高密度に充填されており、シース2内に配置した熱電対素線3および断線防止素線7を固定している。

0027

図2(a)は図1のA−A矢視断面を示したものであり、図2(b)は同じくB−B矢視断面を示したものである。なお、図1と同じ構成要素については同一符号を付してその説明を省略する。

0028

図2において、熱電対素線3の先端に測温点8を有し、熱電対素線3の後端部は、エポキシ樹脂等のシール材9によってシールされている。

0029

また、+側熱電対素線4の後端には、+側延長熱電対素線(または補償導線)10が接続され、−側熱電対素線5の後端には、−側延長熱電対素線(または補償導線)11が接続され、接合部はスリーブ12内に収容されている。なお、図中、13は絶縁被覆である。

0030

断線防止素線7は、+側熱電対素線4と平行に、その両側(図2(b)参照)に配置されており、先端は上記測温点8の近傍まで、後端はシール材9近くまで延設されている。なお、後端についてはシール材9に固定してもよい。

0031

従来のシース熱電対では、高温に加熱されたシースがその長手方向に熱膨張すると、シースと無機絶縁材粉末との摩擦により、シースとともに無機絶縁材粉末も長手方向(シース伸び方向)に移動しようとする。

0032

一方、無機絶縁材粉末と熱電対素線との間にも摩擦があるため、熱電対素線の線膨張率がシース2のそれよりも小さい場合には、熱電対素線に生じる長手方向の引張力とシース2に生じる長手方向の圧縮力(熱膨張に抗する方向に発生する)とが摩擦力を介してバランスする状態になる。

0033

このとき、熱電対素線3の断面積は、シース2の断面積に比べて非常に小さいため、シース2が破断することはないものの、熱電対素線3が断線することは起こり得る。

0034

本発明のシース熱電対1では上記したように、シース2内に断線防止素線7を備えており、この断線防止素線7の線膨張率は、熱電対素線3の線膨張率よりも小さい金属を使用しているため、シース熱電対1が加熱されても、熱電対素線3の断線を防止することができる。

0035

詳しくは、シース熱電対1を加熱した場合、シース2の熱膨張による長手方向の伸びに伴って発生する、無機絶縁材粉末6の長手方向に移動しようとする力は、主として、最も熱膨張の小さい断線防止素線7に対し摩擦力を介して加えられる。

0036

それにより、熱電対素線3に加わる引張力は、断線防止素線7を備えていない場合に比べ、大きく減少する。場合によっては、熱電対素線3は、熱膨張の少ない断線防止素線7から無機絶縁材粉末6を介して圧縮力を受けることになることもある。

0037

熱電対素線3が圧縮力を受けても、圧縮によって断線することはないことは先に説明した通りである。

0038

したがって、断線防止素線7をシース熱電対1の構成として追加することにより、加熱や繰り返し加熱時に、シース2と熱電対素線3との線膨張差によって生じる引張応力を原因とした熱電対素線3の断線を防止することができる。

0039

また、シース熱電対1に対し加熱が急激に加えられて、シース2が高温になる一方で熱電対素線3は未だ低温のままであるような状態が過渡的に生じても、断線防止素線7も未だ低温のままであるため、上述した断線防止効果が働く。したがって、急激な加熱が繰り返されても、熱電対素線3を断線から保護することができる。

0040

なお、図1において、断線防止素線7とシース2とは、溶接等により固定されていなければ、接触した状態であっても熱電対素線3の断線防止効果は変わりない。

0041

また、断線防止素線7は、シース2の熱膨張によって引張力を受けるため、引張力に対して強い金属素材、すなわち、断線に対して強い金属線を選択する必要がある。

0042

断線防止素線7として十分な強さを持つ金属を使用する場合、その断線防止素線7は熱電対素線3と同等の径とすることができるが、同等の径で十分な強度を確保することができなければ、図1に示したように、断線防止素線7の径を熱電対素線3の径よりも太くする必要がある。

0043

a.熱電対素線:JIS C 1602に規定されているK熱電対素線を使用。

0044

K熱電対素線の線膨張率は、−側熱電対素線の方が+側熱電対素線よりも小さく、その値α1は約12.0×10−6/℃であり、径はφ1.3mmである。

0045

b.シース:高温用熱電対として、線膨張率α2が約14.4×10−6/℃の高温用耐熱金属、例えばNCF600を使用。シースの外径はφ8.0mmである。

0046

c.無機絶縁材:粉末マグネシア。

0047

d.断線防止素線:耐熱鋼棒SUH−446を使用。線膨張率α3は約10.4×10−6/℃である。断線防止素線の径はφ1.8mmである。

0048

以上のように、シースの線膨張率α2が熱電対素線の線膨張率α1よりも大きいシース熱電対に対し、本発明による断線防止素線を適用し、その材質をSUH−446とした。このSUH−446の線膨張率α3は、熱電対素線の線膨張率α1よりも十分に小さいため、熱電対素線の断線を防止する効果を奏することができる。

0049

また、SUH−446の引張り強さは510N/mm2以上あり、これに上記断線防止素線の径φ1.8mmに基づく断面積を乗じると、1本当り約1300N、合計約2600Nである。

0050

一方、熱電対素線の引張り強さは、測定によると約450N/mm2であり、これに断面積を乗じると、1素線について約600N、合計約1200Nとなる。

0051

このように、従来の熱電対素線のみのシース熱電対に比べ、本発明のシース熱電対は、断線防止素線を備えることによって2倍以上の引張り強さに耐え得る強度を有しており、断線防止素線は、熱電対素線の断線を防止するのに有効に機能することが確認できた。

0052

なお、上記実施例において、シースの外径は、φ8.0mmに限らず、φ3.2mm、φ6.0mm、φ6.4mm等の径のものを使用することもできる。また、熱電対素線は、JIS C 1602に規定されているR熱電対、N熱電対等の他のタイプの熱電対であってもよい。さらにまた、無機絶縁材は、粉末アルミナを使用することもできる。

0053

また、上記実施形態では断線防止素線を二本、対向する状態で配設したが、断線防止素線における、引張り力に対する強度が十分ある場合は、一本で構成することもできる。

0054

なお、マイクロヒータ図3と同様の構造をしており、同図の熱電対素線に代えてニクロム線等の発熱素線としたものがマイクロヒータである。したがって、本発明の断線防止素線7は、シース熱電対1と同様にマイクロヒータにも適用することができる。

図面の簡単な説明

0055

本発明に係るシース熱電対の径方向断面図である。
(a)は図1のA−A矢視縦断面図、(b)は図1のB−B矢視横断面図である。
(a)は従来のシース熱電対の構成を示す縦断面図、(b)は図3(a)のC−C矢視断面図である。

符号の説明

0056

1シース熱電対
2シース
3熱電対素線
4 +側熱電対素線
5 −側熱電対素線
6無機絶縁材粉末(無機絶縁材)
7断線防止素線(金属線)
8 測温点
9シール材
10 +側延長熱電対素線
11 −側延長熱電対素線
12スリーブ
13 絶縁被覆

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