(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無機絶縁ケーブルと、
上記無機絶縁ケーブルの端部から延び、端部が閉塞された容器と、
上記容器内の上記閉塞された端部に近接して配設され、上記無機絶縁ケーブルの導電線に電気的に接続された抵抗温度検出素子と、
上記容器内の第１の部分に充填された第１のセラミックス系接着材と、
上記容器内の第２の部分に充填された第２のセラミックス系接着材とを備え、
上記第１のセラミックス系接着材と上記第２のセラミックス系接着材とは、上記抵抗温度検出素子を取り囲んで配置され、
上記第１の部分は上記容器内の２／３を占め、上記第２の部分は上記容器内の１／３を占め、
上記第１のセラミックス系接着材はセラスティルＶ３３６（Cerastil V336）接着材からなり、上記第２のセラミックス系接着材はサーモガス２０００（Thermoguss 2000）接着材からなる
ことを特徴とする温度センサ。
【請求項２】
上記第１のセラミックス系接着材および上記第２のセラミックス系接着材は、１０Ｈｚ〜５００Ｈｚの周波数領域における少なくとも１００ｍ／ｓ2までの加速度の振動による損傷から上記抵抗温度検出素子を保護することを特徴とする請求項１に記載の温度センサ。
【請求項３】
上記第１のセラミックス系接着材および上記第２のセラミックス系接着材は、１０Ｈｚ〜５００Ｈｚの周波数領域における６００ｍ／ｓ2までの加速度の振動による損傷から上記抵抗温度検出素子を保護することを特徴とする請求項２に記載の温度センサ。
【請求項４】
約−６０℃から少なくとも約４５０℃までの動作温度範囲を有することを特徴とする請求項１に記載の温度センサ。
【請求項５】
約−６０℃から少なくとも約６００℃までの動作温度範囲を有することを特徴とする請求項４に記載の温度センサ。
【請求項６】
上記容器はステンレス鋼によって形成されることを特徴とする請求項１に記載の温度センサ。
【請求項７】
上記抵抗温度検出素子は、薄膜型抵抗温度検出素子からなることを特徴とする請求項１に記載の温度センサ。
【請求項８】
ケーブルの端部から延びる導電線に抵抗温度検出素子を接続する工程と、
熱伝導性を有するスリーブの内部に上記抵抗温度検出素子が位置するように上記ケーブルの端部に上記スリーブの一端部を取り付ける工程と、
上記スリーブの開口する他端部を介して導入される第１のセラミックス系接着材を上記スリーブ内の第１の部分に充填する工程と、
上記スリーブの上記開口する他端部を介して導入される第２のセラミックス系接着材を上記スリーブ内の第２の部分に充填する工程と、
上記スリーブの上記他端部にエンドキャップを装着して上記スリーブ内に上記抵抗温度検出素子及び上記セラミックス系接着材を封入する工程と
を備え、
上記第１の部分は上記容器内の２／３を占め、上記第２の部分は上記容器内の１／３を占め、
上記第１のセラミックス系接着材はセラスティルＶ３３６（Cerastil V336）接着材からなり、上記第２のセラミックス系接着材はサーモガス２０００（Thermoguss 2000）接着材からなる
ことを特徴とする温度センサの製造方法。
【請求項９】
上記スリーブ内の第１の部分は上記スリーブ内の一端部からなり、上記スリーブ内の第２の部分は上記スリーブ内の他端部からなる
ことを特徴とする請求項８に記載の温度センサの製造方法。
【請求項１０】
ケーブルと、
上記ケーブルの端部に取り付けられた容器と、
上記容器内に配設され、上記ケーブルと電気的に接続された抵抗温度検出素子と、
１０Ｈｚ〜５００Ｈｚの周波数領域における少なくとも１００ｍ／ｓ2の加速度の振動から上記抵抗温度検出素子を保護すると共に、−６０℃から少なくとも約４５０℃の温度範囲にわたり耐熱性を有するように、上記容器内の一端部に充填された第１のセラミックス系接着材、および上記容器内の他端部に充填された第２のセラミックス系接着材とを備え、
上記第１のセラミックス系接着材は上記容器内の２／３を占め、上記第２のセラミックス系接着材は上記容器内の１／３を占め、
上記第１のセラミックス系接着材はセラスティルＶ３３６（Cerastil V336）接着材からなり、上記第２のセラミックス系接着材はサーモガス２０００（Thermoguss 2000）接着材からなる
ことを特徴とする温度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は温度センサに関するものであって、具体的には、優れた精度及び高い動作温度範囲を有し、高振動環境においても動作可能な温度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
工業の処理工程における処理流体の温度は、この流体中に設けられる温度センサ或いはプローブで計測するのが一般的である。このような温度センサには、熱電対または抵抗温度検知素子（ＲＴＤ検出素子）を用い、温度に相関した電気信号を発生させるようにすることもできる。
【０００３】
熱電対は、ゼーベック係数の異なる２種類の金属を利用するものである。熱電対は、熱電対接合部と基準接合部との間の温度差に基づく電圧を発生する。熱電対は、広い動作温度範囲を有しており（一般的に０℃〜１４５０℃）、出力信号を発生するための電力源を必要としない。また、熱電対は、高振動環境においても動作可能である。但し、熱電対は上記のＲＴＤ検出素子に比べると精度が劣っている。
【０００４】
抵抗温度検知素子（ＲＴＤ検出素子）は、金属における電気抵抗の変化により温度を検出するものであって、ＲＴＤ検出素子の温度が高いほど、電気抵抗が増大する。ＲＴＤ温度センサの出力信号は、定電流をＲＴＤ検出素子に流して発生した電圧を計測することによって得られる。
【０００５】
ＲＴＤ検出素子は、巻線型及び薄膜体型のいずれであってもよい。このＲＴＤ検出素子は、温度プローブ内に収容され、工業処理工程用発信器と組み合わせて用いられることにより、この温度プローブに触れた流体の温度を示す伝送出力信号を発生する。これらの巻線型ＲＴＤ検出素子や薄膜型ＲＴＤ検出素子には白金を用いるのが一般的であり、約６００℃〜６５０℃までの温度計測を安定して精度よく行うことが可能となっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
熱電対に比べ、ＲＴＤ検出素子は高精度である一方で動作温度範囲が狭い。また、ＲＴＤ検出素子の方が、熱電対よりも高振動環境において損傷や故障が発生しやすい。
このため、高振動環境においてＲＴＤ検出素子の精度を維持しつつ、高振動環境用に設計された現在のＲＴＤ検出素子に比べ、更に高温側の温度範囲まで計測可能な温度センサが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の温度センサは、導電線を有したケーブルの端部に装着されたセンサ容器を有している。このセンサ容器内に配設されたＲＴＤ検出素子は、ケーブルから延びる導電線に接続されている。ＲＴＤ検出素子は、セラミックス系耐熱接着材によってセンサ容器内に位置決めされている。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明に係るＲＴＤ温度センサの端部の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は、ＲＴＤ温度センサ１０の端部の断面図であり、このＲＴＤ温度センサ１０は、高振動環境において動作可能であると共に、高温性能が改善されている。ＲＴＤ温度センサ１０は、無機絶縁ケーブル（ＭＩケーブル）１２、容器１４及びＲＴＤ検出素子１６を備えている。
【００１０】
ＭＩケーブル１２は、ＲＴＤ温度センサ１０の基部側端部（図示せず）から、ＲＴＤ温度センサ１０のもう一方の端部となるセンサ容器１４まで延びている。ＭＩケーブル１２は、外側筒状部２０、導電線２２ａ、２２ｂ、２２ｃ及び２２ｄ、並びに無機絶縁粉末からなる充填材を有している。一実施形態において、外側筒状部２０は３２１ステンレス鋼からなり、導電線２２ａ〜２２ｄはニッケル線であり、無機絶縁充填材２４は酸化マグネシウム（ＭｇＯ）粉末からなる。
【００１１】
センサ容器１４は、延長筒状部３０とエンドキャップ３２とを備えている。延長筒状部３０の一端部は外側筒状部２０の端部に溶接されており、延長筒状部３０の他端部にはエンドキャップ３２が溶接されることによりセンサ容器１４の端部が閉塞されている。一実施形態において、延長筒状部３０及びエンドキャップ３２は、いずれも３１６ステンレス鋼で形成されている。また、別の実施形態として、延長筒状部３０は３１６Ｌステンレス鋼、３２１ステンレス鋼、或いは３１６Ｔｉステンレス鋼で形成するようにしてもよい。
【００１２】
ＲＴＤ検出素子１６は、センサ容器１４内においてエンドキャップ３２に近接して配設されている。ＲＴＤ検出素子１６の導電線３４ａ及び３４ｂは、中央方向に延びており、ケーブル１２の導電線２２ａ〜２２ｄに接続されている。ＲＴＤ検出素子１６の導電線３４ａは、レーザ溶接部３６ａによって導電線２２ａ及び２２ｂの端部に接続されている。また、ＲＴＤ検出素子１６の導電線３４ｂは、レーザ溶接部３６ｂによって導電線２２ｃ及び２２ｄの端部に接続されている。一実施形態において、ＲＴＤ検出素子１６には、ヘレウスセンサ社（Heraeus Sensor GmbH）製のＨＤ−４２１検出素子のような薄膜型ＲＴＤ検出素子が用いられる。この実施形態では、導電線３４ａ及び３４ｂが白金電線となっている。別の実施形態として、巻線型のＲＴＤ検出素子を用いるようにしてもよい。
【００１３】
センサ容器１４の内側にはセラミックス系接着充填材３８が充填されている。一実施形態では、セラミックス系接着充填材３８を、約４５０℃まで安定した温度的特性を発揮する二成分耐熱性エポキシのサーモガス２０００（Thermoguss 2000）としている。また、もう１つの実施形態では、セラミックス系接着充填材３８を、約６００℃まで安定した温度的特性を発揮する二成分セラミックス系接着材のセラスティルＶ３３６（Cerastil V336）としている。
【００１４】
セラミックス系接着充填材３８は、電気的絶縁性と所望の最高温度までの安定した性能とを有すると共に、ＲＴＤ検出素子１６とセンサ容器１４との間の相対的な変位を防止しなければならない。セラミックス系接着充填材３８は、ＲＴＤ温度センサ１０が振動しているときにＲＴＤ検出素子１６がセンサ容器１４に対して移動しないように、センサ容器１４内に強固な塊体を形成することにより、このような相対的な変位を防止している。
【００１５】
高振動環境では、ＲＴＤ温度センサ１０に対する振動の負荷が、１０Ｈｚ〜５００Ｈｚの周波数領域の加速度で１００ｍ／ｓ２を超えることがある。場合によっては、この加速度が１０Ｈｚ〜５００Ｈｚの周波数領域にわたり６００ｍ／ｓ２に達することもある。
【００１６】
約４５０℃までの動作温度については、セラミックス系接着材のサーモガス２０００が必要な耐震性を備えると共に極めて優れた熱伝導体となる。セラスティルＶ３３６は、より高い動作温度領域（６００℃まで）を得ることができるものの、サーモガス２０００ほど高い熱伝導性を有していない。しかしながら、セラスティルＶ３３６とサーモガス２０００とを組み合わせて用いることにより、温度領域の拡大と応答時間の向上を達成することが可能となる。一実施形態では、センサ容器１４内の約２／３にセラスティルＶ３３６が充填され、約１／３にサーモガス２０００が充填されている。この実施形態では、ＲＴＤ検出素子１６に最も近い端部側がサーモガス２０００を充填する部分となっている。また、セラミックス系接着材の層を別の組み合わせとすることも可能である。
【００１７】
ＲＴＤ温度センサ１０の製造は、ＭＩケーブル１２の端部から延びる導電線２２ａ〜２２ｄに導電線３４ａ及び３４ｂをレーザ溶接して行われる。次に、延長筒状部３０が、導電線２２ａ〜２２ｄ、導電線３４ａ及び３４ｂ、並びにＲＴＤ検出素子１６を覆うようにして設けられ、このとき延長筒状部３０の端部がケーブル１２の外側筒状部２０の端部に当接した状態となる。そして、これら外側筒状部２０と延長筒状部３０とが、レーザ溶接により突き合わせ接合される。
【００１８】
更に、セラミックス系接着充填材３８が、延長筒状部３０によって形成されたセンサ容器２４の内部に導入される。このとき、センサ容器１４の開口端部からセラミックス系接着充填材３８を導入可能とするため、まだエンドキャップ３２は延長筒状部３０に接合されていない。エンドキャップ３２が延長筒状部３０の開口端部に嵌挿されて溶接される前に、セラミックス系接着充填材３８を硬化させ固めるようにしてもよい。
【００１９】
容器内全体にセラスティルＶ３３６が充填されたＲＴＤ温度センサ１０、及び容器内の２／３にセラスティルＶ３３６が充填されると共に容器内の１／３にサーモガス２０００が充填されたＲＴＤ温度センサ１０の試験では、−６０℃〜６００℃の温度範囲にわたって満足のいく動作が確認された。これらのセンサは、１０Ｈｚ〜５００Ｈｚの周波数領域における６００ｍ／ｓ２までの加速度の振動負荷のもとで良好に動作した。
【００２０】
容器内全体にサーモガス２０００が充填されたＲＴＤ温度センサも、１０Ｈｚ〜５００Ｈｚの周波数領域における６００ｍ／ｓ２までの加速度の振動負荷のもとで良好に動作した。容器内全体にサーモガス２０００が充填されたＲＴＤ温度センサは、約４５０℃まで十分に安定した温度的特性が得られた。
【００２１】
好ましい実施形態に基づき本発明を説明したが、当業者であれば、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく形状や詳細構造を変更してもよいことが判るであろう。
【図１】
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