(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端部に測温接点が設けられ、他の主要部分は絶縁管を挿通して絶縁状態にある一対の熱電対素線からなる熱電対と、前記絶縁管を挿通する熱電対が収納され、先端側が端封となった内管と、前記絶縁管の基端が突出状態で取付けられ、前記熱電対素線の接続用端子が内部に設けられた端子ボックスとを備えた測温プローブにおいて、
前記端子ボックスには、前記熱電対素線に対して不活性なガスを供給するガス入口を備えると共に該ガスのガス出口を備え、前記絶縁管の先端には前記端子ボックスを通じて基端側から内部に供給された前記ガスを外部に排出する小孔が設けられ、更に、前記内管の中間位置には前記小孔から排出された前記ガスを外部に放出する排出孔が設けられ、
しかも、前記絶縁管の先端側中間位置には、余分な前記ガスを外部に逃がすガス抜き孔が設けられていることを特徴とする測温プローブ。
【請求項２】
請求項１記載の測温プローブにおいて、前記ガス抜き孔は前記絶縁管の先端から１０〜５０ｍｍの位置に設けられていることを特徴とする測温プローブ。
【請求項３】
請求項１又は２記載の測温プローブにおいて、前記絶縁管の基端側に前記ガスの該絶縁管への流入を抑制する流入抵抗部を設けたことを特徴とする測温プローブ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の測温プローブにおいて、前記内管に形成された排出孔に前記ガスの流れを抑制する排気抵抗部を設けたことを特徴とする測温プローブ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の測温プローブにおいて、前記内管の外側には更に外管が同心に設けられ、該外管の中間位置に前記内管の排出孔から排出された前記ガスを外部に排出するガス放出孔が設けられていることを特徴とする測温プローブ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の測温プローブにおいて、前記端子ボックスに設けられている前記ガス入口は、前記熱電対の出力を取り出す端子部とは別に設けられていることを特徴とする測温プローブ。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の測温プローブにおいて、前記端子ボックスに設けられている前記ガス入口は、前記熱電対の出力を取り出す端子部内に設けられていることを特徴とする測温プローブ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、測温プローブに使用している熱電対素線が測温中に変質し断線するのを防止して測温プローブの長寿命化を図った測温プローブに関する。
【０００２】
【従来の技術】
工業用加熱炉等で使用される高温用の測温プローブは、熱電対素線で構成された熱電対が内部に配置されたプローブ本体と、プローブ本体の上部に設けられた熱電対素線の接続端子を備えた端子ボックスとを備えている。このため、測温プローブの寿命は、熱電対の寿命、プローブ本体の寿命のいずれか短い方により決定される。プローブ本体は、通常、セラミックス製の先端が端封状となっている保護管を用いて構成されている。セラミックス製の保護管は、測温雰囲気の温度変動による熱衝撃、測温雰囲気中の腐食成分の浸食による変質、機械的な衝撃等により折損し易いため、測温プローブの寿命は、主にプローブ本体を構成している保護管の寿命により決定されていた。しかし、測温プローブの使用方法や構造の改善、セラミックス製の保護管の材質向上により、プローブ本体の寿命が大きく向上し、測温プローブの寿命が熱電対の寿命により決定される場合が多くなってきた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
熱電対の寿命は、熱電対素線が使用中に変質したり断線したりすることにより決定されるもので、熱電対素線に対して変質、断線を引き起こす測温雰囲気中の各種成分が保護管を通過して保護管内に徐々に侵入してくるためである。このため、熱電対素線を耐熱及び耐食性の材料を用いて密封したり、熱電対素線の周囲に熱電対素線に対して不活性な粉末を充填して熱電対素線が変質、断線を引き起こす測温雰囲気中の各種成分に直接曝されないようにすることが試みられている。しかし、熱電対素線を密封化したり、粉末を用いて封止化した場合、プローブ本体に破損が生じた場合、熱電対素線に断線が生じた場合、いずれの場合においても測温プローブ自体を一括して交換しなければならないため、密封化した熱電対、あるいは封止化した熱電対を常に所有しておく必要があり、メンテナンス性に問題があった。更に、測温プローブ自体を一括して交換することは、まだ使用できる部分までも廃棄処分となるため、非常に不経済であった。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、測温プローブに使用している熱電対素線の測温中における変質、断線を防止して測温プローブの長寿命化を図ると共に熱電対素線の断線が生じた場合に容易に熱電対素線の交換ができて測温を再開することが可能な測温プローブを提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記目的に沿う本発明に係る測温プローブは、先端部に測温接点が設けられ、他の主要部分は絶縁管を挿通して絶縁状態にある一対の熱電対素線からなる熱電対と、前記絶縁管を挿通する熱電対が収納され、先端側が端封となった内管と、前記絶縁管の基端が突出状態で取付けられ、前記熱電対素線の接続用端子が内部に設けられた端子ボックスとを備えた測温プローブにおいて、
前記端子ボックスには、前記熱電対素線に対して不活性なガスを供給するガス入口を備えると共に該ガスのガス出口を備え、前記絶縁管の先端には前記端子ボックスを通じて基端側から内部に供給された前記ガスを外部に排出する小孔が設けられ、更に、前記内管の中間位置には前記小孔から排出された前記ガスを外部に放出する排出孔が設けられ、
しかも、前記絶縁管の先端側中間位置には、余分な前記ガスを外部に逃がすガス抜き孔が設けられている。
【０００５】
端子ボックス内に熱電対素線に対して不活性なガスを取り入れ、絶縁管の基端から流入させ先端の小孔から排出し、次いで内管内を流通させ内管の中間位置に設けられた排出孔から外部に排出するので、端子ボックス内に取り入れた不活性なガスにより熱電対の周囲の雰囲気を調整することができる。ここで、熱電対素線に対して不活性なガスとは、熱電対の使用中に熱電対を形成している熱電対素線に組織変化や変質等の影響を及ぼさないガス、熱電対素線と反応しないガス等をさす。例えば、白金−白金ロジウム熱電対は還元性の雰囲気中で組織変化を生じるので、エア、窒素ガス、アルゴンガス、窒素と水素の混合ガス、アルゴンと水素の混合ガス等の雰囲気とする必要がある。また、タングステン−タングステン・レニウム熱電対は容易に酸化されるため、窒素ガス、アルゴンガス、窒素と水素の混合ガス、アルゴンと水素の混合ガス等の雰囲気とする必要がある。また、雰囲気調整の程度は、小孔から排出する不活性なガスの圧力と流量により制御することができるが、圧力の高いガスを多量に流入させると熱電対の測温接点が冷却されて正確な測温ができない。このため、例えば、端子ボックス内のガス圧力が０．２〜０．５ｋｇ／ｃｍ2 の範囲、かつ排出ガス流量が０．２〜０．５ｃｃ／ｓｅｃの範囲であれば、熱電対の周囲の雰囲気を完全に不活性なガスにより置換することができる。また、例えば、端子ボックス内のガス圧力が０．１〜０．２ｋｇ／ｃｍ2 の範囲、かつ排出ガス流量が０．１〜０．２ｃｃ／ｓｅｃの範囲であれば熱電対の周囲の雰囲気の一部を不活性なガスにより置換することができる。
【０００６】
本発明に係る測温プローブにおいて、前記ガス抜き孔は前記絶縁管の先端から１０〜５０ｍｍの位置に設けられているのが好ましい。
【０００７】
本発明に係る測温プローブにおいて、前記絶縁管の基端側に前記ガスの該絶縁管への流入を抑制する流入抵抗部を設けることが好ましい。
これによって、絶縁管の基端から不活性なガスを供給する際に、圧力調整器、流量計等のガス供給用制御機器を使用しなくても、ガスの圧力と流量を調整することができ、ガスを絶縁管の内部に一様に流入させることができる。
【０００８】
本発明に係る測温プローブにおいて、前記内管に形成された排出孔に前記ガスの流れを抑制する排気抵抗部を設けることが好ましい。
これによって、内管の内側からガスを排気する際に、背圧を確保するための圧力調整器等のガス圧用制御機器を使用しなくても、排出するガスの圧力を調整することができ、ガスを内管内に一様に流通させて外部に排出させることができる。
【０００９】
本発明に係る測温プローブにおいて、前記内管の外側には更に外管が同心に設けられ、該外管の中間位置に前記内管の排出孔から排出された前記ガスを外部に排出するガス放出孔が設けることが好ましい。
外管を内管の外側に設けることにより内管を保護することができ、測温中に内管が折損するのを防止することができる。また、外管にガス放出孔を設けることにより外管を内管の外側に設けても、絶縁管の基端から供給された不活性なガスを内管を経由して外管の外部に放出するガス経路を確保することができる。
【００１０】
本発明に係る測温プローブにおいて、前記端子ボックスに設けられている前記ガス入口は、前記熱電対の出力を取り出す端子部とは別に設けることができる。これによって、不活性なガスの供給系統と測温信号系統とを分離できる。
【００１１】
本発明に係る測温プローブにおいて、前記端子ボックスに設けられている前記ガス入口は、前記熱電対の出力を取り出す端子部内に設けることができる。
これによって、不活性なガスの供給系統と測温信号系統とを一体化することができる。
【００１２】
【００１３】
【００１４】
【００１５】
【発明の実施の形態】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここに、図１は本発明の第１の実施の形態に係る測温プローブの概念構成図、図２は同測温プローブの変形例に係る内管及び絶縁管の基端側取付け構造を示す概念構成図、図３は同測温プローブを使用した測温システムの全体構成図、図４は本発明の第２の実施の形態に係る測温プローブの概念構成図、図５は同測温プローブを使用した測温システムの全体構成図である。
図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る測温プローブ１０は、先端部に測温接点１１が設けられ、他の主要部分は絶縁管１２を挿通して絶縁状態にある一対の熱電対素線からなる熱電対１５と、絶縁管１２を挿通する熱電対１５が収納され、先端側が端封となった内管１６と、絶縁管１２の基端が突出状態で取付けられ、熱電対素線の接続用端子１７が内部に設けられた端子ボックス１８とを有している。以下、これらについて詳細に説明する。
【００１６】
熱電対１５は１対の熱電対素線、例えば、線径が０．１〜１ｍｍの白金線１３と、該白金線１３に線径が等しい白金とロジウムの合金からなる白金ロジウム線１４の各先端部を点溶接で接合して測温接点１１を形成したものである。白金線１３と白金ロジウム線１４の先端部以外の主要部分は、互いに絶縁状態となるように絶縁管１２を挿通している。ここで、絶縁管１２としては白金線１３と白金ロジウム線１４をそれぞれ挿通する挿通孔を有した、例えば、アルミナ質等のセラミックス製のものが使用できる。また、絶縁管１２の先端から、例えば１０〜５０ｍｍの位置には、絶縁管１２の基端から供給され白金線１３と白金ロジウム線１４に対して不活性なガスの一例であるエアを流出する、例えば幅と長さがそれぞれ１〜３ｍｍのガス抜き孔１９が設けられている。
【００１７】
白金線１３、白金ロジウム線１４が挿通された絶縁管１２は、先端側から内管１６内に、絶縁管１２の外側に均等に隙間が形成されるように装入される。内管１６は、機械的な要因による熱電対１５の断線と絶縁管１２の折損を防止するもので、例えば、アルミナ質等のセラミックス製の端封管が使用できる。内管１６の中間位置には、内管１６内のガスを排出する、例えば径が１〜５ｍｍの排出孔２０が設けられ、排出孔２０にはガスの流れを抑制する排気抵抗部の一例であるアルミナ質長繊維からなる所定寸法の織物２１を巻き付け固定する。また、絶縁管１２の基端は内管１６の基端よりも、例えば５０〜２０ｍｍ突出した状態として、内管１６の基端側と絶縁管１２の基端側の外周面との間にはシリコーン系の充填材２２を充填して内管１６に対して絶縁管１２を固定する。更に、絶縁管１２の基端側にガスの流入を抑制する流入抵抗部の一例であるアルミナ質長繊維からなる所定寸法の織物２３を巻き付け固定する。
【００１８】
外管２４は内側に同心に内管１６を装入して、内管１６の機械的、熱的要因による折損を防止する働きをするもので、例えば、モリブデンとジルコニアとのサーメット材で製造した端封管が使用できる。内管１６の基端は外管２４の基端よりも、例えば２０〜５０ｍｍ突出した状態として、外管２４の基端側と内管１６の基端側の外周面との間にシリコーン系の充填材２５を充填して、外管２４に対して内管１６を固定する。外管２４の中間位置には、内管１６の排出孔２０から外管２４の内側に排出されたガスを外管２４の外部に排出する、例えば、径が１〜５ｍｍのガス放出孔２６が設けられている。
【００１９】
端子ボックス１８は、端子ボックス本体２７と、白金線１３及び白金ロジウム線１４の各基端側を接続する接続用端子１７が設けられている出力用の端子部２８とを有した金属製の容器であり、端子部２８は端子ボックス本体２７にねじ止めされて取り外し可能となっている。また、端子ボックス本体２７は、白金線１３及び白金ロジウム線１４に対してエアを端子ボックス１８内に導入するガス入口２９と、エアを排出するガス出口３０と、外管２４の基端側が挿入されて固定される外管取付け部３１とを備えており、ガス入口２９にはエア用ワンタッチカプラの雄継手３２が取付けられ、ガス出口３０にはエルボ３３が取付けられている。外管２４の基端側は外管取付け部３１に、例えばシリコーン系の充填材３４を用いて固定されている。このように外管２４を端子ボックス１８に取付けることにより、端子ボックス本体２７内には、内管１６の基端側と絶縁管１２の基端側が共に突出した状態となっている。
【００２０】
以上のような構成とすることにより、絶縁管１２の基端側から延伸している白金線１３及び白金ロジウム線１４の各基端側を接続用端子１７にそれぞれ接続することができる。また、雄継手３２を介して端子ボックス１８内にエアを導入すると、導入されたエアはエルボ３３から端子ボックス１８の外部に排気されるが、エアの一部は絶縁管１２の基端部に設けられた織物２３の間隙を通過し、絶縁管１２の挿通孔に達して、挿通孔内に進入する。内管１６の基端側と絶縁管１２の基端側とは充填材２２により固定されているため、内管１６の基端側からエアが内管１６内部に進入することはない。
【００２１】
絶縁管１２の挿通孔内に進入したエアは、絶縁管１２の先端側に向かって移動し絶縁管１２の先端まで達して先端の小孔３５、３５ａから流出するが、余分なガスはガス抜き孔１９から流出する。絶縁管１２から流出したエアは、絶縁管１２の外側と内管１６内側との間隙を先端側から基端側に向かって移動し、排出孔２０から織物２１を通過して外管２４内部に排出される。内管１６の基端側には充填材２５が充填されているため、端子ボックス１８内部にエアが排出されることはない。外管２４内に排出されたエアは、外管２４に設けられたガス放出孔２６から外部に放出される。外管２４の基端側と内管１６の基端側の外周面との間には充填材２５が充填されているため、外管２４の基端側からエアが端子ボックス１８内に流出することはない。
【００２２】
ここで、図２に示すような内管３６及び絶縁管３７の各基端側の取付け構造を採用することも可能である。図２では、絶縁管３７を内管３６に挿入し、この内管３６を外管３８の内側に挿入する場合において、内管３６の基端側の内周面と絶縁管３７の外周面との間を開口状態とし、絶縁管３７基端側の外周面と外管３８基端側の内周面との間にシリコーン系の充填材３９を充填している。また、絶縁管３７の基端側にはガスの流入を抑制する流入抵抗部の一例であるアルミナ質長繊維からなる所定寸法の織物４０を巻き付け固定し、外管３８に設けられたガス放出孔４１に対応する位置の内管３６の外周面にはガスの排気を抑制する排気抵抗部の一例であるアルミナ質長繊維からなる所定寸法の織物４２を巻き付け固定する。
【００２３】
このような構成とすることにより、端子ボックス１８内に導入されたエアの一部は、絶縁管３７の基端部に設けられた織物４０の間隙を通過し絶縁管３７の挿通孔に達し、挿通孔内に進入して、絶縁管３７の先端側に向かって移動する。絶縁管３７の先端側に達したエアの一部は図示しないガス抜き孔から流出し、残りのエアは絶縁管３７の先端の図示しない小孔から流出する。絶縁管３７から流出したエアは、絶縁管３７の外側と内管３６内側との間隙を先端側から基端側に向かって移動し、内管３６の基端に設けられた開口部４３から外管３８の内側に排出される。外管３８の内側に排出されたエアは、外管３８基端側の内周面と絶縁管３７の基端側の外周面との間が充填材３９により充填されているため、内管３６と外管３８の間に設けられた織物４２の間隙を通過してガス放出孔４１から外管３８の外部に放出される。
【００２４】
次に、本発明の第１の実施の形態に係る測温プローブ１０の使用方法として、１６００℃程度の溶鋼の連続測温を行う場合について詳細に説明する。図３に示すように、測温システム４３ａは、所定位置に配置されている測温プローブ１０と、測温プローブ１０の端子ボックス１８の上側に設けられている出力用の端子部２８にコネクタ４４を介して接続する接続ケーブル（白金、白金ロジウム熱電対用の補償導線）４５と、接続ケーブル４５がコネクタ４６を介して接続される温度表示装置４７と、連続測温中に端子ボックス１８内が加熱されて測定値に誤差が生じるのを防止するために端子ボックス１８内に冷却用のエアを供給するエアコンプレッサ４８と、一端がエアコンプレッサ４８に接続され他端に雄継手３２と対となるワンタッチカプラの雌継手４９が設けられた耐圧性のエア供給用ホース５０とを有している。
【００２５】
先ず、エアコンプレッサ４８を作動させて、例えば、１〜１０ｋｇ／ｃｍ2 に加圧したエアを０．１〜２リットル／ｓｅｃの流量でエア供給用ホース５０を介して端子ボックス１８内に供給して、エルボ３３から放出させる。端子ボックス１８内にエアを流通させることにより、端子ボックス１８内が冷却されて、長時間測温していても接続用端子１７の温度を室温程度の温度に常に保つことができる。また、加圧したエアを端子ボックス１８内に導入してエルボ３３から排出するため、端子ボックス１８内の圧力を大気雰囲気に比較して０．１〜０．５ｋｇ／ｃｍ2 程度高くすることができる。
【００２６】
大気雰囲気と比較して、端子ボックス１８内部が、０．１〜０．５ｋｇ／ｃｍ2 だけ圧力が高いため、端子ボックス１８内のエアは、絶縁管１２の基端部に設けられた織物２３の間隙を通過し、絶縁管１２の挿通孔に達して、挿通孔内に進入する。絶縁管１２の挿通孔内に進入したエアは、絶縁管１２の先端側に向かって移動し、一部のエアはガス抜き孔１９から流出し、残りのエアは絶縁管１２の先端に設けられた小孔３５、３５ａから流出する。絶縁管１２から流出したエアは、絶縁管１２の外側と内管１６の間隙を先端側から基端側に向かって移動し、排出孔２０から織物２１を通過して外管２４の内側に排出される。外管２４の内側には織物２１が設けられているため、排出されたエアは織物２１の間隙を通過して、外管２４に設けられたガス放出孔２６に達して外部に放出される。ここで、絶縁管１２の基端から進入し内管１６の内側を流通して外管２４のガス放出孔２６から放出されるエアの流量は０．１〜０．５ｃｃ／ｓｅｃ程度である。このため、熱電対１５の測温接点１１が冷却されて測温に誤差が生じるようなことはない。
【００２７】
次に、端子ボックス１８内にエアを導入しエルボ３３からエアを排出している状態で、測温プローブ１０を所定位置から降下させて溶鋼中に浸漬して内管１６の先端部を測温場所に配置して測温を開始する。測温プローブ１０を溶鋼中に浸漬すると、外管２４、内管１６、絶縁管１２、熱電対素線である白金線１３及び白金ロジウム線１４がそれぞれ加熱される。溶鋼の温度は、例えば１６００℃程度であるため、モリブデンとジルコニアとのサーメット材で製造された外管２４からは還元性のガスが放出され、外管２４の内側はこの還元性のガスが充満し、外管２４に設けられたガス放出孔２６から外部に放出される。しかし還元性のガスの一部は、内管１６を透過して内管１６の内側に侵入する。内管１６の内側には、絶縁管１２の先端の小孔３５、３５ａ及びガス抜き孔１９から流出したエアが基端側に向けて流通しているため、内管１６の内側に侵入した還元性のガスはエアの流れに押し流されて内管１６の内側から基端側に運ばれ排出孔２０から外管２４内部に排出され、更に外管２４内部からガス放出孔２６を介して外部に放出される。従って、白金線１３及び白金ロジウム線１４が存在する内管１６の内側の雰囲気は、絶縁管１２の基端側から進入したエアにより置換されて、内管１６の内側の雰囲気は常に酸化性の雰囲気に保持される。このため、測温プローブ１０の使用中に外管２４から還元性のガスが発生し内管１６の内側に侵入しても、直ちに内管１６内から外に排出されるため、還元性のガスのために白金線１３及び白金ロジウム線１４が断線することはなく、測温プローブ１０を用いて長期間安定して測温ができる。
【００２８】
図４に示すように、本発明の第２の実施の形態に係る測温プローブ５１は、先端部に図示しない測温接点が設けられ、他の主要部分は絶縁管１２を挿通して絶縁状態にある一対の熱電対素線からなる熱電対１５、絶縁管１２を挿通する熱電対１５が収納され先端側が端封となった内管１６、内管１６を収納する外管２４を備えたプローブ本体５２と、プローブ本体５２が取付けられ熱電対素線の接続用端子５３、５４が内部に設けられた端子ボックス５５とを有している。ここで、第２の実施の形態における測温プローブ５１は、第１の実施の形態の測温プローブ１０において、端子ボックス５５の構造だけが異なっていることが特徴となっている。従って、特徴となる端子ボックス５５の構造についてのみ詳細に説明する。
【００２９】
熱電対１５を形成する熱電対素線、例えば、線径が０．１〜１ｍｍの白金線１３と、該白金線に線径が等しい白金とロジウムの合金からなる白金ロジウム線１４は、絶縁管１２の基端から延伸して端子ボックス５５内に設けられている、熱電対１５の出力を取り出す端子部の一例であるレセプタクル５６が備えているピン形状の接続用端子５３、５４にそれぞれ接続されている。端子ボックス５５は、金属製の容器からなって、一方の突出部５７にはレセプタクル５６が取付けられている。レセプタクル５６は雄型接続端子であって、端子ボックス５５は、斜め上部にねじによって開閉する蓋５８を有し、蓋５８を開けて内部の点検が可能なようになっている。また、他方の突出部５９には、プローブ本体５２が取付けられている。
【００３０】
レセプタクル５６は、周囲の金属製の取付け金具６０の内側に、絶縁体である、例えば、セラミックス、合成樹脂等からなる支持部材６１に複数の挿通孔６２、６３、６４が設けられ、挿通孔６２、６３に接続用端子５３、５４が外部に所定の長さで突出状態で固定されている。更に、レセプタクル５６には、取付け金具６０のストッパー６５、支持部材６１が取付け金具６０から抜け落ちるのを防止するストップリング６６が設けられている。支持部材６１に設けられている挿通孔６４にはピン形状の接続用端子はなく外部から内部まで連通状態となって熱電対素線に対して不活性なガスのガス入口として作用し、端子ボックス５５内に不活性なガスを供給することができる。また、端子ボックス５５にはガス出口６７が設けられており、端子ボックス５５内に供給したガスを排出できるようになっている。
【００３１】
レセプタクル５６と対になるコネクタ６８は接続ケーブル６８ａの一端に設けられ、金属製の取付け金具６９とその内側に固定配置されている絶縁性を有するセラミックス、又は合成樹脂からなる支持部材７０とを有している。支持部材７０は、挿通孔６２、６３、６４に符合して３つの挿通孔７１、７２、７３が形成され、挿通孔７１、７２には突出した接続用端子５３、５４が嵌入する雌型の接続用端子７４、７５が配置され、レセプタクル５６とコネクタ６８との電気的な接続を可能としている。なお、取付け金具６９には取付け金具６０の端部に当たるストッパー７６が設けられ、また、コネクタ６８をレセプタクル５６に取付けた場合に、取付け金具６０の端部に形成されている雄ねじ７７に螺合する雌ねじ７８が内側に形成された固定キャップ７９を備えている。
【００３２】
雌型の接続用端子７４、７５の内側端部には、補償導線からなる信号線８０が接続され、その外側を隙間を有して被覆するフレキシブルチューブ８１が固定金具８２を介して取付けられている。挿通孔７３、フレキシブルチューブ８１と信号線８０との隙間部分は連通し、フレキシブルチューブ８１と信号線８０のあいだを流れる熱電対素線に対して不活性なガスが挿通孔７３を介して放出される構造となっている。
【００３３】
図５に示すように、測温システム８１ａでは以下に示す構成を有している。フレキシブルチューブ８１の基端側は、接続金具８２ａを介してＴ型継手８３の一方側の接続口８４に取付けられている。Ｔ型継手８３の他方側の接続口８５には、シール金具８６を介して信号線８０が引き出され、Ｔ型継手８３の中間接続口８７には、異形エルボ８８を介して、例えば、不活性なガスの一例であるエア用のワンタッチカプラの雄継手８９が取付けられている。雄継手８９と対となるワンタッチカプラの雌継手９０はエアホース９１を介してコンプレッサ９２に接続されている。一方、シール金具８６を出た信号線８０の端部には、連結端子の一例であるコネクタ９３が設けられ、温度表示装置９４に接続されている。
【００３４】
次に、本発明の第２の実施の形態に係る測温プローブ５１の使用方法として、１６００℃程度の溶鋼の連続測温を行う場合について詳細に説明する。
所定位置に配置されている測温プローブ５１の端子ボックス５５の一方側の側部に設けられているレセプタクル５６に接続ケーブル６８ａの先部に設けられているコネクタ６８を取付ける。Ｔ型継手８３に取付けられているワンタッチカプラの雄継手８９にワンタッチカプラの雌継手９０を取付ける。Ｔ型継手８３から導出されている信号線８０の端部に設けられているコネクタ９３は温度表示装置９４に接続する。この状態で、コンプレッサ９２を用いて、例えば、１〜１０ｋｇ／ｃｍ2 に加圧したエアを０．１〜２リットル／ｓｅｃの流量で、エアホース９１よりＴ型継手８３を介して接続ケーブル６８ａ内、即ちフレキシブルチューブ８１と信号線８０との隙間部分に流し、コネクタ６８の挿通孔７３からレセプタクル５６の挿通孔６４を介して端子ボックス５５内に入れて、ガス出口６７から外部に排出する。
【００３５】
端子ボックス５５内にエアを流通させることにより、端子ボックス５５内が冷却されて、長時間測温していても接続用端子５３、５４の温度を室温程度の温度に常に保つことができる。また、加圧したエアを端子ボックス５５内に導入してガス出口６７から排出するため、端子ボックス５５内の圧力を大気雰囲気に比較して０．１〜０．５ｋｇ／ｃｍ2 程度高くすることができる。
【００３６】
大気雰囲気と比較して、端子ボックス５５内部が、０．１〜０．５ｋｇ／ｃｍ2 だけ圧力が高いため、端子ボックス５５内のエアは、絶縁管１２の基端部に設けられた織物２３の間隙を通過し、絶縁管１２の挿通孔に達して、挿通孔内に進入する。絶縁管１２の挿通孔内に進入したエアは、絶縁管１２の先端側に向かって移動し、一部のエアは図示しないガス抜き孔から流出し、残りのエアは絶縁管１２の先端に設けられた図示しない小孔から流出する。絶縁管１２から流出したエアは、絶縁管１２の外側と内管１６の間隙を先端側から基端側に向かって移動し、排出孔２０から織物２１を通過して外管２４の内側に排出される。外管２４の内側には織物２１が設けられているため、排出されたエアは織物２１の間隙を通過して、外管２４に設けられたガス放出孔２６に達して外部に放出される。ここで、絶縁管１２の基端から進入し内管１６の内側を流通して外管２４のガス放出孔２６から放出されるエアの流量は０．１〜０．５ｃｃ／ｓｅｃ程度である。このため、熱電対１５の測温接点１１が冷却されて測温に誤差が生じるようなことはない。
【００３７】
次に、端子ボックス５５内にエアを導入しガス出口６７からエアを排出している状態で、測温プローブ５１を所定位置から降下させて溶鋼中に浸漬して測温を開始する。測温プローブ５１を溶鋼中に浸漬すると、外管２４、内管１６、絶縁管１２、白金線１３及び白金ロジウム線１４がそれぞれ加熱される。溶鋼の温度は、例えば１６００℃程度であるため、モリブデンとジルコニアとのサーメット材で製造された外管２４からは還元性のガスが放出され、外管２４の内側はこの還元性のガスが充満し、外管２４に設けられたガス放出孔２６から外部に放出される。しかし還元性のガスの一部は、内管１６を透過して、内管１６の内側に侵入する。
【００３８】
内管１６の内側には、絶縁管１２の先端のいずれも図示しない小孔及びガス抜き孔から流出したエアが基端側に向けて流通しているため、内管１６の内側に侵入した還元性のガスはエアの流れに押し流されて内管１６の内側から基端側に運ばれ排出孔２０から外管２４内部に排出され、更に外管２４内部からガス放出孔２６を介して外部に放出される。従って、白金線１３及び白金ロジウム線１４が存在する内管１６の内側の雰囲気は、絶縁管１２の基端側から進入したエアにより置換されて、内管１６の内側の雰囲気は常に酸化性の雰囲気に保持される。このため、測温プローブ５１の使用中に外管２４から還元性のガスが発生し内管１６の内側に侵入しても、直ちに内管１６内から外に排出されるため、還元性のガスのために白金線１３及び白金ロジウム線１４が断線することはなく、測温プローブ５１を用いて長期間安定して測温ができる。
【００３９】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではなく、例えば、測温プローブと補償導線の接続にレセプタクルとそれに対応するコネクタを使用したが、端子ボックスの接続用端子に対して補償導線の接続及び取り外しが容易に行えるものであれば、他の形式の接続器具を使用してもよい。端子ボックス内に加圧したエアを導入する際にワンタッチカプラを使用した接続方式を採用したが、端子ボックスのガス入口に対してエア供給用ホースの接続及び取り外しが容易に行えるものであれば、他の形式の接続器具を使用してもよい。
熱電対素線に白金線と白金ロジウム線を使用した場合、不活性なガスとしてエアを用いたが、窒素ガス、アルゴンガス、窒素とアルゴンの混合ガスを使用することも可能である。また、ガスを絶縁管内に導入する際に、熱電対素線を挿通する挿通孔を利用したが、３個以上の挿通孔を有する絶縁管を使用し熱電対素線が挿通していない挿通孔も利用してガスを導入することができる。更に、絶縁管とは別のガスを導入する管を内管の内側に装入してもよい。
絶縁管の基端側に設けた流入抵抗部、排出孔に設けた排気抵抗部には、それぞれアルミナ質長繊維からなる所定寸法の織物を使用したが、ガラステープを使用することもできる。また、測温プローブ内に、流入抵抗部と排気抵抗部を設けたが、流入抵抗部、又は排気抵抗部のいずれか一方のみを設けてもよい。
絶縁管と内管、内管と外管、絶縁管と外管との間の固定に、シリコーン系の充填材を使用したが、セラミックス系の充填接着材を使用することもできる。
【００４０】
【発明の効果】
請求項１〜７記載の測温プローブにおいては、端子ボックスは、絶縁管の基端からその内部に、熱電対素線に対して不活性なガスを供給するガス入口を備え、しかも、絶縁管の先端には基端側から供給されたガスを外部に排出する小孔が設けられ、更に、内管の中間位置には小孔から排出された前記ガスを外部に放出する排出孔が設けられているので、熱電対の周囲の雰囲気を完全に、あるいは雰囲気の一部を不活性なガスにより置換することができ、熱電対素線の周囲の雰囲気制御を行うことが可能となる。
【００４１】
そして、絶縁管の先端側中間位置には、余分なガスを外部に逃がすガス抜き孔が設けられているので、供給するガスの圧力を高めないで排出ガス流量を多くすることができ、熱電対素線の周囲の雰囲気をより効果的に調整することが可能となる。
【００４２】
請求項３記載の測温プローブにおいては、絶縁管の基端側にガスの絶縁管への流入を抑制する流入抵抗部を設けたので、簡単な構成によりガスを絶縁管内に一様に流入させることができ、測温プローブの構造を簡潔にでき低コストで熱電対素線の周囲の雰囲気を調整することが可能となる。
【００４３】
請求項４記載の測温プローブにおいては、内管に形成された排出孔にガスの流れを抑制する排気抵抗部を設けたので、測温プローブのガス排気構造を簡潔にでき、測温プローブの低コスト化が可能になると共に測温プローブの設置が容易となる。
【００４４】
請求項５記載の測温プローブにおいては、内管の外側には更に外管が同心に設けられ、外管の中間位置に内管の排出孔から排出されたガスを外部に排出するガス放出孔が設けられているので、測温中における内管の折損が防止でき、測温プローブの寿命を長くすることができる。
【００４５】
請求項６記載の測温プローブにおいては、端子ボックスに設けられているガス入口は、熱電対の出力を取り出す端子部とは別に設けられているので、ガスの供給系統と測温信号系統のメンテナンスを独立して行うことができる。
【００４６】
請求項７記載の測温プローブにおいては、端子ボックスに設けられているガス入口は、熱電対の出力を取り出す端子部内に設けられているので、端子ボックスへのガス供給ケーブル、及び測温信号ケーブルの接続、取り外しが容易となる。
【００４７】
【００４８】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る測温プローブの概念構成図である。
【図２】同測温プローブの変形例に係る内管及び絶縁管の基端側取付け構造を示す概念構成図である。
【図３】同測温プローブを使用した測温システムの全体構成図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る測温プローブの概念構成図である。
【図５】同測温プローブを使用した測温システムの全体構成図である。
【符号の説明】
１０：測温プローブ、１１：測温接点、１２：絶縁管、１３：白金線、１４：白金ロジウム線、１５：熱電対、１６：内管、１７：接続用端子、１８：端子ボックス、１９：ガス抜き孔、２０：排出孔、２１：織物、２２：充填材、２３：織物、２４：外管、２５：充填材、２６：ガス放出孔、２７：端子ボックス本体、２８：端子部、２９：ガス入口、３０：ガス出口、３１：外管取付け部、３２：雄継手、３３：エルボ、３４：充填材、３５、３５ａ：小孔、３６：内管、３７：絶縁管、３８：外管、３９：充填材、４０：織物、４１：ガス放出孔、４２：織物、４３：開口部、４３ａ：測温システム、４４：コネクタ、４５：接続ケーブル、４６：コネクタ、４７：温度表示装置、４８：エアコンプレッサ、４９：雌継手、５０：エア供給用ホース、５１：測温プローブ、５２：プローブ本体、５３、５４：接続用端子、５５：端子ボックス、５６：レセプタクル、５７：突出部、５８：蓋、５９：突出部、６０：取付け金具、６１：支持部材、６２、６３、６４：挿通孔、６５：ストッパー、６６：ストップリング、６７：ガス出口、６８：コネクタ、６８ａ：接続ケーブル、６９：取付け金具、７０：支持部材、７１、７２、７３：挿通孔、７４、７５：接続用端子、７６：ストッパー、７７：雄ねじ、７８：雌ねじ、７９：固定キャップ、８０：信号線、８１：フレキシブルチューブ、８１ａ：測温システム、８２：固定金具、８２ａ：接続金具、８３：Ｔ型継手、８４、８５：接続口、８６：シール金具、８７：中間接続口、８８：異形エルボ、８９：雄継手、９０：雌継手、９１：エアホース、９２：コンプレッサ、９３：コネクタ、９４：温度表示装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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