(57)【要約】【課題】  高温で長期間使用すると熱電対芯線が劣化し、熱起電力が減少して測定値に誤差が生じ、また、シャントエラーと言われる高温において絶縁材の抵抗値の低下に起因し、（＋）側熱電対芯線と（−）側熱電対芯線との間に漏れ電流が発生し、測定値に誤差が生じるという問題点を解決することを目的とする。【解決手段】  金属製のシース内に絶縁材を介在させてニッケル及びクロムを主とした合金の（＋）側熱電対芯線と、ニッケルを主とした合金の（−）側熱電対芯線とを収容したシース型Ｋ電対において、高温で長期間使用すると熱電対芯線が劣化し、熱起電力が減少して測定値に誤差が生じる問題を解決するために、（＋）側熱電対芯線径をシース外径の１５〜２２％、（−）側熱電対芯線径をシース外径の２３〜２７％に形成したシース型Ｋ熱電対とした。  また、シャントエラーの問題を解決するために、（＋）側熱電対芯線径をシース外径の２３〜２７％、（−）側熱電対芯線径をシース外径１５〜２２％に形成したシース型Ｋ熱電対とした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製のシース内に絶縁材を介在させてニッケル及びクロムを主とした合金の（＋）側熱電対芯線と、ニッケルを主とした合金の（−）側熱電対芯線とを収容したシース型Ｋ電対において、（＋）側熱電対芯線径をシース外径の１５〜２２％、（−）側熱電対芯線径をシース外径の２３〜２７％に形成したシース型Ｋ熱電対。
【請求項２】
（＋）側熱電対芯線径をシース外径の２０％、（−）側熱電対芯線径をシース外径の２５％に形成した請求項１記載のシース型Ｋ熱電対。
【請求項３】
金属製のシース内に絶縁材を介在させてニケッル及びクロムを主とした合金の（＋）側熱電対芯線と、ニッケルを主とした合金の（−）側熱電対芯線とを収容したシース型Ｋ電対において、（＋）側熱電対芯線径をシース外径の２３〜２７％、（−）側熱電対芯線径をシース外径の１５〜２２％に形成したシース型Ｋ熱電対。
【請求項４】
（＋）側熱電対芯線径をシース外径の２５％、（−）側熱電対芯線径をシース外径の２０％に形成した請求項３記載のシース型Ｋ熱電対。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シース型Ｋ熱電対に関し、特に、異径芯線の熱電対についてのものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のシース型熱電対は、図５、図６に示すように、金属製のシース１０１内に酸化マグネシウム（ＭｇＯ）や酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）等の無機絶縁材１０２を介在させて、（＋）側熱電対芯線１０３と、（−）側熱電対芯線１０４とを収容し、先端側に感熱部１０５を形成し、基端開口部は無機絶縁材１０２へ湿分が侵入し絶縁が劣化することを防ぐためにエボキシ樹脂等でシール１０６を施している。このシース型熱電対の基端に熱電対芯線と補償導線の接続部を収容するスリーブや補償導線との接続のための端子台を収容した端子箱が設けられる場合もある。
【０００３】
シース型Ｋ熱電対では、（＋）側熱電対芯線にニッケル及びクロムを主とした合金、（−）側熱電対芯線にニッケルを主とした合金を用いたものである。この（＋）側熱電対芯線、（−）側熱電対芯線の径は、ＪＩＳ、ＡＳＴＭ及びＩＥＣの各規格においてシース外径の１５％以上と規定されており、従来、（＋）側熱電対芯線径、（−）側熱電対芯線径は、共にシース外径の１５％から２０％のものが製作され、使用されていた。
【０００４】
このシース型Ｋ熱電対には、下記の問題点があった。
【０００５】
一つは、高温で長時間使用すると、熱電対芯線が劣化し、熱起電力が減少して測定値に誤差が生じることである。この芯線の劣化による誤差は、特に１０００℃以上の還元雰囲気中（水素濃度の高い雰囲気中）での使用において著しい。
【０００６】
もう一つの問題は、シャントエラーと言われているもので、高温において絶縁材の抵抗値が低下することに起因する。図５において、（＋）側熱電対芯線１０３のＡ点から感温部１０５に至る抵抗値、（−）側熱電対芯線１０４のＢ点から感温部１０５に至る抵抗値と、（＋）側熱電対芯線１０３と（−）側熱電対芯線１０４間の無機絶縁材１０２の抵抗値との比が高温において小さくなると、（＋）側熱電対芯線１０３と（−）熱熱電対芯線１０４との間に漏れ電流が発生し、測定値に誤差を生じる。この誤差は、特に、８００℃を超える場所に長尺の熱電対を敷設した場合に大きくなる。
【特許文献１】特開２００２−１２２４８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
シース型Ｋ熱電対には、高温で長期間使用すると、熱電対芯線が劣化し、熱起電力が減少して測定値に誤差が生じることがあり、また、高温の場所に長尺の熱電対を敷設して使用すると、絶縁材の抵抗値の低下に起因し、（＋）側熱電対芯線と（−）側熱電対芯線との間に漏れ電流が発生し、測定値にシャントエラーと言われる誤差が生じるという問題点がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記の事情に鑑み、シース型Ｋ熱電対の、高温で長期間使用すると、熱電対芯線が劣化し、熱起電力が減少して測定値に誤差が生じるという問題点を解決すべく、金属製のシース内に絶縁材を介在させてニッケル及びクロムを主とした合金の（＋）側熱電対芯線と、ニッケルを主とした合金の（−）側熱電対芯線とを収容したシース型Ｋ電対において、（＋）側熱電対芯線径をシース外径の１５〜２２％、（−）側熱電対芯線径をシース外径の２３〜２７％に形成したシース型Ｋ熱電対とした。
【０００９】
また、本発明は、具体的には、（＋）側熱電対芯線径をシース外径の２０％、（−）側熱電対芯線径をシース外径の２５％に形成した。
【００１０】
さらに、本発明は、高温の場所に長尺の熱電対を敷設して使用すると、絶縁材の抵抗値の低下に起因し、（＋）側熱電対芯線と（−）側熱電対芯線との間に漏れ電流が発生し、測定値にシャントエラーと言われる誤差が生じるという問題点を解決すべく、金属製のシース内に絶縁材を介在させてニケッル及びクロムを主とした合金の（＋）側熱電対芯線と、ニッケルを主とした合金の（−）側熱電対芯線とを収容したシース型Ｋ熱電対において、（＋）側熱電対芯線径をシース外径の２３〜２７％、（−）側熱電対芯線径をシース外径の１５〜２２％に形成したシース型Ｋ熱電対とした。
【００１１】
さらにまた、本発明は、具体的には、（＋）側熱電対芯線径をシース外径の２５％、（−）側熱電対芯線径をシース外径の２０％に形成した。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、上述のように、金属製のシース内に絶縁材を介在させてニッケル及びクロムを主とした合金の（＋）側熱電対芯線と、ニッケルを主とした合金の（−）側熱電対芯線とを収容したシース型Ｋ電対において、（＋）側熱電対芯線径をシース外径の１５〜２２％、（−）側熱電対芯線径をシース外径の２３〜２７％に形成したシース型Ｋ熱電対としたので、高温で長期間使用すると熱電対芯線が劣化し、熱起電力が減少して測定値に誤差が生じるという問題点を解決することができる。
【００１３】
また、本発明は、具体的には、（＋）側熱電対芯線径をシース外径の２０％、（−）側熱電対芯線径をシース外径の２５％に形成した。
【００１４】
さらに、本発明は、金属製のシース内に絶縁材を介在させてニケッル及びクロムを主とした合金の（＋）側熱電対芯線と、ニッケルを主とした合金の（−）側熱電対芯線とを収容したシース型Ｋ電対において、（＋）側熱電対芯線径をシース外径の２３〜２７％、（−）側熱電対芯線径をシース外径の１５〜２２％に形成したシース型Ｋ熱電対としたので、高温の場所に長尺の熱電対を敷設して使用する場合に、絶縁材の抵抗値の低下に起因し、（＋）側熱電対芯線と（−）側熱電対芯線との間に漏れ電流が発生し、測定値にシャントエラーと言われる誤差が生じるという問題点を解決することができる。
【００１５】
さらにまた、本発明は、具体的には、（＋）側熱電対芯線径をシース外径の２５％、（−）側熱電対芯線径をシース外径の２０％に形成した。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明を添付する図１〜図４の具体的実施例に基づいて、以下詳細に説明する。
【００１７】
図１、図２、図３、図４に示すシース型Ｋ熱電対は、金属製のシース１内に酸化マグネシウム（ＭｇＯ）や酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）等の無機絶縁材２を介在させて、（＋）側熱電対芯線３と、（−）側熱電対芯線４とを収容し、先端側に感温部５を形成し、基端開口部は無機絶縁材２へ湿分が侵入し絶縁が劣化することを防ぐためにエポキシ樹脂等でシール６を施している。
【００１８】
図１、図２に示すシース型熱電対は、（−）側熱電対芯線４は従来のものより太くし、その径をシース１外径の２５％とし、（＋）側熱電対芯線３の径は従来の太径のものと同じシース１外径の２０％としたものであり、高温で長期間使用した場合に、熱電対芯線の劣化に起因して熱起電力が減少することにより生じる測定誤差を無くする効果を持つ。（−）側熱電対芯線４の径をシース１外径の２３〜２７％、（＋）側熱電対芯線４の径をシース１外径の１５〜２２％としたものでも同様な効果が確認されている。
【００１９】
以下、この効果について説明する。
【００２０】
熱電対芯線の劣化を調べるために、１０００℃の還元性雰囲気中で、（＋）側熱電対芯線および（−）側熱電対芯線の径がシース外径の１５％のシース型Ｋ熱電対と、２０％のシース型Ｋ熱電対を１０００時間使用し、使用前後の測定値の変化を比較したところ、変化量に約３倍の差があり、芯線径が芯線劣化度合いに大きな影響を与えることが判った。さらに、使用後の（＋）側熱電対芯線と未使用の（−）側熱電対芯線を用いたＫ熱電対と、使用後の（−）側熱電対芯線と未使用の（＋）側熱電対芯線を用いたＫ熱電対の測定値の比較をしたところ、（−）側熱電対芯線の劣化が測定値に与える影響は、（＋）側熱電対芯線の約２倍であった。以上の試験により、芯線、特に（−）側熱電対芯線を太くすることが、芯線径の劣化に対して効果があると認められた。
【００２１】
表１は、この効果を確認した試験結果の例である。シース外径４．８ｍｍのシース型Ｋ熱電対について、（＋）側熱電対芯線径を０．７２ｍｍ（シース外径の１５％）とし、（−）側熱電対芯線径を０．７２ｍｍ（シース外径の１５％）、０．９６ｍｍ（シース外径の２０％）、１．１ｍｍ（シース外径の２２％）、１．２ｍｍ（シース外径の２５％）、および１．３ｍｍ（シース外径の２７％）とした５本を作製し、１０００℃還元性雰囲気中で１０００時間の加熱を行った。
【００２２】
【表１】
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表１の最右欄が加熱開始直後と１０００時間加熱時の測定出力の変化量であるが、（−）側熱電対芯線径が太いものほど熱起電力の減少が少なく、測定値が低下しないことを示している。
【００２３】
しかしながら、シース外径には制限があり、シース外径の定まった熱電対において、芯線径の過大な増加は、絶縁材層を薄くし、このことによる新たな誤差の発生をもたらす。      
【００２４】
したがって、絶縁層を確保できる範囲で、（−）側熱電対芯線径の増加を重点的に行うことにより、芯線劣化による誤差が抑制されたシース型Ｋ熱電対を得ることができる。
【００２５】
前記の（−）側熱電対芯線をシース外径の２５％と従来のものより太くし、（＋）側熱電対芯線の径を従来の太径のものと同じシース外径の２０％としたシース型熱電対は、以上のような試験と考察に基づいて作られている。
【００２６】
次に、図３、図４に示すシース型熱電対は、（＋）側熱電対芯線３を従来のものより太くし、その径をシース１外径の２５％とし、（−）側熱電対芯線４の径は従来の太径のものと同じシース１外径の２０％としたものであり、高温の場所に長尺の熱電対を敷設して使用した場合に、絶縁材の抵抗値の低下に起因して（＋）側熱電対芯線と（−）側熱電対芯線との間に漏れ電流が発生することにより生じるシャントエラーと言われる誤差を無くする効果がある。（＋）側熱電対芯線３の径をシース１外径の２３〜２７％、（−）側熱電対芯線４の径をシース１外径の１５〜２２％でも同様な効果が確認されている。
【００２７】
以下、この効果について説明する。
【００２８】
シャントエラーについては、前述のように、高温時に絶縁材の抵抗値が低下し、芯線の抵抗、即ち、図５のＡ点から感温部１０５を経由しＢ点に至る芯線の抵抗値と、（＋）側熱電対芯線と（−）側熱電対芯線間の絶縁材の抵抗値との比が高温時に小さくなることが発生原因である。したがって、芯線を太くして抵抗値を小さくすることが抑制に効果がある。また、Ａ点から感温部１０５までの（＋）側熱電対芯線の抵抗と、感温部１０５からＢ点までの（−）側熱電対芯線の抵抗は、芯線径が同一の場合、前者が約２．５倍大きく、このことは、（＋）側熱電対芯線の径を太くする効果が（−）側熱電対芯線を太くする効果に比べて大きいことを意味する。
【００２９】
表２は、このシャントエラー対する効果について確認した試験結果の例である。
【００３０】
シース長さ６０ｍ、シース外径４．８ｍｍのシース型Ｋ熱電対について、（−）側熱電対芯線を０．７２ｍｍ（シース外径の１５％）とし、（＋）側熱電対芯線を０．７２ｍｍ（シース外径の１５％）、０．９６ｍｍ（シース外径の２０％）、１．１ｍｍ（シース外径の２２％）、１．２ｍｍ（シース外径の２５％）、および１．３ｍｍ（シース外径の２７％）とした５本を製作し、各熱電対のシース長さ５ｍの範囲を１０００℃に加熱して測定値の変化を調べた。
【００３１】
【表２】
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表２の最右欄の試験結果は、（＋）側熱電対芯線径が太いものほどシャントエラーが少なく、測定値が変化しないことを示している。
【００３２】
しかし、この場合も定まったシース外径においては、芯線を過大に太くすることは絶縁層を薄くすることによるシャントエラーの増加につながる。
【００３３】
前記の（＋）側熱電対芯線をシース外径の２５％と従来のものより太くし、（−）側熱電対芯線の径は従来の太径のものと同じシース外径の２０％としたシース型Ｋ熱電対は以上のような試験と考察に基づいて作られたものである。
【００３４】
以上述べたように、図１と図２に示すシース型Ｋ熱電対は、前記の芯線の劣化による測定誤差の発生に対して効果があり、図３と図４に示すシース型Ｋ熱電対は、前記のシャントエラーに対して効果がある。
【００３５】
したがって、１０００℃を超える還元性雰囲気などの芯線の劣化による測定誤差が問題となる使用環境においては、図１、図２に示すシース型Ｋ熱電対を使用することにより、劣化による誤差を抑制し、長期間の高精度な測定が可能となる。
【００３６】
また、８００℃を超える還元性雰囲気に長尺のシース型Ｋ熱電対を敷設して使用する場合には、図３、図４に示すシース型Ｋ熱電対を用いることにより、シャントエラーを抑制することができる。
【実施例】
【００３７】
シース外径が０．２５ｍｍ〜８．０ｍｍのもので効果が確認されている。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
シース型Ｋ熱電対について述べたが、他のシース型熱電対においても異径芯線で測定精度の向上が図られ得る。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明のシース型Ｋ熱電対の縦断面図である。
【図２】図１のII−II断面図である。
【図３】本発明の他の実施例のシース型Ｋ熱電対の縦断面図である。
【図４】図３のIV−IV断面図である。
【図５】従来のシース型Ｋ熱電対の縦断面図である。
【図６】図５のVI−VI断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１…金属製のシース
２…絶縁材
３…（＋）側熱電対芯線
４…（−）側熱電対芯線
【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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【図６】
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