(57)【要約】【課題】製造が簡単でしかも堅牢で廉価な熱電対を用いた温度測定装置、及びこの装置に用いる堅牢な熱電対を製造可能な製造方法を提供すること。【解決手段】第１の導線の先端及びこの第１の導線と異なる材質の第２の導線の先端を接触、固定し、この部分の置かれる温度を電位差として検知する、熱電対を用いた温度測定装置であって、前記第１の導線の先端及び前記第２の導線の先端の所定の長さ部分を、先端に行くほど漸次、細くしたテーパ状としその先端で接続固定した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の導線の先端及びこの第１の導線と異なる材質の第２の導線の先端を接触、固定し、この部分の置かれる温度を電位差として検知する、熱電対を用いた温度測定装置であって、
前記第１の導線の先端及び前記第２の導線の先端の所定の長さ部分を、先端に行くほど漸次、細くしたテーパ状としその先端で接続固定したことを特徴とする、熱電対を用いた温度測定装置。
【請求項２】
前記第１の導線はクロメル線であり、前記第２の導線はアルメル線であることを特徴とする請求項１記載の、熱電対を用いた温度測定装置。
【請求項３】
前記第１の導線及び前記第２の導線の各テーパ状部分の長さはほぼ１０ｍｍ〜３０ｍｍ内にあることを特徴とする請求項２記載の、熱電対を用いた温度測定装置。
【請求項４】
前記第１の導線及び前記第２の導線の各直径はほぼ１００μｍ〜３５０μｍの範囲内であり、接触固定される部分の直径はほぼ２０μｍ〜５０μｍの範囲内であることを特徴とする請求項３記載の、熱電対を用いた温度測定装置。
【請求項５】
第１の導線及び第２の導線の先端を接触、固定してこの部分の置かれる温度を電位差として検知する温度測定装置の熱電対の製造方法であって、
被覆された前記第１の導線及び前記第２の導線の先端部分を所定の長さだけ露出させ、その部分を電解研磨液に漬けて先端に行くほど細くなるように電解研磨を行う電解研磨ステップと、
この電解研磨ステップにより細くされた先端において電気溶接することにより前記第１の導線と第２の導線の先端を接触固定する電気溶接ステップと、
を有することを特徴とする温度測定装置の熱電対の製造方法。
【請求項６】
前記第１の導線はクロメル線であり、前記第２の導線はアルメル線であることを特徴とする請求項５記載の、温度測定装置の熱電対の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱電対を利用して温度測定を行う温度測定装置及びこの熱電対の製造法に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱電対を用いて温度測定装置は古くから知られている。その１つに、特許文献１に記載されているような、先端測部温部を極細とした熱電対が知られている。
【０００３】
この熱電対は、２００μｍ径程度のクロメル線とアルメル線の一端に２５μｍ程度のクロメル線とアルメル線を接合しこの細いクロメル線とアルメル線の端を重ねて接触部を融合し、あるいはこの接触する測温部を球状となるように溶融接合し、その後圧延して円盤状とした構造を有するものである。
【０００４】
しかし、この熱電対は、クロメル線とアルメル線の先端を接合するほか、これらの２００μｍ径の線に同じ材質の２５μｍ径の細い線を接合しており、合計３箇所の接合が必要であり製造する工程が複雑となるという問題があった。またこれらクロメル線とアルメル線は太い径の線の部分に細い径の線の部分が接合されるから強度的に弱いという問題もあった。
【特許文献１】特開２００３−３４４１７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上記のような従来の熱電対を用いた温度測定装置の問題点にかんがみてなされたもので、製造が簡単でしかも堅牢で廉価な熱電対を用いた温度測定装置、及びこの装置に用いる堅牢な熱電対を製造可能な製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の請求項１によれば、第１の導線の先端及びこの第１の導線と異なる材質の第２の導線の先端を接触、固定し、この部分の置かれる温度を電位差として検知する、熱電対を用いた温度測定装置であって、前記第１の導線の先端及び前記第２の導線の先端の所定の長さ部分を、先端に行くほど漸次、細くしたテーパ状としその先端で接続固定したことを特徴とする、熱電対を用いた温度測定装置を提供する。
【０００７】
本発明の請求項５によれば、第１の導線及び第２の導線の先端を接触、固定してこの部分の置かれる温度を電位差として検知する温度測定装置の熱電対の製造方法であって、被覆された前記第１の導線及び前記第２の導線の先端部分を所定の長さだけ露出させ、その部分を電解研磨液に漬けて先端に行くほど細くなるように電解研磨を行う電解研磨ステップと、この電解研磨ステップにより細くされた先端において電気溶接することにより前記第１の導線と第２の導線の先端を接触固定する電気溶接ステップと、を有することを特徴とする温度測定装置の熱電対の製造方法を提供する。
【０００８】
なおここで述べる熱電対は、異なる２種類の金属体の両端を電気的に接続して閉回路を作り、この一端を加熱することによって、温度差に応じて熱起電力を起こさせる現象（ゼーベック効果）を利用したもので、この熱起電力により温度を測定する構造の温度センサのことである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、製造が簡単でしかも堅牢で廉価な熱電対を用いた温度測定装置、及びこの装置に用いる堅牢な熱電対を製造可能な製造方法が得られる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。本発明による装置は熱電対を用いて温度を測定する装置であり、第１の導線と第２の導線の先端部を接触固定してその部分の温度に対応して生ずる電位差を検知して温度を測定する。この場合の第１の導線と第２の導線を熱電対線という。以下に述べる実施形態は、熱電対線として、クロメル線とアルメル線を用いる場合の例である。
【００１１】
図１に本発明一実施形態の構成例を示す。図１において、１１はニッケル及びクロムを主成分とする合金、いわゆるクロメル線であり、１２はニッケルを主成分とするいわゆるアルメル線である。これらのクロメル線１１及びアルメル線１２は、例えば０．２ｍｍの断面、円形状の線である。  これらの熱電対のＪＩＳによる種類は、Ｂ，Ｒ，Ｓ，Ｎ，Ｋ，Ｅ，Ｊ，Ｔである。ここではＫ型の熱電対線の場合に本発明を適用した実施形態について述べるが、本発明はＫ型に限られるものではない。
【００１２】
これらのクロメル線１１とアルメル線１２は、端部近くで絶縁部１３において固定されている。
【００１３】
絶縁部１３から、クロメル線１１とアルメル線１２は１５ｍｍ程度、突出しているが、この部分は基が太く先端が細いテーパ状となっている。元の部分は直径２００μｍ程度で先端の太さは２０μｍ程度とする。このように、クロメル線１１アルメル線１２をテーパ形状にするには、後で詳しく述べるように電解研磨のエッチング法を用いて行う。
【００１４】
図１に示したように、先端部分でテーパ状のクロメル線１１（クロメル線のテーパ状部１１ａ）と先端部分でテーパ状のアルメル線１２（アルメル線のテーパ状部１２ａ）は、ほぼ平行になっている。このように平行となっているクロメル線のテーパ状部１１ａとアルメル線のテーパ状部１２ａを、図２（ａ）に示すように、互いに接近させ先端で接触させて、電気溶接して固定する。図２（ｂ）に先端部の拡大図を示す。この図から明らかなようにクロメル線１１とアルメル線１２は先端で重ねられ、溶接される。この溶接された点線で示された部分、すなわち測温接点部２１が測定したい部分に置かれて温度測定がなされる。
【００１５】
後述する図４に示すように、クロメル線の端部のプラス端子１１ｂ、アルメル線の端部のマイナス端子１２ｂには、所定の直流電圧温度検知器が接続される。これらの端子は直流電圧温度検知器に接続される導線と一体とされてもよい。
【００１６】
なお、絶縁部１３はガラス繊維、フッソ樹脂絶縁体、テフロン（登録商標）樹脂絶縁体などにより作られる。絶縁部１３にガラス繊維を用いた場合には、例えばクロメル線、アルメル線の導体それぞれにガラス繊維をスパイラル状に巻きつけ絶縁したものを平行に束にし、その外側にガラス繊維を編み付け固着した楕円形状とする。絶縁部１３にテフロン（登録商標）樹脂絶縁体を用いる場合には、クロメル線、アルメル線の導体それぞれに、テフロン（登録商標）を被覆し絶縁したものを平行に束にし、その外側にテフロン（登録商標）を被覆し固着した楕円形状とする。なお、この絶縁部１３は、特別、設けなくてもよい。
【００１７】
ここで、クロメル線及びアルメル線をテーパ状にするための本発明の温度測定装置の製造方法について述べる。まず、クロメル線１１とアルメル線１２を必要な長さに切断する。次に、測温接点部２１を非常に細くするために先端から１５ｍｍ程度を絶縁被覆の部分を除去する。被覆を除去された導線部分を露出させ、互いに触れないように二股に分ける。また、測温接点部を極細にして電圧を印加するために、反対側の先端から１５ｍｍ程度の絶縁被覆部分を除去し、導線を露出させる。
【００１８】
熱電対線の電気抵抗は、実測で１ｍにつき、クロメル線で２２Ω（オーム）、アルメル線で９Ω程度のものを用いた。
【００１９】
ところで、クロメル線とアルメル線は、材質の違いから、電気抵抗が異なる特性を有する。クロメル線はアルメル線より、抵抗値が高い。したがって、各線に流れる電流値が異なり、エッチング速度のバラツキが生じ太さや長さに不揃いが発生し易い。このような不揃いをなくするために、クロメル線の電気抵抗に見合うだけの抵抗値を有する抵抗器３０をアルメル線に直列に接続、クロメル線とアルメル線の加工精度を維持する。この例では１ｍにつき１３Ω程度の値を有する抵抗器３０をアルメル線に直列に接続している。勿論この抵抗器は、用いるアルメル線、クロメル線などに応じて上記不揃いが生じないように、適切な値のものを用いることが望ましい。
【００２０】
クロメル線とアルメル線の先端をテーパ状にするための電解研磨及びエッチングは、次のようにして行う。電解研磨液３１として、塩化第二鉄液「ボーメ４０度」１に対して蒸留水１の混合液を用意し、電解槽３２に入れる。この電解槽３２は３０°前後の液温を保持しておく。電解研磨を行うための陰極３３ａ，３３ｂとしてはチタン合金を用いる。安定した電圧、電流を確保するために、電解研磨電源３４には１２ボルトの蓄電池を用いる。電解研磨電源３４のマイナス端子には、陰極３３ａ，３３ｂ、即ちチタン合金が接続される。
【００２１】
電解研磨電源３４のプラス端子には、クロメル線のプラス端子と、抵抗器３０を介してアルメル線のマイナス端子が接続される。また、エッチング状況を常時監視するために、電圧計、電流計を備える（図示せず）。
【００２２】
電解槽３２の真上に、保持具に吊り下げられる物を昇降させることが可能な自動昇降装置３５を設置する。クロメル線とアルメル線の測温接点部を極細にする部位を、下にして熱電対線を自動昇降装置の上記保持具に吊り下げる。これを、およそ５秒で１ｃｍ程度の比較的速いスピードで下降させ、所定の長さまで電解研磨液の中に入ったら、常時、上下に動かし、電解研磨液の中で停止しないほうが好ましい。
【００２３】
電解研磨電源のスイッチ（図示せず）をオンすると共に、自動昇降装置３５の電源（図示せず）をオンにすると、熱電対線が電解研磨液３１の中を上下し、電解研磨が開始する。電解研磨が開始してから適切な時間を見はかり、およそ５秒で１ｃｍ程度の速さで引き上げ、熱電対線の直径をマイクロメータで計測し、クロメル線とアルメル線の先端部が２０μｍ程度になったら、電解研磨を終了する。先端に行くほど電解研磨により溶けるスピードが速く、クロメル線とアルメル線は先端部においてテーパ形状となる。
【００２４】
このようにして熱電対線の線径が決定したら、電解研磨液に触れた部位を中和し乾燥させる。このように乾燥させた熱電対線に絶縁部を設けて、先端部位を電気溶接して固定し、性能検査を経て本発明の測定装置に用いる熱電対測定部が得られる。
【００２５】
なお、電解研磨液の温度、濃度の誤差の関係でエッチングに要する時間により少なからず熱電対線の太さの誤差が出るので、初期段階で仕上がり精度を確認し自動昇降機のエッチング時間を確定し設定した後に量産に入るのがよい。
【００２６】
上述の製造方法によれば、電解研磨により熱電対線の所定長さの先端部分をテーパ形状にし、電気溶接により先端部分の接触固定を行っているので、簡単にしかも堅牢な熱電対を製造できる利点がある。
【００２７】
図４に本発明による温度測定装置による温度測定の状態を示す。クロメル線とアルメル線は、導線４１ａ，４１ｂで直流電圧温度検知器４２に接続される。測温接点部２１は測定したい部位に置かれ、この測温接点部２１から導かれたクロメル線とアルメル線、導線４１ａ，４１ｂを介して得られる電位差が、直流電圧温度検知器４２により電位差として検知され、温度として測定されることになる。クロメル線やアルメル線には、直流電圧温度検知器４２にｍＶ程度の直流電圧(電位差）として検知され、その電圧が温度に変換される。
【００２８】
上述の温度測定装置によれば、測温接点部のみ溶接（接触固定）されており他の部分で溶接されていないから、堅牢でありしかも工程的にも他の部分を固定する工程が不要であるから、堅牢でしかも廉価な熱電対が得られ、温度測定装置としても廉価なものが得られる利点がある。
【００２９】
上記実施形態では、アルメル線、クロメル線の太さは２００μｍとしたが、１００μｍ〜３５０μｍ程度の太さであればよい。また熱電対を形成する線の先端部の太さは上記実施形態では２０μｍとしたが、あまり細いと機械的に弱くなってしまうので、この程度以上で５０μｍ程度以下の太さであることが好ましい。
【００３０】
更に詳細に述べると、一般市販品の熱電対線は、各絶縁材共通で、直径０．１ｍｍ（断面積０．００３ｍｍ２）、直径０．２ｍｍ（断面積０．０３ｍｍ２）、直径０．３２ｍｍ（断面積０．０８ｍｍ２）のものがあるが、直径０．１ｍｍあるいは直径０．２ｍｍのものを使用した場合には、先端部の太さが２０〜５０μｍ、直径０．３２ｍｍのものを使用した場合には、先端部の太さが３０〜５０μｍ程度が好ましい。
【００３１】
また熱電対線のテーパ状部の長さは１５ｍｍに限られず、１０〜３０ｍｍ程度の範囲内にあることが好ましい。
【００３２】
なお図４に示した温度測定装置によって、ガラス繊維被覆の熱電対線を用いた場合には、測定精度±２．５℃程度で、測温接点部では常温から３００℃、測定温度としては、常温から２５０℃の範囲で測定可能である。また、テフロン（登録商標）樹脂被覆の熱電対線を使用した場合には測定精度±２．５℃程度で、測温接点部で−２５０℃〜＋３００℃、測定温度としては−２５０℃〜＋２００℃の範囲で測定可能である。またフッソ樹脂被覆の熱電対線を用いた場合には上記測定精度で、測温接点部で−２００℃〜３００℃、測定温度として−２００℃〜２６０℃の範囲で測定可能である。
【００３３】
また、上記実施形態では、熱電対線としてクロメル線とアルメル線を用いた場合について述べた。しかし、本発明に用いる熱電対線はクロメル線とアルメル線に限られず、２種の材質の導線を接触させることにより熱電対として機能し、その接点部の温度に応じて電位差を発生するものであればどのような導線であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明一実施形態による温度測定装置の温度測定部付近の熱電対線の先端を接触固定する前の状態を示す図。
【図２】本発明一実施形態による温度測定装置の熱電対線の先端部を接続したあとの状態を示す図。
【図３】本発明一実施形態による温度測定装置の熱電対線の先端部分のテーパ形状を形成する方法を説明するための図。
【図４】本発明一実施形態による温度測定装置によって温度測定を行う状態を説明するための図。
【符号の説明】
【００３５】
１１・・・クロメル線、
１２・・・アルメル線、
１１ａ，１２ａ・・・テーパ状部、
１１ｂ・・・プラス端子、
１２ｂ・・・マイナス端子、
１３・・・絶縁部、
３１・・・電解研磨液、
３２・・・電解槽、
３３ａ，３３ｂ・・・陰極、
３４・・・電解研磨電源、
３５・・・自動昇降装置、
４１ａ，４１ｂ・・・導線、
４２・・・直流電圧温度検知器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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