(57)【要約】【課題】  配管、容器などの機器の表面温度の測定において、雰囲気温度との温度差が大きく、かつ、保温材の設置が許されない測定対象物に使用しても、雰囲気温度の影響による測定誤差を低く抑えることのできる温度センサーの先端部の機構を提供することを目的とする。【解決手段】  温度センサーとその先端部が金属製の箱とから構成され、箱の測定対象物と接触する面の箱の内側に温度センサーを溶接または接着材により取付け、温度センサーのリード線の箱貫通部にＭＩケーブルを使用し、箱の内部を１０Ｔｏｒｒ以下の真空にした真空断熱温度センサーとした。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度センサーと金属製の箱から構成され、箱の測定対象物と接触する面の箱の内側に温度センサーを溶接または接着材により取付け、温度センサーのリード線の箱貫通部にＭＩケーブルを使用し、箱の内部を１０Ｔｏｒｒ以下の真空にした真空断熱温度センサー。
【請求項２】
内面を研磨した箱を使用する請求項１に記載の真空断熱温度センサー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機器の表面温度を測定する温度センサーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、配管や容器等の機器の表面温度を測定する場合、図９、図１０に示すようなパッドを温度センサーの先端に取付けて測定対象に設置するのが一般的であった。図９は従来の温度センサーの平面図、図１０はそのIX−IX断面図である。
【０００３】
これらの図に示すように、温度センサー１０２を金属製のパッド１０１に、１０４ａ部で溶接することや、接着材を塗布することなどにより取付け、これを測定対象物５に１０４ｂ部を溶接することにより設置していた。
【０００４】
上記のパッドの変形として、図１１、図１２に示す断面形状のパッドが用いられることもある。図１１は、配管など円形表面の温度測定用のパッドで、測定対象物５の表面形状に合わせて接触面に曲率を持たせている。
【０００５】
また、図１２はシース熱電対を温度センサー１０２として使用しているもので、図９のパッド１０１において、シース熱電対を位置する箇所に切り欠きを入れて、シース熱電対を測定対象物と直接接触させ、さらに、シース熱電対に測定対象物方向の力を加えて断面形状を扁平にし、測定対象物とシース熱電対の接触面積を増やしたものである。
【０００６】
また、公知文献には、管路の外側の外管の空間部を真空部として形成し、管路の外周面に管路と一体的に温度センサを配設した構造のものが記載されている（特許文献１参照）。
【０００７】
しかしながら、公知文献には、温度センサーを管路内流体に突出させないという課題の解決のための手段および外部温度の影響を受け難いため、高い精度で管路内流体の温度を測定できるという定性的な効果が記載されているのみで、本発明の目的および課題を解決するための手段（構成あるいは構造）を異にするものであり、さらに温度測定の精度向上も定量的に記載されていない。
【特許文献１】特開２００１−１５３７３１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の技術によれば、ボイラ、精油施設の加熱炉、焼却炉などの燃料が燃焼する炉の内部において、蒸気の流れる低温配管などの雰囲気温度との温度差が大きく、かつ、保温材の設置ができない機器の表面温度を測定する場合、雰囲気から温度センサーへ熱の流入があるため、雰囲気温度の影響により温度測定値に誤差が生じる。
【０００９】
図１２に示す形状のパッドの場合は、図１０、図１１の形状のものに比べて、測定対象物とシース熱電対先端部の間の伝熱が促進されてこの誤差は減少するが、温度センサーの上面が雰囲気から熱の流入を受けることに変わりはなく、誤差の大きな軽減には至らないという課題がある。
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するために鋭意検討して成されたものであり、配管、容器などの機器の表面温度の測定において、雰囲気温度との温度差が大きく、かつ、保温材の設置が許されない測定対象物の温度測定においても、雰囲気温度の影響による測定誤差を低く抑えることのできる高精度の温度センサー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】
【００１１】
上記の事情に鑑み、請求項１の発明は、温度センサーと金属製の箱から構成され、箱の測定対象物と接触する面の箱の内側に温度センサーを溶接または接着材により取付け、温度センサーのリード線の箱貫通部にＭＩケーブルを使用し、箱の内部を１０Ｔｏｒｒ以下の真空にした真空断熱温度センサーとした。
【００１２】
また、請求項２の発明は、請求項１の発明の箱の内面を研磨したものを使用する真空断熱温度センサーとした。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１の発明による真空断熱温度センサーは、温度センサーと金属製の箱から構成され、箱の測定対象物と接触する面の箱の内側に温度センサーを溶接または接着材により取付け、温度センサーのリード線の箱貫通部にＭＩケーブルを使用し、箱の内部を１０Ｔｏｒｒ以下の真空にした真空断熱温度センサーであるので、雰囲気と温度センサーは真空断熱をされており、かつ、温度センサーは箱の測定対象物と接触している面の温度を測定しているために、周囲温度の影響を受けることが少なく、測定対象物の表面の温度を測定できる。また、箱内を真空にするために、温度センサーのリード線の箱からの取出部の密閉性を確保する必要があり、これにはハーメチックシールなどの従来の機構を使用することができる。しかしながら、ハーメチックシールでは、箱の大型化、構造の複雑化が避けられないので、本発明では、温度センサーのリード線の箱からの取出部にＭＩケーブルを使用することにより、小型で簡単な構造とすることが可能となった。
【００１４】
さらに、請求項２の発明による真空断熱温度センサーは、内面を研磨して熱放射率を小さくした箱を使用するものである。箱の雰囲気に接する部分は雰囲気から入る熱によって高温となるが、この高温部の熱が箱内部の輻射伝熱によって温度センサーに伝わることを、箱内面の熱放射率を小さくすることにより少なく抑えることができ、雰囲気温度の影響による温度測定誤差をさらに減少させる効果が高まる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明を、添付する図面に示す実施例により、以下詳細に説明する。
【００１６】
図１および図２は全体形状を示す図で、図１は平面図、図２は図１のＩ−Ｉ断面図、図３および図４は図１および図２に示されているＭＩケーブルの形状図で、図４は図３のIII −III 断面図である。
【００１７】
ステンレス製で円筒形の箱１の内部に図１、図２に示すように、温度センサーとして熱電対素線３ａと３ｂが挿入されている。熱電対の＋側素線３ａと−側素線３ｂは、箱１が測定対象物５と接触する底面の中央４ａ部で箱に溶接されており、ここの温度を測定している。熱電対素線の箱の貫通部には、ＭＩケーブル２が使用されており、ＭＩケーブルは４ｂ部において箱に溶接されている。
【００１８】
ＭＩケーブル２は、図３、図４に示すように、ステンレス製のシース６の内部に、熱電対の＋側素線３ａと−側素線３ｂを酸化マグネシウム（ＭｇＯ）またはアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）の絶縁材７を介在させて収容したもので、その両端部にはエポキシ樹脂、ガラス等によるシール８が絶縁材への湿気の浸入防止と真空維持のために施されている。図３の素線３ａ、３ｂの左端が前記のように箱底面中央に溶接される。なお、シール８は図３では図示を省略している右端にのみ設けたとしても、左端は真空内にあるので防湿、密閉機能は変わらない。
【００１９】
箱１は、上蓋と本体が４ｃ部で溶接されていて、これと４ｂの溶接およびＭＩケーブルのシース６、シール８によって密閉され、箱内の真空が保持されている。箱内の真空化は、組立てにおいて４ａ、４ｂ部を溶接した後、最後に真空中で４ｃ部を溶接することにより可能である。もしくは、箱に径０．５ｍｍ程度の貫通穴を設けておいて、最後に真空中でこの穴を溶接で塞ぐことでもよい。
【００２０】
組立て後、４ｄ部の溶接によって測定対象物に設置する。
【００２１】
本発明のもう一つの実施形態を図５に示す。図１は図５の平面図で、図５はそのＩ−Ｉ断面図である。
【００２２】
この実施形態では、温度センサーとして薄膜式測温抵抗体３ｃを使用している。薄膜式測温抵抗体は、箱の底面の中央部に接着材９で接着されており、そのリード線３ｄはＭＩケーブル２の芯線１０と接続部１１において接続されている。ＭＩケーブル２は図３、図４に示す構造のものであるが、芯線は銅、ニッケル等の抵抗の小さいリード線材料となっている。その他は図１ないし図４の実施形態と同じである。
【００２３】
次に、本発明の真空断熱温度センサーの効果について、定量的に説明する。
【００２４】
図６は、真空中に設けた発熱量一定のヒータの温度を測定した実験結果である。
【００２５】
大気圧７６０Ｔｏｒｒから圧力を低くしていくと、ヒータ温度は上昇していくが、圧力が約１０Ｔｏｒｒ以下では、上昇は僅かになる。このことは、圧力が大気圧から約１０Ｔｏｒｒまでは空気を介した伝熱が比較的多く、これ以下では輻射伝熱が支配的になることを表している。したがって、圧力を１０Ｔｏｒｒ以下とすることが真空断熱を行う上で効果的であることが分かる。
【００２６】
図７、図８は、各々５００℃、３００℃の液体を内包した厚さ１０ｍｍのステンレス槽の表面温度測定について、従来のパッドによる温度測定の誤差と、本発明の断熱温度センサーによる測定の誤差を、雰囲気温度をパラメータとして表した図である。
【００２７】
これらの図には以下が示されている。
【００２８】
・破線：図１、図２に示す真空断熱温度センサーで、外径３０ｍｍ、高さ２０ｍｍ、肉          厚２ｍｍの内面を研磨した箱を使用したものの測定誤差の有限要素解析値。
【００２９】
・点線：図１、図２に示す真空断熱温度センサーで、外径４０ｍｍ、高さ２０ｍｍ、肉          厚２ｍｍの内面を研磨した箱を使用したものの測定誤差の有限要素解析値。
【００３０】
・細線：図１、図２に示す真空断熱温度センサーで、外径３０ｍｍ、高さ２０ｍｍ、肉          厚２ｍｍの内面を研磨していない箱を使用したものの測定誤差の有限要素解析          値。
【００３１】
・×印：図９および図１２に示す従来のパッドで横２５ｍｍ、縦２０ｍｍ、肉厚２ｍｍ          のステンレス製のものを用いて測定した実験値。
【００３２】
・実線：図１２に示す従来のパッドで、平面形状が×印のパッドと同等面積の径２５ｍ          ｍの円形で、肉厚２ｍｍのステンレス製のものを用いた場合の測定誤差の有限          要素解析値。
【００３３】
有限要素解析は、ステンレスおよび溶接部の熱伝導率を１６W/m ℃、研磨した面、即ち真空断熱温度センサーの研磨した箱内面の熱放射率を０．１、研磨していない面すなわちステンレス槽表面、従来のパッドの表面、真空断熱温度センサーの箱外面および研磨していない箱内面の熱放射率を０．４として計算した。これらはステンレスの代表的な値である。
【００３４】
また、真空断熱温度センサーの箱内部の圧力は１０Ｔｏｒｒ以下となっていて、空気を介する伝熱は無視できるとし、輻射伝熱のみを考慮した。図７に示す従来のパッドによる実験値（×印）は、これと同等寸法のパッドによる測定の解析値（実線）とほぼ一致しており、解析値に信頼性があることを示している。
【００３５】
図７および図８は、従来のパッドによる場合（実線）に比べて内面を研磨しない外径３０ｍｍの真空断熱温度センサー（細線）では誤差が約３／４に減少することを示しており、内面を研磨した外径３０ｍｍの真空断熱温度センサー（破線）では誤差が約２／３に減少することを示している。さらに、外径４０ｍｍの内面を研磨した真空断熱温度センサー（点線）では約１／３に誤差は減少する。
【００３６】
以上の如く、本発明は、温度センサーと金属製の箱から構成され、箱の測定対象物と接触する面の箱の内側に温度センサーを溶接または接着材により取付け、温度センサーのリード線の箱貫通部にＭＩケーブルを使用し、箱の内部を１０Ｔｏｒｒ以下の真空にした真空断熱温度センサーであるので、雰囲気温度との温度差が大きい機器の表面温度を測定する場合に、従来のパッドによる測定に比べて、雰囲気温度の影響による測定誤差を低く抑えることができる。
【００３７】
また、この誤差抑制効果は、箱の内面を研磨して熱放射率を小さくして輻射伝熱を少なくすることにより大きくなる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
ボイラ、精油施設の加熱炉、焼却炉などの燃料が燃焼する炉の内部において、蒸気の流れる低温配管などの雰囲気温度との温度差が大きく、かつ、保温材の設置ができない機器を測定対象としてその表面温度を測定する場合に効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の真空断熱温度センサーの平面図である。
【図２】熱電対を使用した場合の図１のＩ−Ｉ断面図である。
【図３】図１、図２および図５の実施例における貫通部ＭＩケーブルの縦断面図である。
【図４】図３のIII −III 断面図である。
【図５】薄膜式測温抵抗体を使用した場合の図１のＩ−Ｉ断面図である。
【図６】真空度による伝熱量の変化を調べた実験値を示す図である。
【図７】内包流体温度５００℃、厚さ１０ｍｍのステンレス槽の表面温度を、本発明の真空断熱温度センサーを用いて測定した場合と、従来のパッドを用いて測定した場合の誤差解析値および従来のパッドを用いた実測値の誤差を示す図である。
【図８】内包流体温度３００℃、厚さ１０ｍｍのステンレス槽の表面温度を、本発明の真空断熱温度センサーを用いて測定した場合と、従来のパッドを用いて測定した場合の誤差解析値を示す図である。
【図９】従来の温度センサー先端パッドの平面図である。
【図１０】図９のパッドのIX−IX断面図である。
【図１１】配管表面温度測定用に作られた図９のパッドのIX−IX断面図である。
【図１２】改良された図９のパッドのIX−IX断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１…真空断熱のための箱
２…ＭＩケーブル
３…温度センサー（３ａ：熱電対の＋側素線、３ｂ：熱電対の−側素線、３ｃ：薄膜        式測温抵抗体、３ｄ：薄膜式測温抵抗体のリード線）
４…溶接部（４ａ：熱電対素線と真空断熱箱底面との溶接部、４ｂ：ＭＩケーブルと        真空断熱箱との溶接部、４ｃ：真空断熱箱の本体と上蓋との溶接部、４ｄ：真空        断熱箱と測定対象物との溶接部）
５…測定対象物
６…シース
７…絶縁材
８…シール
９…薄膜式測温抵抗体と真空断熱箱底面との接着材
１０…ＭＩケーブルのリード線材を材質とする芯線
１１…薄膜式測温抵抗体のリード線とＭＩケーブルのリード線材を材質とする芯線の接        続部
１０１…パッド
１０２…温度センサー
１０４…溶接などによる接着部（１０４ａ：温度センサーとパッドとの接着部、１０４ｂ        ：パッドと測定対象物との溶接部）
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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