(57)【要約】      （修正有）【課題】放射温度計が設置された雰囲気において、センサヘッドの外部からの熱外乱が起こり、センサ素子の熱バランスがくずれ、変換器へ出力される信号に生ずる誤差を抑え、センサヘッド外部からの熱の影響のない放射温度計センサ素子断熱構造を提供する。【解決手段】センサヘッド筺体０１０１と、センサヘッド筺体内に収められ、赤外線放射エネルギーを検出するセンサ素子０１０２と、赤外線放射エネルギーを透過する赤外線レンズ０１０３と、赤外線レンズを透過した赤外線放射エネルギーをセンサ素子へ導く鏡筒０１０４と、センサ素子が検出した信号を変換器へ出力するための出力ケーブル０１０５と、センサ素子の端子と接続された第一接続部０１０６と、出力ケーブルと接続された第二接続部０１０７と、第一接続部と第二接続部を接続する接続導線０１０８と、からなる放射温度計センサ素子の断熱構造。【選択図】図１
2012177557.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサヘッド筺体と、
センサヘッド筺体内に収められ、赤外線放射エネルギーを検出するセンサ素子と、
赤外線放射エネルギーを透過する赤外線レンズと、
赤外線レンズを透過した赤外線放射エネルギーをセンサ素子へ導く鏡筒と、
センサ素子が検出した信号を変換器へ出力するための出力ケーブルと、
センサ素子の端子と接続された第一接続部と、
出力ケーブルと接続された第二接続部と、
第一接続部と第二接続部を接続する接続導線と、
からなる放射温度計センサ素子の断熱構造。
【請求項２】
前記接続導線は、直径０．０８ミリメートル以下である請求項１に記載の放射温度計センサ素子の断熱構造。
【請求項３】
前記出力ケーブルは、内部に直径略０．０８ミリメートル以下の導電体を複数本合わせることで構成される請求項１または２に記載の放射温度計センサ素子の断熱構造。
【請求項４】
前記センサ素子は、赤外線放射エネルギー検出領域周辺以外を熱伝導性の高い材料で構成されたセンサ治具によって覆われている請求項１から３のいずれか一に記載の放射温度計センサ素子の断熱構造。
【請求項５】
前記鏡筒は、熱伝導性の高い材料で構成されている請求項１から４のいずれか一に記載の放射温度計センサ素子の断熱構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線放射エネルギーを検出するセンサ素子を有するセンサヘッドと、検出した信号を温度値へ変換するための変換器が別体で構成され、その間を出力ケーブルによって接続されている放射温度計であって、センサヘッドの周囲温度および出力ケーブル周辺の温度変化による影響を抑えた放射温度計に関する。
【背景技術】
【０００２】
放射温度計は、放射温度計が設置された雰囲気において、センサヘッドの外部からの熱外乱が起こると、センサ素子の熱バランスがくずれ、例えばサーモパイルのような放射温度計の場合、変換器へ出力される信号に誤差を生ずる。このようなセンサヘッド外部からの熱の影響は、大きな誤差となる。
【０００３】
このため、従来の放射温度計では、特許文献１に示すように、センサ素子に空気断熱層を設けた輻射熱温度センサが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−１０９５４６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に示した輻射熱温度センサを用いた場合、変換器と接続される出力ケーブルからの熱の流入や放出が避けられず、温度が不均一な状態となってしまう可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そこで、本件発明では、上記問題を鑑み、以下の放射温度計を提供する。すなわち第一の発明としては、センサヘッド筺体と、センサヘッド筺体内に収められ、赤外線放射エネルギーを検出するセンサ素子と、赤外線放射エネルギーを透過する赤外線レンズと、赤外線レンズを透過した赤外線放射エネルギーをセンサ素子へ導く鏡筒と、センサ素子が検出した信号を変換器へ出力するための出力ケーブルと、センサ素子の端子と接続された第一接続部と、出力ケーブルと接続された第二接続部と、第一接続部と第二接続部を接続する接続導線と、からなる放射温度計センサ素子の断熱構造を提供する。
【０００７】
第二の発明としては、前記接続導線を、直径０．０８ミリメートル以下である第一の発明に記載の放射温度計センサ素子の断熱構造を提供する。
【０００８】
第三の発明としては、前記出力ケーブルが、内部に直径略０．０８ミリメートル以下の導電体を複数本合わせることで構成される第一の発明または第二の発明に記載の放射温度計センサ素子の断熱構造を提供する。
【０００９】
第四の発明としては、前記センサ素子が、赤外線放射エネルギー検出領域周辺以外を熱伝導性の高い材料で構成されたセンサ治具によって覆われている第一の発明から第三の発明のいずれか一に記載の放射温度計センサ素子の断熱構造を提供する。
【００１０】
第五の発明としては、前記鏡筒が、熱伝導性の高い材料で構成されている第一の発明から第四の発明のいずれか一に記載の放射温度計センサ素子の断熱構造を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本件発明の放射温度計センサ素子の断熱構造のように、センサ素子の端子と出力ケーブルを直に接続せずに、複数の接続部を介すことで、出力ケーブルからの熱の流入や流出を抑え、センサ素子の温度を均一に保つことが可能となる。
【００１２】
また、本件発明の放射温度計センサ素子の断熱構造のように、出力ケーブルの導電体の太さを細くすることで、センサ素子への熱の出入りを抑制し、指示誤差を抑えることが可能となる。
【００１３】
また、本件発明の放射温度計のセンサヘッド構造のように、センサ素子を熱伝導性の高い材料で構成されたセンサ治具や鏡筒でおおうことで、指示誤差を小さくすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態１の放射温度計センサ素子の断熱構造を説明するための断面透視概念図
【図２】従来例を説明するための断面透視概念図
【図３】実施形態１の放射温度計センサ素子の断熱構造を用いた場合の指示誤差の変化に関するグラフ
【図４】実施形態２の放射温度計センサ素子の断熱構造を説明するための断面透視概念図
【図５】実施形態２の放射温度計センサ素子の断熱構造を用いた場合の指示誤差の変化に関するグラフ
【図６】実施形態３の放射温度計センサ素子の断熱構造を説明するための断面透視概念図
【図７】実施形態３の放射温度計センサ素子の断熱構造を用いた場合の指示誤差の変化に関するグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本件発明の実施の形態について、添付図面を用いて説明する。なお、本件発明は、これら実施形態に何ら限定されるべきものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得る。
【００１６】
実施形態１は主に請求項１、請求項２などに関する。実施形態２は主に請求項３などに関する。実施形態３は主に請求項４、請求項５などに関する。
＜＜実施形態１＞＞
＜実施形態１  概要＞
【００１７】
本実施形態は、センサ素子と出力ケーブルとの間に、複数枚の基板を配置することで、出力ケーブルからセンサ素子への熱の流出や流入を抑えることを特徴とした放射温度計センサ素子の断熱構造である。
＜実施形態１  構成＞
【００１８】
図１に本実施形態の断熱構造を有するセンサヘッドの断面透視概念図である。本実施形態の放射温度計センサ素子の断熱構造は、センサヘッド筺体（０１０１）と、センサヘッド筺体内に収められ、赤外線放射エネルギーを検出するセンサ素子（０１０２）と、赤外線放射エネルギーを透過する赤外線レンズ（０１０３）と、赤外線レンズを透過した赤外線放射エネルギーをセンサ素子へ導く鏡筒（０１０４）と、センサ素子が検出した信号を変換器へ出力するための出力ケーブル（０１０５）と、センサ素子の端子（０１０９）と接続された第一接続部（０１０６）と、出力ケーブルと接続された第二接続部（０１０７）と、第一接続部と第二接続部を接続する接続導線（０１０８）と、からなる。
【００１９】
「センサヘッド筺体」は、内部に後述する赤外線放射エネルギーを検出するセンサ素子を有している。先にも述べたように、本件発明の放射温度計は、赤外線放射エネルギーを検出するセンサ素子が内蔵されたセンサヘッドと、センサ素子が検出した赤外線放射エネルギーを温度値に変換する変換器とは、別体で構成され、その間を後述する出力ケーブルにて接続されている。このセンサヘッド筺体は、センサ素子の他に、赤外線レンズといった光学系等が収められている。
【００２０】
「センサ素子」は、測定対象から放射される赤外線放射エネルギーを検出する。具体的には、マイクロボロメータ、サーモパイル、焦電形温度センサや、光起電力形温度センサ、光電導形温度センサなどのセンサである。本実施形態の放射温度計に用いられる赤外線センサの種類は、使用用途等に応じて、適宜選択することが可能である。このセンサ素子は、先にも述べたように、センサ素子の温度が不均一で温度分布が生じると、検出した赤外線放射エネルギーに基づく出力に誤差が生じ、正確な温度を測定することが出来なくなってしまう。
【００２１】
「赤外線レンズ」は、測定対象からの放射される赤外線放射エネルギーを透過し、センサ素子へ集光させるレンズである。赤外線レンズは、測定対象から放射される赤外線放射エネルギーを透過する材料である必要がある。また、赤外線レンズが透過する赤外線放射エネルギーの波長は、前述のセンサ素子が検出できる波長領域でなければならない。具体例としては、可視光波長領域では、フリントガラスや石英、近赤外波長領域では、フッ化カルシウム、赤外領域では、シリコンやゲルマニウム、セレン化亜鉛などで赤外線レンズを構成する。
【００２２】
「鏡筒」は、赤外線レンズが集光した赤外線放射エネルギーを、センサ素子に導く。また、赤外線レンズを複数有する放射温度計の場合には、この鏡筒内に複数のレンズを収め保持する。固定焦点ではなく可動焦点の場合には、レンズ位置を移動し、焦点位置を調節可能なように構成する。また必要に応じて鏡筒内に、センサ素子へ導かれる赤外線放射エネルギーの量をコントロールするための絞りを設けてもよい。
【００２３】
「出力ケーブル」は、センサ素子が検出した信号を変換器へ出力する。出力ケーブルは、特に限定せず一般的な出力ケーブルを使用することが可能である。長さ等についても、使用用途に応じて適宜選択すればよい。
【００２４】
「第一接続部」は、センサ素子の端子と接続された接続部である。センサ素子からセンサ素子が検出した赤外線放射エネルギーの信号を出力する端子は、直接出力ケーブルとは接続せずに、一旦第一接続部と接続する。図２にセンサ素子の端子と出力ケーブルを直接接続した場合の断面概念図を示した。図２の断面概念図では、本件発明の放射温度計センサ素子の断熱構造と同様に、センサヘッド筺体（０２０１）と、センサ素子（０２０２）と、赤外線レンズ（０２０３）と、鏡筒（０２０４）と、出力ケーブル（０２０５）を有しているが、センサ素子の端子（０２０９）と出力ケーブルが直に接続されている。仮に、図２のように、第一接続部を介さずに、センサ素子の端子と出力ケーブルと接続した場合、出力ケーブルが加熱されたり冷却されたり、センサヘッド筺体周囲の温度と、出力ケーブルが配置されている温度が異なる場合等、出力ケーブルから熱の流入または流出が行われる可能性がある。これにより、センサ素子の温度バランスが崩れ、温度斑が生じ、測定に影響する可能性がある。そこで、センサ素子の端子には、直接出力ケーブルを接続せずに、第一接続部や後述する第二接続部、接続導線を介して、センサ素子の端子と出力ケーブルが接続される。
【００２５】
「第二接続部」は、出力ケーブルと接続された接続部である。前述の第一接続部と同様に、第二接続部は、出力ケーブルとセンサ素子の端子が直に接続しないようにし、出力ケーブルからの熱の流入や流出を防いている。なお、前述の第一接続部および第二接続部は、センサ素子と後述する出力ケーブルの間に、後述する接続導線を設けるための構成である。従って、第一接続部および第二接続部は、図に示したようなプリント基板であってもよいし、単に溶接により接続されるような構成であってもよい。
【００２６】
「接続導線」は、第一接続部と第二接続部の間を接続する導線である。第一接続部と第二接続部、そして両者を接続する接続導線を介して、センサ素子が検出した赤外線放射エネルギーの信号を出力ケーブルへ伝え、変換器へ出力する。
【００２７】
このように、センサ素子の端子と出力ケーブルを直に接続せずに、第一接続部、接続導線、第二接続部を介すことで、出力ケーブルからの熱の流入や流出を防ぐことが可能であるが、さらに、熱の流入や流出を防ぐ方法として、接続導線を細くしてもよい。
【００２８】
具体的な例としては、一般的に接続部間の配線に用いる接続導線の太さは直径略０．１２ミリメートル程度であるが、これを直径略０．０８ミリメートル程度にするなどして、接続導線の太さを細くすることで、さらに出力ケーブルからの熱の流入や流出を防ぐことが可能となる。
【００２９】
図３に、センサヘッド筺体周囲の温度変化による指示温度値の誤差に関するグラフを示した。図３の（１）は図２に示した従来の放射温度計のセンサヘッドを用いた場合で、（２）は、図１に示した本実施形態の放射温度計のセンサヘッドを用いた場合である。尚、（２）は接続導線の太さを一般的な接続導線よりも細い直径略０．０８ミリメートルとした場合を示している。図３から、本実施形態の放射温度計のセンサヘッド構造のように、センサ素子の端子と出力ケーブルを直に接続するよりも、複数の基板を介し、さらに基板間を通常より細い接続導線で接続することで、指示誤差を小さくなることが明らかとなった。
＜実施形態１  効果＞
【００３０】
本実施形態の放射温度計センサ素子の断熱構造のように、センサ素子の端子と出力ケーブルを直に接続せずに、複数の接続部を介すことで、出力ケーブルからの熱の流入や流出を抑え、センサ素子の温度を均一に保つことが可能となる。
＜＜実施形態２＞＞
＜実施形態２  概要＞
【００３１】
本実施形態の放射温度計センサ素子の断熱構造は、実施形態１に述べた出力ケーブルを、従来から用いられている一般的な出力ケーブルに比べ、出力ケーブル内部の導電体を細くし、出力ケーブルからセンサ素子への熱の出入りを低減させたことを特徴とする放射温度計センサ素子の断熱構造である。
＜実施形態２  構成＞
【００３２】
図４に本実施形態の放射温度計センサ素子の断熱構造を説明するための断面透視概念図を示した。本実施形態の放射温度計センサ素子の断熱構造は、実施形態１に述べたセンサヘッド筺体（０４０１）と、センサ素子（０４０２）と、赤外線レンズ（０４０３）と、鏡筒（０４０４）と、出力ケーブル（０４０５）と、第一接続部（０４０６）と、第二接続部（０４０７）と、接続導線（０４０８）とからなる、放射温度計センサ素子の断熱構造において、出力ケーブルが、内部に直径０．０８ミリメートル以下の導体を複数本合わせることで構成される導電体を有する。
【００３３】
一般的に、センサヘッドと変換器が分離された放射温度計において、センサヘッドと変換器を接続する出力ケーブルは、複数の１本の太さが略０．１２ミリメートル程度の導体を７本程度撚り、これを複数本組み合わせて導電体を構成して、さらにこの導電体を複数（一般的には４本程度）組み合わせることで、出力ケーブルが構成される。この導電体の太さは略０．３６ミリメートル程度となる。センサヘッドのセンサ素子からの信号は電気信号として変換器へ送られる。従って、出力ケーブルは電気伝導性のよい導体によって構成される必要がある。電気伝導性の良い導体は、一般的に熱伝導性の良い材料であるため、出力ケーブルの導体を介して、センサヘッド内、すなわちセンサ素子への熱の出入りが行われる可能性がある。
【００３４】
この影響を少なくするため、本実施形態の放射温度計センサ素子の断熱構造では、出力ケーブル内の導体を、略０．０８ミリメートル以下とし、この導体を７本撚ることで、出力ケーブルを構成している。このように、導体の太さを細くし、導電体を構成することで、導電体の太さは略０．１５ミリメートル程度と細くなり、センサ素子との熱の出入りを小さくすることが可能となる。
【００３５】
図５に本実施形態の放射温度計センサ素子の断熱構造を用いた場合の、周囲温度変化による温度値の変化に関するグラフを示した。測定条件その他については、図３に示したものと同様である。また図中（１）は図２に示した従来の放射温度計のセンサヘッドを用いた場合で、（２）は図１に示した実施形態１の放射温度計のセンサヘッドを用いた場合、（３）は図４に示した本実施形態の放射温度計のセンサヘッドを用いた場合の例である。図５をみて明らかなように、出力ケーブルの導電体を細くすることで。センサヘッド周囲の温度変化による指示変動を小さく抑えることが可能となる。
＜実施形態２  効果＞
【００３６】
本実施形態の放射温度計センサ素子の断熱構造のように、出力ケーブルの導電体の太さを細くすることで、センサ素子への熱の出入りを抑制し、指示誤差を抑えることが可能となる。
＜＜実施形態３＞＞
＜実施形態３  概要＞
【００３７】
本実施形態は、センサヘッド筺体内部に配置されたセンサ素子を熱伝導性の高い材料からなる治具で覆うことで、センサ素子の温度を均一にしたことを特徴とする放射温度計センサ素子の断熱構造である。
＜実施形態３  構成＞
【００３８】
図６に本実施形態の放射温度計センサ素子の断熱構造を説明するための断面概念図を示した。本実施形態の放射温度計センサ素子の断熱構造は、実施形態１に述べたセンサヘッド筺体（０６０１）と、センサ素子（０６０２）と、赤外線レンズ（０６０３）と、鏡筒（０６０４）と、出力ケーブル（０６０５）と、第一接続部（０６０６）と、第二接続部（０６０７）と、接続導線（０６０８）とからなる、放射温度計センサ素子の断熱構造において、センサ素子が、赤外線放射エネルギー検出領域周辺以外を熱伝導性の高い材料で構成されたセンサ治具（０６１０）によって覆われている。
【００３９】
「センサ治具」は、センサ素子をセンサヘッド筺体内に保持し、センサ素子の温度が均一になるよう熱伝導性の高い材料から構成されている。図６に示した本実施形態の放射温度計のセンサヘッド筺体内の断面概念図では、センサ素子の赤外線放射エネルギー検出領域周辺以外をセンサ治具で覆っている。このセンサ治具は、熱伝導性の高い材料で構成されているため、仮にセンサヘッド筺体外部に温度変化が生じたり、一方向から熱が加えられた状態となったりしたときに、外部からの熱によりセンサ治具は熱せられる。このとき、治具は熱伝導性の高い材料で構成されているため、速やかに治具の温度は均一となる。治具が均一な温度となれば、治具に大半を覆われているセンサ素子も均一な温度状態に保持され、測定温度に誤差が生じにくくなる。
【００４０】
また、鏡筒もセンサ治具と同様に、熱伝導性の高い材料で構成してもよい。鏡筒を熱伝導性の高い材料で構成することで、さらにセンサ素子周囲が均一な温度に保たれ、温度分布が生じにくい状態となる。またセンサ素子の視野内に鏡筒が入る場合も、鏡筒の温度がセンサ温度と同じとなるため、鏡筒内に絞りなどを設置する必要もなくなる。
【００４１】
図７に図６に示した従来の放射温度計のセンサヘッドを用いた場合と本実施形態の放射温度計のセンサヘッドを用いた場合の周囲温度変化による温度値の変化に関するグラフを示した。図３の（１）は、図２に示した従来の放射温度計のセンサヘッドを用いた場合で、（２）は、実施形態１にて図１に示した放射温度計のセンサヘッドを用いた場合で、（３）は、実施形態２にて図４に示した放射温度計のセンサヘッドを用いた場合で、（４）は図６に示した本実施形態の放射温度計のセンサヘッドを用いた場合である。この図７をみて明らかなように、本実施形態の放射温度計のセンサヘッド構造のように、センサ素子を熱伝導性の高い材料で構成されたセンサ治具や鏡筒でおおうことで、指示誤差が抑えられており、センサヘッド筺体周囲温度を上昇させた場合でも指示誤差を小さくすることが明らかとなった。
＜実施形態３  効果＞
【００４２】
本実施形態の放射温度計のセンサヘッド構造のように、センサ素子を熱伝導性の高い材料で構成されたセンサ治具や鏡筒でおおうことで、指示誤差を小さくすることが可能である。
【符号の説明】
【００４３】
０１０１  ０２０１  ０４０１  ０６０１  センサヘッド筺体
０１０２  ０２０２  ０４０２  ０６０２  センサ素子  
０１０３  ０２０３  ０４０３  ０６０３  赤外線レンズ  
０１０４  ０２０４  ０４０４  ０６０４  鏡筒  
０１０５  ０２０５  ０４０５  ０６０５  出力ケーブル  
０１０６  ０４０６  ０６０６  第一接続部  
０１０７  ０４０７  ０６０７  第二接続部  
０１０８  ０４０８  ０６０８  接続導線  
０１０９  ０２０９  センサ素子の端子  
０６１０  センサ治具
【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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