(57)【要約】【構成】本発明の抵抗温度検出器（ＲＴＤ）は、入力信号を受信し、そして温度の関数である出力信号を発信する導電性要素を備えた温度検出回路を有する。この導電性要素については、抵抗の温度係数が約１０ｐｐｍ/°F〜約１０００ｐｐｍ/°Fの金属から構成する。【選択図】図１Ａ
2018514793.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
抵抗の温度係数（ＴＣＲ）が約１０ｐｐｍ/°F〜約１０００ｐｐｍ/°Fの金属から構成した導電性要素を有する温度検出回路を有することを特徴とする抵抗温度検出器（ＲＴＤ）。
【請求項２】
前記導電性要素をニッケル/クロム合金から構成し、この導電性要素の抵抗の温度係数がおよそ５０ｐｐｍ/°Fである請求項１に記載のＲＴＤ。
【請求項３】
前記導電性要素を鉄/ニッケル/クロム合金から構成し、この導電性要素の抵抗の温度係数がおよそ２５０ｐｐｍ/°Fである請求項１に記載のＲＴＤ。
【請求項４】
前記導電性要素を白金/タングステン合金から構成し、この導電性要素の抵抗の温度係数がおよそ２５０ｐｐｍ/°Fである請求項１に記載のＲＴＤ。
【請求項５】
温度変化に対する抵抗応答の線形性が０．０％〜０．０１％である金属から前記導電性要素を構成した請求項１に記載のＲＴＤ。
【請求項６】
前記導電性要素が導電性フィルムである請求項１に記載のＲＴＤ。
【請求項７】
前記導電性フィルムを基体の第１表面に成膜した請求項６に記載のＲＴＤ。
【請求項８】
前記基体を試験対象物に固定するようにした請求項７に記載のＲＴＤ。
【請求項９】
接着剤を使用して、前記基体の第２表面を前記試験対象物に接着するようにした請求項８に記載のＲＴＤ。
【請求項１０】
溶接によって、前記基体を前記試験対象物に固定するようにした請求項８に記載のＲＴＤ。
【請求項１１】
機械的な締め具によって、前記基体を前記試験対象物に固定するようにした請求項８に記載のＲＴＤ。
【請求項１２】
前記基体の前記第１表面に前記導電性フィルムをパターン成膜する請求項７に記載のＲＴＤ。
【請求項１３】
前記導電性要素を、蛇行回路として構成したワイヤである請求項１に記載のＲＴＤ。
【請求項１４】
前記導電性要素がコイル化ワイヤである請求項１に記載のＲＴＤ。
【請求項１５】
前記ワイヤを支持体の少なくとも一部に巻き付ける請求項１４に記載のＲＴＤ。
【請求項１６】
前記コイル化ワイヤを支持体の少なくとも一部に巻き付ける請求項１４に記載のＲＴＤ。
【請求項１７】
前記導電性要素の抵抗の温度係数（ＴＣＲ）が約１０ｐｐｍ/°F〜約１，０００ｐｐｍ/°Fである請求項１に記載のＲＴＤ。
【請求項１８】
前記金属がニッケル/クロム、鉄/ニッケル/クロム、白金/タングステン、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される元素の合金である請求項１に記載のＲＴＤ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願への相互参照
本出願は、２０１５年５月１日に出願された米国非仮特許出願第１４/７０２，２６２号の優先権を主張する出願であり、本非仮特許出願の内容についてはここに援用するものとする。
【０００２】
本発明は全体としては温度センサーに関し、具体的には抵抗温度検出器を用いる温度検出に関する。
【背景技術】
【０００３】
抵抗温度検出器（ＲＴＤ）の場合、ＲＴＤ内の検出回路の電気特性の変化を検出することによって環境温度を検出する。一般的には、検出回路は、電気抵抗が既知の金属ワイヤまたは金属フィルムを有し、この電気抵抗はＲＴＤによって検出された温度に依存して変化する。ＲＴＤの電気特性と温度変化との間のこの関係は既知である。従来のＲＴＤはリード線を有し、これらリード線（ｒｅａｄｓ）を外部装置に接続し、電気信号をＲＴＤに発信するとともに、ＲＴＤからの応答電気信号を調整する回路を形成するため、電気信号を温度測定値に変換できる。
【０００４】
信号調整回路（ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ  ｃｉｒｃｕｉｔ）を使用すると、応答信号を線形化（ｌｉｎｅａｒｉｚｅ）でき、また応答信号を減衰でき、あるいは応答信号の線形化および減衰をともに行うことができるため、温度に相関する信号を読み取りやすくなる。用途にもよるが、信号調整回路を使用せずにＲＴＤを直接読み取ることが望ましい場合もある。公知ＲＴＤの場合、応答が非線形であるため、あるいは小さな入力に対する応答が大きくなるため、出力信号の直接読み取りができない。
【０００５】
以上の理由から、直接読み取り式計器のスケール内にある温度変化に対する応答が線形のＲＴＤが求められている。
【発明の概要】
【０００６】
本発明のＲＴＤは、入力信号を受信し、温度の関数である信号を出力する導電性要素を備えた温度検出回路を有する。好ましい導電性要素については、抵抗の温度係数が約１０ｐｐｍ/°F〜約１０００ｐｐｍ/°Fの範囲にある金属から構成する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
以下添付図面を参照して本発明の例示的な実施態様を説明する。
【図１Ａ】本発明のフィルム型ＲＴＤを示す斜視図である。
【図１Ｂ】基体に固定した状態にある図１のフィルム型ＲＴＤを示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施態様における別なＲＴＤを示す斜視図である。
【図３Ａ】本発明の一実施態様におけるＲＴＤ回路を示す上面平面図である。
【図３Ｂ】本発明の一実施態様における別なＲＴＤ回路を示す上面図である。
【０００８】
本発明の理解の一助として、可能な場合には、同じ参照符号を使用して、添付図面の同じ要素を示すことにする。
【０００９】
発明の詳細な説明
図１Ａを参照して説明すると、ＲＴＤ１００は、公知方法で成膜した金属フィルムである導電性要素１０２を有するが、この金属としては以下に説明する電気特性をもつ純金属でもよく、あるいは合金でもよい。このＲＴＤ１００は、リード線１０６に電気的に対応する接続パッドまたは接続点１０４を有する。これらリード線１０６のうちの一本は、第１電圧などの入力信号を導電性要素１０２に送り、リード線１０６は出力信号、例えば導電性要素１０２の抵抗によって既に修正された第２電圧を送る。
【００１０】
図１Ｂを参照して説明すると、導電性フィルム１０２は基体１１０の一面１０８に公知方法によって成膜できる。基体１１０はフィルムでもよく、あるいはプレートでもよく、いずれも試験対象物に固定できる。基体１１０の第２表面１１２は、基体１１０を温度検出対象の試験物に固定できる。固定のさいには、環境が要求する膠などの接着剤、溶接、あるいはネジ刻設締め具（ｆａｓｔｅｎｅｒ）やリベットなどの機械式取り付け要素を使用することができる。
【００１１】
図２を参照して説明すると、導電性要素または導電性フィルム２０２を有するＲＴＤ２００を示す図であり、このフィルムについては、図示のように、基体２１０の第１表面２０８に蛇行パターン即ち蛇行回路２１６内に成膜できる。図示のパターン即ち回路２１６は公知方法によって形成できる。接続パッドまたは接続点２０４はリード線２０６に電気的に対応する。目的の導電性要素または導電性フィルム２０２において、回路２１６は基体２１０の一面であり、これは基体１１０とその機能および試験対象物への取り付けにおいて同様である。
【００１２】
図３Ａおよび図３Ｂには、本発明の別な実施態様に従って構成したＲＴＤを示す。図３ＡのＲＴＤ３００は蛇行回路即ち蛇行経路３１６に形成した金属ワイヤとして導電性要素３０２を有し、長軸（ｍａｊｏｒ  ａｘｉｓ）がＲＴＤ３００の縦軸（ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ  ａｘｉｓ）３０８に一致する。図３ＢのＲＴＤ３０１の場合、金属ワイヤ３０２からなる回路３１８を有し、長軸がＲＴＤ３０１の縦軸３１０に一致する。この実施態様では、ワイヤ３０２の一部を支持体３１２に巻き付ける。好適な実施態様では、金属ワイヤ３０２を支持体３１２に螺旋状に巻き付ける。支持体３１２については、構造的に回路３１８のコイルを支持し、かつ分離でき、従って必要な動作温度範囲、一般的には約−３２０°F〜約４５０°Fの範囲で使用できるようにするのが好適である。
【００１３】
図３Ａおよび図３Ｂに示す実施態様では、導電性要素は、既述のように、目的の最終用途に応じて設けられる電気的終端構造を有する。
【００１４】
本発明の図示の実施態様それぞれにおいて、導電性要素１０２、２０２および３０２は、抵抗の温度係数（ＴＣＲ）が約１０ｐｐｍ/°F〜約１，０００ｐｐｍ/°Fの範囲にある純金属または合金から構成する。このＴＣＲ範囲は、従来のＲＴＤに対応するＴＣＲ範囲とはかなり異なっている。例えば、純白金金属から構成した従来のＲＴＤにおける導電性要素のＴＣＲは約２１００ｐｐｍ/°Fであり、他の従来のＲＴＤはＴＣＲが約３３００ｐｐｍ/°Fの純ニッケルから構成した導電性要素を有する。本発明の導電性要素は、公知ＲＴＤの導電性要素よりもＴＣＲが二ケタ小さい。
【００１５】
実験および分析によって、従来の考え方とは逆に、上記のＴＣＲ範囲内にある金属は、ＲＴＤの導電性要素として使用した場合に有利に作用することを本発明者は見出した。以下、上記ＴＣＲ範囲内ある金属をここでは“選択金属（ｓｅｌｅｃｔ  ｍｅｔａｌｓ）”と呼ぶ。また、本発明者はこの選択金属から構成した導電性要素の場合、導体温度変化に対する応答反応が従来のＲＴＤよりも制御できることも見出した。さらに、必要な動作温度範囲、一般的には約−３２０°F〜約４５０°Fにおける温度変化に対する応答反応が、減衰回路を必要とすることなく、現在利用できるデータ取得装置の読み取り範囲内にある。また、本発明者は一部の選択金属の場合には、温度変化に対する抵抗応答反応の線形性が十分高く、応答信号を線形化するために信号調整回路を使用することなく、正確な温度測定値を得ることができることも見出した。選択金属の線形性については、約−４０°F〜約２４８°Fの温度範囲において約０％〜約０．０１％であるのが好ましい。
【００１６】
本発明者は選択金属導電性要素を有するＲＴＤからの出力信号が、歪みゲージ出力の全体的な範囲内にあることも見出した。この発見を受けて、本発明者は選択金属ＲＴＤからの出力信号を歪み測定計器に直接接続し、実験を行った。選択金属導電性要素を有するＲＴＤには別な作用効果もある。即ち、計器に専用の温度チャネルを設ける必要がなくなる。本発明のＲＴＤの場合、データ取得計器の歪みチャネルに直接電気的に結合でき、ＲＴＤが検出した温度を計器によって直接読み取ることが可能になる。応答信号が従来のＲＴＤと比較して十分小さいため、減衰回路を必要としない。
【００１７】
選択金属としては、ニッケル/クロム（ＮｉＣｒ）合金があり、これら合金のＴＣＲはおよそ５０ｐｐｍ/°Fであり、また鉄/ニッケル/クロム（ＦｅＮｉＣｒ）合金および白金/タングステン（ＰｔＷ）合金もあり、いずれのＴＣＲもおよそ２５０ｐｐｍ/°Fである。また、およその組成が８０％Ｎｉおよび２０％ＣｒであるＮｉＣｒ合金、およその組成が３６％Ｎｉ、５７％Ｆｅおよび７％ＣｒのＦｅＮｉＣｒ合金、そしておよその組成が９２％Ｐｔおよび８％ＷであるＰｔＷ合金のＴＣＲも所定の範囲内にあることがわかった。これら合金も約−４０°F〜約２４８°Fの温度範囲において温度変化に対する抵抗応答がほぼ線形（例えば、ほぼ０％〜０．０１％）である。
【符号の説明】
【００１８】
１００，２００、３００、３０１：ＲＴＤ
１０２、２０２、３０２：導電性要素、導電性フィルム
１０４、２０４：接続点
１０６、２０６：リード線
１１０，２１０：基体
１１２：第２表面１１２
２０８：第１表面
２１６、３１８：回路
３０２：金属ワイヤ
３１０：縦軸
３１２：支持体
３１６：蛇行経路
【図１Ａ】
2018514793.tif 000003
【図１Ｂ】
2018514793.tif 000004
【図２】
2018514793.tif 000005
【図３Ａ】
2018514793.tif 000006
【図３Ｂ】
2018514793.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成30年2月26日(2018.2.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１リード線に対する第１接続点および第２リード線に対する第２接続点を有し、この第１接続点から第２接続点に延在する導電性要素を有する温度検出回路を有し、この導電性要素を、抵抗の温度係数（ＴＣＲ）が約１０ｐｐｍ/°F〜約１０００ｐｐｍ/°Fの金属から構成したことを特徴とする抵抗温度検出器（ＲＴＤ）。
【請求項２】
前記導電性要素をニッケル/クロム合金から構成し、この導電性要素の抵抗の温度係数がおよそ５０ｐｐｍ/°Fである請求項１に記載のＲＴＤ。
【請求項３】
前記導電性要素を鉄/ニッケル/クロム合金から構成し、この導電性要素の抵抗の温度係数がおよそ２５０ｐｐｍ/°Fである請求項１に記載のＲＴＤ。
【請求項４】
前記導電性要素を白金/タングステン合金から構成し、この導電性要素の抵抗の温度係数がおよそ２５０ｐｐｍ/°Fである請求項１に記載のＲＴＤ。
【請求項５】
約−４０°F〜約２４８°Fの温度範囲において抵抗応答反応の線形性が０．０％〜０．０１％である金属から前記導電性要素を構成した請求項１に記載のＲＴＤ。
【請求項６】
前記導電性要素が導電性フィルムである請求項１に記載のＲＴＤ。
【請求項７】
前記導電性フィルムを基体の第１表面に成膜した請求項６に記載のＲＴＤ。
【請求項８】
前記基体を試験対象物に固定するようにした請求項７に記載のＲＴＤ。
【請求項９】
接着剤を使用して、前記基体の第２表面を前記試験対象物に接着するようにした請求項８に記載のＲＴＤ。
【請求項１０】
溶接によって、前記基体を前記試験対象物に固定するようにした請求項８に記載のＲＴＤ。
【請求項１１】
機械的な締め具によって、前記基体を前記試験対象物に固定するようにした請求項８に記載のＲＴＤ。
【請求項１２】
前記基体の前記第１表面に前記導電性フィルムをパターン成膜する請求項７に記載のＲＴＤ。
【請求項１３】
前記導電性要素を、蛇行回路として構成したワイヤである請求項１に記載のＲＴＤ。
【請求項１４】
前記導電性要素がコイル化ワイヤである請求項１に記載のＲＴＤ。
【請求項１５】
前記ワイヤを支持体の少なくとも一部に巻き付ける請求項１４に記載のＲＴＤ。
【請求項１６】
前記コイル化ワイヤを支持体の少なくとも一部に巻き付ける請求項１４に記載のＲＴＤ。
【請求項１７】
前記金属がニッケル/クロム、鉄/ニッケル/クロム、白金/タングステン、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される元素の合金である請求項１に記載のＲＴＤ。
【請求項１８】
前記温度検出回路の抵抗応答反応が、信号調整回路を使用せずに、前記の第１接続点および第２接続点に直接接続したデータ取得計器によって読み取られるように構成した請求項１に記載のＲＴＤ。
【国際調査報告】
2018514793.tif 000008
2018514793.tif 000009
2018514793.tif 000010