JP2003149058A - 温度センサ及びプラント温度計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高精度で信頼性や経済性を向上させることが
できる温度センサ及びプラント温度計測装置を提供する
ことである。 【解決手段】 不活性ガスとともにＬＣカット水晶振動
子１７を容器２１に封入し、ＬＣカット水晶振動子１７
からの信号をリード線１９を介して外部に出力する金属
シースケーブル２２に接続し、容器２１を収納する金属
製キャップ２５を金属シースケーブル２２のシース外径
と同一外径に形成する。また、金属製キャップ２５と容
器２１との間に絶縁材料２４を充填する。これにより、
温度センサ１１に振動による故障確率の高い細線を使用
する必要がない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば原子力発電
プラントや火力発電プラントなどでの高温測定を行う温
度センサ及びプラント温度計測装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、沸騰水型原子力発電プラントで
高精度に温度を測定する場合には、温度センサとして白
金抵抗温度計が多く用いられている。白金抵抗温度計
は、白金細線または白金薄膜の電気抵抗値が温度ととも
に変化する現象を利用したものであり、高品質で性能の
そろった素子を製造しやすいという特徴がある。

【０００３】図１２は、そのようなプラント温度計測装
置に用いられる白金線を用いたシース型の白金抵抗温度
計の断面図である。温度センサ１１の内部には白金線１
２が巻き枠１３に巻かれてセンサ部を形成し、導線１４
により計測された温度が読み出されるようになってい
る。抵抗素子である白金線１２は径が０．０４ｍｍ程度
の非常に細い線が用いられ、この白金線１２を巻き枠１
３に巻いて規定の抵抗値に形成される。通常、抵抗値を
精度良く測定するには４線式を用いるため、温度センサ
１１が小型の場合には、抵抗素子である白金線１２のみ
でなく導線１４も細いものとなる。

【０００４】また、温度センサ１１の出力は、図示省略
の温度変換装置や伝送装置により４−２２ｍＡＤＣある
いは１７ＶＤＣの計装用信号に変換され、指示計や記録
計に出力される。

【０００５】図１３は、他の一例を示す温度センサ１１
を示している。この温度センサ１１は、ＬＣカットの水
晶振動子１７を容器２１に収納して構成されたものであ
る。水晶振動子１７に蒸着されて電極１８が形成され、
リード線１９の一部に切り込みを入れその部分に水晶振
動子１７を装着して、さらに接着剤２０で接着して形成
されている。

【０００６】このような温度センサ１１は、図１４に示
すように、制御室１５から離れた位置のプラントの現場
に設置され、制御室１５の近傍までケーブルピット１６
に敷設されたケーブルにより信号伝送される。例えば、
原子力発電プラントでは、海からの取水あるいは海への
放水を行っており、その温度を温度センサ１１でモニタ
する場合には、海水の取水口または放水口に温度センサ
を設置し、制御室１５の近傍までケーブルピット１６を
掘って、そのケーブルピット１６に計装用信号や動力の
ケーブルを敷設している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、図１２に示
す温度センサ１１では、白金線１２は温度に対する電気
抵抗の感度を高めるため数十ミクロンと非常に細く、ま
た、その抵抗値を精度良くするために４線式としてお
り、引き出し線である導線１４もも細い線となる。その
結果、流体振動環境下に置かれると、白金線１２や導線
１４の断線したり、あるいは白金線１２と導線１４との
接続部に不良が発生し、故障確率が高まるという課題が
あった。

【０００８】また、図１３に示す温度センサ１１では、
高温での導電性接着剤は種類が限定されることや放射線
環境下などでの特性が不明であるなどの課題があった。
すなわち、プラントで要求される３００℃近傍の高温状
態でも使える導電性接着剤は放射線環境下などの厳しい
条件での長期的信頼性が確認されていない。

【０００９】また、プラントにおいては、温度センサ１
１の出力を計装用信号に変換して信号の送受信が必要で
あることから、ケーブルピット１６を掘りケーブルを敷
設する必要がある。特に、温度センサ１１が白金抵抗温
度計である場合には、温度計に規定の電流を流す必要が
あり、そのために、離れた位置に数カ所しかない温度計
測ポイントのためにも、ケーブルピット１６を掘りケー
ブルを敷設する必要があり費用がかかるという課題があ
った。

【００１０】本発明の目的は、高精度で信頼性や経済性
を向上させることができる温度センサ及びプラント温度
計測装置を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る温
度センサは、不活性ガスとともにＬＣカット水晶振動子
を封入した容器と、前記容器からのリード線と接続され
前記ＬＣカット水晶振動子からの信号を外部に出力する
金属シースケーブルと、前記金属シースケーブルのシー
ス外径と同一外径に形成され前記容器を収納する金属製
キャップと、金属製キャップと容器との間に充填される
絶縁材料とを備えたことを特徴とする。

【００１２】請求項１の発明に係る温度センサにおいて
は、不活性ガスとともにＬＣカット水晶振動子を容器に
封入し、ＬＣカット水晶振動子からの信号をリード線を
介して外部に出力する金属シースケーブルに接続し、容
器を収納する金属製キャップを金属シースケーブルのシ
ース外径と同一外径に形成する。また、金属製キャップ
と容器との間に絶縁材料を充填する。これにより、温度
センサに振動による故障確率の高い細線を使用する必要
がない。また、絶縁材で容器と金属製キャップとの間を
満たすため外部と水晶振動子の熱伝導性が向上し、温度
センサ部分の外径が一様となるため流体振動などの影響
を受けにくくなる。

【００１３】請求項２の発明に係る温度センサは、請求
項１の発明において、前記金属シースケーブルの出力側
に設けられ、前記ＬＣカット水晶振動子からの信号を発
振させる発振回路と、前記発振回路で発振された周波数
出力を温度に変換する温度変換装置を備えたことを特徴
とする。

【００１４】請求項２の発明に係る温度センサにおいて
は、請求項１の発明の作用に加え、伝送器は、ＬＣカッ
ト水晶振動子からの信号を入力し発振回路で発振させ、
発振回路で発振された周波数出力を温度変換装置で変換
する。これにより、温度センサ側で周波数出力に対応し
た温度が得られる。

【００１５】請求項３の発明に係る温度センサは、請求
項１または請求項２の発明において、前記水晶振動子の
表面に蒸着された電極と前記リード線との間に弾性合金
部材を挟んで行う接合することを特徴とする。

【００１６】請求項３の発明に係る温度センサにおいて
は、請求項１または請求項２の発明の作用に加え、水晶
振動子の表面に蒸着された電極とリード線との接合を弾
性合金部材で挟んで行い、接着剤を必要としないように
する。

【００１７】請求項４の発明に係るプラント温度計測装
置は、請求項１の温度センサと、前記金属シースケーブ
ルの出力端に同軸ケーブルが接続され前記温度センサか
ら離れた位置に設置された発振回路と、前記発振回路を
介して得られた前記温度センサからの周波数出力を温度
に変換する温度変換装置と、前記温度変換装置で求めた
温度を表示する温度表示装置と、前記温度表示装置で表
示される温度のトレンド出力を記録する記録計とを備え
たことを特徴とする。

【００１８】請求項４の発明に係るプラント温度計測装
置においては、請求項１の温度センサは金属シースケー
ブルの出力端から同軸ケーブルにて、温度センサから離
れた位置に設置された発振回路に検出信号を送信する。
発振回路で得られた温度センサからの周波数出力は、温
度変換装置で温度に変換され温度表示装置に表示され
る。また、記録計には温度表示装置で表示される温度の
トレンド出力が記録される。

【００１９】請求項５の発明に係るプラント温度計測装
置は、請求項４の発明において、前記温度変換装置は各
々の温度センサ毎に定められる変換定数を有し、１台の
温度変換装置で複数の温度センサからの周波数出力を温
度に変換することを特徴とする。

【００２０】請求項５の発明に係るプラント温度計測装
置においては、請求項４の発明の作用に加え、温度変換
装置では、各々の温度センサ毎に定められる変換定数に
基づいて、複数の温度センサからの周波数出力を温度に
変換する。

【００２１】請求項６の発明に係るプラント温度計測装
置は、前記請求項１の温度センサと、前記金属シースケ
ーブルの出力端に同軸ケーブルが接続され前記温度セン
サから離れた位置に設置された発振回路と、前記発振回
路を介して得られた前記温度センサからの周波数出力を
光信号に変換する光信号変換装置と、前記光信号変換装
置で変換された光信号を送信する光ファイバと、前記光
ファイバからの光信号を温度に変換する光信号−温度変
換装置と、前記光信号−温度変換装置で求めた温度を表
示する温度表示装置と、前記温度表示装置で表示される
温度のトレンド出力を記録する記録計とを備えたことを
特徴とする。

【００２２】請求項６の発明に係るプラント温度計測装
置においては、請求項１の温度センサは金属シースケー
ブルの出力端から同軸ケーブルにて、温度センサから離
れた位置に設置された発振回路に検出信号を送信する。
発振回路で得られた温度センサからの周波数出力は、光
信号変換装置で光信号に変換され、その光信号変換装置
で変換された光信号を光ファイバで送信する。光ファイ
バからの光信号は光信号−温度変換装置で温度に変換さ
れて温度表示装置に表示される。また、記録計により温
度表示装置で表示される温度のトレンド出力を記録す
る。

【００２３】請求項７の発明に係るプラント温度計測装
置は、請求項６の発明において、前記光信号変換装置は
複数の温度センサからの周波数出力を所定の規則に基づ
きそれぞれの周波数出力を分離可能なように変換し、１
本の光ファイバで複数の周波数出力を送信し、前記光信
号−温度変換装置は各々の温度センサ毎に定められる変
換定数に基づいて温度に変換することを特徴とする。

【００２４】請求項７の発明に係るプラント温度計測装
置においては、請求項６の発明の作用に加え、光信号変
換装置で複数の温度センサからの周波数出力を所定の規
則に基づきそれぞれの周波数出力を分離可能なように変
換し、１本の光ファイバで複数の周波数出力を送信す
る。また、光信号−温度変換装置は各々の温度センサ毎
に定められる変換定数を有し、１台の温度変換装置で複
数の温度センサからの周波数出力を温度に変換する。

【００２５】請求項８の発明に係るプラント温度計測装
置は、請求項４乃至請求項７のいずれか１項の発明にお
いて、前記発振回路は放射線を遮蔽する遮蔽体で囲まれ
ていることを特徴とする。

【００２６】請求項８の発明に係るプラント温度計測装
置においては、請求項４乃至請求項７のいずれか１項の
発明の作用に加え、発振回路は遮蔽体で放射線が写生さ
れるので、原子力プラントなどの放射線のあるところに
も適用することができる。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。図１は本発明の第１の実施の形態に係る温度セン
サの構成図であり、図１（ａ）は断面図、図１（ｂ）は
容器２１の内部の説明図である。

【００２８】図１（ａ）において、ＬＣカットの水晶振
動子１７は熱伝導性の高い不活性ガスとともに容器２１
に収納される。水晶振動子１７の電極１８にはリード線
１９が接続され容器２１から取り出されている。容器２
１から取り出されたリード線１９は金属シースケーブル
２２に接続され、その他端には同軸ケーブル２３が接続
される。

【００２９】また、水晶振動子１７の入った容器２１の
リード線１９と金属シースケーブル２２のつなぎ部分
は、周囲を絶縁材料２４で覆われ耐振性を向上させてい
る。絶縁材料２４としては、セラミック粉末、例えば、
アルミナやマグネシアなどが用いられている。すなわ
ち、水晶振動子１７の入った容器２１とその周囲を囲む
金属製キャップ２５との間に絶縁材料２４を充填し、耐
振性に加えて熱伝導性も向上させている。

【００３０】一方、金属製キャップ２５の外径と金属シ
ースケーブル２２の外径とを合わせる部分に、段差が発
生しないように金属シースケーブル２２が金属製キャッ
プ２５に嵌合するような構造としている。これにより温
度センサ１１を流体中などにおいた場合に発生する振動
を抑制するできるようにしており、さらに耐振性が向上
するようになっている。

【００３１】さらに、図１（ｂ）に示すように、水晶振
動子１７とリード線１９との接合部２６は、インコネル
のようなスプリング材として使用されている材料やニッ
ケル・チタン合金、銅・アルミ・ニッケル合金などの超
弾性合金部材で挟む構造としている。これにより接着剤
を不要とし、高温でもまた放射線環境下でも問題なく適
用することができるようにしている。また、電極１８と
の接触部には鉛や銀やインジウムなど比較的柔らかい金
属を用いることにより水晶振動子１７に過剰に圧力がか
かることを防止するようにしている。

【００３２】このように、第１の実施の形態に係る温度
センサ１１では、シースタイプの白金抵抗温度計や熱電
対と同様に、ケーブルには金属シースケーブル２２を用
いているため高温でも使用でき、また、構造的にも剛な
ものであるため、そのまま配管等に挿入することが可能
である。水晶振動子１７を用いた温度センサ１１は、図
１に示すように信号線は２本あれば良くセンサ部分に限
らず信号線にも細い線を必要としない。従って、振動に
対しても強度を保つことができる。

【００３３】図２は、本発明の第２の実施の形態に係る
プラント温度計測装置の構成図である。図１に示した複
数台の温度センサ１１は、同軸ケーブル２３を通じて温
度センサ１１から離れた位置に設置された各々の発振回
路２７に接続され、発振回路２７には発振用の電源２８
と温度センサ１１からの周波数出力を温度に変換する機
能を有する温度変換装置２９が接続され、さらに温度変
換装置２９には温度表示装置３０及び記録計３１が接続
される構成である。

【００３４】ここで、水晶振動子１７はカッティングの
仕方により特徴が異なり、発振周波数の温度依存性が大
きいものもある。このうち温度計用のセンサとしてはＬ
ＣカットやＹカットが用いられる。一般に水晶が発振す
るためには振幅条件及び位相条件が満たされる必要があ
る。

【００３５】まず、振幅条件とは、フィードバック信号
がもとの信号に対して１以上となるようにすることで、
通常は信号が減衰しないように適当な増幅器によりフィ
ードバック信号を増幅している。しかしながら、抵抗が
大きく信号の減衰が大きい場合にはこの条件が満たされ
なくなる。

【００３６】水晶の等価回路は抵抗／容量／インダクタ
ンスが直列に結合した成分とそれに並列に容量成分が結
合したものとなる。振幅条件に関係する抵抗成分は温度
で変化するため、カッティングやサイズの条件次第で
は、温度変化に対して抵抗成分が大きく変化し、常温で
発振する回路でも温度上昇にともない発振しなくなる場
合がある。水晶振動子１７の振動は機械振動であり振動
状態は、形状、例えば矩形状振動子の場合には縦横の辺
の長さの比に依存する。矩形のＹカット水晶振動子はサ
イズによって２７０℃から３００℃の範囲に抵抗成分が
大きくなり、発振しなくなる領域がある。さらに、発振
しない温度領域は製作精度に依存するため、一定の場所
に起こるわけではない。例えば、原子力発電プラントで
の温度計測を考えた場合、３００℃近傍の温度も測定対
象となるため、Ｙカット水晶振動子は測定対象範囲に発
振しない領域が含まれることがあり得る。一方、円板状
のＬＣカット水晶振動子１７は上記の温度範囲で発振が
停止してしまうほど大きく抵抗成分が変化することはな
いという利点を有している。

【００３７】また、周波数の温度依存性についてもＹカ
ット水晶振動子はわずかに非線型性があり、精度良く温
度を求めようとする場合には高次の多項式で近似する必
要がある。これに対してＬＣカットは、発振周波数と温
度の関係における直線性が優れているという特徴も有す
る次に、位相条件とは発振回路２７のループ長が発振波
長にあう必要があることで、発振回路２７と水晶振動子
１７とを離して設置する場合にはこれを考慮する必要が
生じる。例えば、２８ＭＨｚのＬＣカット水晶振動子１
７を用いた場合、同軸ケーブル２３での波長短縮率を考
慮すると、水晶振動子１７と発振回路２７と結ぶ同軸ケ
ーブル２３の長さは約１０ｍとなる。

【００３８】次に、温度センサ１１としての水晶温度計
と従来温度の高精度測定用に使われていた白金抵抗温度
計との比較について説明する。白金抵抗温度計は抵抗の
温度依存性から温度を求めるものであり、図１２に示し
たように、小型化するためには非常に細い線によって抵
抗値を確保する必要がある。また、抵抗値そのものを精
度良く計測するためには４線式の測定回路により測定す
る必要がある。このため、センサ部分の抵抗線のみなら
ず計測に必要な導線も細いものにする必要がある。この
ことから、流体振動などの負荷が長期にかかる個所にお
ける測定では、断線による故障事例などがあり信頼性の
向上が望まれていた。

【００３９】なお、白金抵抗温度計は基準温度計として
用いられるほど高精度のものであるが、水晶温度計も非
常に高精度に温度計測が可能であり、精度は白金抵抗温
度計と同等である。また、水晶振動子１７を用いた温度
センサは周波数計測でありＡＤ変換器を用いなくても出
力がディジタル化されているという利点がある。

【００４０】以上のことから、本発明の実施の形態で
は、ＬＣカットの水晶振動子１７を用いた温度センサ１
１を使用する。そして、水晶が発振するための振幅条件
及び位相条件を適切に定めるようにしている。

【００４１】すなわち、白金抵抗温度計では抵抗値を測
定するために一定の電流を流しておくことが必要である
ように、水晶温度計では水晶振動子１７を発振させるた
めの電源が必要であるので、発振回路２７には電源２８
を接続する。さらに、発振周波数出力を温度に変換する
温度変換装置２９を接続する。

【００４２】温度変換装置２９は、予め取得しておいた
発振周波数と温度との関係を記憶しておき、発振周波数
を温度に変換する。温度変換した後は、これを温度表示
装置３０に出力して表示し、記録計３１に出力して記録
する。なお、発振周波数はディジタル信号でありノイズ
の影響を受けにくいので、温度変換装置２９は、例え
ば、温度表示装置３０が離れた場所にある場合には、温
度変換装置２９を温度表示装置３０の近傍におき発振周
波数出力を長距離伝送するようにする。

【００４３】次に、第２の実施の形態における温度変換
装置２９の機能について説明する。プラントの温度計測
は、同様な位置あるいは同様な条件下の測定を多数行う
場合がある。第２の実施の形態では、図２に示すように
１つの温度変換装置２９で複数の温度センサ１１の出力
信号を処理するようにしている。これにより、経済性、
スペース性を向上させている。

【００４４】水晶温度計では、高精度に温度評価を行う
ために温度センサ１１毎に発振周波数と温度との関係を
求め予め校正曲線を定めている。すなわち、温度変換装
置２９で複数個の温度センサ１１を扱う場合には、温度
変換装置２９には複数個の温度センサ１１の校正曲線に
応じた変換定数を予め記憶しておく。さらに、温度セン
サ１１の故障による交換を想定し、これらの変換定数を
変更可能な用に予め記憶しておく。

【００４５】図３は、温度変換装置２９に記憶される各
々の温度センサ１１の変換定数の説明図である。図３に
示すように、第２の実施の形態では、外部から各温度セ
ンサ１１に必要な校正定数を設定できるようにしてお
り、これにより、温度センサ１１の交換まで考慮した計
測装置とすることが可能となる。なお、これらの設定定
数は温度測定上重要な値であるため、設定の変更には、
パスワードの設定などにより安易に変更できないような
機能を持たせても良い。

【００４６】次に、本発明の第３の実施の形態に係るプ
ラント温度計測装置を説明する。図４は本発明の第３の
実施の形態に係るプラント温度計測装置の構成図であ
る。この第３の実施の形態は、図２に示した第２の実施
の形態に係るプラント温度計測装置に対し、温度変換装
置２９に代えて、発振回路２７を介して得られた温度セ
ンサからの周波数出力を光信号に変換する光信号変換装
置３２と、光信号変換装置３２で変換された光信号を光
ファイバ３３を介して入力しその光信号を温度に変換す
る光信号−温度変換装置３４とを設けたものである。図
１と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略す
る。

【００４７】図４に示すように、光信号変換装置３２は
温度センサ１１の水晶振動子１７の発振周波数出力を光
信号に変換し、その光信号変換装置３２からの出力を光
ファイバ３３で送信し、さらに、その光信号を光信号−
温度変換装置３４で変換した後に温度表示装置３０や記
録計３１に出力する。

【００４８】図５は、光信号変換装置３２での周波数出
力信号の処理内容の説明図である。図５（ａ）に示すよ
うに、温度センサ１１の温度測定領域が接近しており、
各々の発振回路２６が同様な周波数出力の場合には、光
信号変換装置３２は、図５（ｂ）に示すように、複数個
の温度センサ１１の周波数出力をそれぞれ周波数を一定
量ずらして信号を分離する。

【００４９】計装用信号として通常用いられている４−
２２ｍＡＤＣあるいは１７ＶＤＣの電気信号に変換した
場合には、複数信号を伝送するには電気ケーブルの本数
が増加するが、第３の実施の形態では周波数信号を光に
より伝送するため、光の周波数を多重化することにより
１本の光ファイバ３３で複数の温度センサ信号を伝送可
能としている。

【００５０】この第３の実施の形態によれば、複数個の
温度センサ出力を１本の光ファイバ３３で信号を伝送で
きるため、ケーブル物量を削減し経済性を向上させこと
ができ、高精度なプラント温度計測装置を提供すること
ができる。

【００５１】ここで、第２の実施の形態または第３の実
施の形態において、図６に示すように、発振回路２７を
遮蔽体３５で囲むようにしても良い。遮蔽体３５は放射
線を遮蔽するものであり、原子力発電プラントのように
放射線がある場合に適用する。

【００５２】放射線がある場合、半導体などの電気部品
を含む回路は放射線による誤動作を起こさないように遮
蔽をすることが必要である。温度センサ１１と発振回路
２７とは同軸ケーブル２３を介して１０ｍほど離れてい
るため、温度センサ１１そのものを設置している配管な
どの放射線量が高くても、発振回路２７は遮蔽体３５で
覆って遮蔽することが可能である。このように、発振回
路２７を遮蔽体３５で遮蔽するので、原子力プラントな
ど放射線環境下でも高精度なプラント温度計測装置を提
供することができる。

【００５３】また、第２の実施の形態及び第３の実施の
形態において、図７に示すように、温度センサ１１から
発振回路２７までの同軸ケーブル２３及び発振回路２７
の配置状態を支持部材３６で一定に保持するようにして
も良い。

【００５４】発振ループは温度センサ１１のみでなく発
振回路２７に繋がる同軸ケーブル２３まで含めて評価す
る必要がある。そのため、より高精度に測定するために
は１０ｍほどある同軸ケーブル２３と、その周囲機器と
の間に生じる浮遊容量の変化や発振回路２７へのノイズ
の混入を考慮する必要がある。

【００５５】そこで、第１の実施の形態や第２の実施の
形態に対し、温度センサ１１に繋がれた同軸ケーブル２
３及びその先に繋がれた発振回路２７を固定する支持部
材３６を付加する。例えば、支持部材３６としては壁面
からサポートをとり、それにより同軸ケーブル２３及び
発振回路２７を支持固定するものとする。また、発振回
路２７の筐体がグランドになっている場合には、ノイズ
等の混入をさけるため、電気的に絶縁が保てる材料を用
いることを考慮する。また、支持部材３６は壁面やその
他の配管サポートなどを現場にて調整し設置することも
可能であるが、図７に示すように予めパッケージ化した
支持部材３６を壁面などに設置するようにし、作業効率
の向上を図ることもできる。また、支持部材３６には予
め図６に示した遮蔽体３５を付けた構造としておいても
良い。

【００５６】このように、支持部材３６により温度セン
サ１１から発振回路２７までの同軸ケーブル２３及び発
振回路２７を支持することにより、同軸ケーブル２３ま
で含めた発振ループにおける測定誤差要因を低減するこ
とが可能となり、高精度なプラント温度計測装置を提供
することができる。

【００５７】次に、本発明の第４の実施の形態に係る温
度センサ１１を説明する。図８は本発明の第４の実施の
形態に係る温度センサ１１の説明図である。

【００５８】この第４の実施の形態に係る温度センサ１
１は、図１に示し温度センサ１１に対し、温度センサ１
１の金属シースケーブル２２のＬＣカット水晶振動子１
７の取り付く側と逆側に伝送器３７を設けたものであ
る。伝送器２７は、発振回路２７、分岐回路及び温度変
換装置２９の機能を有する。すなわち、第４の実施の形
態では、校正定数も温度センサ１１側に持たせる構成と
し、温度センサ１１の出力は、従来の計装用信号に合わ
せ従来システムとの互換性を持たせるようにしている。

【００５９】この第４の実施の形態によれば、従来の計
装用信号を用いるので、既存の温度表示装置３０や記録
計３１を用いることが可能であり、経済性の良い高精度
プラント温度計測装置を提供することができる。

【００６０】次に、第１の実施の形態に係る温度センサ
１１または第４の実施の形態に係る温度センサ１１のプ
ラントの計測箇所への取り付けについて説明する。図９
は、温度センサ１１を配管３８に取り付ける場合の説明
図である。

【００６１】図９に示すように、配管３８にウェル３９
を設け、その中に温度センサ１１を挿入する構造とす
る。また、ウェル３９には温度センサ１１と電気的に絶
縁を保つため絶縁剤を入れ絶縁部４０を形成する。ウェ
ル３９による設置方法そのものは通常用いられる手法で
あるが、本発明においては、発振条件が同軸ケーブル２
３も含めた発振ループで決まるため、温度センサ１１と
金属製のウェル３９とが接触する部分、及びウェル３９
と配管３８との接続部を絶縁剤や絶縁フランジを用いて
絶縁部４０を形成し電気的に絶縁する。このような構造
により、金属シースケーブル２２と金属の配管３８とが
接触することによる発振回路定数の変化及びその時間的
変動の影響を取り除く。

【００６２】また、第２の実施の形態における温度変換
装置２９または第３の実施の形態における光信号変換装
置３２に、温度センサ１１の周波数出力の異常な変化に
より故障を検知する機能を持たせるようにしても良い。

【００６３】すなわち、温度変換装置２９あるいは光信
号変換装置３２に、温度センサ１１の水晶振動子１７の
発振周波数の異常な過渡変化を検知する機能を持たせ、
温度センサ１１の断線を検出する。

【００６４】図１０は、温度変換装置２９または光信号
変換装置３２での断線検知の手法の説明図である。図１
０（ａ）は温度センサ１１の水晶振動子１７の発信周波
数出力信号であり、このような発信周波数出力信号に対
して、図１０（ｂ）に示すように、その周波数変化率を
監視する。すなわち、発振周波数出力の時間変化率を算
出して監視し、ある規定値以上に大きな変化があった場
合に断線と検知する。

【００６５】また、図１０（ｃ）に示すように、予め温
度センサ１１を繋がない場合の回路の発振周波数（発振
しない場合は０）を評価しておき、発振周波数出力が温
度センサ１１を繋がない場合の発振周波数値との差があ
る範囲に入ったことにより断線と判断する。

【００６６】このように、温度変換装置２９または光信
号変換装置３２温度センサ１１の断線検知機能を持たせ
るので、信頼性の高いプラント温度計測装置を提供する
ことが可能となる。

【００６７】次に、本発明の第５の実施の形態に係るプ
ラント温度計測装置を説明する。図１１は本発明の第５
の実施の形態に係るプラント計測装置の構成図である。
この第５の実施の形態は、図２に示した第１の実施の形
態に対し、発振回路２７を介して得られた温度センサ１
１の周波数出力を無線送信する無線信号送信装置４１
と、無線信号送信装置４１から送信された信号を受信し
記憶しておく中継装置４２と、中継装置４２に記憶され
た信号を遠隔で収集する信号受信装置４３とを追加して
設けたものである。なお、図１１では、温度変換装置２
９、温度表示装置３０、記録計３１の図示を省略してい
る。

【００６８】図１１において、第５の実施の形態では、
温度センサ１１、発振回路２７、電源２８、さらに温度
センサ１１の発振周波数出力を測定し無線で伝送する無
線信号伝送装置４１を測定現場に配置し、測定現場とは
離れたところにある制御室１５の近傍に中継局４４を設
ける。そして、中継局４４では無線信号伝送装置４１よ
り送られた信号を記憶しておく中継装置４２を配置し、
また、制御室１５には中継局４４にある中継装置４２に
記憶された周波数出力信号を読み出しにいく信号受信装
置４３と、図示省略の温度変換装置２９、温度表示装置
３０、記録計３１を配置する。なお、無線信号伝送装置
４１はその動力の電源として蓄電器などを用い、また発
振回路２７の電源２８には電池を用いるなどして動力ケ
ーブルを不要とする。

【００６９】プラントの温度計測地点には制御室１５か
ら離れたところに位置するもの、例えば、放水口や取水
口がある。このような場合には、従来は長いケーブルピ
ットを掘りケーブルを敷設する必要があったが、第５の
実施の形態では、測定箇所までのケーブル敷設を不要と
なるので、経済性を向上させることが可能となる。ま
た、このような構成においては新たに測定地点を追加す
るような場合も容易かつ経済的に行うことが可能であ
る。このように、遠く離れた測定個所に対しても、経済
的なプラント温度計測装置を提供することが可能とな
る。

【００７０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
細線を用いた温度センサではなく金属シースケーブルを
用いた温度センサであるので、振動などによる故障確率
を低減することができる。また、プラント温度計測装置
としての温度測定範囲における発振特性のすぐれたＬＣ
カット水晶振動子を用いているので、信頼性を向上でき
高精度温度測定を行うことができる。また、遠隔測定箇
所に付いては無線伝送式を用いることによりケーブルピ
ット敷設工事が不要となり経済性を向上させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る温度センサの
構成図。

【図２】本発明の第２の実施の形態に係るプラント温度
計測装置の構成図。

【図３】本発明の第２の実施の形態における温度変換装
置に記憶される各々の温度センサの変換定数の説明図。

【図４】本発明の第３の実施の形態に係るプラント温度
計測装置の構成図。

【図５】本発明の第３の実施の形態における光信号変換
装置での周波数出力信号の処理内容の説明図。

【図６】本発明の第２の実施の形態または第３の実施の
形態における発振回路を遮蔽体で囲った場合の説明図。

【図７】本発明の第２の実施の形態または第３の実施の
形態における同軸ケーブル及び発振回路を支持部材で支
持した場合の説明図。

【図８】本発明の第４の実施の形態に係る温度センサの
説明図。

【図９】本発明の第１の実施の形態または第４の実施の
形態に係る温度センサのプラントの計測箇所への取り付
けの説明図。

【図１０】本発明の第２の実施の形態における温度変換
装置または本発明の第３の実施の形態における光信号変
換装置での断線検知の手法の説明図。

【図１１】本発明の第５の実施の形態に係るプラント計
測装置の構成図。

【図１２】従来の温度センサの一例を示す断面図。

【図１３】従来の温度センサの他の一例を示す断面図。

【図１４】従来のプラント温度計測装置の説明図。

【符号の説明】

１１…温度センサ、１２…白金線、１３…巻き枠、１４
…導線、１５…制御室、１６…ケーブルピット、１７…
水晶振動子、１８…電極、１９…リード線、２０…接着
剤、２１…容器、２２…金属シースケーブル、２３…同
軸ケーブル、２４…絶縁材料、２５…金属製キャップ、
２６…接合部、２７…発振回路、２８…電源、２９…温
度変換装置、３０…温度表示装置、３１…記録計、３２
…光信号変換装置、３３…光ファイバ、３４…光信号−
温度変換装置、３５…遮蔽体、３６…支持部材、３７…
伝送路、３８…配管、３９…ウェル、４０…絶縁部、４
１…無線信号送信装置、４２…中継装置、４３…信号受
信装置

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 不活性ガスとともにＬＣカット水晶振動
   子を封入した容器と、前記容器からのリード線と接続さ
   れ前記ＬＣカット水晶振動子からの信号を外部に出力す
   る金属シースケーブルと、前記金属シースケーブルのシ
   ース外径と同一外径に形成され前記容器を収納する金属
   製キャップと、金属製キャップと容器との間に充填され
   る絶縁材料とを備えたことを特徴とする温度センサ。
2. 【請求項２】 前記金属シースケーブルの出力側に設け
   られ、前記ＬＣカット水晶振動子からの信号を発振させ
   る発振回路と、前記発振回路で発振された周波数出力を
   温度に変換する温度変換装置を備えたことを特徴とする
   請求項１記載の温度センサ。
3. 【請求項３】 前記水晶振動子の表面に蒸着された電極
   と前記リード線との間に弾性合金部材を挟んで行う接合
   することを特徴とする請求項１または請求項２記載の温
   度センサ。
4. 【請求項４】 請求項１の温度センサと、前記金属シー
   スケーブルの出力端に同軸ケーブルが接続され前記温度
   センサから離れた位置に設置された発振回路と、前記発
   振回路を介して得られた前記温度センサからの周波数出
   力を温度に変換する温度変換装置と、前記温度変換装置
   で求めた温度を表示する温度表示装置と、前記温度表示
   装置で表示される温度のトレンド出力を記録する記録計
   とを備えたことを特徴とするプラント温度計測装置。
5. 【請求項５】 前記温度変換装置は各々の温度センサ毎
   に定められる変換定数を有し、１台の温度変換装置で複
   数の温度センサからの周波数出力を温度に変換すること
   を特徴とする請求項４記載のプラント温度計測装置。
6. 【請求項６】 前記請求項１の温度センサと、前記金属
   シースケーブルの出力端に同軸ケーブルが接続され前記
   温度センサから離れた位置に設置された発振回路と、前
   記発振回路を介して得られた前記温度センサからの周波
   数出力を光信号に変換する光信号変換装置と、前記光信
   号変換装置で変換された光信号を送信する光ファイバ
   と、前記光ファイバからの光信号を温度に変換する光信
   号−温度変換装置と、前記光信号−温度変換装置で求め
   た温度を表示する温度表示装置と、前記温度表示装置で
   表示される温度のトレンド出力を記録する記録計とを備
   えたことを特徴とするプラント温度計測装置。
7. 【請求項７】 前記光信号変換装置は複数の温度センサ
   からの周波数出力を所定の規則に基づきそれぞれの周波
   数出力を分離可能なように変換し、１本の光ファイバで
   複数の周波数出力を送信し、前記光信号−温度変換装置
   は各々の温度センサ毎に定められる変換定数に基づいて
   温度に変換することを特徴とする請求項６記載のプラン
   ト温度計測装置。
8. 【請求項８】 前記発振回路は放射線を遮蔽する遮蔽体
   で囲まれていることを特徴とする請求項４乃至請求項７
   のいずれか１項記載のプラント温度計測装置。