JP2018124169A - Temperature detection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、感温磁性体を利用した温度検出装置に関する。 The present invention relates to a temperature detection device using a temperature-sensitive magnetic material.
温度をワイヤレスで検出する温度検出装置として、任意のキュリー点を有する感温磁性体を被計測部に配置するとともに、被計測部から離れた場所に設置された磁場発生源から磁場を発生させ、感温磁性体の温度に依存する、磁場の磁束ベクトルの変化を、磁気センサで検出することによって、被計測部の温度を計測するものが知られている。 As a temperature detection device that detects temperature wirelessly, a temperature-sensitive magnetic body having an arbitrary Curie point is arranged in the measurement target part, and a magnetic field is generated from a magnetic field generation source installed at a location away from the measurement target part. A device that measures the temperature of a measurement target part by detecting a change in a magnetic flux vector of a magnetic field, which depends on the temperature of a temperature-sensitive magnetic body, with a magnetic sensor is known.
特許文献１の構成において、磁気センサの検出する磁束ベクトルは、被計測部の温度変化により変化するが、磁場発生源と磁気センサに対する感温磁性体の相対位置の変化によっても変化する。そのため、感温磁性体の相対位置を高精度に固定できないと、正確な温度測定ができないという課題があった。 In the configuration of Patent Document 1, the magnetic flux vector detected by the magnetic sensor changes due to a temperature change of the measurement target part, but also changes due to a change in the relative position of the temperature-sensitive magnetic body with respect to the magnetic field generation source and the magnetic sensor. For this reason, there has been a problem that accurate temperature measurement cannot be performed unless the relative position of the temperature-sensitive magnetic body can be fixed with high accuracy.
本発明はこうした状況を認識してなされたものであり、その目的は、感温磁性体の相対位置を高精度に固定できない環境においても温度測定の正確性を向上させることの可能な温度検出装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such a situation, and an object of the present invention is to provide a temperature detection device capable of improving the accuracy of temperature measurement even in an environment where the relative position of the temperature-sensitive magnetic body cannot be fixed with high accuracy. Is to provide.
本発明のある態様は、温度検出装置である。この温度検出装置は、
磁場発生手段と、感温磁性体と、磁気センサと、を備え、前記磁気センサによる磁場測定値を基に、前記感温磁性体の位置における温度を検出する、温度検出装置であり、
前記磁場発生手段及び前記磁気センサはそれぞれ、所定方向から見た場合に、前記感温磁性体又はその分布範囲の外縁の内側に位置する。
One embodiment of the present invention is a temperature detection device. This temperature detector is
A temperature detection device comprising a magnetic field generation means, a temperature-sensitive magnetic body, and a magnetic sensor, and detects a temperature at the position of the temperature-sensitive magnetic body based on a magnetic field measurement value by the magnetic sensor,
Each of the magnetic field generating means and the magnetic sensor is located inside the outer edge of the temperature-sensitive magnetic body or its distribution range when viewed from a predetermined direction.
前記感温磁性体は、シート状もしくは板状であり、又は、粉体であって検出対象物内の所定範囲に分布するように前記検出対象物に混ぜられていてもよい。 The temperature-sensitive magnetic body may be in the form of a sheet or a plate, or may be mixed with the detection target so as to be distributed in a predetermined range within the detection target.
前記感温磁性体は、前記磁場発生手段及び前記磁気センサに対して相対移動する検出対象物に設けられ、
前記検出対象物の相対位置に関わらず、前記磁場発生手段及び前記磁気センサはそれぞれ、前記所定方向から見た場合に、前記感温磁性体又はその分布範囲の外縁の内側に位置してもよい。
The temperature-sensitive magnetic body is provided on a detection object that moves relative to the magnetic field generating means and the magnetic sensor,
Regardless of the relative position of the detection object, each of the magnetic field generating means and the magnetic sensor may be located inside the outer edge of the temperature-sensitive magnetic body or its distribution range when viewed from the predetermined direction. .
前記所定方向から見た場合の、前記感温磁性体又はその分布範囲の外縁で囲まれた領域の面積が、前記磁場発生手段の磁場発生部の面積、又は前記磁気センサの磁気検出部の面積、の１０倍以上であってもよい。
When viewed from the predetermined direction, the area of the temperature-sensitive magnetic body or the region surrounded by the outer edge of the distribution range is the area of the magnetic field generation unit of the magnetic field generation unit or the area of the magnetic detection unit of the
前記磁気センサは、前記感温磁性体に対して、前記磁場発生手段と同一側に配置されていてもよい。 The magnetic sensor may be disposed on the same side as the magnetic field generating unit with respect to the temperature-sensitive magnetic body.
前記感温磁性体は、感温フェライトであってもよい。 The temperature sensitive magnetic material may be a temperature sensitive ferrite.
前記磁場発生手段は、コイルであってもよい。 The magnetic field generating means may be a coil.
前記磁場発生手段の発生する磁場は、交流であってもよい。 The magnetic field generated by the magnetic field generating means may be an alternating current.
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法やシステムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。 It should be noted that any combination of the above-described constituent elements, and those obtained by converting the expression of the present invention between methods and systems are also effective as aspects of the present invention.
本発明によれば、感温磁性体の相対位置を高精度に固定できない環境においても温度測定の正確性を向上させることの可能な温度検出装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a temperature detection device capable of improving the accuracy of temperature measurement even in an environment where the relative position of the temperature-sensitive magnetic body cannot be fixed with high accuracy.
以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を詳述する。なお、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材等には同一の符号を付し、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は発明を限定するものではなく例示であり、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same or equivalent component, member, etc. which are shown by each drawing, and the overlapping description is abbreviate | omitted suitably. In addition, the embodiments do not limit the invention but are exemplifications, and all features and combinations thereof described in the embodiments are not necessarily essential to the invention.
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る温度検出装置１の概略構成図である。図１において、直交３軸であるＸＹＺ軸を定義する。図２は、−Ｙ方向から見た温度検出装置１の概略構成図である。図２において、検出対象物５及び演算部２０の図示は省略している。温度検出装置１は、磁場発生手段１０、感温磁性体１３、磁気センサ１５、及び演算部２０、を備える。磁場発生手段１０は、ここでは電磁石（コイル）である。なお、図１において、磁場発生手段１０への通電回路の図示は省略している。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a temperature detection device 1 according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 1, XYZ axes that are three orthogonal axes are defined. FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the temperature detection device 1 viewed from the −Y direction. In FIG. 2, the
感温磁性体１３は、例えば感温フェライトであり、検出対象物（被検出部）５の内部に設けられる。例えば、感温磁性体１３は、シート状もしくは板状であって、図１に示すように検出対象物５内に埋設（例えば一体成形）されてもよいし、検出対象物５の表面に露出するように検出対象物５に固定されてもよい。あるいは、感温磁性体１３は、粉体であって、検出対象物５内の図１に示す範囲に均一に分布するように検出対象物５に混ぜられていてもよいし、検出対象物５内の全体に均一に分布するように混ぜられていてもよい。なお、感温磁性体１３が粉体である場合の分布は、温度検出精度の点で均一であることが好ましいが、不均一な部分が存在してもよい。検出対象物５は、樹脂やゴムのような変形するものであってもよいし、油などの液体であってもよいし、磁場発生手段１０及び各磁気センサのいずれか又は両方と壁部によって仕切られた（隔てられた）空間であってもよい。また、検出対象物５は、磁場発生手段１０及び磁気センサ１５に対して相対移動する移動体であってもよい。
The temperature-sensitive
図３は、感温磁性体１３の温度と比透磁率μｉとの関係（温度特性）の一例を示すグラフである。図３に示す温度特性は、周波数が１ｋＨｚで振幅が０．４Ａ／ｍの磁場を印加した場合のものである。図３に示す温度特性では、横軸の温度Ｔが２１０℃〜２３０℃の範囲において、温度上昇に伴い比透磁率μｉが急激に低下しており、感温磁性体１３は、当該温度範囲の温度検出に好適に利用することができる。ここで、温度上昇に伴い比透磁率μｉが急激に低下する温度範囲は、感温磁性体１３の材質によって様々であり、検出対象とする温度範囲に応じて感温磁性体１３の材質を選定すればよい。また、感温磁性体１３は、温度上昇に伴い比透磁率μｉが緩やかに上昇する温度範囲（図３の例では２００℃以下の温度範囲）の温度検出にも利用可能である。
FIG. 3 is a graph showing an example of the relationship (temperature characteristic) between the temperature of the temperature-sensitive
磁気センサ１５は、所定方向（ここではＹ方向）の磁束密度の大きさ（スカラー値）を測定（検出）するものであり、検出対象物５を挟んで磁場発生手段１０の反対側に設けられる。図２に示すように、磁場発生手段１０及び磁気センサ１５はそれぞれ、Ｙ方向から見た場合に、感温磁性体１３又はその分布範囲の外縁の内側に位置する。Ｙ方向から見た場合における、感温磁性体１３又はその分布範囲の外縁で囲まれた領域の面積は、磁場発生手段１０の磁場発生部（磁極面）の面積、又は磁気センサ１５の磁気検出部（感磁面）の面積（好ましくは両者の面積のうち大きい方の面積）の１０倍以上であるとよい。なお、磁場発生手段１０がコイルの場合、磁極面はコイルの端面を意味する。検出対象物５が移動体である場合、検出対象物５の相対位置に関わらず、磁場発生手段１０及び磁気センサ１５はそれぞれ、Ｙ方向から見た場合に、感温磁性体１３又はその分布範囲の外縁の内側に位置するとよい。また、検出対象物５の相対位置に関わらず、Ｙ方向から見た場合の感温磁性体１３又はその分布範囲の外縁で囲まれた領域の面積は、同方向から見た磁場発生手段１０又は磁気センサ１５の面積の１０倍以上であるとよい。
The
演算部２０は、感温磁性体１３の温度によって特定される、磁気センサ１５の出力電圧を、予めテーブルとして記憶しており、磁気センサ１５の出力電圧を基に、感温磁性体１３の温度、すなわち検出対象物５の温度を検出（特定）する。ここで、感温磁性体１３が磁場発生手段１０及び磁気センサ１５に対して小さい場合を仮定すると、磁気センサ１５の出力電圧は、感温磁性体１３の温度変化（検出対象物５の温度変化）によって変化するが、磁場発生手段１０及び磁気センサ１５に対する感温磁性体１３の相対位置の変化によっても変化する。そのため、感温磁性体１３の位置が振動等により変動する環境下では、磁気センサ１５の出力電圧の変化が、感温磁性体１３の温度変化によるものなのか、感温磁性体１３の相対位置の変化によるものなのか、を特定することができず、結果として感温磁性体１３の温度検出（検出対象物５の温度検出）ができない。これに対し本実施の形態では、感温磁性体１３をシート状もしくは板状とすることで、又は感温磁性体１３を粉体として検出対象物５内に広く（磁場発生手段１０又は磁気センサ１５の正射影面積よりも十分に広く）分布させることで、感温磁性体１３の相対位置の変化による磁気センサ１５の出力電圧の変化を低減し又は無くしているため、感温磁性体１３の相対位置が変化する場合であっても、演算部２０は、単一の磁気センサ１５の出力電圧により検出対象物５の温度を検出できる。
The
図４は、図６のシミュレーション結果の前提となる、磁場発生手段１０、感温磁性体１３、及び磁気センサ１５、の第１配置説明図である。図５は、同じく第２配置説明図である。図５は、図４と比較して、感温磁性体１３の厚さが１５ｍｍから１０ｍｍに薄くなっている点で相違し、その他の点で一致する。例えば、図４は、検出対象物５がゴムである場合の成形前に対応し、図５は、成形後に対応する。図５における感温磁性体１３の厚み方向中央を、Ｙ＝０としている。
FIG. 4 is a first arrangement explanatory view of the magnetic field generating means 10, the temperature-sensitive
図６は、図４及び図５の配置における、感温磁性体１３の温度と磁気センサ１５の出力電圧との関係を示すグラフである。図６に示す特性は、シミュレーションによって導出されたものであり、本シミュレーションでは、周波数が１ｋＨｚの磁場を磁気センサ１５に印加した。図６中、実線の特性は図４の配置に対応し、破線の特性は図５の配置に対応する。図６に示すように、検出対象物５の成形に伴い感温磁性体１３の厚みが２／３まで薄くなっても、磁気センサ１５の温度対出力電圧特性には僅かな変化（測定誤差として許容できる範囲の変化）しか現れなかった。また、図５において感温磁性体１３をＹ方向に±１ｍｍずらした場合の各々においても、磁気センサ１５の温度対出力電圧特性は、図４の配置と近似するものであった（重ねて描くと区別が困難なため図示省略）。
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the temperature of the temperature-sensitive
本実施の形態によれば、感温磁性体１３をシート状もしくは板状とし、又は感温磁性体１３を粉体として検出対象物５内に広く分布させているため、感温磁性体１３の相対位置が変化する場合であっても、演算部２０は、単一の磁気センサ１５の出力電圧により検出対象物５の温度を検出できる。換言すれば、感温磁性体１３の相対位置を高精度に固定できない環境においても温度検出の正確性を向上させることができる。
According to the present embodiment, the temperature-sensitive
（実施の形態２）
図７は、本発明の実施の形態２に係る温度検出装置２の概略構成図である。本実施の形態の温度検出装置２は、実施の形態１のものと比較して、磁気センサ１５及び演算部２０が、検出対象物５に対して磁場発生手段１０と同じ側に位置する点で相違し、その他の点で一致する。本実施の形態も、実施の形態１と同様の効果を奏することができる。
(Embodiment 2)
FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a temperature detection device 2 according to Embodiment 2 of the present invention. The temperature detection device 2 of the present embodiment is different from that of the first embodiment in that the
以上、実施の形態を例に本発明を説明したが、実施の形態の各構成要素や各処理プロセスには請求項に記載の範囲で種々の変形が可能であることは当業者に理解されるところである。以下、変形例について触れる。 The present invention has been described above by taking the embodiment as an example. However, it is understood by those skilled in the art that various modifications can be made to each component and each processing process of the embodiment within the scope of the claims. By the way. Hereinafter, modifications will be described.
磁場発生手段１０は、永久磁石であってもよい。この場合、磁場発生手段１０が発生する磁場は直流に限定されるが、原理的に温度検出は可能である。感温磁性体１３は、フェライトに限定されず、珪素鋼板等の他の磁性体であってもよい。
The magnetic field generating means 10 may be a permanent magnet. In this case, the magnetic field generated by the magnetic field generation means 10 is limited to DC, but in principle, temperature detection is possible. The temperature-sensitive
１,２ 温度検出装置、５ 検出対象物（被検出部）、１０ 磁場発生手段、１３ 感温磁性体、１５ 磁気センサ、２０ 演算部 1, 2 Temperature detection device, 5 Object to be detected (detected part), 10 Magnetic field generating means, 13 Temperature-sensitive magnetic body, 15 Magnetic sensor, 20 Calculation part
Claims (8)
前記磁場発生手段及び前記磁気センサはそれぞれ、所定方向から見た場合に、前記感温磁性体又はその分布範囲の外縁の内側に位置する、温度検出装置。 A temperature detection device comprising a magnetic field generation means, a temperature-sensitive magnetic body, and a magnetic sensor, and detects a temperature at the position of the temperature-sensitive magnetic body based on a magnetic field measurement value by the magnetic sensor,
The temperature detection device, wherein the magnetic field generation unit and the magnetic sensor are each located inside an outer edge of the temperature-sensitive magnetic body or its distribution range when viewed from a predetermined direction.
前記検出対象物の相対位置に関わらず、前記磁場発生手段及び前記磁気センサはそれぞれ、前記所定方向から見た場合に、前記感温磁性体又はその分布範囲の外縁の内側に位置する、請求項１又は２に記載の温度検出装置。 The temperature-sensitive magnetic body is provided on a detection object that moves relative to the magnetic field generating means and the magnetic sensor,
The magnetic field generation means and the magnetic sensor are each located inside the outer edge of the temperature-sensitive magnetic body or its distribution range when viewed from the predetermined direction, regardless of the relative position of the detection target. The temperature detection apparatus according to 1 or 2.
Priority Applications (1)
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