JP5271039B2

JP5271039B2 - 温度センサ

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Publication number: JP5271039B2
Application number: JP2008282344A
Authority: JP
Inventors: 一弘渡邉; 清則西川; 裕行金子; 錬造平井
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2008-10-31
Filing date: 2008-10-31
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2028-10-31
Also published as: JP2010107477A

Description

本発明は、液体または気体を流す流体の配管内に挿入して、流体の温度を測定する温度センサであって、特に、接触式の温度検出素子が金属製の保護管を有する温度センサに関する。

被測定物の温度センサには接触式と非接触式とがあり、接触式には、測温抵抗体、熱電対、サーミスタ、または、ＩＣ化温度センサなどの温度検出素子がある。

このような接触式の温度検出素子を備える温度センサには、被測定物から温度検出素子を保護するために、一般に金属製の保護管が用いられている。

図５に示すような、従来の保護管を有する温度センサ２０は、温度検出素子１と、温度検出素子１をその先端部に内装する筒状の金属製の保護管１２と、該保護管１２の軸方向に延びる挿通空間１２ａと、該挿通空間１２ａに挿通され、保護管１２の後端部側に設けられる、図示しない信号処理部と温度検出素子１とを接続する信号線１７とから構成されている。

さらに、この保護管１２を、被測定物を流す配管１１等に挿入し、当該配管１１の外壁に固定する固定板１５とその固定ネジ１６とから構成される。

この金属製の保護管１２を有する接触式の温度センサ２０は、被測定物の温度を精度良く測定するために、保護管１２を挿通する配管１１や外界の温度の影響を受けないように取り付けるために、配管１１内部での挿入長Ｌは、保護管１２の直径をＤとした場合、Ｌ≧１５×Ｄ〜２０×Ｄとなるようにすることが推奨されている（例えば、非特許文献１参照。）。

また、温度センサ２０に要求される機能には、精度以外に温度変化に対する応答性が重要な場合もあり、温度変化に対する応答性と強度とを向上させるために先端部の肉厚を薄くした保護管が開示されている。（例えば、特許文献１参照。）。

また、配管等のハウジング内に保持され、測定範囲を配管の端部から突出させた温度センサを具備する温度検出装置であって、中空体（流体状または気体状媒体を含む）の開口内に一端部を固定するための手段を備える流体検出用の温度センサがある。

詳細には、配管の中空空間内の流体、特に流動する流体状または気体状媒体の温度センサであって、差込み装置を介して評価装置に接続可能な温度検出素子が、センサハウジングの一端閉鎖の保護筒内に堅固に挿入された接続部材とともに配置され、保護管が、少なくとも先端部が外部大気に対して弾性Ｏリングにより密閉されたハウジング中空空間の開口内に突出して成る温度センサにおいて、温度検出素子が、保護管の尖端部の領域において長手方向に延在する回路板の一端部上に配置され、導電路を介して回路板の反対端部に位置づけされた差込み装置と結合され、差込み装置が、センサハウジングの保護管と堅固に結合されたコレット（環状体）により囲まれ、該コレットが固定の目的で中空空間ハウジング内に突出するねじを備え、かつ、コレットが半径方向に延びるフランジを有し、このフランジが中空空間ハウジングの開口に対する押圧表面として密封用Ｏリングを用意していることを特徴とする流体の温度出用センサがある（例えば、特許文献２参照。）。
特許第３０６２４２９号公報特開２００２−４８６５４号公報（社団法人）日本電気計測器工業会編、「温度計の正しい使い方」、日本工業出版、平成２年６月１８日、第１７７頁

特許文献１に開示された温度センサは、保護管先端部の肉厚を薄くして温度応答性を改良したものであるが、配管や外気の影響を受けにくくするため挿入長を長くすることが必要で、流体の流れの澱みや、流体の成分が付着し易い問題がある。

特許文献２に開示された温度センサは、温度検出素子が、保護管の尖端部の領域において長手方向に延在する回路板の一端部上に配置され、導電路を介して回路板の反対端部に位置づけされた差込み装置と結合され、差込み装置が、センサハウジングの保護管と堅固に結合されたコレット（環状体）により囲まれた構造であるので、耐振動性に強いとされている。

しかしながら、特許文献２に開示された構造は、センサハウジングのコレット部と配管とが一体で密着して構成され、回路基板上の温度検出センサを内装する保護管はコレット部よりも小型であるので、配管内の流体の温度は、熱抵抗の小さい配管の方に伝導され易く、したがって、流体の温度が外気や配管の温度に影響を受け流体の温度が正確に、温度検出素子に高速で熱伝導されない問題がある。

本発明は、このような従来の問題点を解決するためになされたもので、流体の流れに影響を与えにくく、また、外気及び配管の温度の影響を受け難い、小型で、応答性の良い接触式の温度センサを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る温度センサは、液体または気体状態の流体を流す配管内に挿入して、当該流体の温度を測定する接触式の温度センサであって、前記配管の管壁を貫通するセンサ挿入孔から、一端閉鎖の先端部を前記配管内に突出または面接させて、中央筒部の肉厚を薄くして前記センサ挿入孔端面との間に空間を形成する保護管と、前記保護管の先端部の内部空間に熱伝導性接着剤、または酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を充填してその端部をエポキシ樹脂で固着し、自身からの接続線を当該保護管の後端部の開放口から取り出す温度検出素子と、前記保護管と前記センサ挿入孔との間において圧接させて設けるＯリングと、前記保護管を、前記センサ挿入孔の前記配管の外壁側から挿入して、当該保護管の後端部を押圧して当該保護管を前記配管に固定する固定板とを備え、前記配管内の流体に面接する以外の前記保護管の外周面を、当該保護管の外気及び前記配管から前記Ｏリングと前記固定板とで絶縁して、前記流体から前記温度検出素子に伝導される熱が、外気や前記配管の影響を受けにくく、迅速に伝熱するようにしたこと特徴とする。

上記目的を達成するために、本発明の請求項５に係る温度センサは、液体または気体状態の流体を流す配管内に挿入して、当該流体の温度を測定する接触式の温度センサであって、前記配管の管壁を貫通するセンサ挿入孔から、一端閉鎖の先端部を前記配管内に突出または面接させた保護管と、前記保護管の先端部の内部空間に熱伝導性接着剤、または酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を充填してその端部をエポキシ樹脂で固着し、自身からの接続線を当該保護管の後端部の開放口から取り出す温度検出素子と、前記保護管と前記センサ挿入孔との間において圧接させて設けるＯリングと、前記保護管を、前記センサ挿入孔の前記配管の外壁側から挿入して、当該保護管の後端部を押圧して当該保護管を前記配管に固定する固定板と、前記センサ挿入孔と前記固定板との間に前記センサ挿入孔の両側から前記センサ挿入孔に嵌合するように圧入される１対のスペーサと、を備え、前記保護管は、前記先端部が所定の曲率の凸面形状であり、更に、鍔を有する保護管筒部を備え、前記鍔の外周に前記鍔の厚み以上の径を有する前記Ｏリングを充て、前記Ｏリングと前記保護管の前記鍔を前記１対のスペーサで挟み込み、前記Ｏリングと前記鍔を挟み込んだ状態の前記１対のスペーサを前記保護管の後端部側から前記固定板で押圧し、前記保護管を外気及び前記配管と絶縁して、前記センサ挿入孔を封着し、前記配管内の流体に面接する以外の前記保護管の外周面を、当該保護管の外気及び前記配管から前記Ｏリングと前記固定板とで絶縁して、前記流体から前記温度検出素子に伝導される熱が、外気や前記配管の影響を受けにくく、迅速に伝熱するようにしたこと特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、流体の流れに影響を与えにくく、また、外気及び配管の温度の影響を受け難い、小型で、応答性の良い接触式の温度センサを提供することができる。

以下、本発明の実施例について、図を参照して説明する。

図１は、実施例１の温度センサ１０の構成図である。図１（ａ）は、被測定物を流す配管１１の管壁を貫通するセンサ挿入孔Ａに、管外壁側から挿入して取り付けられた温度センサ１０を示し、図１（ｂ）は、配管１１の管軸方向ｘ-ｘ’から見た温度センサ１０の詳細な断面図を示す。

配管１１を流れる被測定物は、例えば、食品業における牛乳やジュースなどの製造工程の配管を流れる液体である場合であったり、化学プラントにおけるガスなどの配管を流れる気体であったりする場合もある。また、必ずしも流れるものでなく、容器などの中で流動する状態の場合もある。

また、温度センサは、白金測温抵抗体、サーミスタ、熱伝対、ＩＣ化温度センサなど、保護管内に密着して設けられる接触式の温度検出素子を使用するもので、保護管を被測定物中に挿入、または被測定物に感温面を面接させて受熱し、流体の温度を測定するものが対象となる。

また、被測定物の温度測定範囲により、最適な温度検出素子が、予め定められる。

ここでは、被測定物として、食品業の製造工程に設けられる配管１１内を流れる流体の測温を行なう場合を例にして説明する。

図１（ｂ）において、ステンレス等の金属製の配管１１の管壁を貫通するセンサ挿入孔Ａから、一端閉鎖の先端部を配管１１内に突出または面接させ、中央筒部の肉厚を薄くして前記センサ挿入孔端面との間に空間を形成するステンレス等の金属製の保護管２と、保護管２の先端部の内部空間にエポキシ系の高熱伝導性接着剤、または酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を充填してその端部をエポキシ樹脂で固着し、自身からの接続線７を当該保護管２の後端部の開放口Ｂから取り出す温度検出素子１と、保護管２とセンサ挿入孔Ａとの間において圧接させて設けるシリコンゴム等で生成されたＯリング３と、保護管２を、センサ挿入孔Ａの配管１１の外壁側から挿入して、保護管２の後端部を押圧して、保護管２を配管１１に固定する固定板５とから成る。

そして、センサ挿入孔Ａの内面と保護管２の外面とは、テフロン（登録商標）などの絶縁物で生成されるスペーサ４を挟み、固定板５をネジ６で配管１１に固定する。

また、保護管２の先端部は、流体の成分が付着しないように、また、流体の流れに澱みが生じないようにするため所定の曲率の凸面形状とし、保護管２の先端部の凸面の裾野と配管１１との間にＯリング３を挿入し、テフロン（登録商標）等で成形した絶縁物４と所定の強度を有する固定板５とで保護管２の後端部とセンサ挿入孔Ａとの間を絶縁するとともに、保護管２の後端部から押圧してセンサ挿入孔Ａに封着する。

このスペーサ４と固定板５とは、所定の強度を備えたプラスティクなどの絶縁物で成形し、スペーサ４と固定板５とを一体ものとしても良い。

また、温度検出素子１と保護管２との空間は高熱伝導性接着剤で固着し、伝熱性を良くしておく。

このように構成され、配管１１の外壁から挿入して取り付ける温度センサは、配管１１内の流体に面接する以外の保護管２の外周面を、保護管２の外気及び配管１１とＯリング３及び、スペーサ４または固定板５とで絶縁して断熱しているので、流体から温度検出素子１に伝導される熱が、外気や配管１１の影響を受けにくく、流体の温度を迅速に伝熱することができる。

したがって、流体の流れに澱みを与えにくく、小型で、温度の応答性が良く、流体の温度を高精度で測定可能な温度センサを提供することができる。

図２は、実施例２の温度センサ１０の構成図で、図２（ａ）は、被測定物を流す配管１１の管壁を貫通するセンサ挿入孔Ａに、管外壁側から挿入して取り付けられた温度センサ１０を示し、図２（ｂ）は、その温度センサ１０の詳細を断面図で示す。

この図２の実施例に示す各部について、図１に示す実施例１と同じ部分は同一符号で示しその説明を省略する。

この実施例２が実施例１と異なる点は、図１の保護管２の形状は、配管１１に突出した構造であったが、図２に示す保護管２ａは、保護管２ａが接液する面の形状を配管１１の内壁の形状と合わせるようにして、突出した部分を押さえるとともに、温度検出素子１の感温面全面が近接して、保護管の厚みの距離で設けられるようにした点にある。

即ち、保護管２ａの先端部は、配管１１内壁曲面に合わせた曲面形状とし、当該先端部裾野と配管１１との間にＯリング３を挿入し、保護管２ａの後端部とセンサ挿入孔Ａとの間をスペーサ４及び固定板５で絶縁して保護管２ａの後端部から押厚して、センサ挿入孔Ａを封着するようにした。

したがって、配管１１を流れる流体に澱みが生じにくく、流体の温度が、温度検出素子１に全面に、早く伝熱しやすい構造が可能となる。

図３は、実施例３の温度センサ１０の構成図で、図３（ａ）は、被測定物を流す配管１１の管壁を貫通するセンサ挿入孔Ａに、管外壁側から挿入して取り付けられた温度センサ１０を示し、図３（ｂ）は、その温度センサ１０の詳細を管軸方向ｘ−ｘ‘から見た断面図で示す。

この図３の実施例に示す各部について、図１に示す実施例１と同じ部分は同一符号で示しその説明を省略する。

この実施例３が実施例１と異なる点は、図１の保護管２の形状は、配管１１に突出した構造で、スペーサ４をセンサ挿入孔Ａと固定板５との間にセンサ挿入孔Ａの外壁側から挿入したが、図４に示す保護管２ｃは、保護管２ｃを傘型の形状とし、配管１１の内側から挿入して、傘の柄の部分配管１１の外側からネジ止めするようにした点にある。

詳細には、保護管２ｃは、その断面がＴ字形状の傘型で、その上部の傘部の形状は管壁の内壁面に沿った曲面形状とし、その柄の中央部は中空で、且つ、底部外周はネジ部とし、傘部と内壁との間には絶縁板１４ａを挟み、さらに当該傘部の首廻りにはＯリング１３ａを挿入し、保護管２ｃをセンサ挿入孔Ａの内壁側から挿入し、固定板５を配管１１の外壁側から押し当て、ネジ部をスプリングワッシャー８ａとナット８で締め付けて、センサ挿入孔Ａを封着するようにした。

したがって、保護管２ｃの傘部の受熱面積が大きく、流体の温度を平均化して温度検出素子１ａに伝熱できるので、測定箇所のばらつきの影響を受けにくい温度測定が可能となる。

図４は、実施例４の温度センサ１０の構成図で、図４（ａ）は、被測定物を流す配管１１の管壁を貫通するセンサ挿入孔Ａに、管外壁側から挿入して取り付けられた温度センサ１０を示し、図４（ｂ）は、その温度センサ１０の詳細を管軸方向ｘ−ｘ‘から見た断面図で示す。

この図４の実施例に示す各部について、図１に示す実施例１と同じ部分は同一符号で示しその説明を省略する。

この実施例４が実施例１と異なる点は、図１の保護管２の形状は、スペーサ４をセンサ挿入孔Ａと固定板５との間にセンサ挿入孔Ａの外壁側から挿入したが、図４に示す保護管２ｂは、保護管２ｂに鍔を設け、スペーサ４ａ、４ｂをセンサ挿入孔Ａと固定板５ａとの間にセンサ挿入孔Ａの両側からセンサ挿入孔Ａに嵌合するように圧入し、鍔の外周にはＯリング３ａを配置し、固定板５ａでＯリング３ａを押圧するようにした点にある。

また、実施例１では、中央筒部の肉厚を薄くしてセンサ挿入孔Ａ端面との間に空間を形成したが、保護管２ｂの筒部周囲とセンサ挿入孔端面とはスペーサ４ａ、４ｂで密着され、空間を形成しない。

即ち、保護管２ｂの先端部は、所定の曲率の凸面形状とし、当該保護管筒部に鍔を備え、鍔の外周に当該鍔の厚み以上の径を有するＯリング３ａを充て、Ｏリング３ａと保護管２ｂの外周とを、鍔を備える絶縁筒を対向させてセンサ挿入孔Ａの両方向から保護管２ｂの鍔を挟み込むスペーサ４ａ、４ｂを、保護管２ｂの後端部から固定板５ａで押圧し、当該保護管２ｂを外気及び配管１１と絶縁して、当該後端部を固定板５ａで押圧してセンサ挿入孔Ａを封着するようにした。

したがって、予め保護管２ｂの外周にスペーサ４ａを取り付けて、センサ挿入孔Ａに圧入し、さらにＯリング３ａの取り付け、その後方からスペーサ４ｂと固定板５ａを押圧して取り付けるので、保護管２ｂの加工性と、組立が容易な温度センサが得られる。

本発明は、上述したような実施例に何ら限定されるものではなく、感温部以外の保護管の周囲を絶縁して断熱するようにしたものであれば良く、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することができる。

本発明の温度センサの実施例１の構成図。本発明の温度センサの実施例２の構成図。本発明の温度センサの実施例３の構成図。本発明の温度センサの実施例４の構成図。従来の温度センサの構成図。

符号の説明

１温度検出素子
１ａ熱伝導性接着剤
２、２ａ、２ｂ、２ｃ、１２保護管
３、３ａ、１３ａＯリング
４、４ａ、４ｂ，１４ａスペーサ
５、５ａ、１５固定板
６、１６固定ネジ
７、１７接続線
８ナット
８ａスプリングワッシャー
１０、２０温度センサ
１１配管

Claims

液体または気体状態の流体を流す配管内に挿入して、当該流体の温度を測定する接触式の温度センサであって、
前記配管の管壁を貫通するセンサ挿入孔から、一端閉鎖の先端部を前記配管内に突出または面接させて、中央筒部の肉厚を薄くして前記センサ挿入孔端面との間に空間を形成する保護管と、
前記保護管の先端部の内部空間に熱伝導性接着剤、または酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を充填してその端部をエポキシ樹脂で固着し、自身からの接続線を当該保護管の後端部の開放口から取り出す温度検出素子と、
前記保護管と前記センサ挿入孔との間において圧接させて設けるＯリングと、
前記保護管を、前記センサ挿入孔の前記配管の外壁側から挿入して、当該保護管の後端部を押圧して当該保護管を前記配管に固定する固定板と
を備え、
前記配管内の流体に面接する以外の前記保護管の外周面を、当該保護管の外気及び前記配管から前記Ｏリングと前記固定板とで絶縁して、
前記流体から前記温度検出素子に伝導される熱が、外気や前記配管の影響を受けにくく、迅速に伝熱するようにしたこと特徴とする温度センサ。
前記保護管の先端部は所定の曲率の凸面形状とし、当該先端部凸面の裾野と前記配管との間に前記Ｏリングを挿入し、前記保護管の後端部と前記センサ挿入孔との間を前記固定板で絶縁して、当該後端部を前記固定板で押圧して前記センサ挿入孔を封着するようにした請求項１に記載の温度センサ。
前記保護管の先端部は、前記配管内壁曲面に合わせた曲面形状とし、当該先端部曲面の裾野と前記配管との間に前記Ｏリングを挿入し、前記保護管の後端部と前記センサ挿入孔との間を前記固定板で絶縁して、当該後端部を前記固定板で押圧して前記センサ挿入孔を封着するようにした請求項１に記載の温度センサ。
前記保護管は、その断面がＴ字形状の傘型で、その上部の傘部の形状は前記管壁の内壁面に沿った曲面形状とし、当該傘の柄の中央部は中空で、且つ、底部外周はネジ部とし、
前記傘部と前記内壁との間には絶縁板を挟み、さらに当該傘部の首廻りには前記Ｏリングを挿入し、
前記保護管を前記センサ挿入孔の前記内壁側から挿入し、前記固定板を前記配管の外壁側から押し当て前記ネジ部をナットで締め付けて、前記センサ挿入孔を封着するようにした請求項１に記載の温度センサ。
液体または気体状態の流体を流す配管内に挿入して、当該流体の温度を測定する接触式の温度センサであって、
前記配管の管壁を貫通するセンサ挿入孔から、一端閉鎖の先端部を前記配管内に突出または面接させた保護管と、
前記保護管の先端部の内部空間に熱伝導性接着剤、または酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を充填してその端部をエポキシ樹脂で固着し、自身からの接続線を当該保護管の後端部の開放口から取り出す温度検出素子と、
前記保護管と前記センサ挿入孔との間において圧接させて設けるＯリングと、
前記保護管を、前記センサ挿入孔の前記配管の外壁側から挿入して、当該保護管の後端部を押圧して当該保護管を前記配管に固定する固定板と、
前記センサ挿入孔と前記固定板との間に前記センサ挿入孔の両側から前記センサ挿入孔に嵌合するように圧入される１対のスペーサと、
を備え、
前記保護管は、前記先端部が所定の曲率の凸面形状であり、更に、鍔を有する保護管筒部を備え、前記鍔の外周に前記鍔の厚み以上の径を有する前記Ｏリングを充て、前記Ｏリングと前記保護管の前記鍔を前記１対のスペーサで挟み込み、前記Ｏリングと前記鍔を挟み込んだ状態の前記１対のスペーサを前記保護管の後端部側から前記固定板で押圧し、前記保護管を外気及び前記配管と絶縁して、前記センサ挿入孔を封着し、
前記配管内の流体に面接する以外の前記保護管の外周面を、当該保護管の外気及び前記配管から前記Ｏリングと前記固定板とで絶縁して、
前記流体から前記温度検出素子に伝導される熱が、外気や前記配管の影響を受けにくく、迅速に伝熱するようにしたこと特徴とする温度センサ。