JPH06502487A - 遠隔温度基準を有する放射検知器 - Google Patents
遠隔温度基準を有する放射検知器Info
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
遠隔温度基準を有する放射検知器
す
製品又は工程の8買管理は工業経済の大きな部分となっている。8賀管理の主要
な関心事は、種々の製品及び工程における最小の欠点を検知する測定の精度と能
力とである。重量、温度及びその他の特性における差異を測定するために種々の
装置が使用される。かかる装置は、通常は、携帯できず、時間がかかり、不正確
で、複数の対象の検知に使用するための変更ができず、更に定量解析を与える能
力の無いことが多い。
放射検知器は、温度変化及び温度の損失又は利得の測定により、異常を検知する
ために使用される。放射検知器は多くの温度感知器の非接触式の代置装置として
使用されてきた。赤外線走査装置も、対象物と基準点との間の温度差の検知、並
びに機械類、配管、電線及び類似物からの熱損失の測定に使用されてきた。典型
的には、かかる放射検知器及び赤外線走査装置は1/10秒台の放射の変化に応
答する放射センサーを使用する。かかるセンサーは、迅速であるだけでなく、正
確でかつ検知中に測定物の運転の中止を必要としない経済的なものである。
放射検知器は、対象物から出る熱放射が対象物の温度の4乗に比例して上昇する
という原理に基づく。出た放射もまた対象物の放射率及び背景放射の関数である
が、目標物が一定の特性を有する応用に対しては修正可能である。
放射センサーの一形式はサーモバイルである。サーモバイルは、一般に、目標温
度の表示を与えるために使用されてきた。サーモバイルは、感知された放射が、
サーモバイル出力において、サーモバイルの熱接点と冷接点との間の差を示す電
圧を発生するという原理で作動する。
サーモバイルのような放射センサーの代表的な一つの問題は、装置内に捕捉され
たエネルギーにより過熱になる傾向である。かかる過熱及び放射センサーによる
エネルギーの保持により、温度の読取りの不正確が生ずる。感知の用途の多くは
狭い範囲の検知を必要とする。使用者は、かかる状況においては、装置の冷接点
温度を変え、或いは制御不能な熱勾配を生じてセンサー出力を破壊しかねないよ
うな外部条件の変化による装置の加熱又は冷却の危険を被る。熱管理の問題に加
えて、放射センサー装置は塵埃並びに苛酷な環境に対面する。精巧に考案された
冷却、清掃及び清浄化システムが使用されてきたが、高価、不体裁であり、かつ
間隔の短い較正の維持を必要とする。
発明の概要
目標物から出た放射を感知するサーモバイルを有し、かつ目標物の温度を表す出
力信号を与える放射検知器が本発明により提供される。サーモバイルの出力信号
を較正できるように、ポテンショメーターのような較正器がサーモバイル出力に
設けられる。熱電対の構成に使用される材料は、対象の温度範囲内におけるサー
モバイルの熱応答の最良の近似を与えるように選定される。サーモバイル及びポ
テンショメーターは一緒に特定用途に適するようになしうる検知器を形成するが
、好ましい実施例は、総合出力信号を作るようにサーモバイルの出力信号と組み
合う出力信号を与える熱電対も備える。局部温度の変化による出力変化を補償す
るために、局部温度の変化によるサーモバイル出力信号の変化は、局部温度の変
化による熱電対の出力信号の変化と逆の関係にされる。
熱電対とサーモバイルとを直列に電気接続することにより、サーモバイルと熱電
対の出力電圧は組み合わせられ、総合出力電圧を与える。熱電対の熱接点はサー
モバイルの冷接点温度に保持される。従って、共通接点の局部温度に対するサー
モバイル熱応答は局部温度への熱電対の熱応答の逆に近いので、総合出力信号の
変化は、熱電対の熱接点及びサーモバイルの冷接点が保持されている温度の変動
とは実質的に無関係である。
熱電対とサーモバイルとは総合出力電圧を与えるように直列に電気接続された電
圧源として使用されることが好ましいが、この二つは同等の結果を与える電流源
として使用することもできる。従って、別の実施例においては、熱電対とサーモ
バイルとは、これらを電気的に並列に接続し、組み合わせられたこの二つの装置
の出力電流が総合出力電流を与えるようにすることができる。更に、共通接点の
温度の変動に実質的に無関係の総合出力信号を与えるためには、熱電対の熱接点
は、これをサーモバイルの冷接点温度に保持する必要がない。局部温度への熱電
対の熱応答と局部温度へのサーモバイルの熱応答との間の関係が既知である限り
、熱電対の熱接点とサーモバイルの冷接点とを異なった温度とすることかできる
。
一実施例においては、サーモバイルの感知する放射から短い波長を取り除くため
にレンズが設けられる。これは、対象の目標物温度範囲におけるサーモバイルの
熱応答の直線性の改善を支援する。センサーの総合出力応答が対象の温度範囲に
おける線形関数に接近するので、線形入力に応答する計器のような線形出力手段
を総合出力信号から直接制御することができる。
サーモバイルの熱接点温度の基準となる冷接点温度は、熱電対の冷接点を基準と
する熱電対の局部的な熱接点温度である。熱電対の冷接点の基準温度は、その熱
接点及びサーモバイルセンサーから遠くに置(ことができる。これにより、目標
物の近くにあるための局部基準温度の不慮の変化によるセンサー出力の変化が防
止される。
本発明の一実施例は差動式放射検知器を提供する。この実施例においては、第1
のサーモバイルが第1の目標物からの放射を感知し、第1の目標物の温度を示す
出力信号を提供する。第1の熱電対が第1のサーモバイルの出力信号と組み合う
出力信号を与え、第1の総合出力信号を作る。第1の局部的温度の変化による第
1のサーモパイルの出力信号の変化は、第1の局部的温度の変化による第1の熱
電対の出力信号の変化とは反対の関係である。
第1のサーモバイル/熱電対の組合せに加えて、第2のサーモパイルが第2の目
標物からの放射を感知し、第2の目標物の温度を示す出力信号を提供する。第2
の熱電対が第2のサーモバイルの出力信号と組み合う出力信号を与え、第2の総
合出力信号を作る。第2の局部温度の変化による第2のサーモバイルの出力信号
の変化は、第2の局部温度の変化による第2の熱電対の出力信号の変化とは反対
の関係である。第1の熱電対及び第2の熱電対の冷接点は共通の温度に保たれ、
熱電対/サーモバイルの対は組み合わせられ差動出力を提供する。信号サーモバ
イルセンサー実施例と同じ方法で較正器及びレンズを設けることができる。正確
な差動応答を与えるようにサーモバイルを整合させ、熱電対を整合させることが
好ましい。
本発明の別の実施例により、放射検知器は温度依存可変抵抗器を持ち、これがサ
ーモパイルと組み合わせられて線形のサーモバイル出力電圧を作るためにサーモ
バイル出力電圧と組み合う可変抵抗値を提供する。サーミスターにより線型化さ
れたサーモバイル出力自体は線形の熱電対出力と組み合わせられ、サーモバイル
の冷接点温度の変化に対してより安定な検知器出力を提供する。
前述の実施例においては、サーモバイルと熱電対とは一緒になって期待平均目標
温度及び共通接点の局部温度範囲に対する用途に適した検知器を形成する。しか
し、サーモパイルの非線形の熱応答を補償するために熱電対の線形の熱応答が使
用されるので、共通接点の局部温度範囲を知らねばならず、かつこの範囲は比較
的狭い。従って、本発明の主要な利点は、検知器出力が広範囲にわたりサーモバ
イル冷接点温度への依存がより小さいことである。
従って、熱電対の冷接点温度の変化による熱電対出力電圧の変化が熱電対冷接点
温度の前記変化による線形化サーモバイル出力電圧に変化とは逆の関係にされる
ように、熱電対はサーモバイル/サーミスター回路と直列に電気接続される。従
って、この実施例は、線形化されたサーモバイル出力をサーモバイルの冷接点温
度の変化に対して補償するために線形の熱電対出力を与える熱電対を利用し、こ
れにより与えられた目標温度に対する安定な検知器出力電圧を維持する。熱電対
はサーモバイル/サーミスター回路と直列に接続されているので、遠隔の熱電対
冷接点がサーモパイルの基準となる。熱電対冷接点温度の測定又は冷接点温度を
特定範囲内への強制は、これを必要としない。
温度依存可変抵抗器は、サーモパイルと電気的直列に接続されかつサーモバイル
の冷接点と熱的に結合された少なくも1個の負の温度係数(NTC)のチーミス
タ−を備えることが好ましい。サーモバイル冷接点温度範囲にわたるサーモバイ
ル出力電圧の線形化を達成するために、サーモバイル冷接点温度の変化によるサ
ーミスターの抵抗値の変化が、サーモバイル冷接点温度の前記変化によるサーモ
バイル出力電圧の変化と逆の関係となる方法で、サーモパイルの出力応答を変更
するようなNTCサーミスターが選定される。別の配置においては、少なくも1
個の正の温度係数のサーミスターがサーモバイルに直列に電気接続されかつサー
モバイル冷接点と熱的に結合される。いずれの場合も、得られたサーモバイル出
力電圧はサーモバイル冷接点温度の変化に対して、より線形の関数である。
本発明のこの実施例は、目標物温度が既知でありかつ比較的安定であるような用
途に特に有用である。サーモパイル冷接点の広範囲な温度変動に対するサーモバ
イル出力電圧の線形化を得るために、対象の目標温度範囲に依存して、異なった
形式のサーミスター又は複合サーミスターも標準の抵抗器と組み合わせて使用で
きる。
前の実施例におけるように、対象のサーモバイル冷接点温度範囲に対して安定な
検知器出力を作るために、希望の目標温度において熱電対出力応答と交差するよ
うに、線形化されたサーモバイル出力応答を微調整するためにポテンショメータ
ーのような較正器を使用することができる。
また、サーモパイルは素子間でかなり異なったパラメーターを持っているので、
希望の目標温度に対して同一の検知器出力を与えるように多くの素子を調整する
ために、ポテンショメーターはこれら素子をその変動に対して補償することがで
きる。
本発明の別の態様により、熱電対は、異なった熱電対材料で形成されかつサーモ
バイル回路が実際に熱電対の熱接点として働(ようにサーモパイル回路に組み合
わせられた導線の交差しない対を備える。熱電対をモバイル回路に接続され、従
ってサーモパイルの冷接点温度に保たれる“サーモバイル導線の対の一方に接続
される。第2の熱電対導線はサーモバイル導線に直接には電気接続されないが、
これはサーモバイル回路に電気接続される。更に、第2のサーモパイル導線はサ
ーモパイルのごく近くに取り付けられエポキシによりサーモバイルの冷接点と熱
的に結合される。両方のサーモバイル導線は、同じ温度、即ちサーモパイル冷接
点温度に保持される。両導線は交差して熱電対の熱接点を形成してはならない。
計器の応答性は、これを検知器出力と組み合わせることができる。計器は、熱電
対出力の測定に通常使用される形式のものである。計器とサーモバイル回路の両
者は高インピーダンス装置であるので、サーモバイルは計器の測定値を破壊する
漂遊高周波雑音を受けるアンテナとして作用する。本発明により、高周波ノイズ
、特に60Hz以上のノイズを減衰させるようにフィルターがサーモバイルと組
み合わせられる。好ましくは、このフィルターは、容量値が1−5μFで検知器
出力に並列に接続されたコンデンサーを備える。高周波域においては、コンデン
サーがサーモバイル回路出力インピーダンスを低くし、これにより計器における
高周波ノイズの存在を無くす。
本発明の別の実施例においては、放射検知器はサーモパイル及びサーミスターを
備え、線形化されたサーモバイル出力電圧を提供する。線形化されたサーモバイ
ル出力はサーモパイル冷接点温度の変化に対して線形の関数であ唇9で、線形の
冷接点補償を有する線形出力手段を、温度表示を与えるように検知器と組み合わ
せることができる。
本発明の更に別の実施例においては、温度監視システムが処理室内に置かれた製
品の温度を監視する。監視システムはサーモバイルを備え、これが製品から出る
放射を感知し製品温度を現すサーモバイルシステム信号を提供する。好ましくは
、熱電対及び温度依存可変抵抗器がサーモバイルに電気的直列に組み合わせられ
、製品温度を表示するシステム信号を提供する。製品温度が許容限度内に止まる
限り、出力信号は対象の製品温度範囲にわたり線形関数であり、局部的温度の変
動とは無関係である。
監視システムは、処理室内に延びている第1の端部と周囲温度環境内に配置され
た第2の端部とを有するヒートシンクも備える。このヒートシンクは銅管又はヒ
ートパイプを備えることもできる。放射検知器は、製品に向いた第1の端部の近
くでヒートシンクと熱的に組み合わせられる。放射検知器内の諸要素は処理室の
温度より低い最高局部温度を有するので、検知器に隣接したヒートシンクの温度
は検知器内の諸要素の最高作動温度を越さない。
図面の簡単な説明
本発明の以上の目的及びその他の目的、特徴及び利点は、付属図面に示された本
発明の好ましい実施例についての以下のより個別的な説明より明らかになるであ
ろう。これら図面においては、総ての図面を通じて同じ部品は同様な番号で示さ
れる。これら図面は、縮尺は必要ではなく、代わりに本発明の原理を図解するた
めに強調がなされている。
図1Aは本発明を具体化したサーモパイル放射検知器の電気回路図である。
図IBは図1の回路と同様であるがサーモバイルと直列に熱電対を有する回路を
示す。
図2は図1のサーモバイルの放射を感知するための熱応答のグラフである。
図3はサーモバイルに連する放射の総放射に対する百分率と目標物温度とのグラ
フである。
図4は本発明の差動式放射検知器の電気回路線図である。
図5は検知器ハウジングを通る空気流システムを有する本発明の実施例の長手方
向断面図である。
図6は図4の差動式検知器を使用した測定の応用の概略図である。
図7は図6に示されたセンサーのハウジングの断面図である。
図8は本発明を具体化したサーモバイル放射検知器の電気回路図である。
図9は図8のサーモパイル放射検知器の別の電気回路図である。
図10は図1のサーモバイルの放射を感知するための熱応答のグラフである。
図11は図1のサーモバイルの一定目標物温度と冷接点温度に対する熱応答との
グラフである。
図12は図1の放射検知器の温度依存可変抵抗器の一定目標物温度に対する熱応
答のグラフである。
図13は図8の放射検知器の平面図である。
図14は本発明のサーモパイル放射検知器の別の実施例の電気回路図である。
図16は熱処理を受けている製品に対する別の温度監視システムの断面図である
。
好ましい実施例の説明
目標物から出る放射を感知するためにサーモバイル19を使用した放射(rad
iation)検知器が図IAに示される。ポテンショメーター17がサーモバ
イル19の出力導線間に接続されサーモバイルシステムを較正する手段を形成す
る。以下更に説明されるように、この較正は、最終出力電圧、従7て読取り装r
I110により表示される目標物1度を対象の温度範囲内において感知された放
射と密接に関係付ける。好ましい実施例においては、ポテンショメーター17は
トリマー付き100にΩポテンショメーターである。
サーモバイルは、その両端間の一連の熱接点と冷接点との温度差に比例した電圧
をサーモバイルの両端間で作るように形成される。従って、サーモバイル19の
システム電圧(E、)は次の関係式で現すことができる。
E、=α、N (T、−TりK (1)ここに、T、はサーモバイル19の熱接
点8の温度、T2はサーモバイル19の冷接点9の温度、αPはサーモバイル材
料のゼーベック係数、Nは熱接点8と冷接点9の数、そしてKはポテンショメー
ター17によるスケール係数である。
一般に、目標温度T丁とサーモバイル出力電圧E、との間の関係は次式%式%
ここに、α2′はVolt/BTLI−hr−ft2単位におけるサーモバイル
に対するゼーベック係数、e↑は目標物表面の放射率、モしてσはシュテファン
ーポルツマン定数である。係数α、°は更に次式により定められる。
at’ = (1+ C(Tz−Ttン )a、、’ (4)ここに、Cはサー
モバイルに対するゼーベック温度係数、αFr’は特定の軌電対冷接点基準温度
に対して選定されたαP“の値、モしてT11はαP、゛が選定された基準温度
である。実際的な応用については、TllはT2の期待値として選定される。
式(3)に式(4)を代入して、サーモバイル出力電圧は次のように現せる。
EP= (1+c (T2−Ti))ap、’erty (Ty’−’L’)K
(5)式(5)に示されるように、サーモバイルシステム電圧E、は4次項(
Tア’ −T I’ )の存在のためTtの変化に対して非線形で変化するであ
ろう。この4次項は、サーモバイル19により感知される放射(BTU)が目標
物温度の上昇と共にどのように増加するかを表す図2の曲線14により示される
。図2はサーモバイル冷接点温度T2が70°Fと仮定し、従って曲線のBTU
のスケールは70°F以上のBTUを現す。
出力装置10は、普通は、熱電対により作られたような線形の出力関数に応答す
る標準の計器であるので、できるだけ目標物温度の線形関数に似たサーモバイル
出力電圧Erを現すことが望ましい。線形の出力装置を使用したときの目標温度
の変化による感知放射の線形変化が図2に曲線14で示される。各較正線は異な
った点で曲線14と交差して示される。特定の交差点の回りの与えられた目標温
度範囲内では、サーモバ温度範囲内では、この近似は、サーモバイルセンサーと
線形出力計器とを有する正確な温度検知器の構成を許すに十分である。
設計の目的に対して、サーモバイル熱接点の温度T、を予測することは困難であ
る。しかし、大多数の実際的応用に対しては、(1丁−TO>> (TI−Tx
)
である。従って、サーモバイル出力電圧Epの値を確立する目的については、近
似式T、=T、を使用できる。式(5)中のT、にT2を代入すれば、サーモバ
イル出力電圧は次のようになる。
Ep= (1+c (Tz−TI))αpr’e+σ(Ty’−Tt’) K
(6)期待平均目標物温度と期待冷接点温度を知れば、式(6)から、希望の目
標温度において線形の近似関数と交差する出力応答を有する検知器を作るように
操作できる。多くの応用に対して、かかる検知器は、期待平均目標温度の付近の
目標温度範囲内では十分に正確であり、これにより正確な検知装置として機能す
る。しかし、与えられた用途に対しては、出力電圧E、を所望の近似に較正する
手段が必要である。
サーモバイル応答の較正は、サーモバイル出力がサーモバイル曲線と選定された
線形近似との間の所望の交差点を最もよ(達成するような値のα1.°を有する
サーモバイルを選ぶことにより部分的に達成される。
しかし、利用可能なサーモバイル材料の形式は限られるため、α1、°の値は希
望のように選定できないことがしばしばであり、この場合は所望の目標温度にお
ける交差点を作ることができない。従って、本発明は、サーモバイルの出力電圧
EPを測り検知器を期待平均目標温度に微調整により、検知器の使用者は、製作
許容差又はその他の影響による検知器のいかなる不正確もこれを修正できる。式
(6)内のポテンショメーターのスケール係数にの存在は、サーモバイル出力電
圧E、をポテンショメーターの設定の調整により制御し得ることを示す。
図IBは、図IAの回路のサーモバイル19とポテンショメーター17、並びに
熱電対15を使用した放射検知器12の別の実施例を示す。
目標物から出た熱放射は、サーモバイル組立体30の窓11を通って検知器12
に入り、組立体30内においてサーモバイル19により受け入れられる。サーモ
バイル19は、感知された放射を示す最終の出力電圧が熱電対15の導線23及
び25の端部間に提供されるような方法で熱電対15と直列に接続される。これ
らの端部はそれぞれ読取り装置10の端子21及び27に接続され、この装置は
感知された放射の関数として目標物の温度の指標を提供する。
この実施例の熱電対15は、サーモバイルセンサーをサーモバイル冷接点温度T
、の変化に対して補償して検知器の精度を高める。本発明は、T2を強制的に特
定温度に等しくすることなく、或いは最終の計器出力を算出するためにT、を測
定することな(、T2の変動を自動的に補償すると同時にサーモバイル及び目標
物から離れた検知器に基準温度を提供する熱電対15を使用する。
熱電対は、一方の端部が他方の端部と異なった温度にある両端部において互いに
接続された2本の異種金属により形成され2個の接点間に電圧を作るように形成
される。図IBの熱電対15は線25と線23とにて示される。接続点20は、
サーモバイル19の冷接点9と同じ温度(T1)に維持される。第2の接続点、
即ち端子21と27とは温度T、である。これら2個の熱電対接続の結果として
の端子21と27との間に作られる電圧(EC)は、次の関係式により現される
。
EC=(IC(TI−TO) (2)
ここに、α、は熱電対材料に対するゼーベック係数であり、Toは端子21と2
7の温度、典型的には周囲温度である。
図IBのサーモバイル19と熱電対15とは電気的に直列に接続されているので
、図1の回路の端子21.27間に現れる総合出力電圧E0は、サーモバイル出
力電圧E、と熱電対出力電圧E、との組み合わせである。即ち、
Ea=Wp+Ec l (7)
式(2)と式(6)とを結合すると次式が得られる。
Eo=(1+C(TI Tl) ) ffr+’ et(7(Tr’ Tj’)
K+α−CTz T6) (8)
読取り装置10により見られる端子21と27との間の最終出力電圧は、サーモ
バイル19と熱電対15とが直列に接続れているため、これらにより作られた電
圧の和である。図IBに見られるように、熱電対15の熱接点はサーモバイル1
9の冷接点温度と同じ温度(T、)である。T2が増加すると’r、−’r、は
減少し、サーモバイル出力電圧E、は低下する。
しかし、T、も熱電対15の熱接点温度であるため、T、の増加はT、−Toを
増加させ、熱電対出力電圧ECもまた増加する。従って、温度に対するサーモバ
イル出力電圧の変化(dE、/dT)は温度に対する熱電対出力電圧の変化(d
Ec/dT)に近(、T2の変動はかなり広い変動範囲内で無視できる。即ち、
l dEP/dTl =I dEc/dTl換言すれば、TIの増加によるE、
の減少がECの対応Cた増加にほぼ等しい限り、総合出力電圧E 6 = E
c + E Pは実質的に変化しない。熱電対材料の適切な選択が、熱電対の電
圧応答をT2における変化を最もよ(補償するα。の値を与える。
以上の解析は、好ましい実施例の場合のように、Toが一定に保たれると仮定し
た。しかし、T、が変化できる場合は、TI、ちまた監視され、出力E0の補償
のために使用される。Toはサーモバイル組立体から離れているので、Toの管
理及び/又は監視は簡単な業務である。事実、通常の熱電対電子装置は冷接点用
の安定した温度基準を含み、明らかにされたサーモバイル/熱電対はかかる電子
装置と互換できる。
以上により、検知器12は複雑な電子装置又は煩わしい計算の使用なしに感知さ
れた放射から目標物の正確な温度の表示を与える。本発明の温度検知器は、感知
された放射の実質的な線形関数でありかつ標準の出力計器の要求を満足させる出
力信号を提供しつる対象温度範囲に制限される。温度T0はサーモバイルセンサ
ーから遠くに保持できるので、これを容易に一定に保ち、又は独立して測定する
ことができる。サーモバイル及び熱電対の熱応答は対象温度範囲においては互い
に近いので、サーモバイルの冷接点温度の変化は熱電対により補償され、サーモ
バイルの冷接点温度の測定は不要である。これにより、サーモバイルセンサー付
近の温度センサー及び/又はヒーターの必要がなくなる。
サーモバイル19と熱電対15との直列接続により、目標物温度TTと27の位
置は測定目的に最も適するように選定できる。遠隔の基準温度は、代表的なサー
モバイルの冷接点基準温度の周囲温度及び目標物の熱からの遮断の問題を取り除
く。放射センサーを目標物表面に極めて接近させ又は実際に触れさせる、冷接点
温度の変動による大きな不正確をもたらすことがかなり多い。
図2の4次曲線14の傾斜は目標物温度とともに急速に変化するため、目標温度
の到達点として期待される対象温度範囲の選択が重要である。
サーモバイル出力は、ポテンシヨメーター17により較正され、この出力が選定
された温度範囲の中央の温度における希望電圧値と等しくなるようにされる。こ
れにより、較正温度の付近のサーモバイル出力は、この温度範囲における線形電
圧出力に応じて出力装置にほぼ線形で現われることができる。例えば、図2の2
006F較正線13は、200’F点において曲線14と交差する線形関数を示
す。この交差点は、200’Fの期待目標物温度に対するサーモバイル出力の較
正を示す。
本発明の好ましい実施例においては、200°F較正は約175°Fと約225
°Fとの間の目標温度に対して正確である。図2の線29と曲v4.14との交
点により示された第2の較正は300°Fを中心とし、約275’Fど約325
°Fとの間の目標温度に対して正確であるだけである。その他の較正も、図2の
直線により図示される。
熱電対15のある場合とない場合の本発明の代表的な較正と得られた出力の幾つ
かの例が下表に示される。各表は本発明を典型的に使用した異なる応用を現す。
鼓膜用1変センサー
TRTTM T2 K Tp To at: L II<、98.6 98.6
0 90 .881 90 70 30 30 3098.6 9g、58 6
0 .881 90 70 30 30 3098.6 98.64 110
.881 90 70 30 30 30熱電対なし
T賦 Ttw T2 K TRT6 ap: L aeq98.698.6 7
0 .86 70 70 30 30 3098.6 108.62 60 .
86 70 70 30 30 3098.6 58.7 110 .86 7
0 70 30 30 30500 500 90 .245 90 70 3
0 30 23500 509 40 .245 90 70 30 30 2
3500 490 150 .245 90 70 30 30 23熱電対な
し
T5 丁1,1 丁2 K TR76apr” Be aam500 500
70 .335 70 70 30 0 30500 546 90 .335
70 70 30 0 30500 623 150 .335 70 70
30 0 30昂進ユ世
TRTTM T2 K Tll 76 ap、’ 1. I。
2000 2000 70 .169 70 70 1 30 4.92000
1979 40 .169 70 70 1 30 4.92000 205
5 150 .169 70 70 1 30 4.9艷4町リビ
Tll TTM T2K TRT、at、’ aca、。
2000 2000 70 .169 70 70 1 0 4.92000
2163 40 .169 70 70 1 0 4.92000 1565
150 .169 70 70 1 0 4.9上表に示されるように、αP、
゛の適正な選択、及びKの微調整が、与えられた局部温度T2に対して検知器の
表示した温変出カTTMを、実際の目標物温度1丁と等しくさせることができる
。使用された計器はα、のゼーベック係数較正を持つ。T2の変動にょるTTM
の安定性は熱電対の使用により格段と強化された。この改良は、熱電対の使用な
しの場合と比較した熱電対の使用ありの場合の上表のT2にょるT rwの変動
の減少により示される。T2にょるサーモパイル出力信号の変化はT、にょる熱
電対出力信号の変化と逆の関係にあるので、T2の上昇にょるサーモバイル出力
信号の低下は増加した熱電対出力信号により補償される。
サーモバイル出力の所望の較正の達成だIフでなく、選定された対象の温度範囲
内の4次の関係の直線性の改良もまた望まれる。図2の曲線かと共に増加する。
較正が正確である温度範囲の拡大のため、出願人は以下の事項を使用する。
シュテファンーポルツマンの関係式から、感知された放射に関して線形であるサ
ーモバイル19の電圧出力は目標物温度に関して非線形である。しかし、目標物
からの熱放射から短い波長(約7ミクロン以下)を取り去ることにより、出願人
はサーモバイル19からの非線形出力の範囲をより良い線形近似のものに変換す
る。この結果は、長波長の放射は、低温においては目標物から出た放射の大きな
部分を占めるが、目標物温度が約200°F以上に上がると、より高い波長に比
べて減少するという事実を使って達成される。短い波長の放射を取り除く材料の
図IBの回路の窓の使用により、サーモバイルに実際に達する総放射の割合は目
標物温度の上昇と共に減少する。この関係が図3に曲線16により示される。
曲線16はサーモバイルに達する総放射に対する相対部分を示す。目標物温度が
上昇すると、目標物の総放射を構成している長波長の放射の割合が低下する。従
って、反比例して短波長放射の割合が増加する。しかし、短波長放射は窓フィル
ター11により阻止され、サーモバイルには到達しない。そこで、感知された放
射の関数である4次曲線は高い目標物温度において低下し、図2に示された曲線
65を与える。曲線65は曲線14と曲線16の積を示す。2個の曲線14と1
6とを比較できるように、図3には4次曲線14も示される。曲線65により示
されるように、濾波された4次のサーモパイル曲線は線形関数にかなり接近して
正確な目標物温度範囲を拡大させる。
(LWP)を得るために、窓11は、長波長(約7ミクロンから20ミクロン)
の放射を通過させ、短波長(約7ミクロン以下)の放射を除去するシリコンのよ
うな材料で形成されることが好ましい。その他の波長を遮断して4次曲線の形状
を別のものに変える別のフィルター材料も使用できる。
熱電対15の端子27及び21は、種々の読取り装置への着脱可能な接続に適用
できることが好ましい。端子27.21間の電圧は感知された放射を表示するも
のであり、検知された温度の指標を示す種々の読取り装置に供給することができ
る。異なった読取り装置のために熱電対15用に異なった導線を使用できる。例
えば、J型読数り計器用に導線25を鉄とし、導線23をコンスタンタンとする
ことができる。この場合は、検知器の最終出力電圧は、約70°F以上の目標物
温度において好ましくは30μV/’Fである。又は、別の実施例においては、
タイプR及びSの読取り計器について、導線23.25をそれぞれ白金及び白金
ロジウムとすることができる。
共通の読取り装置は、ポテンショメーター17のインピーダンスより大きな入力
インピーダンスを必要とする。しかし、読取り装置への入力インピーダンスがポ
テンショメーター17のインピーダンスと同じ程度のものであれば、そのときは
検知器12が正確である目標物温度の範囲を更に増加させることができる。また
、約200°F以下において正確な検知装置については、検知器は、小さな内部
抵抗容量及び比較的大きな外部抵抗容量が使用されればより安定である。ポテン
ショメーター1して有用なツールである。
本発明の別の実施例が図4に示される。図4の装置においては、2個のサーモパ
イル101.103の各はそれ自体の熱電対102.104と直列に結線される
。従って、本質的に、図IBの検知器の2組が提供されるが、これらの遠隔の基
準温度出力TOA及びTelにおL)では異なった結線とされる。図4において
、上方のセンサーをセンサーAと呼び、下方のセンサーをセンサーBと呼ぶ。図
IA及びIBに関して説明された計算を使用すれば、端子106.107の間の
出力電圧VAはT、A−ToA’にほぼ等しく、従ってサーモパイル組立体10
1の熱接点と基準温度TOA’との間の温度差の指標である。同様に、センサー
Bの出力端子108.109間の出力電圧v、はTla Toeにほぼ等しく、
サーモバイル103の熱接点と基準温度Tl11’との間の温度差の指標である
。
サーモバイル101と103及び熱電対102.104は、センサーAとセンサ
ーBの出力特性ができるだけ近づくようによ(調整される。
TOAとTo、とはそれぞれのサーモパイルセンサーから離して置けるので、こ
れらはT。A= T 6 s = T oであるように同じ基準温度の保つこと
が容易である。これは、基準温度TOAとTBとを互いにご(近くに置き又は熱
的に結合させることにより、容易に達成できる。従って、両センサーAとBとは
遠隔の同じ基準温度TOを基準とする。そこで、これらの出力を差動式の方法で
比較できる。図4に示されるように、センサーAの端子106はセンサーBの端
子108に結線され、共通の電気的基準を形成する。センサーAの端子107と
センサーBの端子109は差動出力として使用され、VA−Vsに等しいであろ
う。
V A= (L A (T I A T o)及ヒV s = αs (T +
e T o )であるので、
V o = V A V m
=αA T I A−αATO−αm T 1 a+αsT6しかし、2個のセ
ンサーA及びBは非常に細かく整合されてpzるので、及び ■。=α[T I
A T 0T 1a + T 6 ]=a [T、A−T、a]
従って、■。はセンサーAとセンサーBの目標物間の温度差の正確な指標である
。
図4の装置は各センサーがそれぞれ遠隔の温度T0を基準にできるので、サーモ
バイル101及び103の冷接点を熱的に連結し又は互0に隣接して置く必要が
ない。これにより、差動式センサー100が、互G1に距離の大きい目標物間の
温度差を測定できるという顕著な利点が得られる。差動式検知器のある導入が図
9及び10を参照し示される。互0に関連するセンサーの配置、位置及び方向は
、これらが共通の遠隔基準温度T0を有する限り感知に影響を与えない。サーモ
、(イル冷接点温度の比較は不要であり、過去の差動式温度センサーの複雑な加
熱及び測定用の回路の多くは、これを無くすことができる。遠隔基準温度は局部
基準温度T、を含んだどこにでも置くことができるが、一般に感知される環境か
ら除かれた遠隔電子装置に置かれることが最も好都合であることを認識すべきで
ある口
熱管理及びサーモt4’にル組立体の保守は、検知器の設計中に空気流システム
を含ませることにより提供される、図5は、本発明の検知器31におけるかかる
空気流システムを示す。検知器31は、熱電対40に直列に接続されたサーモパ
イル組立体32を同軸に保持する銅のスリーブ34を使用する。サーモパイル組
立体32はスリーブ34の目標物側の端部を通って部分的に突き出し、一方、熱
電対40はスリーブ壁の内側に置かれる。更に、スリーブ34は熱電対40の絶
縁のため熱エポキシ36で充填される。プラスチックのシェル38がスリーブ3
4とサーモバイル−熱電対要素のための外側がパー又は)\ウジングを提供する
。シェル38の内壁は収納される要素の全体的な輪郭に従うが、装置を通る空気
量の十分な隙間を持つ。
特に、シェル38とスリーブ34との間で検知器31の後端42に空気が供給さ
れ、シェル38とスリーブ34との間の隙間により形成された通路に沿って流れ
る。空気は、サーモパイル組立体32のレンズを通って流れ、目標物側端部の開
口49を通って検知器31から出る。約3psiの圧力でかつ釣11ft”/m
nの流量で供給された空気は、レンズをゴミ屑から清潔に保ち、かつ検知器31
の精度を確保するためにサーモパイル組立体32の狭い作動温度範囲を維持する
に十分な流量を与える。空気は、通常の手段及び方法により、かかる流量又は同
様な流量及び圧力で供給される。
図4の差動式装置を使用した特別の検知器の実施例が図6に示される。
コンベヤーベルトが、周囲温度より高温又は低温の接着剤にような被覆用物質で
被覆すべき素材120を動かす。被覆用機械124は、素材1図ノ屡の図面のサ
ーモバイル101.103を含み、かつ被覆用機械124の各側に置かわる。管
路部分130及びi 32がそれぞれセンサーA及びL(に従属する。管路部分
130.132内jこそれぞれ熱電対102及び104の導線、並びIこ図5の
実施例に使用されたような空気流維持用の空気流路が収容される。
ハウジング134は、前置増幅器を有する差動式検知器の熱電対102.104
の端子106.107.108.109、及び空気流発生用の空気源を収容する
。従って、熱電対102.104用の基準温度T0は同じであり、ハウジング1
34の内部の基準温度と等しい。電線136が差動式検知器の出力を受ける主回
路/表示ユニット138への電気出力を提供する。別の出力を電線140を経て
警報/制御システムに通過させることができる。
素材120は被覆用物質122で被覆されると、素材の未被覆面(センサーA)
と素材の被覆面(センサーB)との間の温度差が前置増幅器ハウジング134の
作動出力として検知され、コンベヤーベルトによる素材の運動の自動制御に使用
される。作動式センサーにより温度差が検知される限り、被覆作業が継続される
。しかし、素材120の被覆が行われないと、センサーAとセンサーBとにより
感知される温度差はもはや存在しない。これに応じて、主回路/表示ユニット1
38が電線140に沿って警告信号を発生し運転者に警告し、またはコンベヤー
ベルトを自動停止させる。
図6のセンサー126.128と同様のセンサーユニット141の断面が図7に
詳細に承すれる。ユニット141は、ハウジング内で感度の夕のハウジング】−
42を持つ。ハウジング内に取付は用構造146があり、こjlは薄い絶縁用シ
ム147によりハウジング内に取り付けられ、このンムにより空隙148がハウ
ジング142の内部要素を囲むことができる。この空隙148は内部要素をハウ
ジングの温度から絶縁し、更に空気流は空気流維持システムからハウジングを通
り通過できる。取付は用構造はハウジングの開口152を通りハウジングに入る
放射を検知するように方向付けされたサーモバイルセンサー150を支持する。
熱的に安定な取付は用構造146内に、センサー141の熱電対基準接点154
が熱的に取り付けられる。図4を参照し説明されたようなスケール用ポテンショ
メーターが取り付けられた回路盤156が、サーモバイル150に近接して位置
決めされる。管路接続158が前置増幅器からセンサー141に至る管路を支持
する。この管路は、熱電対の出力線を電気的に遮蔽し、センサーの位置を機械的
に保持し、更に適宜の空気流維持装置からのセンサー141の掃除用又は冷却用
の空気の通過を許す。
図IBに示されたセンサー設計の注目される一つの用途は、身体の中心部の温度
に近い温度を有する人の鼓膜の温度を感知するための鼓膜温度監視装置としてで
ある。外科手術中のように人の身体温度の監視を必要とし又は希望することがし
ばしばある。温度センサーの領域では複雑でないヒーター又は電子装置が必要で
あるので、これを収容するパッケージは極めて小型かつ単純である。図IBのデ
ザインにより、センサーは出力装置に至る導線だけを有し被験者の耳道内に直接
挿入できる。か平均目標物温度及び既知のサーモバイル冷接点温度範囲を含んだ
用途に適した検知器を形成する。しかし、サーモバイルの非線形の熱応答を補償
するために熱電対の線形の熱応答が使用されるので、サーモバイル冷接点の温度
範囲は既知でかつ比較的狭いものでなければならない。
図8を参照すれば、本発明の別の実施例は温度依存可変抵抗器216を有する放
射検知器を備え、この可変抵抗器はサーモバイル19に組み合わせられてサーモ
バイル出力電圧と組み合った可変抵抗を形成し、線形化されたサーモバイル出力
電圧を作る。それ自体がサーミスターにより線形化されたサーモバイル出力が、
熱電対231からの線形の熱電対出力と組み合い、広い範囲のサーモバイル冷接
点温度にわたり安定した検知器出力E0を提供する。
図8の放射検知器は、目標物から放射され窓211を通じて入ってくる放射を感
知して目標物温度を現す出力信号を提供するサーモバイル19を持つ。先の実施
例におけるように、熱電対231が、サーモバイル19と直列に電気接続されか
つこれに熱的に結合される。熱電対出力はサーモバイル冷接点温度の変化により
線形変化をし、同時にサーモバイル出力信号はサーモバイル冷接点温度の前記変
化により非線形な変化をするので、熱電対231はサーモバイル冷接点の幾分か
狭い範囲の温度に対する温度補償を提供する。
本発明の別の態様により、負の温度特性(NTC)のサーミスター216がサー
モバイル19と直列に電気接続されかっサーモバイルの冷接点9と熱的に組み合
わせられ、サーモバイル出力電圧と組み合って冷接点温度による線形システム電
圧を作る可変抵抗を提供する。線形化サーモバイル出力は熱電対出力電圧と組み
合い、広範囲のサーモバイル冷接点温度にわたり安定した総合出力電圧を作る。
同じ結果を得るために、図9に示されるように正の温度係数(PTC)のサーミ
スター316をサーモバイルに並列に接続することができる点に注意されたい。
式(8)から、サーモバイルの出力電圧(E、)は4次の項(Tア4−T24)
の存在のためT、及びT2の変化により非線形で変化することを想起されたい。
この4次の項は図10の曲線34により示され、この曲線は、サーモバイル出力
電圧が一定のサーモバイル冷接点温度に対する目標物温度の増加と共にいかに増
加するかを示す。4次の項は図11の曲線236により更に示され、これはサー
モバイル出力電圧が一定の目標物温度に対するサーモバイル冷接点温度の増加と
共にいかに減少するかを示す。更に図11には曲線246も示され、これは熱電
対出力電圧(E、)がサーモバイル冷接点(即ち、熱電対の熱接点)温度の上昇
により線形でどのように増すかを示す。
冷接点温度の変化に対するサーモバイルと熱電対の出力の逆の関係のため、組み
合わせられた出力は、これを一般に冷接点温度と無関係にすることができる。こ
のために、サーモバイル出力236は直線状の曲線238に近似して線形化され
る。曲線238は熱電対曲線246と組み合って冷接点温度の変化に対して一般
に一定の出力248を提供する。
対象のT、からTxまでの冷接点温度範囲にわたり線形化された曲線238を作
るために、サーモバイル曲線236には曲線249を掛けなけれなならない。X
軸及びY軸を拡大した図12に示されるように、曲線249は対象温度範囲TN
ないしT、においで曲#!240により近似される。
曲線240は下に説明されるようにサーミスター回路の結果である。
再び図8を参照すれば、NTCサーミスター216は、サーミスターと組み合っ
て図12に示された応答曲線240を有する可変抵抗器R(Tz)を形成する抵
抗器R1(222)及びR2(224)の対に接続される。曲線240は最大抵
抗値及び最小抵抗値を持つ。サーミスター211び抵抗器222.224はサー
モバイル19と直列に電気接続されかつサーモバイル冷接点9と熱的に結合され
るので、抵抗器R(Tりはサーモバイル出力電圧(E、)と組み合って、サーモ
バイル冷接点温度によりほぼ線形に変化する出力電圧(E−+)を作る。
図8に示されるように、熱電対231は、目標物の感知された放射を現す最終出
力電圧(Eo)が熱電対231の両導線231と233との間に提供されるよう
な方法で、サーモバイル19及びサーミスター216に直列に接続される。熱電
対の導線の端部は、目標物温度の指標を提供するためにEoを使用する読取り装
置110の端子241及び242にそれぞれ接続される。所与の目標物温度に対
して最終の出力電圧(E、)が一定値に止まるように、熱電対231はサーモバ
イル冷接点温度T2の変化に対して線形化されたサーモバイル出力の補償を行う
。Tzを特定の温度と強制的に等しくさせることなく、或いは最終出力電圧の計
算に使用するためにTzを測定することなく、熱電対231は、線形化された出
力(E、、)の変化をTzの変動に対して自動的に補償する。
図8の熱電対231は11232と線233とから作られる。破線で示された線
232は線233とは異なった材料のものである。熱電対231の2個の接点は
、端子241と242及び端子243と244で示される。端子243と244
における第1の接点はサーモバイルの冷接点42との間の電圧(EC)は次式で
現わせ得ることが考えられる。
EC=ac (Tz−Ta) (9)
ここに、α。は熱電対材料のゼーベック係数であり、T、は端子241及び24
2の温度でありこれは通常は周囲温度である。
図8のサーモバイル19、サーミスター216及び熱電対131は直列に電気接
続されるので、端子241と242との間に現れる総合出力電圧E、は、線形化
されたサーモバイル出力電圧E□と熱電対出力電圧Ec°との組合せである。即
ち、
E、=E月+EC(10)
更に、熱電対の熱接点はサーモバイル冷接点と同じ温度にあるので、熱電対出力
電圧応答は、Tzの変化による線形化サーモバイル出力電圧応答とは逆の関係に
なる。そこで、図11を参照すれば、熱電対電圧応答246は、サーモバイル冷
接点温度範囲の変化に対する線形化サーモバイル出力電圧応答238とは逆の関
係となる。Tzが増加すると、サーモバイル出力電圧E、は低下する。しかし、
Tzはこれもまた熱電対231の熱接点温度であるため、Tzの増加は熱電対出
力電圧ECを減少させ、T、の変動の総合出力信号248に対する影響は無視で
きる。従って、Tzの増加によるEP、の減少がEcoの対応した増加に等しい
限り、総合出力電圧応答248 (Eo=Ec+Ep)は実質的に変化しない。
上の解析は、好ましい実施例におけるようにT、が一定であると仮定した。しか
し、もしToが変動できるならば、出力E、を補償するためにToもまた監視さ
れ使用される。T、はサーモバイル組立体から離れてい電子装置を使用できる。
サーモバイルと直列に熱電対を使用することにより、遠隔制御の熱電対基準T0
がサーモバイル基準温度となる。サーモバイルの内部冷接点温度の監視は不要で
ある。
再び図8及び図11を参照すれば、線形化サーモバイル出力応答238の微調整
にポテンショメーターを使用し希望の目標物温度において熱電対出力応答246
と交差させ、広いサーモバイル冷接点温度範囲にわたり安定した総合出力E、を
作ることができる。より特別には、ポテンショメーター218は線形化されたサ
ーモバイル出力EP、のスケーリングし、検知器の期待目標物温度への微調整を
許す。これにより総合出力信号E0は目標物温度を含んだ範囲内で可能な限り正
確である。
手動調整可能なポテンショメーター18によっても、検知器の使用者は、製作許
容差又はその他の影響による検知器のいかなる変化も修正ができる。例えば、サ
ーモバイルは、素子ごとに非常に変動する特性インピーダンスR5°のようなパ
ラメーターを持っている。多(の検知器がサーモバイル冷接点温度の与えられた
範囲に対して同じ総合出力応答を提供するように、ポテンショメーターはこれら
の変動を補償するように調整される。式(8)におけるポテンショメータースケ
ール係数にの存在は、線形化された出力電圧EPIをポテンショメーターの設定
の調整により制御し得ることを示す。
図8を参照すれば、サーモバイル10と出力装置10とは両者とも高インピーダ
ンス装置であるので、放射検知器は、出力装置10による測定値を破壊する漂遊
高周波雑音を受けるアンテナとして作用する。従っる。好ましくは、このコンデ
ンサーの容量値は1−5μFである。低周波数においては、コンデンサー28は
、オープン回路と類似しているので放射検知器の出力インピーダンスに対する影
響はない。しかし、高周波においては、コンデンサーは短絡回路に類似し、放射
検知器出力インピーダンスを低くし、これにより出力装置10における高周波ノ
イズを減衰させる。
図13を参照すれば、本発明の別の態様により、熱電対231は、異種の素材で
作られかつサーモバイル回路が事実上熱電対の熱接点として作用するようなサー
モバイル回路に組み合わせられた導線の交差しない対を備える。先に説明された
ように、熱電対231は異種の金属で形成された2本の導線232及び233よ
り形成される。熱電対はサーモバイルと直列に電気接続されるので両方の熱電対
導線はサーモバイル回路に異なった位置で電気接続される。より特別には、第1
の熱電対導線232は接点244においてサーモバイル導線の一方に電気接続さ
れ、このサーモバイル導線はサーモバイル回路に接続され、従ってサーモバイル
の冷接点温度に保持される。第2の熱電対導線233はサーモバイル導線に直接
には電気接続されないが、これは接点243においてサーモバイル回路に電気接
続される。更に、第2の熱電対導線はサーモバイルに隣接して取り付けられかつ
エポキシ239によりサーモバイルの冷接点に熱的に結合される。両方の熱電対
導線は間じ温度、即ちサーモバイル冷接点温度に保持され、両導線は熱電対の熱
接点を形成するように交差してはならない。
形化サーモパイル出力電圧を提供する放射検知器を備える。この実施例はサーモ
パイルを含まない。線形化サーモパイル出力はザーモバイル冷接点温度の変化I
こ対して線形関数であるため、計器10により検知された出力は冷接点温度に対
する線形補償を要するだけである。前の実施例においては、熱電対は線形補償要
素である。しかし、より普通のサーモバイルンステムは、温度検知サーミスター
と共に冷接点温度を感知し、次いで計器により検知された信号を補償する。線形
の補償は、一般にこれを行うことが容易である。
本発明の別の好ましい実施例においては、温度監視システムは、処理室内に置か
れた製品の温度を監視する放射検知器を使用する。図15を参照すれば、処理室
250は室内に置かれた製品252に熱処理を行う。
製品は、多数の製品が熱処理室を通過するようにコンベヤー254上に配置され
る。放射検知器30はサーミスターを備え、これが製品から出た放射を感知し、
製品の温度を示すサーモパイル出力を提供する。好ましくは、温度依存可変抵抗
器及び熱電対がサーモパイルに電気的及び熱的に組み合わせられ、製品温度を示
す総合出力信号を提供する。製品温度が許容範囲内にある限り、総合出力信号は
対象の製品温度範囲にわたり線形関数であり、かつ検知器の局部的温度の変動と
は無関係である。
線形関数に応答する出力装置10は総合出力信号を受け、製品温度の指橢を提供
する。
監視システムは、処理室内に延びている第1の端部260及び周囲温度環境内に
配置された第2の端部262を有するヒートシンク258も備える。放射検知器
301はヒートシンク258と熱的に組み合わせられ、更に製品に向いた第1の
端部260内に胃かれる。放射検知器内の諸要素は処理室の温度より低い最高作
動温度を有するので、ヒートシンクの第1の端部260内の温度は検知器内の諸
要素の最高作動温度以下に保たれなければならない。
このために、ヒートシンク258は、これに組み合わせられたフィン264を有
する銅バイブとされる。放射検知器に隣接するヒートシンク内の温度は、室25
0内への銅パイプの第1の端部260の延長部の深さに比例する。従って、室内
への延長部の適切な深さの選定により、検知器に隣接した銅パイプ内の得られる
温度は検知器ようその最高作動温度より低くできるであろう。
図16を参照すれば、別の形状においては、放射検知器はヒートシンク358の
第1の端部360においてタブ359に取り付けられ、ヒートシンクと熱的に組
み合わせられる。一実施例においては、ヒートシンクは固体の銅パイプであって
、室内への延長部の深さは、検知器3oに隣接した銅バイブの得られる温度が検
知器要素の最高作動温度より低いように選定される。
図16の別の実施例においては、ヒートシンク358はヒートパイプを備えるこ
とができる。ヒートバイブ358は、各端が封鎖されかつ排気され少量の低沸点
液体及びその蒸気を封じた管である。この液体は、始めはヒートバイブの高温側
の端部、即ち第1の端部360内に1かれる。高温側端部からヒートバイブに入
ってくる熱が液体を蒸発させる。
加熱された液体は迅速にヒートパイプ内に分散し、急速にヒートバイブの低温側
端部362に運ばれる。蒸気は、低温側の端部において凝結し囲1度が検知器要
素の最高作動温度より低い限り、検知器は製品温度を監視するであろう。
本発明は、好ましい実施例を参照し特に図示され説明されたが、熟練技術者は、
請求範囲に規定された本発明の精神及び範囲から離れることなく、その形式及び
詳細における種々の変更をなし得ることを理解するであろう。
目標物温度(0F)
■
r(乙 8
F(ζ9
ゾ
補正書の写しく翻訳文)提出書 (特許法第184条の8)
Claims (22)
- 1.熱接点と冷接点とを有するサーモパイルであって、目標物からの放射を感知 し目標物の温度を示す信号を提供するサーモパイルと、熱接点と冷接点とを有す る熱電対であって、サーモパイルと電気接続されかつ総合出力信号を作るように サーモパイル信号と組み合わせられた信号を提供する熱電対と を備えた放射検知器。
- 2.サーモパイル信号を調整する較正器を更に備えた請求の範囲1に請求された 放射検知器。
- 3.較正器がポテンショメーターである請求の範囲2に請求された放射検知器。
- 4.熱電対の熱接点温度がサーモパイルの冷接点温度に実質的に等しい請求の範 囲1、2又は3に請求された放射検知器。
- 5.熱電対の冷接点がサーモパイルから遠くにある請求の範囲1−4のいずれか に請求された放射検知器。
- 6.熱電対がサーモパイルと直列に電気接続された先行請求の範囲のいずれかに 請求された放射検知器。
- 7.局部温度の変化によるサーモパイル出力の変化が前記局部温度による熱電対 出力信号の変化と逆の関係にある先行請求の範囲のいずれかに請求された放射検 知器。
- 8.熱電対要素の材料が対象の温度範囲におけるサーモパイルの熱応答と同様な 熱応答を有する熱電対を提供する先行請求の範囲のいずれかに請求された放射検 知器。
- 9.前記放射がサーモパイルにより感知される以前に前記放射の短波長部分を濾 波して除くレンズを更に備えた先行請求の範囲のいずれかに請求された放射検知 器。
- 10.サーモパイルに電気接続された線形化サーモパイル信号を作るようにサー モパイル信号と組み合う可変抵抗値を有する温度依存可変抵抗器を更に備えた請 求の範囲1−9のいずれかに請求された放射検知器。
- 11.抵抗器がサーモパイルと直列に電気接続された少なくも1個の負の温度係 数のサーミスターを備える請求の範囲10に請求された放射検知器。
- 12.抵抗器がサーモパイルと並列に電気接続された少なくも1個の正の温度係 数のサーミスターを備える請求の範囲12に請求された放射検知器。
- 13.サーミスター出力信号から高周波ノイズを濾波して取り去るためにサーモ パイルに電気接続されたコンデンサーを更に備える請求の範囲1−9又は1−1 2のいずれかに請求された放射検知器。
- 14.熱電対が異種金属で形成された交差しない1対の導線を備え、導線の対の 第1の導線はサーモパイルとサーモパイル回路に電気接続され導線の対の第2の 導線はサーモパイル回路に別の位置で電気接続され、前記熱電対導線はサーモパ イル回路が熱電対の熱接点として働くようにサーモパイル回路に接続された所で サーモパイル冷接点温度と熱的に組み合わせられる請求の範囲1−13、12− 15のいずれかに請求された放射検知器。
- 15.熱接点と冷接点とを有する第2のサーモパイル、第2のサーモパイルは第 2の目標物からの放射を感知し第2の目標物の温度を示す信号を提供し; 熱接点と冷接点とを有する最2の熱電対、第2の熱電対は第2のサーモパイルと 電気接続され第2の総合出力信号を作るように第2のサーモパイル信号と組み合 う信号を提供し;及び第1の総合出力信号と第2の総合出力信号との間の差を表 す差動出力信号 を備えた先行請求の範囲のいずれかに請求された放射検知器。
- 16.熱電対の冷接点が同じ温度にある請求の範囲15に請求された放射検知器 。
- 17.目標物から出た放射を感知し目標物の温度を示す出力を提供するサーモパ イル;及び 線形化された出力信号を作るようにサーモパイルの出力信号と組み合う可変抵抗 値を提供する温度依存可変抵抗器を備えた放射検知器。
- 18.抵抗器が少なくも1個の負の温度係数のサーミスターを備える請求の範囲 17に請求された放射検知器。
- 19.抵抗器が少なくも1個の正の温度係数のサーミスターを備える請求の範囲 17に請求された放射検知器。
- 20.目標物からの放射を感知し目標物の温度を示す出力を提供するサーモパイ ル;及び サーモパイル出力信号のスケール付けができるようにサーモパイルの出力を横切 って組み合わせられたポテンショメーターを備えた放射検知器。
- 21.目標物から出た放射を感知し目標物の温度を示す出力を提供するサーモパ イル;及び サーモパイル出力信号から高周波ノイズを除去するためにサーモパイルと電気的 に組み合わせられたコンデンサーを備えた放射検知器。
- 22.処理温度において熱処理中を受けている室内の製品の温度を監視するため に処理室内で使用する温度監視システムにして、製品温度を監視する放射検知器 と 処理室内に延びている第1の端部と周囲環境内に置かれた第2の端部とを有する ヒートシンクとを具備し、放射検知器はヒートシンクに熱的に結合され、製品に 面するヒートシンクの第1の端部に隣接して位置決めされ、更にヒートシンクは 処理温度よりも実質的に低い内部温度を維持する ことを特徴とする温度監視システム。
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