JPS62211525A - 温度センサ - Google Patents

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】 ［産業上の利用分野］ 本発明はサーミスタを検温素子として使用し、特に内燃
ＩＮ＠などから排出される燃焼排ガスの温度計測用とし
て好適した温度センサに関する。

［従来の技術］ 内燃ｌ１ｇｌ１や各種燃焼炉などの燃焼排ガス温度の計
測方法として、酸素イオン主導式あるいは電子電導式の
サーミスタを検温素子として組み込ｌνだ温度センサが
使われているが、この種のサーミスタは酸素イオンを電
荷の伝導媒体とする一種の酸素電池として働くので、サ
ーミスタが接触づる雰囲気中にある濃度以上（一般には
５％以上）の酸素が存在しないと、安定した信頼するに
足る計測結果を得ることができない。

温度センサの概略の構造は、サーミスタの保護用カバー
とセン９の取付は金具を兼ねて一端側が封止された耐熱
性金属チューブ内の封止端側にサーミスタを納め、その
電気出力の取り出し用リード線をチューブの解放端に嵌
着させた配線用コードに接続させるようになっている。

・ ［発明、が解決しようとする問題点］ 上述のような構造を備えた温度センサは、使用中に金ｌ
１ｌＩ製チューブの内壁面がチューブ内に存在する酸素
と結合して次第に酸化して行くために、サーミスタの周
囲の雰囲気中の酸素濃度が時の経過と共に低減し、それ
に伴ってサーミスタの電気出力特性にも変動を来たして
温度センサとしての信頼性が経時的に低下して来る。

対応策として、チューブの封止端側にチューブ内空間を
大気と連通させるため多数の小孔を穿つたり、配穎コー
ドに通気構造を与えたりすることが必要になる。

しかしこのようにチューブ内空間を外気と連通させない
と、例えば酸素濃度が極度に低い燃焼排ガスの温度を正
確に計測することができなくなってしまう。

本発明は酸素濃度が一定水準以上に保たれている雰囲気
中で使用することを要件とするサーミスタを検温素子と
して使用する温度センサについて、その保護用ケーシン
グ内を外気と導通させるための孔あけその他のわずられ
しい加工を施す手間を要せず、また酸素の乏しいないし
は全く存在しない雰囲気中でも高い信頼性をもって使用
することのできる温度センサを提供することを目的とす
る。

［問題点を解決するための手段］ 上記の目的を達成するために本発明による温度センサは
、耐熱性絶縁材料で包囲されると共に、酸素を含む気体
が存在する密閉空間内に納められたサーミスタを、接部
素子として組込んだ構成を採用した。

［作用および発明の効果］ 上記の如き構成を備えた温度センサは、あるレベル以上
の濃度をもって酸素が存在する雰囲気中で使用すること
を要件とする検温素子としての与−ミスタが、耐熱性磁
性材料で形成され密閉空間内に納められており、且つこ
の空間内には酸素を含む気体が存在するので、同種のサ
ーミスタを使用した従来の温度センサのようにセンサの
ケーシングに外気導入のための多数の小孔を穿つなどの
わずられしい加工作業が不要化する。

またサーミスタは、非金属材料からなり、酸素が存在す
る密閉空間内に納められているので、例えば燃焼排ガス
のようにほとんど酸素を含有しない高温気体に対しても
、計測精度に経時変化を来たずことなく信頼性の高い温
度測定を行うことができる。

［実施例］ 以下に付図に示す実施例に基づいて本発明の構成を具体
的に説明する。

第１図と第２図は本発明による温度センサに組み込まれ
ている検温素子としての負温度係数サーミスタを、耐熱
性絶縁材料で包囲された空間内に密閉するための、サー
ミスタ密閉構造の一例を示した側断面図と、この密閉構
造の形成方法の説明図である。

検温素子としてのサーミスタ１は、酸化亜鉛〜酸化イツ
トリウム２０モル％のものを使用し、耐熱性絶縁材料と
してのアルミナ磁器の未焼成シート状体３．４および５
を積層し一体化焼成を行って形成された密閉中１Ｉ１２
内に納められている。

この密閉空間２の形成方法を第２図を参照しながら説明
゛すると、先ず未焼成の極く薄いシート状の短冊形に成
形された３枚のアルミナＩａ器素材板３．４及び５を用
意する。これら３枚の１１♂素材板の巾はそれぞれ等し
く、艮ざは最下層の一枚の磁器素材板３を幾分長くしで
ある。これら３枚の磁器素材板を重ね合わせ大うえ焼成
を行うことによって焼結一体化されるが、焼成に先立っ
て積層構造の中間層となる磁器素材板４には、その長手
方向の一端部に四角形、円形その他の適宜の形状のくり
扱き穴４ａを設け、また最下層となる幾分長い磁器素材
板３の上面には、サーミスタ１の出力取り出し用電極６
と７を、導電性ペースト状組成物のプリント法によって
形成させておく。プリント法によって形成される２条の
電橋６および１の一端側は、上記のくり扱ぎ穴４ａ内に
対向するように位置させる。

しかる後、一対の電極がプリントされている最下層磁器
素材板３の上に中間層の磁器素材板４を重ねると、くり
抜き穴４８部分はくぼみとなるので、このくぼみ個所に
半導体磁器としてのサーミスタ１の未焼成素材を、くぼ
み内に完全に充満させるに足りない量だけ充填する。最
後に最上ＷＪＴ！１器素材板５を重ね合わせたうえ焼成
炉に納めて常法により加熱することによって、三層の１
１Ｖ！Ａ素材板３．４および５は焼結合体されて一体構
造化し、くり汰ぎ孔４８部分は、サーミスタ密閉構造の
側断面図としての第１図にみられるように、外界から遮
断された密閉空間２を生じさせる。

磁器素材板の焼成過程においては、上述の如くして形成
される密閉空間２内に、この空間を完全に充満するには
足りない昆をもって封入させた、サーミスタ１の未焼成
素材もまた同時に焼成されることになる。そして密閉空
間２の底面にはあらかじめサーミスタ１の出力取り出し
用の電極６および７がプリント印刷されているので焼成
工程においてはサーミスタ１へのリード線の接合も同時
に行われる。２０はサーミスタ素材の容器を示している
。

このようにして形作られたサーミスタ密閉構造の密閉空
隙２内の上層部には、焼成の過程でこの空隙内に閉じ込
められた空気が存在するので、検温素子としての酸素イ
オン’！導式または電子電導式サーミスタの使用上の要
件である、一定濃度（一般には５％以上）の酸素が存在
する雰囲気中に置かれなければならないという条件が満
たされることになる。

磁器素材板３〜５、およびサーミスタ素材としての１は
それぞれ純粋な酸化アルミニウムと酸化亜鉛〜酸化イツ
トリウムを使用しているので、これらの焼成過程におい
て反応生成物としての不純ガスが密閉空隙２内を占有す
る不都合を生ずることはない。

またサーミスタ１を完全に外気から遮断させた状態のも
とに封入させている密閉空隙２の構成素材は、純粋なア
ルミナ磁器であるので、温度センサが１０００℃以上に
も達する環境下で長時間に亘って使用されても、このア
ルミナ磁器が密閉空隙内に存在する酸素と反応して空隙
内の酸素含有量を低下させることは起らない。

第３図に上記実施例に示されたサーミスタ密閉構造体を
組み込んだ、内燃機関の燃焼排ガス温度計測用温度セン
サの構造の一例を、軸方向断面図として示した。

サーミスタ閉構造体Ａは、一端が封止された耐熱耐蝕性
金属デユープ１０内の軸芯部に、耐熱性接着剤１２を用
いて支持固定されている。サーミスタ１はデユープ１０
の封止端側に接して配置されている。サーミスタ保護用
カバ一体としての金属製チューブ１０には、中空ボルト
状の温度センサ取付は金具１１が外嵌されており、また
チューブ１ｏのｔＭ放端側には配線コード１５の取り付
は用の継手パイプ１４が嵌着させである。

下ＷＪ磁器素材板３にプリント法によって形成させであ
るサーミスタ１の出力取り出し用電極６および７には、
それぞれリード線８がはんだ付けされており、その一方
の電極は配線コード１５の芯線９にはんだ付けされ、他
方の電極は、温度センサの取付金具１１に導通される。

、ｂははんだ付は個所、１４ａは継手パイプ１４のかし
め加工個所、１７は配線用コネクタである。

第４図は第２実施例としての温度センサの測温側端部を
示している。第１実施例と異なる点はサーミスタ１の保
護用金属チューブ１０の側渦側端に外気との連通孔１０
ａ群を設けた点にある。

冒頭に述べたように本発明による温度センサは、検温素
子としてのサーミスタの保護用チューブにサーミスタへ
の酸素供給連通孔を設けるための、わずられしい孔あけ
加工を不要化した点が一特長をなしている。しかしサー
ミスタを金属ヂューブ内に密閉することによって、被測
温気体とサーミスタとの直接の接触が妨げられるために
、正確な測温結果が表示されるに至るまでには幾分かの
時間を要することになる。従って、被泪測気体の温度変
化に対する応答性や迅速な計測が特に求められる場合に
は、サーミスタ保護用金属デユープ１０に外気との連通
孔１０ａを設けることが望ましい。

被計測気体が例えば各種燃焼炉や内燃機関の燃焼排ガス
である場合には、従来の同種の温度センサであれば酸素
濃度が低すぎるためにセンサ機能が失なわれるが、この
実施例センサではサーミスタ１がアルミナ磁器製のカバ
一体によって完全に包被されておりしかも必要濃度の酸
素が共存する状態のもとに置かれているので、同等支障
を来たすことなくその役割を果たしてくれる。また化学
的活性の強い排ガスによってサーミスタ１が悪影響を受
けることも防がれる。

第５図に、第４図に示された構造を備える本発明の温度
センサと、この温度センサのサーミスタ密閉構造体Ａに
代えて密閉構造を有しない従来のサーミスタを組み込ん
だ、従来タイプの温度センサとについて、それぞれの出
力特性を比較した実験のデータをグラフ化して示した。

実験は温度センサが置かれている領域内の酸素濃度が５
％以上であるいわゆる酸化雰囲気中と、５％以下である
還元雰囲気内とで、それぞれ酸素濃度を変化させて行っ
た。

両センサの電気抵抗値（ＩｏａＲ）対雰囲気温度のグラ
フを求めた所、本発明センサは酸化雰囲気であると還元
雰囲気であるとを１問わず、同一形状のグラフ（イ）を
描いたのに対して、従来センサは酸化雰囲気中ではグラ
フ（イ）と同一の曲線を示したが還元雰囲気中では全く
異なったグラフ（ロ）を描いた。

すなわち実験の結果として、従来の湿度センかは測温域
に存在する酸素の濃度の如何によって計測値が著しく変
動するのに対して、本発明のそれは全く酸素８１度依存
性を示さないことが確認されたのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明センサに組込まれたサーミスタ取付は構
造体の側断面図、第２図はこの取付は構造体の製造過程
の説明図、第３図は第１図のサーミスタの取付は構造体
を組込んだ温度センサの軸方向断面図、第４図は第２実
施例としての温度センサの部分断面図、第５図は本発明
センサと従来センサの出力特性の比較データグラフであ
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）耐熱性絶縁材料で包囲されると共に、酸素を含む気
   体が存在する密閉空間内に納められたサーミスタを、検
   温素子として組込んだことを特徴とする温度センサ。 ２）前記サーミスタは、安定化ジルコニアからなる磁性
   半導体であり、前記耐熱性絶縁材料はアルミナ磁器であ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の温度セ
   ンサ。 ３）前記密閉空間は、複数枚の未焼性磁器素材板を重ね
   合わせたうえ一体的に焼成させることによって形成され
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項または第
   ２項記載の温度センサ。 ４）前記未焼性磁器素材板には、前記サーミスタの電極
   を形成させるための導電性ペーストがパターン印刷され
   ていると共に、焼成に先立って前記密閉空間域に、この
   空間内に充満するに足りない量の、前記サーミスタの未
   焼成原料が納められていることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項ないし第３項のいずれかに記載の温度センサ
   。 ５）前記温度センサは、燃料の燃焼排ガス温度の計測用
   センサであることを特徴とする特許請求の範囲第１項な
   いし第４項のいずれかに記載の温度センサ。