JP3108015U

JP3108015U - シース熱電対先端パッド

Info

Publication number: JP3108015U
Application number: JP2004005797U
Authority: JP
Inventors: 一英岡崎; 光明望月; 正文寺田
Original assignee: Okazaki Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Okazaki Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2004-10-01
Filing date: 2004-10-01
Publication date: 2005-04-07
Anticipated expiration: 2010-10-01

Abstract

【課題】シース熱電対の先端にパッドを取付けて、配管、容器などの機器の表面温度を測定するにおいて、雰囲気温度との温度差が大きくかつ保温材の設置ができない機器を測定対象とする場合、従来のパッドでは雰囲気温度の影響を受けて測定値に誤差が発生するという問題を解決することを目的とする。
【解決手段】シース熱電対の先端に取付けるパッドを、パッドに先端から熱電対素線を露出させたシース熱電対が挿入され、熱電対素線の先端感温部が測定対象物と直に接触する構造とした。
【選択図】図１

Description

本考案は、シース熱電対先端パッドに関し、機器の表面温度をシース熱電対により測定するために、シース熱電対の先端に取付けて測定対象物に接触させて使用する金属製パッドについてのものである。

シース熱電対は、熱電対素線を、機械的衝撃、腐食性雰囲気等の外部環境から保護するために、また、熱電対素線間および熱電対素線と周辺金属間の絶縁を確保するために、熱電対素線を金属製のシース内に収めたもので、非接地式と接地式の２種類がある。

これらの構造を図３、図４、図５に示す。図３が非接地式シース熱電対、図４が接地式シース熱電対で、図５は図３、図４の断面図である。いずれも、金属製のシース１０１内に酸化マグネシウム（ＭｇＯ）や酸化アルミニウム（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）等の無機絶縁材１０２を介在させて、プラス側熱電対素線１０３と、マイナス側熱電対素線１０４とを収容し、先端側に感温部１１３を形成し、基端開口部は無機絶縁材１０２へ湿分が侵入し絶縁が劣化することを防ぐためにエポキシ樹脂等でシール１０５を施している。この基端には熱電対芯線と補償導線の接続部を収容するスリーブや補償導線との接続のための端子台を収容した端子箱が設けられる場合もある。

図３に示すように、非接地式熱電対の感温部は絶縁材中にあるのに対し、接地式熱電対は図４に示すように、熱電対素線先端がシースに接続されていて、シース先端が感温部となっている。

従来、シース熱電対により、配管や容器等の機器の表面温度を測定する場合、図７、図８に示すようなパッドを熱電対の先端に取付けて測定対象に設置するのが一般的であった。図８は、図７のVII−VII断面図である。これらの図に示すように、シース熱電対１０６を金属の板状パッド１０７に１０８ａ部を溶接して取付け、これを、測定対象物１０９に１０８ｂ部を溶接して設置していた。

上記のパッドの変形として、図９、図１０に示す断面形状のパッドが用いられることもある。図９は、図７、図８のパッド１０７において、熱電対１０６の位置する箇所に切り欠きをいれて熱電対シース側面を測定対象物と直接接触させ、さらに、熱電対に測定対象物方向の力を加えて断面形状を扁平にし、測定対象物と熱電対シース側面の接触面積を増やしたものである。

また、図１０は熱電対１０６をパッド１０７の内側に設置することこにより、熱電対シース側面を測定対象物と直接に接触させたものである。
特開平０６−１２９９１３号公報

しかしながら、以上の技術によれば、ボイラ、精油施設の加熱炉、焼却炉などの燃料が燃焼する炉の内部において、蒸気の流れる低温配管などの雰囲気温度との温度差が大きくかつ保温材の設置ができない機器を測定対象とし、その表面温度を測定する場合、感温部の温度が雰囲気温度の影響を受け、測定値に誤差が生じる。図９、図１０に示す形状の熱電対先端パッドの場合は、図８の形状のものに比べて、測定対象物とシース熱電対先端部の間の伝熱が促進され、前記の雰囲気温度の影響による測定誤差は軽減されるが、軽減量は少なく、測定誤差の大きな減少には至らない。

そこで、この考案は、シース熱電対により、配管、容器などの機器の表面温度を測定するにおいて、雰囲気温度との温度差が大きくかつ保温材の設置が許されない測定対象物に使用しても、雰囲気温度の影響による測定誤差を生じさせない熱電対先端パッドを提供することを課題とする。

以上の課題を解決するために、第一考案によるパッドは、次の構造とすることにより、熱電対素線を機械的衝撃や腐食性雰囲気等の外部環境から保護し、各熱電対素線周りの絶縁を確保するというシース熱電対の特徴を損なうことなく、熱電対感温部を測定対象物に直接接触させ、測定対象物の熱電対の感温部と接触する部分を雰囲気から遮断したことによって雰囲気温度の影響による測定誤差をなくしたことを特徴とするシース熱電対先端パッドである。

構造は、パッドの測定対象物と接触部が平面となっていて、この接触面の両側に測定対象物に溶接するための面が接触面と鈍角をなして設けられている。

また、パッドにはシース熱電対を挿入するための熱電対用穴と、この穴とパッドの測定対象物との接触面を結ぶ２つの熱電対素線用穴が空けられている。熱電対用穴には先端からプラス側とマイナス側の２本の熱電対素線を露出させたシース熱電対の先端部が挿入されていて、露出した２本の熱電対素線は２つの熱電対素線用穴の中央にそれぞれ通され、各素線の先端は各熱電対素線用穴のパッド表面開口に位置し、各熱電対素線用穴のパッド表面開口は熱電対素線先端部と共に溶接より密閉されている。

また、熱電対用穴と熱電対素線用穴の内部の空隙部には絶縁材が充填されていて、さらに、熱電対用穴のパッド表面の開口部をプラグ、溶接等で密閉して穴内部を外部雰囲気から遮断している。

第二考案は、上記の構造において、熱電対素線用穴を１つとし、２本の熱電対素線を２つ穴の絶縁管の各穴に１本づつ通すことにより周囲と絶縁し、これをこの熱電対素線用穴に挿入する構造とすることにより、熱電対素線を機械的衝撃や腐食性雰囲気等の外部環境から保護し、各熱電対素線周りの絶縁を確保するというシース熱電対の特徴を損なうことなく、熱電対感温部を測定対象物に直接接触させ、測定対象物の熱電対の感温部と接触する部分を雰囲気から遮断したことによって雰囲気温度の影響による測定誤差をなくしたことを特徴とするシース熱電対先端パッドである。

熱電対は先の非接地式熱電対と接地式熱電対の例に示したように、プラス側とマイナス側の熱電対素線の先端が接続されておれば、その接続点が感温部となって接続点の温度が測定値となり、プラス側とマイナス側の熱電対素線の先端がシース等の金属に接続され、その金属を介して電気的に結合されておれば、その先端間の金属が感温部となってその金属の温度が測定値となる。

本考案によるシース熱電対先端パッドでは、プラス側とマイナス側の2本の熱電対素線の間は、溶接材および熱電対素線用穴が２つの場合には穴の間のパッド材により、電気的に結合されており、これらが感温部となるが、溶接材、熱電対素線用穴の間のパッド材はいずれも測定対象物に接触しているため、測定対象物と同じ温度であり、測定値は測定対象物表面温度となる。また感温部が接触する部分の測定対象物は、パッド本体と中に充填された絶縁材、およびパッドの測定対象物との接触面の両側に接触面と鈍角をなして設けられた溶接用の面と測定対象物との溶接により、雰囲気から遮断されているため、その温度は雰囲気温度の影響を受け難い。このように本考案のパッドを用いることにより、従来、雰囲気温度との温度差が大きく、かつ保温材の取付けられていない機器の温度を測定する場合に生じていた雰囲気温度の影響を受けることによる誤差を大幅に軽減することができる。なお、パッドの溶接用の面を測定対象物との接触面鈍角をなして設けたのは、溶接を容易にするためである。

また、本考案によるはシース熱電対先端パッドにおいては、シース熱電対の先端から露出した２本の熱電対素線は、密閉されたパッドの内部に収められるため、熱電対素線は、外部からの機械的衝撃や腐食性雰囲気等の外部環境から保護されており、さらに、各熱電対素線は絶縁材に囲まれた状態にあるので、熱電対素線間および熱電対素線と周辺金属間の絶縁が確保されている。先に述べたように、シース熱電対は、熱電対素線が、機械的衝撃、腐食性雰囲気等の外部環境から保護されていること、また、熱電対素線間および熱電対素線と周辺金属間の絶縁が確保されていることを特長として持っているが、本考案のパッドはこれらの特長を損なうことなく使用することができる。

この考案の一実施形態を、添付する図１、図２の具体的実施例に沿って、以下詳細に説明する。図２は、図１のＩ−Ｉ断面図であり、構造を解り易くするために、図１の絶縁材３は図示していない。

パッド胴１に、熱電対用穴５と２つの熱電対素線用穴６が設けられており、熱電対用穴５には、図６に示す先端からプラス側とマイナス側の２本の熱電対素線を露出させたシース熱電対が挿入されている。図５はこのシース熱電対の断面図である。１０１はシース熱電対のシースを、１０２はシース熱電対内の絶縁材を、１０３はプラス側の熱電対素線を、１０４はマイナス側の熱電対素線を、また、１０５は先端シールを示している。シース熱電対の先端より露出した２本の熱電対素線は、それぞれ２つの熱電対素線用穴６に挿入されており、その先端は、熱電対素線用穴６のパッド胴表面開口部に位置している。熱電対素線用穴６のパッド表面開口は熱電対素線先端部と共に４ｂ部で溶接することにより密閉されている。

熱電対用穴５および熱電対素線用穴６の空隙部には、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）や酸化アルミニウム（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）等の無機絶縁材粉末３が充填され、図1の熱電対用穴５の左端は、パッドプラグをパッド胴に４c部において溶接することにより密閉されており、右端は、シース１０１をパッド胴に４a部において溶接することにより密閉されている。パッド胴の右端は、熱容量を小さくしてシース１０１との溶接を容易にするために薄くしている。

このように、露出した各熱電対素線は、外部雰囲気と遮断されたパッド内に、周囲を絶縁材に覆われて設置されているため、外部からの機械的衝撃や腐食性雰囲気等の外部環境から保護され、また、熱電対素線間および熱電対素線と周辺金属間の絶縁が確保された状態にあり、シース熱電対の持つ特長を損なっていない。なお、シース熱電対のシール１０５は、シース熱電対を製作してから、このパッドを組み立てるまでの間に、絶縁材１０２の中へ湿分が侵入し、絶縁が劣化するのを防止するために設けているもので、シース熱電対製作直後に組み立てを行う場合には不要である。また、露出した熱電対素線を熱電対素線用穴６に差し込む際に、穴の壁との絶縁を確実にするために、熱電対素線を酸化マグネシウム（ＭｇＯ）や酸化アルミニウム（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）等の絶縁材で作製した絶縁管に通し、これを熱電対素線用穴６に挿入する場合もある。

図２は、組立てたパッドを測定対象物１０９に設置した状態を示している。パッド胴１の下部の測定対象物との接触する部分は、接触を確実にするために平面に削ってあり、さらに、この面の両側の長手方向全長に、接触面と鈍角をなす溶接用の平面が作られている。溶接用面と測定対象物１０９との間が溶接されていて、パッド胴１の測定対象物との接触面は測定対象物１０９に接触した状態となっている。熱電対の感温部は、２つの熱電対素線用穴６に挟まれたパッド胴１の表面部分、および４ｂ部の溶接材により構成されるが、これらはいずれも測定対象物１０９と接触しているため、測定対象物１０９と同じ温度である。また、測定対象物の感温部が接触する部分は、パッド本体と中に充填された絶縁材、およびパッド胴と測定対象物１０９と溶接により、雰囲気から遮断されているため、その温度は雰囲気温度の影響を受け難い。このことから、本考案のパッドを用いることにより、従来、雰囲気との温度差が大きく、かつ保温材の取付けられていない測定対象物の温度を測定測定する場合に生じていた、雰囲気温度の影響による誤差は大きく軽減する。

表１は、図１および図２に示す本考案によるシース熱電対先端パッドの効果を示す測定例である。温度８００℃の雰囲気中に置かれた、５００℃の液体を内包した厚さ１０ｍｍのステンレス槽を測定対象として、図１および図２に示す本考案によるシース熱電対先端パッドを用いた測定と、従来の図７及び図９に示すシース熱電対先端パッドを用いた測定との結果を示している。表1の測定対象物温度は、ステンレス槽の表面近くに埋め込んだシース熱電対による測定値で、真の表面温度と考えられる値である。表１より、測定誤差は従来のシース熱電対先端パッドを用いた場合は２１℃であるのに対し、本考案によるパッドを用いた場合では５℃で、誤差が大きく軽減されていることがわかる。

本考案は、機器の表面温度をシース熱電対により測定するためにシース熱電対の先端に取付けて測定対象に接触させて使用する金属製パッドにおいて、パッドの測定対象物との接触部が平面となっていて、この接触面の両側に測定対象物に溶接するための面が接触面と鈍角をなして設けられており、また、パッドには、シース熱電対を挿入するための熱電対用穴と、この穴とバッドの測定対象物との接触面を結ぶ２つの熱電対素線用穴があり、熱電対用穴には先端からプラス側とマイナス側の２本の熱電対素線を露出させたシース熱電対の先端部が挿入されていて、露出した２本の熱電対素線は２つの熱電対素線用穴の中央にそれぞれ通され、各素線の先端は各熱電対素線用穴のパッド表面開口に位置し、各熱電対素線用穴のパッド表面開口は熱電対素線先端部と共に溶接により密閉されており、また、熱電対用穴と熱電対素線用穴の内部の空隙部には絶縁材が充填されていて、さらに、熱電対用穴のパッド表面の開口部をプラグ、溶接等で密閉して穴内部を外部雰囲気から遮断した構造となっているシース熱電対先端パッドである。

また、本考案は、前記の構造において、熱電対素線用穴を１つとし、２本の熱電対素線を絶縁管で覆ってこの熱電対素線用穴に通した構造としたシース熱電対先端パッドとした。

図１、図２の構造を持ち、シース外径が６．４ｍｍおよび８．０ｍｍのもので、パッドの長さ４０ｍｍ、高さ１３ｍｍ、幅１６ｍｍのシース熱電対先端パッドの製作実績があり、これを最高１０００℃の雰囲気温度で使用した実績がある。

ボイラ、精油施設の加熱炉、焼却炉などの燃料が燃焼する炉の内部において、蒸気の流れる低温配管などの雰囲気温度との温度差が大きく、かつ、保温材の設置ができない機器を測定対象として、その表面温度を測定する場合に効果を発揮する。

本考案のシース熱電対先端パッドの縦断面図である。図１のＩ−Ｉ断面図である。但し、絶縁材３は図示していない。非接地型シース熱電対の縦断面図である。接地型シース熱電対の縦断面図である。図３のIII−III断面、図４のIV−IV断面、および図６のVI−VI断面を表す図である。本考案のパッドに使用するシース熱電対の縦断面図である。従来のシース熱電対先端パッドの平面図である。図７のVII−VII断面図である。図７の改良型のVII−VII断面図である。図７の改良型のVII−VII断面図である。

符号の説明

１：パッド胴
２：パッドプラグ
３：絶縁材
４：溶接部（４ａ;シース‐パッド胴溶接部、４ｂ;熱電対素線‐パッド胴溶接部、
４ｃ;パッド胴‐パッドプラグ溶接部、４ｄ;パッド胴‐測定対象物溶接部）
５：熱電対用穴
６：熱電対素線用穴
１０１：熱電対シース
１０２：絶縁材
１０３：プラス側熱電対素線
１０４：マイナス側熱電対素線
１０５：シール
１０６：シース熱電対
１０７：板状パッド
１０８：溶接部（１０８ａ;シース‐パッド胴溶接部、１０８ｂ;パッド胴‐測定対象物溶接部）
１０９：測定対象物

Claims

機器の表面温度をシース熱電対により測定するためにシース熱電対の先端に取付けて測定対象に接触させて使用する金属製パッドにおいて、パッドの測定対象物との接触部が平面となっていて、この接触面の両側に測定対象物に溶接するための面が接触面と鈍角をなして設けられており、また、パッドには、シース熱電対を挿入するための熱電対用穴と、この穴とバッドの測定対象物との接触面を結ぶ２つの熱電対素線用穴があり、熱電対用穴には先端からプラス側とマイナス側の２本の熱電対素線を露出させたシース熱電対の先端部が挿入されていて、露出した２本の熱電対素線は２つの熱電対素線用穴の中央にそれぞれ通され、各素線の先端は各熱電対素線用穴のパッド表面開口に位置し、各熱電対素線用穴のパッド表面開口は熱電対素線先端部と共に溶接により密閉されており、また、熱電対用穴と熱電対素線用穴の内部の空隙部には絶縁材が充填されていて、さらに、熱電対用穴のパッド表面の開口部をプラグ、溶接等で密閉して穴内部を外部雰囲気から遮断した構造となっているシース熱電対先端パッド。
前記の構造において、熱電対素線用穴を１つとし、２本の熱電対素線を絶縁管で覆ってこの熱電対素線用穴に通した構造としたことを特徴とする請求項１記載のシース熱電対先端パッド。