JPS6049683A - 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】 この発明は、とくに高温域での温度測定に適する温度セ
ンサに関するものである。

従来、温度の測定に使用される温度センサとしては、例
えば、■熱起電力の変化を利用した熱電対型温度センサ
（白金−白金ロジウム、クロメル−アルメル等）や、■
気体や液体の熱膨張を利用した温度センサ（バイメタル
、水銀温度計等）や、■金属の電気抵抗変化を利用した
金属抵抗体型温度センサ（白金、銅、ニッケル、タング
ステンなどの巻き線や簿膜等）や、■非金属の電気抵抗
変化を利用したサーミスタ（アルミナ系、ジルコニア系
等）や、■その他静電容邦、磁気特性あるいは弾性変化
を利用したものなど、種々のものがある。

これらのうち、熱電対型の温度センサは、二種の金属線
例えば白金線と白金ロジウム線の両端を接合して一方の
接点を定温に保ち、他方の接点の温度が変化した場合に
熱起電力が発生することを利用して温度の測定をおこな
うようにしたものであって、代表的なものとしてル・シ
ャトリエ熱電対がある。

ところが、このような熱電対型の温度センサでとくに高
温域における温度測定をおこなおうとする場合に、前記
異種金属の接点が損傷を受けたり、熱電対線の一部が変
質して接点以外でも熱起電力を発生したり、あるいは変
形を生じたり、さらには寿命の低下をきたしたりするな
どの問題点があった。そして、このような高温域測定用
の温度センサにおける問題点は、熱電対型の温度センサ
に限らず、金属抵抗型や非金属抵抗型の温度センサある
いは熱膨張型の温度センサなどにも見られ、高温域での
温度測定をおこなおうとした場合に、高熱を受けて温度
センサが部分的に損傷を受けたり、測定精度が低下した
り、あるいは寿命を短くしたりするという問題点があっ
た。

この発明は、上述したような従来の問題点に着目してな
されたもので、とくに高温域での温度測定をおこなう場
合において温度センサが高熱によって損傷を受けたり、
測定精度が低下したり、あるいは耐用寿命が短くなった
りするのをできるだけ防ぐことができるようにした温度
センサを提供することを目的としている。

すなわち、この発明による温度センサは、温度の変化に
対応して特性が変化する感温素子に、５ｉＣ（炭化けい
素）にＭｏ、Ｂ、Ｎｉ、Ｚｒ’（７）うちの１種または
２種以上を１〜２０重量％の範囲で複合させた複合耐熱
材を被せたことを４〒徴としている。

この発明による温度センサにおいて、温度の変化に対応
して特性が変化する感温素子としては、温度の変化に対
応して起電力特性が変化するものや、熱膨張によって密
度が変化するものや、抵抗が変化するものなどがあり、
これらの中から適宜選択して使用される。

具体的には、起電力特性が変化する熱電対型感温素子と
して、白金−白金ロジウム（ＰＲ）、クロメル−アルメ
ル（ＣＡ）、クロメル−コンスクンクン（ＣＲＣ）、鉄
−コンスタンタン（ＩＣ）、銅−コンスタンクン（ＣＣ
）、　タングステンーレこラム（Ｗ−Ｒｅ）などが使用
され、抵抗が変化する金属抵抗体型感温素子として、白
金、タングステン等の耐熱金属の巻き線や薄膜などが使
用される。

また、上記感温素子に被せる複合耐熱材としては、前記
のように、ＳｉＣに、Ｍｏ、Ｂ、Ｎｉ。

Ｚｒのうちの１種または２種以上を１〜２０重量％の範
囲で複合させた複合耐熱材が用いられる。

ここで、複合耐熱材のマトリックスとしてＳｔＣを用い
たのは、このＳｉＣの熱伝導性が良好であること、耐熱
性が良好であること、耐食性が良好であること、耐摩耗
性が良好であること、電気伝導性が熱電対等の感温素子
の電気伝導に悪影響を及ぼさないものであること、など
の理由による。そして、このＳｉＣは、粉末あるいはホ
イスカーの形で用いるのが好都合であるが、より好まし
くはホイスカーとして用いることによって、複合耐熱材
の強度をより一層高いものとすることができるようにな
る。しかし、いずれにしても上記したようにＳｆＣは良
好な熱伝導性を有しているため、温度センサを被測定雰
囲気中に置いたときに、当該雰囲気の熱がＳｉＣ系複合
耐熱材を通して熱電対等の感温素子に伝達されるのが早
いため、温度センサの応答性がすぐれたものとなる。

一方、ＳｉＣに複合させるＭｏ、Ｂ、Ｎｉ、Ｚｒは、粉
末あるいはボイスカー状のＳｉＣのバインダとしての役
割を果すものであるが、この場合、Ｍｏ、Ｂ、Ｎｉ、Ｚ
ｒの量が１重量％未満であると、前記したＳｉＣのバイ
ンダとしての役割が小さくなり、ＳｉＣ系複合耐熱材の
機械的強度を低下させるので好ましくなく、反対に２０
重量％を超えると電気伝導度が高くなって感温素子の測
温性能を低下させるので好ましくない。

このような構成の温度センサを製造するに際しては、Ｓ
ｉＣ粉末あるいはＳｉＣホイスカーと、Ｍｏ、Ｂ、Ｎｉ
、Ｚｒのうちの１種または２種以上からなる粉末（全重
量に対して１〜２０重量％）とを真空あるいは不活性ガ
ス等の非酸化性雰囲気中で混合し、所定形状たとえば棒
状の形状に対応した金型空間をもつプレス型内に、前記
感温素子例えば熱電対と前記混合粉末とを入れたのち、
所定の温度および圧力でプレスをおこなって加圧焼結さ
せ、これによって、感温素子に複合耐熱材を被せた温度
センサを得る。

そのほか、例えば、ＳｉＣ系ホイスカーや粉末と前記金
属の粉末との混合粉末を先に所定形状にホットプレスし
、得られた焼結体に形成した細孔中に」−記熱電対や金
属抵抗線等の感温素子を挿入するようにしてもよく、あ
るいは、ＳｉＣ系ホイスカーや粉末と前記金属の粉末と
の混合粉末を低温で成形した成形体内に例えば白金等よ
りなる金属抵抗体の粉末をペースト状にしたものを薄膜
状で埋設したのち全体を焼結するようにしてもよく、」
二記の例に示すように感温素子にＳｉＣ系複合耐熱材を
被せるに際しては種々の手法を採ることができる。

次に、この発明の詳細な説明する。

感温素子として、白金−白金ロジウム（Ｐｔ−１３重量
％Ｒｈ）よりなる熱電対を用意すると共に、表面にＮｉ
無電解メッキを施したＳｉＣホイスカーおよびＭＯ粒粉
末用意した。次に、前記ＳｉＣホイスカーと５重量％の
Ｍｏ粉末とを混合して混合粉末を作成した。

次いで、縦］、ＯｍｍＸ横　５　ｍｍの概略矩形断面の
細長状金型空間を有するプレス型内に前記熱電対よりな
る感温素子を金型空間の底面から約　１　闘浮かした状
態で装入すると共に、前記混合粉末を同じく金型空間内
に充填したのち、前記混合粉末を温度および的′間：１
０５０　℃Ｘ２ｈｒ、圧力；１０ｋｇｆ／ｍｍ２の条件
で不活性ガス中でホットプレスした。

この後、プレス型より焼結体を取り出して、第１図およ
び第２図に示すように、熱電対よりなる感温素子１がＳ
ｉＣ系の複合耐熱材２によって被覆された温度センサ３
を得た。

次に、前記温度センサ３の耐熱＃撃性性を調べるために
、試験個数２０個について、それぞれ１７００’Ｃに加
熱したのち常温まで水冷し、再び１７００°Ｃまで加熱
する昇降温を繰返したところ、すべてのものが３２回以
−１−の昇降温においてもクラックが発生せず、著しく
良好な耐熱衝撃特性を有するものであることが確かめら
れた。

他方、比較のために、白金−白金ロジウム熱電対だけに
対して上記と同じ昇降温の繰返しをおこなったところ、
すべて３０回以内の間に接点で断線を生じたり、あるい
は変形を生じたりした。

以上説明してきたように、この発明による温度センサで
は、温度の変化に対応して起電力。

電気抵抗、密度等の特性が変化する熱電対。

金属抵抗体等の感温素子に、ＳｉＣにＭｏ、Ｂ。

Ｎｉ、Ｚｒのうちの１種または２種以上を１〜２０重量
％で範囲で複合させた複合耐熱材を被せた構成としてい
るため、とくに高温域での温度測定をおこなう場合にお
いても温度センサが高熱によって損傷を受けたり、測定
精度が低下したり、あるいは耐用寿命が短くなったりす
るのを防ぐことができ、また、熱伝導性の良好なＳｉＣ
系複合耐熱材で被覆しているため測温の際の応答性が良
好であるなどの著しく優れた効果を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はこの発明の一実施例による温度セ
ンサの各々正面図および側面図である。 １・・・熱電対（感温素子）、 ２・・・複合耐熱旧、 ３・・・温度センサ。 特許出願人　大同特殊鋼株式会社 代理人弁理士　小　塩　豊

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）温度の変化に対応して特性が変化する感温素子に
   、ＳｉＣにＭｏ、Ｂ、Ｎｉ、Ｚｒ＋７）うちの１種また
   は２種以上を１〜２０重量％の範囲で複合させた複合耐
   熱材を被せたことを特徴とする温度センサ。
2. （２）感温素子が熱電対である特許請求の範囲第（１）
   項記載の温度センサ。
3. （３）感温素子が金属抵抗体である特許請求の範囲第（
   り項記載の温度センサ。