JPS63238436A - 能動型温度センサ− - 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〕 本発明は各種プラントの計装に係り、特に温度を計測し
、伝送するのに好適な能動型温度計測伝送システムに関
する。

〔従来の技術〕

温度計測には目的に応じて多種多様に手段があり、例え
ば朝食書店発行の工業計測法ハンドブック、１９８０年
第２刷ｐ２４９〜ｐ２５７に詳述しである。また、高温
プラントの一つである原子力発電では上記した計測法の
一つである熱電対が用いられており、原子炉容器内だ１
１でも約１５００本あり、測定点から中央制御室までケ
ーブルを引廻しており、延べ約６万Ｋｍにも達している
。

熱電対による温度計−は最も一般的で、実績も豊富であ
るが、計測点から計測器までケーブルを引廻す必要があ
った。また、信号をワイヤレスで送る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記した熱電対による温度計測法は最も一般的で実績も
豊富であるが、測定点から計測器までケーブルを引廻す
必要があった。また、温度信号をワイヤレスで送信する
には送信器を作動させるための外部電源が必要となる。

従って、計測点の多い高温プラントとなると膨大な量の
配線とその作業コストを要する。

本発明の目的は外部電源なしで温度計測をし、発信でき
る能動型センサーを提供し、ワイヤレス化を図り、配線
とその作業量を低減することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記した目的は温度計測時に効率良く電力を発生する素
子を用い、その電力を温度信号と発信器の電源に変換す
ることにより達成される。

〔作用〕

温度センサーに熱を直接電気に効率良く変換できる素子
を用い１発生する電気量を温度信号と発信器の電源とし
て温度データを発信させ、外部に多数本センサーからの
信号を一括受信できる受信器を設けることによって外部
から電源の供給ないワイヤレス温度送受信を可能とする
。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。能動
型センサーは熱電変換素子１．電極２゜冷却フィン３９
発信器４から構成されている。熱電変換素子１は熱を電
気に直接変換できる固体素子、すなわちＮ型半導体とＰ
型半導体を対にし。

高温側・低温側の両端に電位差を生ずる物から成る。発
生する電圧はＮ型とＰ型半導体の特性で決定される係数
（ゼーベック係数）と上下面の温度差の積で表わされる
。この熱電変換素子１の特性を第２図、発信器の模式回
路図を第３図に示す。

発信器４は熱電変換素子で発生した電力を電波。

光あるいはレーザーに変換して伝送する６本適用例では
電波に変換した′例を示す。電波の発信には振幅変調（
ＡＭ）や周波数変調（ＦＭ）などの方法が考えられる。

ここでは信号をパルス幅変調（ＰＷＭ）Ｌ、ＦＭで発信
するＰＷＭ−ＦＭ電波の回路例を示す。発信器４は基準
抵抗７．定電圧電源発生器８．のこぎり波発生器６．コ
ンパレータ９及び周波数変調器１０で構成した。

熱電変換素子１の開路電圧Ｅｘは第２図に示したように
、上下面の温度差Ｔｓ、　Ｔｘ、　Ｔｓ・・・ＴＩｌの
変化によってＥｘ、　Ｅｘ、Ｅａ・・・Ｅ、に増加する
。

これに基準抵抗７と定電圧電源発生器８を継ぐことによ
って開路電流が変化する。定電圧電源発生器８のツェナ
ーダイオードはのこぎり波発生器６及び周波数変調器１
０の作動電圧Ｅｏを一定にするように働らき、基準抵抗
７を流れる電流工は（Ｅ　−−Ｅ　ｏ　）　／　Ｒ，と
なりそれぞれＩｔ、　Ｉｔ。

工３・・・　工、の値となる。この電流値を電圧Ｖ、に
変換してコンパレータ９の変調信号とした。コンパレー
タ９では定電圧電源発生器８から供給される電源によっ
てのこぎり波発生器を作動させ、のこぎり波を受けて変
調信号とコンパレートしてパルス幅に変調する。パルス
幅に変調したＰＷＭ信号をのこぎり波発生器６と同様に
定電圧電源発生器８から供給された電源によって作動し
ている周波数変調器１０へと導びきＦＭ波として発信さ
せた。

発信させたＦＭ波は受信器（図示せず）で受信し、電圧
Ｖ、に逆変換した。開路電圧Ｅ’ｘは既知のＥｏとｖｌ
の和で求め、この値から熱電変換素子１の温度差に換算
し、さらに雰囲気の温度を加えて被測定物の温度を求め
た。

次に第１図に示した熱電変換素子１にＦｅ−５ｉ系の半
導体を適用した例を示す。縦２ｍｎ＋、横２ｎｍ、厚み
１ｍｍの半導体チップ２０対を直列に接続して外形寸法
１５Ｘ１０Ｘ２＋＋ｎ＋の熱電変換素子１とした。電極
２に銅を用い、冷却フィン３にはＡΩを用いた。冷却フ
ィン３の長さを１００ｎｎとし、熱電変換素子１の上面
が充分冷却できる構造とした。熱電変換素子１の上下面
で２００℃の温度差を与えた時の開路電圧は２Ｖ、電流
約２Ａが得られ、発信器の作動電圧を１ｖとすると温度
差１００’Ｃから発信可能４となる。室温３０℃を補正
し被測物の温度は１３０℃から測定できる。

以上、本発明によれば、計測した温度データをワイヤレ
スで送信可能となり、外部電源及び配線作業のコスト低
減が図れる。

次に、このセンサーを実際に高温プラントへ適用した例
について示す。高温プラントの被測定物１０の表面には
放熱を防止するために保温１１が施こされる。この保温
の一部をはがし、熱良導体１２、例えば炭化ケイ素（Ｓ
　ｉ　Ｃ）や熱異方性カーボン等を被測定物１０に取付
け、その上に本発明となる能動型センサーを取付ける。

他方、受信側は高温プラントの場合、安全性を確保する
ために隔壁を設けることが多いので、この隔壁１３内に
多数本の能動センサーから送信される電波を受信するた
めのアンテナ１４をはり、受信器１５を隔壁１３の外側
に設置する。受信器１５からは、高温プラントの中央制
御室へ測定データを伝送する必要があるため、伝送回路
１６へつないである。

伝送回路１６には隔壁１３内の雰囲気温度を測定し、能
動型センサーの基準とする熱電対１７を１本設けである
。ここで、多数本のセンサーを設置した場合、センサー
の弁別が問題となる。そこで第５図に示すようにＦＭ波
を発信する時周波数帯域を変えた多重発信を採用し、セ
ンサーの弁別をできるようにした。

以上、本発明を高温プラントの多数本温度計測に適用し
た場合、壁隔内のケーブルが不必要となり、さらに隔壁
を貫通するケーブルも１本ですむことから、安全性も向
上する。特に原子力発電プラント１次冷却系に適用した
場合には隔壁が放射線じゃへいの役割を有するため、貫
通ケーブルを消減し、放射能の外部汚染をも防止するの
に有効である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ワイヤレス温度計測ができるので、配
線量の消滅、配線作業コストの大幅低減が図れるなどの
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の能動型センサーの縦断面図
、第２図は第１図の熱発電変換素子の特性模式図、第３
図は第１図の回路構成図、第４図は本発明の能動型セン
サーをプラントに適用した場合のシステム構成図、第５
図は第４図のデータ送信例を示したものである。 １・・・熱電変換素子、２・・・電極、３・・・冷却フ
ィン、４・・・発信器、６・・・のこぎり波発生器、７
・・・基準抵抗、８・・・定電圧電源発生器、９・・・
コンパレータ、ＬｈＴ３　　　Ｉ、Ｌ ｒ＃Ｉ跡ｔ８え（Ｉ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、対象物の温度を熱起電力に変換して出力する温度測
   定部と上記熱起電力を電気信号又は光信号に変換して送
   信する送信器を有し、温度測定信号をワイヤレスで送信
   できるようにしたことを特徴とした能動型温度センサー
   。 ２、上記温度測定部に半導体の固体素子を用い、発生し
   た熱起電力を温度信号及び送信器の供給電源として用い
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の能力型
   温度センサー。