JPH08152364A - 高温白金測温抵抗素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 １０００℃まで、高精度で温度測定できる工
業用の白金測温抵抗素子の実現化を目的とする。 【構成】 耐熱性多孔管に白金線の入った白金センサ２
を、高純度のアルミナ保護管３に封入し、これを約１１
００℃でアニールを行い、中の空気を充分乾燥させる。
また、口出し線５の線間の封止材８等に溝７を入れて、
その線間の絶縁抵抗値を大きなものとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は高温領域に至るまでの広
い範囲の温度（０℃〜１０００℃）を測定することがで
きる、工業用の高温用白金測温抵抗素子に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】白金測温抵抗体は、測温センサの中でも
代表的なものの一つである、ＪＩＳ規格の中ではＰ_t １
００高温用測温抵抗体として、その使用温度を０℃〜６
５０℃と規定している。

【０００３】５００℃以上で、使用される測温素子とし
ては、白金線の他にＫ熱電対が多く使用されているが、
Ｋ熱電対はコスト的に安価で使いやすい点がある反面、
互換性及び再現性に劣り、５００℃〜１０００℃の間の
測温精度も５００℃で±３．７５℃また１０００℃では
±７．５℃（ＪＩＳＣ−１６０２）と、白金測温抵抗体
より精度の低下する欠点があった。

【０００４】白金測温抵抗体は、互換性、再現性におい
てＫ熱電対より優れているが、ＪＩＳ℃１６０４−１６
８９より、６５０℃±３．５５℃と定められており、こ
れほどの高精度の基準値を長期間にわたって維持するの
には困難があり、工業界から測温精度の向上と、その安
定性の維持が望まれていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】測温素子により高温領
域までの温度（０℃〜１０００℃）を精度よく測定する
には、絶縁抵抗による精度低下は防げない問題であっ
た。工程の不備もあって、絶縁性を安定して維持できる
製品は少なかった。また素子自体にしても、絶縁性を満
足させる構造に欠けていた。

【０００６】従来の測温センサとしての白金線は、空気
中の不純物質による汚染を防ぐために、石英の保護体で
覆うタイプのものもあったが、これでは環境に応じて使
用するのが困難であった。また、高温領域での使用に際
し、素線の純度を維持するのが困難であった。更に、従
来の白金線のタイプでは、口出し線側の封止には高温用
セメントを使用することで、口出し線（白金線）を接着
させていることもあり、口出し線の線間の絶縁性が高温
用セメントの中の不純物質により低下してしまうという
問題もあって、規定された精度を、安定して維持できる
ものはなかった。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、多孔管に白金
線を入れた白金センサをアルミナ保護管に封入したこと
を特徴とする。本発明では、封入方法は一度一般空気中
で組立てて製作したものを、約１１００℃でアニールを
行い、アルミナ保護管の中の空気を充分に乾燥させる。
こうして、アニールしたものを完成品とする。また、本
発明では、封止材での口出し線の線間の絶縁性を低下さ
せないように、封止材に溝を入れる。

【０００８】

【作用】本発明では、測温素子はアニールしたものなの
で、封入空気が十分に乾燥されて、絶縁性が向上すると
ともに、白金線自体の歪もなくなって、温度特性が安定
化し、更に口出し線と口出し線との間で線間の封止材表
面部に溝を形成したこともあって、絶縁抵抗が一層増加
し、高温領域まででの温度を精度よく測定できる。

【０００９】

【実施例】本発明の高温用白金測温抵抗素子１の構造を
図１に示す。

【００１０】構造は、標準用と同じ９９．９％の高純度
のアルミナ多孔管に白金素線を数回往復させた素造の素
子である白金センサ２を、一端が閉じた９９．７％以上
の高純度のアルミナ保護管３に挿入させた構造を基本と
する。

【００１１】アルミナ保護管３は、アニールの最中で
は、通気性を持つようになる。

【００１２】アルミナ保護管３内の雰囲気には、アニー
ルで充分に乾燥させた空気４を使用している。

【００１３】封入方法は、図１に示した通りの構造で、
一般空気中で組立てて製作したものを電気炉に入れ、約
１１００℃でアニールを行い、アルミナ保護管３内部の
空気をも充分に乾燥させる。

【００１４】アニールを行う時間については、１２時間
程度が望ましいが、この時間に限らず、この時間より少
なくても、又は大きくても、本発明の効果が期待できる
範囲内であればアニール時間は、自由に選択できる。

【００１５】アニールにより、絶縁性を低下させる原因
となる不純物質は、アルミナ保護管３に吸着されたりし
て、絶縁性が向上する。

【００１６】長期間にわたり未使用状態で、素子の絶縁
性が落ちた場合でも、再びアニールすれば絶縁性は回復
する。口出し線５には、断線を防止させるためＰ_t −Ｒ
_h ３．０％の白金線を使用している。

【００１７】本発明の白金線は、抵抗値を基本的に３Ω
又は５Ωとし、その他の抵抗値でも製作できるように設
計されている。

【００１８】また、本発明では高温用白金測温抵抗素子
１は、大きさが最小のものでアルミナ保護管３の外径φ
３．０、長さ４０ｍｍ程度のものが製作でき、外径又は
長さが、これ以上大きいものであれば製作可能である。

【００１９】封止を要する部分では、高温用セメント６
で封止する。口出し線５の線間の封止材８の表面部には
溝７を形成させて、高温用セメント６の不純物混入によ
る絶縁抵抗の低下を補うようにしてある。

【００２０】溝７を入れることによって、１０００℃に
おける抵抗比（Ｒ₁₀₀₀／Ｒ₀ ）は、溝を入れないものと
大きな差のでることがわかった。

【００２１】溝７を入れたものは、Ｒ₁₀₀₀／Ｒ₀ が４．
３７８７２〜４．３８６５３であったのに対し、溝を入
れないものは、、Ｒ₁₀₀₀／Ｒ₀ が４．３４８４６〜４．
３６７９６であり、特に高温領域において、感度特性が
落ちる傾向にあった。

【００２２】これを温度に換算すると約４℃〜８℃の誤
差が生じていることになり、溝７を入れたことによる効
果が確認できた。

【００２３】この結果から高温領域での温度測定に対し
て白金素線の純度を維持させ、絶縁抵抗による精度低下
の影響を防止させ、高精度で温度測定を行うのに高温セ
メント６で口出し線５を接着したところに溝７を入れる
ことは、効果的であることがわかる。

【００２４】溝７の幅は、０．１ｍｍ〜０．２ｍｍ程
度、深さは１ｍｍ程度である。

【００２５】幅及び深さは、この数値より大きければ問
題はない。

【００２６】図２は、図１におけるＢ，Ｂ´線における
断面図である。（ａ）は２線式、（ｂ）は３線式、
（ｃ）は４線式に対応する構造である。導電形式による
溝７の掘り方が、（ａ），（ｂ），（ｃ）に示されてい
る。

【００２７】溝７を入れるということは、口出し線同士
の絶縁性低下を防止するために行うもので、わざわざ溝
を入れなくても、高温用セメント６がお互いの口出し線
５に付着しなければいいことである。口出し線５の線間
が、高温用セメント６で短絡した形になっていなけれ
ば、溝を省略することができる。したがって、口出し線
５を一本一本接続した場合でも、溝７を入れた場合と同
様に絶縁性低下の影響は防止できる。

【００２８】また、一般の巻線方式の白金測温抵抗素子
でも、口出し線と口出し線との間に溝を入れれば、ＩＥ
Ｃ規格で規定している８５０℃まで対応できる。このよ
うに、溝７の効果は大きい。高温用白金測温抵抗素子の
温度特性及び安全度を確認するため、安定度試験及び温
度特性試験は組立て後、全くアニールしていない状態か
らはじめ、その後、１０００℃でアニールを行った結果
を図４、図５に示す。

【００２９】アニール時間は、最初１２時間ずつ６回、
続いて２４時間ずつ１４回、最後に４８時間で１回行
い、各アニール毎に水の三重点（０．０１℃）における
抵抗値を測定した。試験は３本行った。

【００３０】アニールしていない状態から１回目のアニ
ール後の測定において一番大きな変化量は５０ｍＫ程度
であった。その後は、アニール効果によって測定するた
びに抵抗値は減少を示したが、一連のアニールの間の総
変化量は一番大きなところで６７ｍＫであった。また、
温度特性（Ｒ₁₀₀ ／Ｒ₀ ）も常に１．３９２６０を越え
ていたため標準用に近いものであった。

【００３１】しかし、工業用においては、（Ｒ₁₀₀ ／Ｒ
₀ ）が１．３９２５０を越えているものであれば問題な
い。

【００３２】したがって、本発明のものは、工業用とし
て１０００℃で１００ｍＫ内の高精度を実証し、温度特
性も充分満足のいく値が得られた。

【００３３】場合によっては、工業用の他に標準用とし
ても使用できる。

【００３４】図３は、外筒の保護管９を含めた高温用白
金測温抵抗素子の断面を示すものである。

【００３５】本発明のものは、形状も最小で外径φ３．
０、長さ４０ｍｍと小さいため、アルミナ保護管３の外
径より大きい外筒の保護管９φ４．０のなかに挿入する
ことができる。

【００３６】外筒の保護管９は、金属、アルミナ、石英
ガラス等、何でも対応できる。

【００３７】（ａ）に、アルミナ保護管３と外筒の保護
管９との間が空気１０である例を示し、（ｂ）に充填物
で充填した例を示す。

【００３８】充填物としては、アルミナ粉とか、酸化マ
グネシア等がある。

【００３９】この場合の本発明の大きな特徴は、高温域
において外筒の保護管９に金属管を使用できるという利
点があることである。

【００４０】従来の高温用白金測温抵抗体は、素子の部
分の白金線が露出していたため、高純度石英ガラス管の
中に挿入させるものしか製作されなかった。金属管は６
００℃を超すあたりで金属蒸気が発生し、白金線を汚染
することが精度低下の最大の原因であった。

【００４１】これに対し、本発明では、高温用白金測温
抵抗素子が一度アルミナの管のなかに挿入させる二重構
造のものであるため、金属蒸気が直接白金線を汚染する
ことがなくなり、より一層高温領域での精度を維持でき
る。したがって、一般工業用の高温用白金測温抵抗素子
として使用でき、場合によっては外筒の保護管の曲げ加
工にも対応可能である。

【００４２】

【発明の効果】本発明によれば、製品として組立て完了
したものを、次の工程でアニールして完成させたので、
充填されたアルミナ保護管の中の空気は充分に乾燥した
ものとなり、高温領域での絶縁抵抗の低下の恐れはなく
なり、ＪＩＳで規定される温度範囲の上限を拡大した。
また、ＪＩＳで規定される精度以上を保障できる高温用
白金測温抵抗素子が実現できた。

【００４３】本発明によれば、高温用白金測温抵抗素子
は、長期間未使用状態にあって絶縁性が低下したもので
も、再度アニールすれば精度は元に回復する。

【００４４】本発明によれば、高温用白金測温抵抗素子
は、口出し線の封止部分の封止材の外部表面部に、線間
に溝を形成したものなので、その分絶縁抵抗値が高ま
り、精度が更に向上する。

【００４５】本発明によれば、高温用白金測温抵抗素子
は、アルミナ保護管を外筒の保護管の中に挿入する二重
構造のため、濃度の高い汚染物質や金属蒸気が直接白金
線を汚染する度合いは極端に小さいものとなり、抵抗値
の安定が更に保障される。

【００４６】本発明によれば、高温用白金測温抵抗素子
は、外筒の保護管に金属管を使用することができるもの
なので、曲げ加工にも対応できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す図である。

【図２】図１における、Ｂ，Ｂ´線における断面図であ
る。

【図３】外筒の保護管を示す図である。

【図４】本発明の高温用白金測温抵抗素子の抵抗値変化
を示す図である。

【図５】本発明の高温用白金測温抵抗素子の比抵抗変化
を示す図である。

【符号の説明】

１ 高温用白金測温抵抗素子 ２ 耐熱性多孔管に白金線を入れた白金センサ ３ アルミナ保護管 ４ 乾燥空気 ５ 口出し線 ６ 高温用セメント ７ 溝 ８ 封止材 ９ 外筒の保護管 １０ 空気

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 今村 友亮 埼玉県入間郡三芳町上富2079−７ 株式会 社ネツシン内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 耐熱性多孔管に白金線を入れた白金セン
   サと、それを封入するアルミナ保護管と、封止材と、封
   止材に接する他の部材との間を封じる高温用セメント
   と、口出し線とを含んでなる高温用白金測温抵抗素子で
   あって、前記素子全体を組立てた後に、抵抗値が安定す
   るように高温度でアニールを行い、内部の空気を乾燥状
   態とするようにしたことを特徴とする高温用白金測温抵
   抗素子。
2. 【請求項２】 温度が約１１００℃でアニールを行うこ
   とを特徴とする請求項１記載の高温用白金測温抵抗素
   子。
3. 【請求項３】 封止材の口出し線側の表面部又は表層部
   において、複数本の口出し線の中の、一方の口出し線と
   他方の口出し線との間に溝を形成させたことを特徴とす
   る請求項１又は２記載の高温用白金測温抵抗素子。
4. 【請求項４】 アルミナ保護菅の外側に外筒の保護管を
   設けたことを特徴とする請求項１，２又は３記載の高温
   用白金測温抵抗素子。
5. 【請求項５】 外筒の保護管が高融点金属であることを
   特徴とする請求項４記載の高温用白金測温抵抗素子。
6. 【請求項６】 アルミナ保護菅と外筒の保護管との間を
   充填物で充填したことを特徴とする請求項４記載の高温
   用白金測温抵抗素子。
7. 【請求項７】 アルミナ保護菅と外筒の保護管との間に
   空気を介在させたことを特徴とする請求項４記載の高温
   用白金測温抵抗素子。