JPH1030967A - セラミックシース型熱電対 - Google Patents
セラミックシース型熱電対Info
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- JPH1030967A JPH1030967A JP8201014A JP20101496A JPH1030967A JP H1030967 A JPH1030967 A JP H1030967A JP 8201014 A JP8201014 A JP 8201014A JP 20101496 A JP20101496 A JP 20101496A JP H1030967 A JPH1030967 A JP H1030967A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、測温応答性を向上させたセラミッ
クシース型熱電対を提供する。 【解決手段】 このセラミックシース型熱電対は、保護
管１を窒化珪素、サイアロン及び炭化珪素から選択され
るセラミックスによって作製し、保護管１の内部に測温
点５となる結合部を有するＷ−Ｒｅ素線６，７を配置
し、Ｗ−Ｒｅ素線６，７を内包するように、保護管１の
先端部４にＳｉ3 Ｎ4 系反応焼結セラミックスから成る
充填材２を配置し且つ後方部１６に充填材２よりも熱伝
導率の小さいＳｉＣウィスカーから成る充填材３を配置
する。保護管１の内部に不活性ガスを封入する。
クシース型熱電対を提供する。 【解決手段】 このセラミックシース型熱電対は、保護
管１を窒化珪素、サイアロン及び炭化珪素から選択され
るセラミックスによって作製し、保護管１の内部に測温
点５となる結合部を有するＷ−Ｒｅ素線６，７を配置
し、Ｗ−Ｒｅ素線６，７を内包するように、保護管１の
先端部４にＳｉ3 Ｎ4 系反応焼結セラミックスから成る
充填材２を配置し且つ後方部１６に充填材２よりも熱伝
導率の小さいＳｉＣウィスカーから成る充填材３を配置
する。保護管１の内部に不活性ガスを封入する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、セラミックスか
ら成る保護管を持つセラミックシース型熱電対に関す
る。
ら成る保護管を持つセラミックシース型熱電対に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、シース型熱電対は、金属製グロー
プラグや高温で使用されるＳＵＳシース型部品の保護管
として使用され、ＳＵＳ等の金属で作製されたものがあ
る。また、ＳＵＳシース型熱電対は、１０００℃以上の
雰囲気で使用されるものがあり、その場合には、インコ
ネル等の特殊耐熱合金で作製されている。熱電対は、３
００℃〜１４００℃の温度範囲の温度を計測するため、
各種の測定材を適合させている。また、熱電対の素線
は、酸化性又は還元性の雰囲気に対して弱い場合が多い
ので、一般的には保護パイプ内に入れて使用されてい
る。また、従来のセラミックシース型熱電対として、通
気用の孔を側面に形成した窒化珪素製保護管内に、Ｗ−
Ｒｅ素線を内包し、それらの空間をＴｉＮが分散した反
応焼結窒化珪素を充填した構造のものが知られている。
プラグや高温で使用されるＳＵＳシース型部品の保護管
として使用され、ＳＵＳ等の金属で作製されたものがあ
る。また、ＳＵＳシース型熱電対は、１０００℃以上の
雰囲気で使用されるものがあり、その場合には、インコ
ネル等の特殊耐熱合金で作製されている。熱電対は、３
００℃〜１４００℃の温度範囲の温度を計測するため、
各種の測定材を適合させている。また、熱電対の素線
は、酸化性又は還元性の雰囲気に対して弱い場合が多い
ので、一般的には保護パイプ内に入れて使用されてい
る。また、従来のセラミックシース型熱電対として、通
気用の孔を側面に形成した窒化珪素製保護管内に、Ｗ−
Ｒｅ素線を内包し、それらの空間をＴｉＮが分散した反
応焼結窒化珪素を充填した構造のものが知られている。
【０００３】また、特開平６−１６０２００号公報に
は、気密端子付シース型熱電対が開示されている。該熱
電対は、過渡的な温度変化等により、端子部に温度勾配
が生じても測定誤差を生じさせないものであり、アルメ
ル線とクロメル線の異種金属線からなる熱電対素線をス
テンレス製シース内に無機絶縁材と共に、相互に絶縁し
て収納し、シースの基端側を気密端子部により気密に封
止する。気密端子部のセラミック端板に取り付けられた
２本のコパール製の貫通パイプの内部に絶縁スリーブが
挿入され、各熱電対素線はその内部を通って貫通パイプ
と直接接触せずに外部に引き出されている。
は、気密端子付シース型熱電対が開示されている。該熱
電対は、過渡的な温度変化等により、端子部に温度勾配
が生じても測定誤差を生じさせないものであり、アルメ
ル線とクロメル線の異種金属線からなる熱電対素線をス
テンレス製シース内に無機絶縁材と共に、相互に絶縁し
て収納し、シースの基端側を気密端子部により気密に封
止する。気密端子部のセラミック端板に取り付けられた
２本のコパール製の貫通パイプの内部に絶縁スリーブが
挿入され、各熱電対素線はその内部を通って貫通パイプ
と直接接触せずに外部に引き出されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
保護管をＳＵＳで作製した場合には、保護管は、その耐
熱使用限界温度が９００℃程度と低い耐熱温度である
上、硫黄ガス中での使用では保護管の金属が硫黄ガスに
侵されるので、硫黄ガス中での使用が困難である。ま
た、保護管をインコネル等の特殊耐熱合金で作製した場
合には、その保護管はＳＵＳの保護管に比較して耐熱温
度が高くなるが、コストが約２倍とアップすることにな
る。
保護管をＳＵＳで作製した場合には、保護管は、その耐
熱使用限界温度が９００℃程度と低い耐熱温度である
上、硫黄ガス中での使用では保護管の金属が硫黄ガスに
侵されるので、硫黄ガス中での使用が困難である。ま
た、保護管をインコネル等の特殊耐熱合金で作製した場
合には、その保護管はＳＵＳの保護管に比較して耐熱温
度が高くなるが、コストが約２倍とアップすることにな
る。
【０００５】また、上記セラミックシース型熱電対は、
高温大気中で使用した場合に、保護管に形成した通気孔
から内部への酸素の侵入によってＷ−Ｒｅ素線が劣化す
るという問題がある。更に、Ｗ−Ｒｅ素線の熱膨張係数
は４．８×１０- 6 ／℃であり、Ｗ線の熱膨張係数より
更に大きく、繰り返しの使用によって周囲を形成する材
料との熱膨張係数差に起因する応力により劣化する可能
性がある。また、上記セラミックシース型熱電対は、保
護管内にＷ−Ｒｅ素線を内包し、保護管の空間をＴｉＮ
分散反応焼結Ｓｉ3 Ｎ4 を充填した構造では、測温の応
答性が良好でなく、更に応答性を向上させる必要があっ
た。
高温大気中で使用した場合に、保護管に形成した通気孔
から内部への酸素の侵入によってＷ−Ｒｅ素線が劣化す
るという問題がある。更に、Ｗ−Ｒｅ素線の熱膨張係数
は４．８×１０- 6 ／℃であり、Ｗ線の熱膨張係数より
更に大きく、繰り返しの使用によって周囲を形成する材
料との熱膨張係数差に起因する応力により劣化する可能
性がある。また、上記セラミックシース型熱電対は、保
護管内にＷ−Ｒｅ素線を内包し、保護管の空間をＴｉＮ
分散反応焼結Ｓｉ3 Ｎ4 を充填した構造では、測温の応
答性が良好でなく、更に応答性を向上させる必要があっ
た。
【０００６】また、前掲特開平６−１６０２００号公報
に開示された気密端子付シース型熱電対は、保護管とし
てステンレス製シースを用いているが、該ステンレス製
シースは外部雰囲気中に直接晒された状態であり、例え
ば、雰囲気中に硫黄ガス等のガスが存在する場合には、
シース自体に腐食が発生し、耐久性が低下するという問
題を有している。
に開示された気密端子付シース型熱電対は、保護管とし
てステンレス製シースを用いているが、該ステンレス製
シースは外部雰囲気中に直接晒された状態であり、例え
ば、雰囲気中に硫黄ガス等のガスが存在する場合には、
シース自体に腐食が発生し、耐久性が低下するという問
題を有している。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明の目的は、上記
の課題を解決することであり、セラミックスから成る保
護管内に配置したＷ−Ｒｅ素線と該Ｗ−Ｒｅ素線を充填
材中に内包し、測温点の先端部に充填された第１充填材
の熱伝導率を大きく、先端部以外の後方部に充填された
第２充填材の熱伝導率を小さく構成し、また、先端部の
保護管の厚みを薄く構成し、測温の応答性を向上させた
セラミックシース型熱電対を提供することである。
の課題を解決することであり、セラミックスから成る保
護管内に配置したＷ−Ｒｅ素線と該Ｗ−Ｒｅ素線を充填
材中に内包し、測温点の先端部に充填された第１充填材
の熱伝導率を大きく、先端部以外の後方部に充填された
第２充填材の熱伝導率を小さく構成し、また、先端部の
保護管の厚みを薄く構成し、測温の応答性を向上させた
セラミックシース型熱電対を提供することである。
【０００８】この発明は、窒化珪素、サイアロン及び炭
化珪素から選択されるセラミックスによって作製され且
つ測温点となる先端部の端面が閉鎖されている保護管、
前記保護管の内部に配置され且つ前記保護管の前記先端
部の領域で互いに結合された異なる組成の一対のＷ−Ｒ
ｅ素線、前記Ｗ−Ｒｅ素線を内包するように前記保護管
の前記先端部内に充填された反応焼結Ｓｉ3 Ｎ4 系セラ
ミックスを主成分とする第１充填材、及び前記保護管の
前記先端部以外の内部に充填され且つ前記第１充填材よ
りも熱伝導率が小さい材料から成る第２充填材、から成
るセラミックシース型熱電対に関する。
化珪素から選択されるセラミックスによって作製され且
つ測温点となる先端部の端面が閉鎖されている保護管、
前記保護管の内部に配置され且つ前記保護管の前記先端
部の領域で互いに結合された異なる組成の一対のＷ−Ｒ
ｅ素線、前記Ｗ−Ｒｅ素線を内包するように前記保護管
の前記先端部内に充填された反応焼結Ｓｉ3 Ｎ4 系セラ
ミックスを主成分とする第１充填材、及び前記保護管の
前記先端部以外の内部に充填され且つ前記第１充填材よ
りも熱伝導率が小さい材料から成る第２充填材、から成
るセラミックシース型熱電対に関する。
【０００９】また、前記第１充填材はＴｉを含んでいる
複合セラミックスである。
複合セラミックスである。
【００１０】また、前記第２充填材はセラミック繊維又
は反応焼結セラミックスから成る材料である。
は反応焼結セラミックスから成る材料である。
【００１１】また、前記保護管の前記内部にＮ2 やＡｒ
の不活性ガスが導入されていると共に、前記保護管の前
記内部に不活性ガスを封入するため、前記保護管の開口
端部を密閉する封止部材が設けられている。
の不活性ガスが導入されていると共に、前記保護管の前
記内部に不活性ガスを封入するため、前記保護管の開口
端部を密閉する封止部材が設けられている。
【００１２】また、前記第１充填材には５０Ｗ／ｍ・Ｋ
以上の熱伝導率を有する粒子が含まれている。
以上の熱伝導率を有する粒子が含まれている。
【００１３】また、前記第１充填材に含まれている前記
粒子はＡｌＮ、ＳｉＣ又はＳｉ3 Ｎ4 である。
粒子はＡｌＮ、ＳｉＣ又はＳｉ3 Ｎ4 である。
【００１４】また、前記保護管の前記先端部の外径が前
記先端部以外の部分の前記保護管の外径よりも小さく、
前記先端部が薄く形成されている。
記先端部以外の部分の前記保護管の外径よりも小さく、
前記先端部が薄く形成されている。
【００１５】このセラミックシース型熱電対は、上記の
ように、保護管の先端部内には焼結体時に膨張する特性
を持つ反応焼結材が充填されるので、反応焼結材と保護
管とが密着し、熱の通過面積を大きくすることができ、
前記測温点の近傍が測温雰囲気に対して熱伝導性が良好
になって応答性を向上できる。特に、保護管内の後方部
に充填された第２充填材は、先端部の第１充填材よりも
熱伝導率が小さいので、先端部の熱が後方部へ伝達され
難くなって後方部への熱の逃げをできるだけ小さくする
ことができ、先端部に熱量を集中させ、先端部（測温
点）の温度が測温物体の温度にまで短時間に直ちに上昇
させることができ、測温物体の温度を直ちに正確に測定
でき、測温応答性を向上させることができる。
ように、保護管の先端部内には焼結体時に膨張する特性
を持つ反応焼結材が充填されるので、反応焼結材と保護
管とが密着し、熱の通過面積を大きくすることができ、
前記測温点の近傍が測温雰囲気に対して熱伝導性が良好
になって応答性を向上できる。特に、保護管内の後方部
に充填された第２充填材は、先端部の第１充填材よりも
熱伝導率が小さいので、先端部の熱が後方部へ伝達され
難くなって後方部への熱の逃げをできるだけ小さくする
ことができ、先端部に熱量を集中させ、先端部（測温
点）の温度が測温物体の温度にまで短時間に直ちに上昇
させることができ、測温物体の温度を直ちに正確に測定
でき、測温応答性を向上させることができる。
【００１６】更に、このセラミックシース型熱電対は、
保護管の先端部の厚みを薄く形成して先端部の熱容量を
小さくし、先端部の温度を測温物体の温度まで直ちに変
動させることができる。また、前記保護管内には不活性
ガスが封入されているので、Ｗ−Ｒｅ素線の劣化を防止
できる。また、保護管内に充填される複合セラミックス
にＡｌＮやＳｉ3 Ｎ4 を添加して分散させることによっ
て、熱伝導率を大きくできる。
保護管の先端部の厚みを薄く形成して先端部の熱容量を
小さくし、先端部の温度を測温物体の温度まで直ちに変
動させることができる。また、前記保護管内には不活性
ガスが封入されているので、Ｗ−Ｒｅ素線の劣化を防止
できる。また、保護管内に充填される複合セラミックス
にＡｌＮやＳｉ3 Ｎ4 を添加して分散させることによっ
て、熱伝導率を大きくできる。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、図１を参照して、この発明
によるセラミックシース型熱電対の実施例を説明する。
図１はこのセラミックシース型熱電対の第１実施例を示
す断面図、図２はこのセラミックシース型熱電対の第２
実施例を示す断面図、図３はこのセラミックシース型熱
電対の第３実施例を示す断面図、図４はこのセラミック
シース型熱電対の第４実施例を示す断面図、及び図５は
セラミックシース型熱電対の端部を示す部分拡大断面図
である。
によるセラミックシース型熱電対の実施例を説明する。
図１はこのセラミックシース型熱電対の第１実施例を示
す断面図、図２はこのセラミックシース型熱電対の第２
実施例を示す断面図、図３はこのセラミックシース型熱
電対の第３実施例を示す断面図、図４はこのセラミック
シース型熱電対の第４実施例を示す断面図、及び図５は
セラミックシース型熱電対の端部を示す部分拡大断面図
である。
【００１８】図１〜図４に示すように、このセラミック
シース型熱電対は、保護管１の内部に充填する材料及び
保護管１の形状に特徴を有するものである。保護管１の
測温領域の先端部４の内部には熱伝導率の大きい材料を
充填し、後方部１６の内部には熱伝導率の小さい材料を
充填している。また、図３及び図４に示すように、保護
管１の先端部４の径を小さくして熱容量を小さくし、測
温の対象物の温度に直ちに上昇できる構造に構成されて
いる。更に、保護管１の内部に内包されるＷ−Ｒｅ素線
６，７の酸化腐食による断線を阻止するためＡｒやＮ2
の不活性ガスを保護管１の内部に封入し、封止部材８で
保護管１内を密封している。
シース型熱電対は、保護管１の内部に充填する材料及び
保護管１の形状に特徴を有するものである。保護管１の
測温領域の先端部４の内部には熱伝導率の大きい材料を
充填し、後方部１６の内部には熱伝導率の小さい材料を
充填している。また、図３及び図４に示すように、保護
管１の先端部４の径を小さくして熱容量を小さくし、測
温の対象物の温度に直ちに上昇できる構造に構成されて
いる。更に、保護管１の内部に内包されるＷ−Ｒｅ素線
６，７の酸化腐食による断線を阻止するためＡｒやＮ2
の不活性ガスを保護管１の内部に封入し、封止部材８で
保護管１内を密封している。
【００１９】このセラミックシース型熱電対は、窒化珪
素（Ｓｉ3 Ｎ4 ）、サイアロン（ｓｉａｌｏｎ）及び炭
化珪素（ＳｉＣ）から選択されるセラミックスによって
作製された保護管１、保護管１の内部に配置された測温
点５となる先端部４の領域で結合部を有するＷ−Ｒｅ素
線６，７、及びＷ−Ｒｅ素線６，７を内包するように保
護管１の測温点を構成する先端部４に充填された反応焼
結Ｓｉ3 Ｎ4 系セラミックスを主成分とする複合セラミ
ックスの充填材２、及び保護管１の先端部４以外の後方
部１６の内部に充填され且つ充填材２よりも熱伝導率が
小さいセラミックス等の材料から成る充填材３から構成
されている。
素（Ｓｉ3 Ｎ4 ）、サイアロン（ｓｉａｌｏｎ）及び炭
化珪素（ＳｉＣ）から選択されるセラミックスによって
作製された保護管１、保護管１の内部に配置された測温
点５となる先端部４の領域で結合部を有するＷ−Ｒｅ素
線６，７、及びＷ−Ｒｅ素線６，７を内包するように保
護管１の測温点を構成する先端部４に充填された反応焼
結Ｓｉ3 Ｎ4 系セラミックスを主成分とする複合セラミ
ックスの充填材２、及び保護管１の先端部４以外の後方
部１６の内部に充填され且つ充填材２よりも熱伝導率が
小さいセラミックス等の材料から成る充填材３から構成
されている。
【００２０】このセラミックシース型熱電対において、
充填材２は、Ｔｉを含んでいる複合セラミックスで構成
されており、Ｔｉを含有させたスラリーを保護管１に充
填して反応焼結した場合に、Ｔｉを含有することで焼結
膨張し、充填材２が保護管１の内壁面に密着し、保護管
１から充填材２への熱伝達が良好になる。また、充填材
２には、熱伝導率が５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上のＡｌＮ、Ｓｉ
Ｃ、Ｓｉ3 Ｎ4 等の粒子が含まれており、充填材２の熱
伝導率を上昇させることができる。
充填材２は、Ｔｉを含んでいる複合セラミックスで構成
されており、Ｔｉを含有させたスラリーを保護管１に充
填して反応焼結した場合に、Ｔｉを含有することで焼結
膨張し、充填材２が保護管１の内壁面に密着し、保護管
１から充填材２への熱伝達が良好になる。また、充填材
２には、熱伝導率が５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上のＡｌＮ、Ｓｉ
Ｃ、Ｓｉ3 Ｎ4 等の粒子が含まれており、充填材２の熱
伝導率を上昇させることができる。
【００２１】また、充填材３は、ＳｉＣウィスカー等の
セラミック繊維（図１、図３）、或いはＳｉ3 Ｎ4 系反
応焼結セラミックス（図２、図４）から成る材料で構成
されている。保護管１の内部には、Ｎ2 やＡｒの不活性
ガスが封入されていると共に、保護管１の内部に前記不
活性ガスを封入するため、保護管１の開口端部１７には
ポリイミド樹脂や鉛ガラス等の封止部材８が嵌合して密
閉されている。充填材３をセラミック繊維で構成した場
合には、不活性ガスを保護管１の後方部１６に導入す
る。また、充填材３を反応焼結セラミックスから構成し
た場合には、保護管１に充填されたスラリーをＮ2 雰囲
気で反応焼結することによって、必然的にＮ2 が封入さ
れることになる。
セラミック繊維（図１、図３）、或いはＳｉ3 Ｎ4 系反
応焼結セラミックス（図２、図４）から成る材料で構成
されている。保護管１の内部には、Ｎ2 やＡｒの不活性
ガスが封入されていると共に、保護管１の内部に前記不
活性ガスを封入するため、保護管１の開口端部１７には
ポリイミド樹脂や鉛ガラス等の封止部材８が嵌合して密
閉されている。充填材３をセラミック繊維で構成した場
合には、不活性ガスを保護管１の後方部１６に導入す
る。また、充填材３を反応焼結セラミックスから構成し
た場合には、保護管１に充填されたスラリーをＮ2 雰囲
気で反応焼結することによって、必然的にＮ2 が封入さ
れることになる。
【００２２】また、保護管１の先端部４は、図３及び図
４に示すように、先端部４の外径が先端部４より後方の
後方部１６の保護管１の外径よりも小さいサイズに形成
され、両者の内径を同一に形成することにより、先端部
４がそれ以外の部分より薄く形成される。保護管１の先
端部４の厚さが薄く形成されることにより、先端部４の
熱容量が小さくなり、先端部４の測温点５の領域の熱容
量が小さくなり、先端部４が測温領域の温度に直ちに昇
温することができ、測温応答性を一層向上させることが
できる。
４に示すように、先端部４の外径が先端部４より後方の
後方部１６の保護管１の外径よりも小さいサイズに形成
され、両者の内径を同一に形成することにより、先端部
４がそれ以外の部分より薄く形成される。保護管１の先
端部４の厚さが薄く形成されることにより、先端部４の
熱容量が小さくなり、先端部４の測温点５の領域の熱容
量が小さくなり、先端部４が測温領域の温度に直ちに昇
温することができ、測温応答性を一層向上させることが
できる。
【００２３】〔実施例１〕第１実施例のセラミックシー
ス型熱電対は、図１に示すように作製されているもので
ある。まず、保護管１を、内径φ５ｍｍ、外径φ８ｍｍ
及び長さ３００ｍｍのサイズにサイアロン材によって作
製し、保護管１の形状として、先端部４の一端部１１を
密閉し、後方部１６の他端１７を開口する。Ｗ−Ｒｅ素
線６，７として、一方の線材がＷ−５％Ｒｅ（＋）から
構成されたφ０．５ｍｍのＷ−Ｒｅ素線６と、他方の線
材がＷ−２６％Ｒｅ（−）から構成されたφ０．５ｍｍ
のＷ−Ｒｅ素線７との二種類の素線を一端で互いに直列
に結線する。結線した結合部を保護管１の測温点５の領
域に位置するように、保護管１内に非接触状態に配設し
た。次いで、保護管１の端部１１から１５ｍｍの部分ま
での先端部４に、Ｓｉ粉末を４０ｗｔ％、Ｓｉ3 Ｎ4 を
５０ｗｔ％及びＴｉを１０ｗｔ％の配合割合で混合した
混合粉を含むスラリー（充填材２に転化する）を充填す
ると共に、保護管１の後方部１６に、ＳｉＣウィスカー
（充填材３になる）を充填し、Ｗ−Ｒｅ素線６，７を充
填材２，３で内包するように保護管１内に固定した。そ
こで、これを０．９３ＭＰａの窒素雰囲気中で反応焼結
した。保護管１の先端部４内に充填された充填材２は、
スラリーがＳｉ3 Ｎ4 系反応焼結セラミックスに転化
し、その熱伝導率λは３．５Ｗ／ｍ・Ｋの複合セラミッ
クスとなった。これに対して、充填材３は、ＳｉＣウィ
スカーであり、その熱伝導率λは０．１Ｗ／ｍ・Ｋであ
る。次いで、Ｗ−Ｒｅ素線６，７のそれぞれリード線１
２を接続した後、保護管１の内部にＮ2 ガス（不活性ガ
ス）を導入し、保護管１の端部１７をポリイミド樹脂か
ら成る封止部材８で封止し、封止部材８に端子９を形成
した。これを本発明品１とする。
ス型熱電対は、図１に示すように作製されているもので
ある。まず、保護管１を、内径φ５ｍｍ、外径φ８ｍｍ
及び長さ３００ｍｍのサイズにサイアロン材によって作
製し、保護管１の形状として、先端部４の一端部１１を
密閉し、後方部１６の他端１７を開口する。Ｗ−Ｒｅ素
線６，７として、一方の線材がＷ−５％Ｒｅ（＋）から
構成されたφ０．５ｍｍのＷ−Ｒｅ素線６と、他方の線
材がＷ−２６％Ｒｅ（−）から構成されたφ０．５ｍｍ
のＷ−Ｒｅ素線７との二種類の素線を一端で互いに直列
に結線する。結線した結合部を保護管１の測温点５の領
域に位置するように、保護管１内に非接触状態に配設し
た。次いで、保護管１の端部１１から１５ｍｍの部分ま
での先端部４に、Ｓｉ粉末を４０ｗｔ％、Ｓｉ3 Ｎ4 を
５０ｗｔ％及びＴｉを１０ｗｔ％の配合割合で混合した
混合粉を含むスラリー（充填材２に転化する）を充填す
ると共に、保護管１の後方部１６に、ＳｉＣウィスカー
（充填材３になる）を充填し、Ｗ−Ｒｅ素線６，７を充
填材２，３で内包するように保護管１内に固定した。そ
こで、これを０．９３ＭＰａの窒素雰囲気中で反応焼結
した。保護管１の先端部４内に充填された充填材２は、
スラリーがＳｉ3 Ｎ4 系反応焼結セラミックスに転化
し、その熱伝導率λは３．５Ｗ／ｍ・Ｋの複合セラミッ
クスとなった。これに対して、充填材３は、ＳｉＣウィ
スカーであり、その熱伝導率λは０．１Ｗ／ｍ・Ｋであ
る。次いで、Ｗ−Ｒｅ素線６，７のそれぞれリード線１
２を接続した後、保護管１の内部にＮ2 ガス（不活性ガ
ス）を導入し、保護管１の端部１７をポリイミド樹脂か
ら成る封止部材８で封止し、封止部材８に端子９を形成
した。これを本発明品１とする。
【００２４】〔実施例２〕第２実施例のセラミックシー
ス型熱電対は、図２に示すように作製されているもので
ある。第２実施例は、第１実施例と同様の保護管１及び
Ｗ−Ｒｅ素線６，７を使用し、保護管１の端部１１から
１５ｍｍの部分までの先端部４に、Ｓｉ粉末を４０ｗｔ
％、ＡｌＮを５０ｗｔ％及びＴｉを１０ｗｔ％の配合割
合で混合した混合粉を含むスラリー（充填材１０に転化
する）を充填すると共に、保護管１の後方部１６に、Ｓ
ｉ粉末を４０ｗｔ％、Ｓｉ3 Ｎ4 を５０ｗｔ％及びＴｉ
を１０ｗｔ％の配合割合で混合した混合粉を含むスラリ
ー（充填材２に転化する）を充填した。以下、第２実施
例は、第１実施例と同様の工程によって作製した。保護
管１の先端部４内に充填された充填材１０は、スラリー
がＳｉ3 Ｎ4 系反応焼結セラミックスに転化し、その熱
伝導率λは１５Ｗ／ｍ・Ｋの複合セラミックスとなり、
１４０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率λを有する添加剤Ａｌ
Ｎによって熱伝導率が大きいものとなった。また、保護
管１の後方部１６内に充填された充填材２は、スラリー
がＳｉ3 Ｎ4 系反応焼結セラミックスに転化し、その熱
伝導率λは３．５Ｗ／ｍ・Ｋの複合セラミックスとなっ
た。これを本発明品２とする。
ス型熱電対は、図２に示すように作製されているもので
ある。第２実施例は、第１実施例と同様の保護管１及び
Ｗ−Ｒｅ素線６，７を使用し、保護管１の端部１１から
１５ｍｍの部分までの先端部４に、Ｓｉ粉末を４０ｗｔ
％、ＡｌＮを５０ｗｔ％及びＴｉを１０ｗｔ％の配合割
合で混合した混合粉を含むスラリー（充填材１０に転化
する）を充填すると共に、保護管１の後方部１６に、Ｓ
ｉ粉末を４０ｗｔ％、Ｓｉ3 Ｎ4 を５０ｗｔ％及びＴｉ
を１０ｗｔ％の配合割合で混合した混合粉を含むスラリ
ー（充填材２に転化する）を充填した。以下、第２実施
例は、第１実施例と同様の工程によって作製した。保護
管１の先端部４内に充填された充填材１０は、スラリー
がＳｉ3 Ｎ4 系反応焼結セラミックスに転化し、その熱
伝導率λは１５Ｗ／ｍ・Ｋの複合セラミックスとなり、
１４０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率λを有する添加剤Ａｌ
Ｎによって熱伝導率が大きいものとなった。また、保護
管１の後方部１６内に充填された充填材２は、スラリー
がＳｉ3 Ｎ4 系反応焼結セラミックスに転化し、その熱
伝導率λは３．５Ｗ／ｍ・Ｋの複合セラミックスとなっ
た。これを本発明品２とする。
【００２５】〔実施例３〕第３実施例のセラミックシー
ス型熱電対は、図３に示すように作製されているもので
ある。第３実施例は、第１実施例と同様のＷ−Ｒｅ素線
６，７及び充填材２，３を使用し、保護管１として、先
端部４から１５ｍｍまでの部分を外径φ６ｍｍから成る
薄い管厚部分１Ａに形成し、内径φ５ｍｍ及び長さ３０
０ｍｍを第１実施例の保護管１と同様のサイズにサイア
ロン材によって作製した。第３実施例は、以下、第１実
施例と同様の工程によって作製した。第３実施例は、保
護管１の先端部４の充填材２及び後方部１６の充填材３
は第１実施例と同一材料であるので、第１実施例と第３
実施例とは保護管１の先端部４の厚さが異なるのみであ
る。これを本発明品３とする。
ス型熱電対は、図３に示すように作製されているもので
ある。第３実施例は、第１実施例と同様のＷ−Ｒｅ素線
６，７及び充填材２，３を使用し、保護管１として、先
端部４から１５ｍｍまでの部分を外径φ６ｍｍから成る
薄い管厚部分１Ａに形成し、内径φ５ｍｍ及び長さ３０
０ｍｍを第１実施例の保護管１と同様のサイズにサイア
ロン材によって作製した。第３実施例は、以下、第１実
施例と同様の工程によって作製した。第３実施例は、保
護管１の先端部４の充填材２及び後方部１６の充填材３
は第１実施例と同一材料であるので、第１実施例と第３
実施例とは保護管１の先端部４の厚さが異なるのみであ
る。これを本発明品３とする。
【００２６】〔実施例４〕第４実施例のセラミックシー
ス型熱電対は、図４に示すように作製されているもので
ある。第４実施例は、第３実施例と同様の保護管１を使
用し、保護管１の先端部４の充填材１０及び後方部１６
の充填材２は第２実施例と同様のものに構成した。第４
実施例は、他の作製工程については第２実施例と同様に
行った。第４実施例は、保護管１の先端部４の充填材１
０及び後方部１６の充填材３は第２実施例と同一材料で
あるので、第２実施例と第４実施例とは保護管１の先端
部４の厚さが異なるのみである。これを本発明品４とす
る。
ス型熱電対は、図４に示すように作製されているもので
ある。第４実施例は、第３実施例と同様の保護管１を使
用し、保護管１の先端部４の充填材１０及び後方部１６
の充填材２は第２実施例と同様のものに構成した。第４
実施例は、他の作製工程については第２実施例と同様に
行った。第４実施例は、保護管１の先端部４の充填材１
０及び後方部１６の充填材３は第２実施例と同一材料で
あるので、第２実施例と第４実施例とは保護管１の先端
部４の厚さが異なるのみである。これを本発明品４とす
る。
【００２７】このセラミックシース型熱電対の応答性を
調べるため、セラミックシース型熱電対の比較例とし
て、比較例１と比較例２のものを作製した。 〔比較例１〕比較例１では、第１実施例で使用した保護
管１を使用し、保護管１内に二個の貫通孔１５が形成さ
れたＳｉ3 Ｎ4 から成る絶縁管１４を配置し、絶縁管１
４の貫通孔１５に第１実施例で使用したＷ−Ｒｅ素線
６，７を挿通し、保護管１の先端部４に空気溜まり１３
を形成した。空気溜まり１３中にＷ−Ｒｅ素線６，７の
端部を結線した結合部を位置させて測温点５を形成し、
また、Ｗ−Ｒｅ素線６，７の他端にリード線１２を結線
した。これを比較例１とする。
調べるため、セラミックシース型熱電対の比較例とし
て、比較例１と比較例２のものを作製した。 〔比較例１〕比較例１では、第１実施例で使用した保護
管１を使用し、保護管１内に二個の貫通孔１５が形成さ
れたＳｉ3 Ｎ4 から成る絶縁管１４を配置し、絶縁管１
４の貫通孔１５に第１実施例で使用したＷ−Ｒｅ素線
６，７を挿通し、保護管１の先端部４に空気溜まり１３
を形成した。空気溜まり１３中にＷ−Ｒｅ素線６，７の
端部を結線した結合部を位置させて測温点５を形成し、
また、Ｗ−Ｒｅ素線６，７の他端にリード線１２を結線
した。これを比較例１とする。
【００２８】〔比較例２〕比較例２では、第１実施例で
使用した保護管１を使用し、保護管１内に第１実施例で
使用したＷ−Ｒｅ素線６，７を挿通した。次いで、保護
管１内に、Ｓｉ粉末を４０ｗｔ％、Ｓｉ3 Ｎ4 を５０ｗ
ｔ％及びＴｉを１０ｗｔ％の配合割合で混合した混合粉
を含むスラリー（充填材２に転化する）を充填し、Ｗ−
Ｒｅ素線６，７を充填材２で内包するように保護管１内
に固定した。以下、比較例２は、第１実施例と同様の工
程によって作製した。これを比較例２とする。
使用した保護管１を使用し、保護管１内に第１実施例で
使用したＷ−Ｒｅ素線６，７を挿通した。次いで、保護
管１内に、Ｓｉ粉末を４０ｗｔ％、Ｓｉ3 Ｎ4 を５０ｗ
ｔ％及びＴｉを１０ｗｔ％の配合割合で混合した混合粉
を含むスラリー（充填材２に転化する）を充填し、Ｗ−
Ｒｅ素線６，７を充填材２で内包するように保護管１内
に固定した。以下、比較例２は、第１実施例と同様の工
程によって作製した。これを比較例２とする。
【００２９】上記の各実施例及び各比較例で作製したセ
ラミックシース型熱電対を、温度を７３０℃としたアル
ミ溶湯中に浸し、その時間経過に伴って各セラミックシ
ース型熱電対の起電力変化から温度を測定した。それら
の結果を、図６のグラフに示す。図６から分かるよう
に、本発明品４が最も応答性が良く、本発明品３が２番
目に応答性が良く、本発明品２が３番目に応答性が良
く、また、本発明品１が４番目に応答性が良いことが分
かる。これに対して、比較例２は本発明品１よりも応答
性が悪く、比較例１は応答性が最低であることが分か
る。このことから、セラミックシース型熱電対におい
て、保護管１内の後方部１６に充填した材料の熱伝導率
が、保護管１の先端部４に充填した材料の熱伝導率より
小さいことが応答性を向上させ、また、保護管１の先端
部４に充填した材料の熱伝導率を高くすることが応答性
を向上させ、更に、保護管１の先端部４の厚みを薄くし
て熱容量を小さくすることが応答性を一層向上させるこ
とが分かった。
ラミックシース型熱電対を、温度を７３０℃としたアル
ミ溶湯中に浸し、その時間経過に伴って各セラミックシ
ース型熱電対の起電力変化から温度を測定した。それら
の結果を、図６のグラフに示す。図６から分かるよう
に、本発明品４が最も応答性が良く、本発明品３が２番
目に応答性が良く、本発明品２が３番目に応答性が良
く、また、本発明品１が４番目に応答性が良いことが分
かる。これに対して、比較例２は本発明品１よりも応答
性が悪く、比較例１は応答性が最低であることが分か
る。このことから、セラミックシース型熱電対におい
て、保護管１内の後方部１６に充填した材料の熱伝導率
が、保護管１の先端部４に充填した材料の熱伝導率より
小さいことが応答性を向上させ、また、保護管１の先端
部４に充填した材料の熱伝導率を高くすることが応答性
を向上させ、更に、保護管１の先端部４の厚みを薄くし
て熱容量を小さくすることが応答性を一層向上させるこ
とが分かった。
【００３０】
【発明の効果】この発明によるセラミックシース型熱電
対は、上記のように、保護管の先端部の充填材を保護管
の後方部の充填材より熱伝導率を大きく形成し、保護管
の後方部の充填材より熱伝導率をできるだけ小さく構成
することによって、先端部では温度測定対象の温度にま
で直ちに上昇させ、その温度が保護管を通じて後方へ熱
が逃げ難くなり、応答性を向上させることができる。ま
た、保護管の先端部を薄く形成することによって、一層
応答性を向上させることができる。
対は、上記のように、保護管の先端部の充填材を保護管
の後方部の充填材より熱伝導率を大きく形成し、保護管
の後方部の充填材より熱伝導率をできるだけ小さく構成
することによって、先端部では温度測定対象の温度にま
で直ちに上昇させ、その温度が保護管を通じて後方へ熱
が逃げ難くなり、応答性を向上させることができる。ま
た、保護管の先端部を薄く形成することによって、一層
応答性を向上させることができる。
【図１】このセラミックシース型熱電対の第１実施例を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図２】このセラミックシース型熱電対の第２実施例を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図３】このセラミックシース型熱電対の第３実施例を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図４】このセラミックシース型熱電対の第４実施例を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図５】セラミックシース型熱電対の端部を示す部分拡
大断面図である。
大断面図である。
【図６】セラミックシース型熱電対の応答性を示すグラ
フである。
フである。
【図７】セラミックシース型熱電対の第１比較例を示す
断面図である。
断面図である。
【図８】セラミックシース型熱電対の第２比較例を示す
断面図である。
断面図である。
１ 保護管 １Ａ 薄い管部分 ２，３，１０ 充填材 ４ 先端部 ５ 測温点 ６，７ Ｗ−Ｒｅ素線 ８ 封止部材 ９ 端子 １１，１７ 端部 １２ リード線 １６ 後方部
Claims (7)
- 【請求項１】 窒化珪素、サイアロン及び炭化珪素から
選択されるセラミックスによって作製され且つ測温点と
なる先端部の端面が閉鎖されている保護管、前記保護管
の内部に配置され且つ前記保護管の前記先端部の領域で
互いに結合された異なる組成の一対のＷ−Ｒｅ素線、前
記Ｗ−Ｒｅ素線を内包するように前記保護管の前記先端
部内に充填された反応焼結Ｓｉ3 Ｎ4 系セラミックスを
主成分とする第１充填材、及び前記保護管の前記先端部
以外の内部に充填され且つ前記第１充填材よりも熱伝導
率が小さい材料から成る第２充填材、から成るセラミッ
クシース型熱電対。 - 【請求項２】 前記第１充填材はＴｉを含んでいる複合
セラミックスである請求項１に記載のセラミックシース
型熱電対。 - 【請求項３】 前記第２充填材はセラミック繊維又は反
応焼結セラミックスから成る材料である請求項１又は２
に記載のセラミックシース型熱電対。 - 【請求項４】 前記保護管の前記内部にＮ2 やＡｒの不
活性ガスが導入されていると共に、前記保護管の前記内
部に不活性ガスを封入するため、前記保護管の開口端部
を密閉する封止部材が設けられている請求項１〜３のい
ずれか１項に記載のセラミックシース型熱電対。 - 【請求項５】 前記第１充填材には５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上
の熱伝導率を有する粒子が含まれている請求項１〜４の
いずれか１項に記載のセラミックシース型熱電対。 - 【請求項６】 前記第１充填材に含まれている前記粒子
はＡｌＮ、ＳｉＣ又はＳｉ3 Ｎ4 である請求項５に記載
のセラミックシース型熱電対。 - 【請求項７】 前記保護管の前記先端部の外径が前記先
端部以外の部分の前記保護管の外径よりも小さく、前記
先端部が薄く形成されている請求項１〜６のいずれか１
項に記載のセラミックシース型熱電対。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20101496A JP3572312B2 (ja) | 1996-07-12 | 1996-07-12 | セラミックシース型熱電対 |
| EP97304858A EP0818671A3 (en) | 1996-07-12 | 1997-07-03 | A ceramic sheath type thermocouple |
| US08/890,427 US6102565A (en) | 1996-07-12 | 1997-07-09 | Ceramic sheath type thermocouple |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20101496A JP3572312B2 (ja) | 1996-07-12 | 1996-07-12 | セラミックシース型熱電対 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1030967A true JPH1030967A (ja) | 1998-02-03 |
| JP3572312B2 JP3572312B2 (ja) | 2004-09-29 |
Family
ID=16434056
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20101496A Expired - Fee Related JP3572312B2 (ja) | 1996-07-12 | 1996-07-12 | セラミックシース型熱電対 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3572312B2 (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000035364A (ja) * | 1998-07-16 | 2000-02-02 | Fuji Electric Co Ltd | 溶融金属連続測温装置 |
| JP2000088668A (ja) * | 1998-09-16 | 2000-03-31 | Isuzu Ceramics Res Inst Co Ltd | 熱電対 |
| JP2001221693A (ja) * | 2000-02-03 | 2001-08-17 | Shin Etsu Chem Co Ltd | 温度測定用熱電対素子 |
| JP2007093379A (ja) * | 2005-09-28 | 2007-04-12 | Yamatake Corp | 温度検出体 |
| JP2007198806A (ja) * | 2006-01-24 | 2007-08-09 | Mitsubishi Materials Corp | 温度センサ |
| JP2010054491A (ja) * | 2008-07-30 | 2010-03-11 | Saginomiya Seisakusho Inc | 温度測定センサーおよび温度測定センサーを用いた温度測定装置 |
| JP2010117206A (ja) * | 2008-11-12 | 2010-05-27 | Saginomiya Seisakusho Inc | 温度測定センサーおよび温度測定センサーの製造方法 |
| JP2020523581A (ja) * | 2017-07-21 | 2020-08-06 | テーデーカー エレクトロニクス アーゲー | 接触温度測定プローブ |
| KR20210112756A (ko) * | 2020-03-06 | 2021-09-15 | 주식회사 대진센서제작소 | 절연성 및 보호성이 향상된 센서기구 |
-
1996
- 1996-07-12 JP JP20101496A patent/JP3572312B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000035364A (ja) * | 1998-07-16 | 2000-02-02 | Fuji Electric Co Ltd | 溶融金属連続測温装置 |
| JP2000088668A (ja) * | 1998-09-16 | 2000-03-31 | Isuzu Ceramics Res Inst Co Ltd | 熱電対 |
| JP2001221693A (ja) * | 2000-02-03 | 2001-08-17 | Shin Etsu Chem Co Ltd | 温度測定用熱電対素子 |
| JP2007093379A (ja) * | 2005-09-28 | 2007-04-12 | Yamatake Corp | 温度検出体 |
| JP2007198806A (ja) * | 2006-01-24 | 2007-08-09 | Mitsubishi Materials Corp | 温度センサ |
| JP2010054491A (ja) * | 2008-07-30 | 2010-03-11 | Saginomiya Seisakusho Inc | 温度測定センサーおよび温度測定センサーを用いた温度測定装置 |
| JP2010117206A (ja) * | 2008-11-12 | 2010-05-27 | Saginomiya Seisakusho Inc | 温度測定センサーおよび温度測定センサーの製造方法 |
| KR101107924B1 (ko) | 2008-11-12 | 2012-01-25 | 가부시키가이샤 사기노미야세이사쿠쇼 | 온도 측정 센서 및 온도 측정 센서의 제조 방법 |
| JP2020523581A (ja) * | 2017-07-21 | 2020-08-06 | テーデーカー エレクトロニクス アーゲー | 接触温度測定プローブ |
| KR20210112756A (ko) * | 2020-03-06 | 2021-09-15 | 주식회사 대진센서제작소 | 절연성 및 보호성이 향상된 센서기구 |
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