JPH11287717A - 接触型温度センサおよびそれを用いた温度制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】熱電対で測定対象物の温度を正確に測定可能と
する。 【解決手段】熱電対８が表面に構成された熱電対ローラ
１を備え、この熱電対ローラ１を測定対象物表面に転が
り接触可能に構成。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、測定対象物表面に
接触させてそれの温度を検出する接触型温度センサに係
り、より詳しくは熱電対を用いた接触型温度センサおよ
びそれを用いた温度制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】温度測定においては例えば図１０で示す
ように金属などの測定対象物がロール状にされている材
料６０である場合において、その材料６０の一端を矢印
方向に引き出しつつその材料６０の表面の温度の測定結
果に基づいてこの材料６０に何らかの加工を施す工程が
ある。このような場合材料表面に接触せずに温度測定を
行う非接触型温度センサ６１がある。非接触型温度セン
サ６１の場合では、その材料６０の表面との間で空気な
どの介在物が存在し、その空気中の水滴とか粉塵が測定
に影響して正確な温度測定結果を得難いという不具合が
ある。また、材料６０の表面がその温度に応じた光放射
特性を示すことを利用した非接触型温度センサもある
が、このような温度センサ６１では材料表面の光沢など
が測定結果に影響する。

【０００３】一方、材料表面に接触させる接触型温度セ
ンサがあるが、その一つに熱電対を用いたものがある。
この熱電対は２種の異なる金属を接続して１つの回路を
形成し、ゼーベック効果として知られるように、２つの
接点における温度差に応じて熱起電力を発生させるもの
であり、この特性を利用して材料表面の温度を測定する
ものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、こうし
た接触型温度センサにおいては、温度測定に際し熱電対
を材料表面上を滑り接触させて移動させる必要がある
が、その接触移動による材料表面との摩擦により摩擦熱
が発生してしまい、これが温度測定の誤差の原因となっ
てしまうという課題がある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明においては、熱電
対が表面に形成された熱電対ローラと、これを測定対象
物表面に接触回転可能に支持する支持機構とを具備した
構成として上述の課題を解決している。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態に従う
接触型温度センサについて図面を参照して詳細に説明す
る。

【０００７】図１および図２を参照して、本実施の形態
の接触型温度センサは、熱電対を表面に備えセンサ本体
に回転可能に取り付けられた熱電対ローラ１を有してい
る。熱電対ローラ１はセンサ本体に回転可能に取り付け
られているので、測定対象物の表面上に熱電対ローラ１
を置き、センサ本体を移動させると熱電対ローラ１は測
定対象物表面上を接触回転しながら移動でき、結果とし
て温度測定に際しては従来のように滑り接触による摩擦
が発生しない。

【０００８】センサ本体は、それぞれの一端側で熱電対
ローラ１を回転可能に支持する一対の好ましくは耐熱性
の素材からなる保持レバー２，３と、それぞれの一端側
が両保持レバー２，３それぞれの他端側に固定された一
対の好ましくは耐熱性の素材からなる操作レバー４，５
と、両操作レバー４，５それぞれの他端側にコネクタ接
続された、好ましくは耐熱性の素材からなる操作表示ボ
ックス６とで構成され、操作レバー４，５を測定対象物
が比較的低温である場合は手指で測定対象物が高温の場
合は図示していない機械に保持させて移動させることで
熱電対ローラ１を測定対象物表面を接触回転させつつ移
動させて熱電対ローラ１からの熱電対出力から前記摩擦
の影響の無い測定出力を出力可能としている。保持レバ
ー２，３および操作レバー４，５で熱電対ローラ１を支
持する支持機構が構成される。

【０００９】以下、さらに詳しく構成を説明する。

【００１０】熱電対ローラ１は、測定対象物が低温はも
ちろんのこと高温であっても温度測定が可能な耐熱性の
絶縁樹脂など熱伝導率の低い非金属からなる円筒体７
と、円筒体７表面に構成された１つの熱電対８とで構成
されている。この熱電対８は、円筒体７に形成された２
種の金属板９，１０で構成されている。熱電対８を構成
するための両金属板９，１０の組み合わせには周知のよ
うに各種ある。例えば一方の金属板９がロジウム３０％
を含む白金ロジウム合金であれば他方の金属板１０はロ
ジウム６０％を含む白金ロジウム合金であり、また一方
の金属板９がニッケルおよびクロムを主として合金であ
れば、他方の金属板１０はニッケルを主体とした合金で
あり、また、一方の金属板９がニッケルおよびクロムを
主とした合金であれば、他方の金属板１０は銅およびニ
ッケルを主とした合金であり、一方の金属板９が鉄であ
れば、他方の金属板１０は銅およびニッケルを主とした
合金である。

【００１１】熱電対８を構成するため両金属板９，１０
の円筒体７の周面１１上におけるそれぞれの一端側は互
いに接続されて熱電対８の測温接点１２とされている。
なお、この熱電対８の基準（冷）接点の図示は省略され
ている。

【００１２】両金属板９，１０それぞれの他端側は、円
筒体７それぞれの側面１３，１４にまで形成されてお
り、かつ、円筒体７の各側面１３，１４それぞれの中央
で断面円形の中空部１５，１６が形成されている。

【００１３】各保持レバー２，３それぞれの一端側は、
前記中空部１５，１６それぞれに装着可能な球形をなし
ており、この一端側球形部分１７，１８それぞれが円筒
体側面の中空部１５，１６それぞれに挿入されることで
熱電対ローラ１に装着されるようになっている。これに
よって、熱電対ローラ１は、センサ本体に回転可能に取
り付けられる。この球形部分１７，１８が熱電対ローラ
１の熱電対に接触する接触機構を部分的に構成する。

【００１４】前記各球形部分１７，１８それぞれの表面
にはそれぞれ対応する金属板と同種の金属でもって被膜
１９，２０が形成されている。そして、各保持レバー
２，３それぞれの内部には前記球形部分１７，１８それ
ぞれの表面の金属被膜１９，２０それぞれと同種の金属
からなりかつ該金属被膜１９，２０それぞれに一端側が
接続されたリード２１，２２が配線されている。各保持
レバー２，３それぞれの他端側は対応する操作レバー３
ａ４，５の一端側が固定されている。各操作レバー４，
５それぞれの内部にも前記２１，２２それぞれと同種の
金属からなる図示していないリードが配線されており、
そのリード一端側は保持レバー２，３内のリード２１，
２２他端側にそれぞれ接続されている。各操作レバー
４，５それぞれの他端側は操作表示ボックス６両側面そ
れぞれのコネクタ２３，２４に装着され、この装着によ
って各それぞれのリードはこのコネクタ２３，２４に接
続されている。各球形部分１７，１８それぞれの表面と
中空部１５，１６内面との間の摩擦による摩擦熱で温度
差が発生してもそれぞれが同種金属であるために、これ
が測定誤差を生じることにならない。また、リード２
１，２２は温度補償導線としてもコスト低減可能として
も構わない。

【００１５】操作表示ボックス６は、表面パネルに電源
入り切り用に操作スイッチ２５と温度測定用の操作スイ
ッチ２６とが並設されるとともに、測定した温度を表示
するための温度表示器２７が取り付けられている。操作
表示ボックス６の内部には各種電子部品２８が実装され
た回路基板２９が配備されているとともに、この回路基
板２９と前記コネクタ２３，２４とはリード３０，３１
で接続されており、これによって、熱電対ローラ１の熱
電対８を構成する各金属板９，１０それぞれは回路基板
２９上の図示していない電極パッド上に接続される。

【００１６】回路基板２９上に実装されている電子部品
２８は、前記コネクタ２３，２４に接続されているリー
ド３０，３１を介して入力される熱起電力から温度表示
器２７に測定温度を表示処理する回路に組み立てられて
構成されている。回路基板２９にはまた各操作スイッチ
２５，２６および温度表示器２７を接続するためのリー
ド３２が配線されている。

【００１７】また、操作表示ボックス６内には内部の電
子部品で組み立てられた回路とか、温度表示器２９を駆
動するための電池電源が収納されている。

【００１８】なお、熱電対ローラ１を構成する円筒体７
の外周面１１上の各金属板９，１０それぞれの一端側つ
まり測温接点１２付近は図１では平坦であったが、図３
で示すように、断面形状が山形に突出するようにしても
よく、こうした場合では測定対象物表面３３との接触が
良好となり、より正確な温度測定が可能となる。

【００１９】なお、前記回路基板２９上の電子部品２８
は操作スイッチ２５，２６および温度表示器２７と共に
図４で示すような回路に構成されている。すなわち、図
４において電気回路記号であらわされた熱電対ローラ表
面の熱電対８を流れる熱電流を電圧（熱起電力）に変換
する電流／電圧変換器３４と、前記熱起電力をＡ／Ｄ変
換するＡ／Ｄ変換器３５と、Ａ／Ｄ変換器出力から温度
測定演算などをするＣＰＵ３６と、記憶素子で構成され
て熱起電力に対応した温度データがテーブル化されて記
憶されている温度テーブル３７と、電池電源３８とを有
している。操作スイッチ２５が操作されて電源が投入さ
れ、測定対象物の表面に接触して熱電対ローラ１が転が
り接触しながら移動すると、その表面の温度に対応して
発生する熱電流が保持レバー２，３、操作レバー４，５
それぞれの内部のリード２１，２２、コネクタ２３，２
４、操作表示ボックス６内のリード３０，３１をそれぞ
れ介して回路基板２９上の回路に与えられる。この回路
において、まず、その入力される熱電流は電流／電圧変
換器３４で電圧に変換され、この変換電圧はＡ／Ｄ変換
器３５でＡ／Ｄ変換されてＣＰＵ３６に与えられる。Ｃ
ＰＵ３６は、温度テーブル３７から熱起電力に対応した
温度データを読み出したうえで、温度表示器２７にその
温度データを表示させる。

【００２０】図５ないし図７は本発明の他の実施の形態
に係る接触型温度センサを示している。この温度センサ
３９は、絶縁性樹脂の円筒体４０と、この円筒体４０を
軸４１を介して回転可能に支持固定しかつ円筒体表面を
覆うカバー４２とで構成されている。円筒体４０はその
表面における軸方向に複数この例では５個の熱電対を形
成するための金属板４３ａ〜４３ｅと、これと異なる種
類の金属板４４ａ〜４４ｅとが貼り付けられている。そ
れぞれの一方の金属板とそれぞれの他方の金属板は符号
では次の（）の組み合わせで互いの端部が接続されて測
温接点とされている。つまり第１の熱電対は（４３ａと
４４ａ）の組み合わせ、第２の熱電対は（４３ｂと４４
ｂ）の組み合わせ、第３の熱電対は（４３ｃと４４ｃ）
の組み合わせ、第４の熱電対は（４３ｄと４４ｄ）の組
み合わせ、第５の熱電対は（４３ｅと４４ｅ）の組み合
わせである。また、カバー４２も円筒体４０表面の金属
板と対応して、熱電対出力を得るための金属板４５ａ〜
４５ｅと、４６ａ〜４６ｅとが設けられている。そし
て、符号で４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄ，４５ｅ
は、それぞれ４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄ，４３ｅ
にそれぞれ接触し、４６ａ，４６ｂ，４６ｃ，４６ｄ，
４６ｅは、それぞれ４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄ，
４４ｅにそれぞれ接触する。したがって、この対応関係
によって複数の熱電対が構成された熱電対ローラが構成
されることになる。

【００２１】カバー４２は手指で把持されて測定対象物
表面４７に円筒体４０の表面を接触させつつ矢印方向に
移動させると、その円筒体４７が軸４１を回転中心とし
て回転可能になっている。そして、円筒体４７の表面の
測定対象物との接触箇所で各第１ないし第５の熱電対そ
れぞれがその表面温度に対応した熱起電力を発生させ
る。この実施の形態によれば、先述の実施の形態では熱
起電力が１つであったために、測定対象物の表面が広い
場合では、その表面温度の不均一さによってはその表面
の平均的な温度を正確に測定することができないが、こ
の実施の形態によれば、各熱起電力それぞれからの熱起
電力に対応した温度データを平均することで、測定対象
物表面の平均的な温度を正確に測定することができる。

【００２２】図８は、本発明のさらに他の実施の形態に
係る接触型温度センサの要部の斜視図である。この実施
の形態においては、保持レバー２，３それぞれには該レ
バー２，３それぞれ内のリード２１，２２に一端側が接
続され、かつ他端側が熱伝導率の低い非金属からなる熱
電対ローラ１表面上に延びる、熱電対ローラ１の熱電対
に接触する接触機構としての金属ブラシ４８，４９を設
け、熱電対ローラ１表面にこのブラシ４８，４９を接触
させたものである。金属ブラシ４８，４９それぞれは金
属板９，１０それぞれと同種の金属で構成されている。
熱電対ローラ１を回転させると、金属ブラシ４８，４９
それぞれが、対応する同種の金属板９，１０それぞれと
接触しているために熱起電力を操作表示ボックス６に出
力することができる。

【００２３】なお、熱電対ローラ１表面とブラシ４８，
４９との接触摩擦による摩擦熱で温度差が発生してもそ
れぞれが同種金属であるために、これが測定誤差を生じ
ることにはならない。

【００２４】なお、上述の実施の形態においては、熱電
対ローラ１は全体外表面が円筒形であったが、球形形状
であっても構わず、要するに測定対象物表面上を転がり
接触しながら移動可能な構造であればよい。

【００２５】なお、上述の実施の形態においては、温度
センサ側が測定対象物に対して移動させて熱電対ローラ
を回転させるようになっているが、温度センサ側を静止
させて測定対象物を移動させて熱電対ローラを回転させ
るようにしても構わず、要するに、温度センサが測定対
象物に対して相対移動することで熱電対ローラを回転さ
せるようにするとよい。

【００２６】なお、上述の実施の形態においては、温度
センサを操作者の手操作で移動させるようにしている
が、熱電対ローラ１をモータで回転駆動可能として自動
的に測定対象物表面上を移動できるようにすれば測定操
作が容易となる。

【００２７】次に図９を参照して上述した実施の形態に
係る接触型の温度センサを用いた温度制御方法について
説明する。この図９に示されている温度センサ５０は、
図８に示されるような接触ブラシ４８，４９を備えた温
度センサであり、この温度センサ５０は各金属ブラシそ
れぞれに温度補償用導線５１，５２を介して温度調節器
５３に接続されている。温度センサ５０で温度が測定さ
れる測定対象物である金属ロール５４は矢印５５方向に
引き出される。金属ロール５４は鉄工所などで図示して
いない加熱機構で圧延などのために加熱されるようにな
っているが、その圧延のための温度制御が行われる。金
属ロール５４の矢印５５方向の引き出しに伴い温度セン
サ５０の熱電対ローラはその表面上を接触回転されなが
ら金属ロール５４の温度データを温度補償導線５１，５
２を介して温度調節器５３に入力する。温度調節器５３
は設定温度と現在温度との表示部５６ならびに操作部５
７を備えており、金属ロール５４の圧延のための制御温
度を操作部５７を操作して設定し、金属ロール５４の現
在温度を上述の温度センサ５０から入力する。温度調節
器５３はその入力から金属ロール５４に対する図示して
いない加熱装置を制御する。これによって金属ロール５
４の温度を調節できるようにすることができる。なお、
このような温度調節器５３そのものは周知であるのでこ
れ以上の詳しい説明は省略する。なお、温度センサ５０
は機械に固定しておけば金属ロール５４の引き出しに伴
い熱電対ローラが自動回転して自動測定ができるので便
利である。また、測定対象物が固定の場合は、熱電対ロ
ーラを自動回転させて温度測定を行うようにしても構わ
ない。

【００２８】したがって、従来方法では放射温度センサ
で金属ロールに図１０で示すように直接接触することな
くその温度測定を行っていたために上述のように測定誤
差が大きいが、図９で示される本発明方法によれば、金
属ロール５４に直接接触してその金属ロール５４の温度
測定が可能であるので、金属ロール５４の温度制御を誤
差なく正確に行うことができる。

【００２９】

【発明の効果】以上のように本発明の温度センサによれ
ば、熱電対が表面に構成された熱電対ローラを有し、該
熱電対ローラを測定対象物表面上を接触回転しながら該
測定対象物の温度測定を行う構成であるので移動する測
定対象物との間では摩擦熱が発生しないので正確な温度
測定を行うことができる。また、測定対象物に直接接触
して温度測定を行うので放射温度センサと比較して測定
誤差を小さくできる。また、測定対象物が金属のような
光沢品である場合、従来の放射温度センサでは測定がで
きないが、本発明では測定可能である。さらに放射温度
センサと比較して測定環境が悪くても温度測定を実施す
ることができる。

【００３０】この場合、前記熱電対ローラ表面の熱電対
に接触して該熱電対出力を取り出すための接触機構を有
し、この接触機構が対応する熱電対を構成する金属と同
種の金属で構成されていると、熱電対ローラと接触機構
との摩擦で熱が発生してそれらの間に温度差が生じても
測定対象物の温度測定を誤差なくできる。

【００３１】なお、熱電対ローラ表面の軸方向に複数の
熱電対を設けた場合では測定対象物の温度をより広範囲
に同時に測定できるから、移動方向１ラインでの温度測
定の場合よりもその表面の全体の温度測定を平均的に行
うことが可能となり、より正確な温度測定となる。つま
り、測定対象物表面の温度はすべての表面部分で同一で
あるとは限らず、したがって、移動方向１ラインのみの
温度測定では不正確となるが、移動方向複数ラインでの
温度測定では、より正確な温度測定が可能となる。

【００３２】本発明の温度制御方法によれば、前記接触
型温度センサと、前記接触型温度センサに接続された温
度調節器とを用い、前記接触型温度センサの熱電対ロー
ラを測定対象物表面に回転接触し、この接触により得た
測定対象物の温度出力を前記温度調節器に入力するとと
もに、該温度調節器出力によって測定対象物の温度を制
御するので、金属ロールのような測定対象物に直接接触
してその金属ロールの温度測定が可能であるので、測定
対象物の温度制御を非接触型のような温度センサよりも
測定誤差なく正確に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る接触型温度センサの外
観斜視図

【図２】図１の正面断面図

【図３】要部の他の変形例を示す正面の部分断面図

【図４】内部回路図

【図５】本発明の他の実施形態に係る接触型温度センサ
の外観斜視図

【図６】図５の正面断面図

【図７】図５の側面断面図

【図８】本発明のさらに他の実施形態に係る接触型温度
センサの要部斜視図

【図９】本発明の温度制御方法の説明に供する図

【図１０】測定対象物と従来の非接触型温度センサとの
外観斜視図

【符号の説明】

１ 熱電対ローラ ２，３ 保持レバー ４，５ 操作レバー ６ 操作表示ボックス ７ 円筒体 ８ 熱電対 ９，１０ 金属板

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】熱電対が表面に形成された熱電対ローラ
   と、これを測定対象物表面に接触回転可能に支持する支
   持機構とを具備したことを特徴とする接触型温度セン
   サ。
2. 【請求項２】前記熱電対ローラ表面の熱電対に接触して
   該熱電対出力を取り出すための接触機構を有し、この接
   触機構が対応する熱電対を構成する金属と同種の金属で
   構成されていることを特徴とする請求項１に記載の接触
   型温度センサ。
3. 【請求項３】前記熱電対ローラがその軸方向に複数の熱
   電対を具備していることを特徴とする請求項１または２
   に記載の接触型温度センサ。
4. 【請求項４】請求項１ないし３いずれかに記載の接触型
   温度センサと、前記接触型温度センサに接続された温度
   調節器とを用い、前記接触型温度センサの熱電対ローラ
   を測定対象物表面に回転接触し、この接触により得た測
   定対象物の温度出力を前記温度調節器に入力するととも
   に、該温度調節器出力によって測定対象物の温度を制御
   することを特徴とする温度制御方法。