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JP2002372463A - 金属溶湯用熱電対 - Google Patents

金属溶湯用熱電対

Info

Publication number
JP2002372463A
JP2002372463A JP2001180329A JP2001180329A JP2002372463A JP 2002372463 A JP2002372463 A JP 2002372463A JP 2001180329 A JP2001180329 A JP 2001180329A JP 2001180329 A JP2001180329 A JP 2001180329A JP 2002372463 A JP2002372463 A JP 2002372463A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
protective tube
thermocouple
molten metal
insulating sleeve
tube
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001180329A
Other languages
English (en)
Inventor
Mitsuru Okada
充 岡田
Tetsuya Isshiki
鉄也 一色
Takamoto Suzuki
隆元 鈴木
Kazuo Osumi
和生 大角
Hidenori Kita
英紀 北
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Isuzu Motors Ltd
Original Assignee
Isuzu Motors Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Isuzu Motors Ltd filed Critical Isuzu Motors Ltd
Priority to JP2001180329A priority Critical patent/JP2002372463A/ja
Publication of JP2002372463A publication Critical patent/JP2002372463A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 保護管に収容した絶縁スリーブに挿通される
1対の金属素線の断線を防止し、金属溶湯に対して保護
管とこれを保護する外部保護管の耐久性を高めた金属溶
湯用熱電対を得る。 【解決手段】 非酸化物セラミックまたはサーメットか
らなる先端を閉鎖された保護管5と、保護管5の内部に
挿入された絶縁スリーブ2と、絶縁スリーブ2に挿通さ
れかつ先端が互いに接続されて測定接点12bを構成す
るPt−Rh/Pt−Rh,Pt−Rh/Pt,Ir−Rh/Irの内のいず
れか1対の金属素線1,1aとから金属溶湯用熱電対2
0を構成する。絶縁スリーブ2を保護管5の開放端部5
aに固定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は金属素線の断線を防
止し、保護管の耐久性を高めた、金属溶湯用熱電対に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】特開平2-176430号公報などに開示される
従来の金属溶湯用熱電対は、白金または白金合金からな
る1対の金属素線が挿入される絶縁スリーブを2重構造
にし、絶縁スリーブの先端部に保護キヤップを設けて、
1対の金属素線の先端を接合してなる測定接点を保護し
ている。しかし、上述した従来の金属溶湯用熱電対は、
絶縁スリーブが温度測定中にずれると、金属素線に応力
集中が生じ、金属素線が断線する。また、金属溶湯に対
して絶縁スリーブを保護する保護管の耐久性が不十分で
ある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は上述の
問題に鑑み、保護管に収容した絶縁スリーブに挿通され
る1対の金属素線の断線を防止し、金属溶湯に対して保
護管とこれを保護する外部保護管の耐久性を高めた金属
溶湯用熱電対を提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の構成は非酸化物セラミックまたはサーメッ
トからなる先端を閉鎖された保護管と、保護管の内部に
挿入された絶縁スリーブと、該絶縁スリーブに挿通され
かつ先端が互いに接続されて測定接点を構成するPt−Rh
/Pt−Rh,Pt−Rh/Pt,Ir−Rh/Irの内のいずれか1対
の金属素線とからなり、前記絶縁スリーブを前記保護管
の基端の開放端部に固定したことを特徴とする。
【0005】
【発明の実施の形態】本発明では1対の金属素線を挿通
する絶縁スリーブを、先端が閉鎖された保護管へ挿入し
かつ保護管の基端の開放端部に固定する。絶縁スリーブ
を構成する材料つまりアルミナには、予めチタンTi,チ
タニアTiO2,ジルコニアZrO2の内の少くとも1つを添加
するか、絶縁管の外表面にチタンTi,チタニアTiO2,ジ
ルコニアZrO2の内の少くとも1つを担持する。保護管は
窒化珪素Si3N4 などの非酸化物セラミックまたはサーメ
ットからなり、外表面にモリブデン−ジルコニアMo/Zr
B2の被膜を溶射により形成する。保護管の外径は応答性
と耐久性を考慮して8mmまたはそれ以下にする。
【0006】
【実施例】図1に示すように、本発明による金属溶湯用
熱電対20の主要部は、窒化珪素Si3N4 などの非酸化物
セラミックまたはサーメットからなる先端が閉鎖された
保護管5と、保護管5の基端に結合した保護管5と同径
のアルミナAl2O3からなる絶縁管4と、保護管5と絶縁
管4の内部に挿通したアルミナからなる絶縁スリーブ2
と、絶縁スリーブ2に挿通されかつ先端が互いに接合さ
れて測定接点12bを構成するPt−Rh/Pt−Rh,Pt−Rh
/Pt,Ir−Rh/Irなどの1対の金属素線1,1aとから
なる。
【0007】図2に示すように、絶縁管4は保護管5よ
りも熱伝導率の小さいアルミナAl2O 3 またはアルミナ基
化合物からなり、通孔4a,4bを有する棒状のもので
ある。絶縁管4にはチタンTi,チタニアTiO2,ジルコニ
アZrO2の内の少くとも1つが添加されるか担持される。
絶縁管4は保護管5の開放端部5aに、シリカ,アルミ
ナ系の接着剤6により突合せ結合される。保護管5の先
端の閉鎖端部5bの外表面には耐鋳鉄溶湯に優れたモリ
ブデン−硼化ジルコニアMo/ZrB2の被膜13が形成され
る。好ましくは、保護管5の外径は応答性と耐久性を考
慮して8mmまたはそれ以下にする。
【0008】絶縁管4の通孔4aに絶縁スリーブ2が嵌
挿され、絶縁スリーブ2の先端は保護管5の内周壁に、
例えばアルミナ、シリカ系の接合材3により結合され
る。金属素線1は絶縁管4の通孔4a、絶縁スリーブ2
を経て保護管5の閉鎖端部5bへ突出される。一方、金
属素線1aは絶縁管4の通孔4bを経て保護管5の先端
部5bへ突出されるが、金属素線1と同様に支持しても
よい。
【0009】金属素線1と金属素線1aは先端を互いに
接合されて測定接点12aを構成する。1対の金属素線
1,1aの基端は絶縁管4からから外部へ引き出され、
かつ互いに接続されて基準接点12a(図示せず)を構
成する。例えば氷点に維持される基準接点12aに、測
定接点12bとの電位差を測定する電位差計が接続さ
れ、公知のように、測定接点12bと基準接点12aと
の電位差から測定接点12bの温度が求められる。
【0010】絶縁管4と保護管5との結合部はステンレ
スなどの金属管9により覆われる。金属管9の先端部と
保護管5との間は、例えば炭化珪素、アルミナのセラミ
ックファイバ、またはジルコニア,アルミナ,シリカ系
ガラスの内の少くとも1つの無機系ガラスからなる接合
材7により結合され、同様に金属管9の基端部と絶縁管
4との間も接合材7により結合され、金属管9と絶縁管
4との間に、また金属管9と保護管5との間にそれぞれ
空気層が形成される。
【0011】保護管5の基端の開放端部5aと金属管9
とは窒化珪素のセラミックからなる外部保護管10に挿
通され、かつ外部保護管10の先端部と保護管5とは、
例えば炭化珪素、アルミナのセラミックファイバ、また
はジルコニア,アルミナ,シリカ系ガラスの内の少くと
も1つの無機系ガラスからなる接合材8により封止され
る。図示してないが、外部保護管10の基端部と金属管
9との間も同様に接合材8により封止され、両者の間に
は空気層14が形成される。保護管5の先端の閉鎖端部
5bは外部保護管10から約20mmほど突出され、閉
鎖端部5bの外表面にはモリブデン−ジルコニアMo/Zr
B2の被膜13が形成される。
【0012】図3に示すように、外部保護管10は窒化
珪素Si3N4 を主成分とする窒化珪素層10aと、窒化珪
素Si3N4 に窒化硼素BNを添加した撥湯層10bとを積層
したセラミックからなる。詳しくは、外部保護管10は
窒化硼素を含む窒化珪素からドクターブレード装置を用
いて成形した第1のシートを外側にして、窒化珪素粉末
からドクターブレード装置を用いて成形した第2のシー
トを重ね合せたうえ、芯軸に同心円状または渦巻状に巻
き付けて積層し、積層体から芯軸を引き抜いてCIP
(冷間静水圧)により2次成形し、積層体を温度185
0℃の窒素雰囲気で4時間焼成してなる。第1のシート
が外部保護管10の撥湯層10bを、第2のシートが窒
化珪素層10aをそれぞれ形成する。
【0013】本発明による金属溶湯用熱電対20は次の
ようにして作製される。窒化珪素Si 3N4 と窒化硼素BNを
含む窒化珪素Si3N4 とを積層して保護管5を作成し、保
護管5の先端の閉鎖端部5bの表面に撥湯性を有するモ
リブデン−硼化ジルコニアMo/ZrB2の被膜13を溶射に
より形成した。アルミナから通孔4a,4bを有する絶
縁管4を作製した。次いで、1対のPt−Rh合金からなり
かつ表面にジルコニアZrO2を担持した金属素線1,1a
(JIS R 型)の先端部(+極または−極)を互いに接合
して測定接点12bを構成した。1対の金属素線1,1
aの一方または両方を絶縁スリーブ2へ挿通し、絶縁ス
リーブ2を絶縁管4の通孔4a,4bへ嵌挿し、絶縁ス
リーブ2を保護管5の内部へ挿入し、かつアルミナ、シ
リカ系ガラスからなる接合材3により結合した。
【0014】同時に、絶縁管4を保護管5の開放端部5
aに、アルミナ、シリカ系の接着剤6により突合せ結合
した。絶縁管4と保護管5の結合部と絶縁管4とを金属
管9へ挿入し、金属管9の先端部と保護管5との間にア
ルミナ,シリカ系の接着剤7を充填して結合し、同様に
金属管9の基端部と絶縁管4との間に接着剤7を充填し
て結合した。保護管5の閉鎖端部5bを除く部分を、撥
湯性の外部保護管10へ挿通し、外部保護管10の両端
部を接合材8により保護管5と金属管9に各別に封止し
て空気層14を形成し、本発明による金属溶湯用熱電対
20を得た。
【0015】本発明による金属溶湯用熱電対20と従来
の金属溶湯用熱電対20Aとを、温度1450℃の鋳鉄
溶湯に繰返し浸漬する温度測定試験を行つた。金属溶湯
用熱電対20は保護管5の閉鎖端部5bだけでなく、外
部保護管10の軸方向中央部よりも先端部が金属溶湯へ
浸漬される。図4に示すように、金属素線1,1aが断
線に至るまでの温度測定回数は、本発明による金属溶湯
用熱電対20では300〜400回であつたのに対し、
従来の金属溶湯用熱電対20Aでは50〜100回であ
つた。従来の金属溶湯用熱電対20Aの断線個所を観察
したところ、引張応力または曲げ応力により断線された
形跡を見い出した。断線の原因は絶縁スリーブ2の内部
または端部で金属素線1,1aが屈曲するなどして応力
集中が生じたことによると考えられる。また、従来の金
属溶湯用熱電対20Aでは、保護管5の先端の温度測定
部が鋳鉄溶湯に浸食されて外径が細くなり、一部が破損
して鋳鉄が保護管5の内部に浸入しているのが見られ
た。
【0016】本発明による金属溶湯用熱電対20は、温
度測定中に絶縁スリーブ2がずれることがなく、アルミ
ナの熱膨脹係数が金属素線1,1aの熱膨脹係数と同等
であるので、絶縁スリーブ2と金属素線1,1aが温度
測定中に同じように熱収縮し、絶縁スリーブ2の金属素
線1,1aに対する応力集中を防ぎ、金属素線1,1a
の耐久性を向上させる。また、保護管5の閉鎖端部5b
にモリブデン−硼化ジルコニアMo/ZrB2の被膜13を形
成し、さらに外部保護管10を構成する窒化珪素Si3N4
に窒化硼素BNを含有させたので、鋳鉄に対する耐久性が
向上し、鋳鉄により浸食されることがない。したがつ
て、本発明による金属溶湯用熱電対20は従来のものに
比べて2〜3倍の耐久性がある。
【0017】図5に保護管5の外径と応答性について試
験した結果を示すように、保護管5は外径が大きくなる
と応答性が悪化するので、保護管5の外径は8mmを超
えないことが望ましい。
【0018】
【発明の効果】本発明は上述のように、非酸化物セラミ
ックまたはサーメットからなる先端を閉鎖された保護管
と、保護管の内部に挿入された絶縁スリーブと、該絶縁
スリーブに挿通されかつ先端が互いに接続されて測定接
点を構成するPt−Rh/Pt−Rh,Pt−Rh/Pt,Ir−Rh/Ir
の内のいずれか1対の金属素線とからなり、前記絶縁ス
リーブを前記保護管の基端の開放端部に固定したもので
あるから、絶縁スリーブが温度測定中にずれることがな
く、またアルミナは熱膨脹係数が金属素線と同等である
ので、絶縁スリーブと金属素線が温度測定中に同じよう
に熱収縮し、絶縁スリーブの金属素線への応力集中を低
減できる。
【0019】チタンTi,チタニアTiO2,ジルコニアZrO2
などが窒化珪素Si3N4 製の保護管から生じる珪素Si成分
を選択的に吸収し、珪素Si成分が金属素線と反応するの
を防ぐ。
【0020】外部保護管を構成する窒化珪素Si3N4 に窒
化硼素BNを含有させたので、鋳鉄溶湯に対する耐久性が
向上し、鋳鉄により浸食されることがない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る金属溶湯用熱電対の正面断面図で
ある。
【図2】同金属溶湯用熱電対の絶縁管の平面断面図であ
る。
【図3】同金属溶湯用熱電対の外部保護管の要部を拡大
して示す正面断面図である。
【図4】同金属溶湯用熱電対の耐久性を表す線図であ
る。
【図5】同金属溶湯用熱電対の応答性を表す線図であ
る。
【符号の説明】
1,1a:金属素線 2:絶縁スリーブ 3:接合材
4:絶縁管 4a,4b:通孔 5:保護管 5a:開
放端部 5b:閉鎖端部 6:接着剤 7:接合材
8:接合材 9:金属管 10:外部保護管 10a:
窒化珪素層 10b:撥湯層 12a:基準接点 12
b:測定接点 13:被膜 14:空気層 20:金属溶湯熱電対
フロントページの続き (72)発明者 鈴木 隆元 神奈川県藤沢市土棚8番地 株式会社い すゞセラミックス研究所内 (72)発明者 大角 和生 神奈川県藤沢市土棚8番地 株式会社い すゞセラミックス研究所内 (72)発明者 北 英紀 神奈川県藤沢市土棚8番地 株式会社い すゞセラミックス研究所内 Fターム(参考) 2F056 BP01 BP06 KC06 KC08 KC11 KC12

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】非酸化物セラミックまたはサーメットから
    なる先端を閉鎖された保護管と、保護管の内部に挿入さ
    れた絶縁スリーブと、該絶縁スリーブに挿通されかつ先
    端が互いに接続されて測定接点を構成するPt−Rh/Pt−
    Rh,Pt−Rh/Pt,Ir−Rh/Irの内のいずれか1対の金属
    素線とからなり、前記絶縁スリーブを前記保護管の基端
    の開放端部に固定したことを特徴とする金属溶湯用熱電
    対。
  2. 【請求項2】前記絶縁スリーブがアルミナAl2O3 または
    アルミナ基化合物からなる、請求項1に記載の金属溶湯
    用熱電対。
  3. 【請求項3】前記絶縁スリーブにチタンTi,チタニアTi
    O2,ジルコニアZrO2の内の少くとも1つを添加するか担
    持した、請求項1に記載の金属溶湯用熱電対。
  4. 【請求項4】前記保護管の先端の閉鎖端部の外表面に耐
    鋳鉄溶湯性を有するモリブデン−ジルコニアMo/ZrB2
    被膜を形成した、請求項1に記載の金属溶湯用熱電対。
  5. 【請求項5】前記保護管の外径は8mmを超えない、請
    求項1に記載の金属溶湯用熱電対。
  6. 【請求項6】前記保護管の閉鎖端部を除く部分が、撥湯
    性を有する外部保護管の内部に空気層を存して封入され
    た、請求項1に記載の金属溶湯用熱電対。
  7. 【請求項7】前記外部保護管が窒化珪素Si3N4 を主成分
    とする窒化珪素層と、窒化珪素Si3N 4 に窒化硼素BNを添
    加した撥湯層とを積層したセラミックからなる、請求項
    1に記載の金属溶湯用熱電対。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN109724713A (zh) * 2017-10-31 2019-05-07 华帝股份有限公司 热电偶测温探头、应用其的测温装置以及灶具
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