JPH01250730A - 熱電対 - 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） この発明は、溶融金属の温度を゛測定するのに使用され
る熱電対に関するものである。

（従来の技術） 鋼鉄や合金を製造する際、及び鋳物工場などで、溶融金
属の温度を測定するのに、熱電対が広く用いられている
。この器具は、一般に１回使用されるだけのものである
から、互いに一致する値を示し、正確に測定できること
が望ましい。さらに、この器具は、使い捨てのものであ
るから、その値段をできるだけ低くすることが好ましい
。

色々な形式の熱電対が知られているが、その１つは逆Ｕ
字形をした石英ガラス管のＵの頂点に付設された白金と
白金／ロジウムとの間に、バイメタル接合点を用いるも
ので、数個の変形がある。

このバイメタル接合点は、熱接点として知られている。

これら金属線の２個の遊離端は、以下で「加熱領域の金
属線」と呼ぶことにするが、この２個の遊離端は、ガラ
ス管の２個の開いた端から突き出ている。

この端は、とくに選ばれた特定の卑金属線に接続される
が、その卑金属線は、補償導線として知られており、測
定及び記録装置に接続されている。

熱電対は、セラミック材料を含み、溶融金属中に浸漬さ
れている間、高温から補償導体を保護している。このこ
とは、この形式の熱電対の製造と使用とに精通している
人にはよく知られている。

その理由は、正確な一致した結果を得ようとするときに
製造上の困難に遭遇するからである。この熱電対は苛酷
な環境で使用されるものであるから、この器具が短かい
応答時間を示すことが、また重要である。

また、一般的に云うと、経済の上で、最低価格にするた
めに、加熱領域にある貴金属の長さと断面とを小さくす
る必要がある。断面は、既に５０ミクロンに減少されて
おり、それは現在の方法では浸漬の苛酷さに耐えるに充
分な強度が存在する最小点である。約２００°Ｃを越え
ない温度で同じ起電力特性を持った卑金属の補償導体を
付設することによって、長さが減少されている。従って
、熱接点と溶融金属との間は、熱平衡に達していなけれ
ばならないが、溶融金属と゛卑金属補償導体との間は、
大きな熱勾配が保持されなければならない。云いかえる
と、溶融金属から熱接点への熱の移動は妨げてはならな
いが、補償導体への熱の移動は実際に防止しなければな
らない。補償導体への移動は、一定の時間中に必要な熱
勾配を維持するに充分な大きな比熱容量と質量とを持っ
た材料中に封じ込めることによって、防止することがで
きる。画然、熱接点は、この熱勾配の最低値から充分に
離れた場所にあって、同じ長さの時間内に溶融金属と熱
的平衡に達することができるようにされていなければな
らない。これが、上に述べた熱電対の応答時間である。

さらに、溶融物は電導性のものであるから、熱接点と、
溶融金属に曝される加熱領域の金属線の一部とは、電気
的に絶縁されていなければならない。熱電対中で生じる
起電力は非常に小さく、また熱的平衡は安定な電圧によ
って通知されるから、電気的ノイズは、熱接点と溶融金
属との間の熱的平衡に到達したことを判りにくくする。

同様に、補償導体の熱絶縁が悪くなると、電圧の変動を
引き起こし、従って同様な妨害効果を及ぼす。

（発明が解決しようとする課題） この発明の目的は、合理的な実用程度に、上記の要件を
満たすような熱電対を提供しようとするものである。

（課題解決のための手段） この発明によると、長い石英ガラス管の閉じられた外が
わ端にバイメタル接合点が固定され、石英ガラス管は、
開口した他端に栓が挿入され、栓の周りから接合点金属
線の遊離端が別々に突き出ており、それらが熱電対の補
償導体に接続されていることを特徴とする熱電対が提供
される。

この発明の別の特徴は、白金と白金／ロジウムで作られ
た加熱領域の金属線と、補償導体中のスロット内に金属
線を付設し、あとで補償導体を巻きつけることによるか
、又は金属線を導体に溶接するかによって、補償導体に
接続されている金属線と、導体の接続部にガラス管、栓
及び金属線で組み立てた物の周りに、適当なプラスチッ
ク材料製のスリーブを熱収縮させることによって、適所
に保持されるガラス管及び金属線とを提供するものであ
る。

また、この発明は、ガラス管の開口した端と、適当な耐
火材中に埋め込まれ、ガラス管の一端の周りで外方に突
出する周縁フランジを形成する熱収縮スリーブとを提供
するものであり、ガラス管の開口した他端は栓に形成さ
れた周囲方向の肩に接して終っているのに、ガラス管の
閉じられた端は耐火材から突出している。

この耐火材製ケーシングは、フランジと本体部分の一部
との周りにあるプラスチック製の外がわスリーブを用い
て、公知の方法により作ることができ、その結果、熱電
対を付設することができるランス端の周りで、保護浸漬
管の端内にこのケーシングを容易に挿入することができ
る。

（実　施　例） これらのこと及びこの発明の他の特徴は、添付の図面を
参照して以下に述べるこの発明の具体的実施例の記載か
ら明白である。

図面中、第１図は、この発明に係る熱電対組立て部分の
立面図である。第２図は、第１図に示した熱電対組立て
部分の縦断面図である。第８図は、第２図中のＡ−Ａｌ
ｌによる横断面図である。第４図は、他の配列を示した
この発明の組立て部分の一部の縦断面図である。

第１図は、熱電対を溶融金属洛中に浸漬して、金属の温
度を測定するときに、表面スラグを貫通する間、熱電対
を保護するために普通の金属キャップ２を付設した熱電
対１の最終形状を示している。キャップ２は拡大された
段部３を備え、段部３は熱電対のケーシングにある周囲
方向のフランジ４に付設されるもので、これは後に述べ
る。

プラスチック材料製の段つきスリーブ５は、キャップ２
内に位置してキャップ２から下方に突出しており、バイ
メタル熱接点の金属線からなる熱電対内で、補償導体へ
の接続部の周りを囲っている適当な耐火材製ケーシング
６の一部をはめ込むように型を構成している。このケー
シング６の一部は露出し、適当なプラスチック材料製の
栓８に設けられた周囲方向のフランジ７に向って先細と
なり、栓８はステム１０の外がわに１個の補償導線９を
持っている。ケーシングが露出部分を持つ目的は、耐火
材が成形されたあとで耐火材の乾燥を容易にするためで
ある。

ステム１０を含んだ栓８の形状と大きさは、それらが熱
電対に接触する１つのハウジングを形成し、熱電対に付
設することができて、温度測定器具用のランスに電気的
に接続できるようにするためである。

また、スリーブ５の段つき形状は、スリーブが熱電対を
保護浸漬管の端にしっかりと嵌まるようにして、温度測
定作業中に熱電対を操作できるようにするためである。

第２図を参照すると、熱電対が栓８から成り、栓８はフ
ランジ７のステム１０と反対がわに突出するビントル１
１を備えている。ビントルは１２に内がわへ向かう段が
設けられて、小さな肩１３が狭められた部分１４の周り
に設けられ、少し離れたところにその遊離端１５を形成
している。

栓が作られる材料は堅固なものから選ばれるが、それに
も拘らず、のちにさらに詳しく説明する理由によって、
熱可塑性材料も用いられる。

ステム１０は、その底部に盲孔１６があり、第２の補償
導線１７が、この孔１６の壁に沿って取りつけられ、フ
ランジ７とビントル１１とを貫通して、狭められた部分
１４の壁に沿って位置している。

補償導体９はフランジ７とビントル１１を貫通し、狭め
られた部分１４の壁に沿っているが、補償溝ｌ５１７と
直径上反対がわに位置している。

補償導体９と１７との２つの露出端は、ビントル１１に
対して半径方向に分離されている。この理由は、加熱領
域の金属線の端に導体を巻きつけることによって、金属
線それぞれを補償導体に容易に接続できるようにするた
めである。

その代わりに、また恐らく望ましいのは、金属線を補償
導体に溶接することである。

熱接点１８は、２本の金属線１９と２０とで作られてお
り、この形式の熱電対で普通実施されているように、１
本の金属線は白金であり、他の金属線は白金／ロジウム
である。これらの金属線は、５０ミクロン以下の直径の
ものであることができ、熱電対の製造のためには、充分
に焼き戻された状態で用いて適所に付設される。各金属
１ｓ１９と２０とは、針によってビントル１１の下端へ
運ばれ、そこで熱を加えてビントルの材料に固定される
。

各金属線の端は、その後補償導体９又は１７中のスロッ
トのそれぞれの１つに通されて、さらに加熱して肩１３
内に埋め込まれる。金ｊｉ！線は、その後予じめ定めら
れたところにある肩上に運ばれ、そこで、その端は一体
に溶接されて熱接点を形成する。これはレーザー溶接に
よって行うのが好都合であるが、他の公知の技術を用い
ることもできる。

金属線を導体に溶接する場合には、直接抵抗溶接が望ま
しいが、補償導体を１つの溶接電極として用いることが
できる。これは溶接作業の実施を簡単にするり 上述の結果は、−組の金属線の自立する輪が、肩１３か
ら延びているということである。

一端２１の閉じられた石英ガラス管が金属線の軸上にか
ぶせられ、開口端が肩１３に当接される。

その大きさは、金属線１９と２０との熱接点とその付近
が、管の閉じられた端２１と接触するか、又は非常に近
くに位置するように選択される。

金属線１９と２０とは、管の内壁の実質的に直径上で対
向する部分に残留し、この位置から容易に移動するもの
でないことが意外にも見出された。

このことは、自立する輪の長さが、管の閉じられた端の
内がわから肩１３への距離よりも、僅かに長くされる場
合に、とくに顕著となる。

管の壁厚は、ｌｆｌ以下であることが望ましい。

内径が３ｆｌで、外径が４．１９と４．２８ｍの間で変
動する管を用いると、満足なものとなることが見出され
た。

（発明の効果） 熱電対の設計から石英ガラス製０字管を無くしたことは
、多くの利点を与えることとなり、その利点のすべては
種々に組み合わさって、熱電対の費用効率を有効に高め
ている。従来の装置とは違って、組立て中に加熱領域の
圧縮、引張り、手による処理、又はねじれを起さない。

その結果として、充分に再結晶された金属線を用いるこ
とができ、加熱領域の金属線の応力を取り除いたり、焼
き戻したりする必要がなくなる。溶接及び／又は浸漬中
に金属線の微細構造の変化が起こらず、従って抗張力の
通常の著しい減少を避け、その結果取りつけられた熱電
対の破損を避けることができる０ さらに、加熱領域の金属線をガラス管内に通す必要を無
くすることは、熱接点を誤った位置に取り付けることか
ら生じる不正確さを無くする。その上に、高速度の全自
動組立てが可能となる。

ガラス管、金属線露出部分及び補償導体を適所に保持す
るために、簡単であるが非常に有効な技術が用いられる
。適当なプラスチック材料製のスリーブ２２が、ガラス
管上に付設され、ビントル１１、金属線露出部分及び補
償導線の周りに１．また管の開口端２１の周りに固定さ
れる。このスリーブ２２は、その後熱収縮され、こうし
てガラス管は適所に固定される。

この集合体は、その後、段つきスリーブ５と上述した集
合体とを適当に位置させ保持することによって、ケーシ
ングの端がフランジ７の所にくるように、集合体を取り
囲むスリーブ５の中に嵌め込めるように、耐火材製のケ
ーシング６内に固定される。

耐火材を乾燥すると、熱電対は、測定装置のランスの保
護管の端内に挿入できることとなる。

第４図は、栓８の改良を示している。ここでは、栓８を
構成している材料で作らｎた薄い壁から成るスカート２
３が、軸１０の周りに栓８の周囲から延びている。熱電
対が保護管内に挿入されるときに、スカート２３は温度
測定装置のランスの接点ブロックの周りに結合する。

この集合体は、よく知られた方法で、必要な結果を得る
のに用いられる。

石英ガラスと加熱領域の金属線との熱膨張係数の差は、
溶融金属中に浸漬する苛酷な条件下でも、これらの金＃
！線をしっかりと適所にとどめることを確実にし、従っ
て、この加熱領域にはどのような形の電気絶縁物も必要
とされない、と信じられる。その結果、応答時間が非常
に短縮され、浸漬中に加熱領域の金属線の振動が無くな
る。

さらに、すべての導体は完全に電気的に絶縁されて、浸
漬中は非金属蒸気に曝されるだけで、著しい汚染は起ら
ない。従来の装置と違って、耐火材から出る遊離した又
は化合した水分が、装置の性能に潜在的な脅威を全く与
えない。スリーブによって栓がシールされた時に、管内
に存在する最小量の水蒸気は、確認することが可能であ
った範囲では、熱電対の正常な機能に全く影響しないこ
とが判明した。何れにしても、必要ならば組立を適当な
乾燥条件下で行うことができる。

第２図から、ビントル１１の中心は軸１０の中心から片
寄っていることがわかる。これは、当業者によく知られ
ていて、この発明の一部を構成しないような方法で、溶
融金属中の酸素活量を測定するための公知の装置ととも
に、この熱電対の使用を可能にしている。しかし、この
熱電対に関する叙述は、この発明の１つの特徴である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明に係る熱電対の立面図である。第２
図は、第１図に示した熱電対集合体の縦断面図である。 第３図は、第２図中のＡ−Ａ線種断面図である。第４図
は、この発明に係る他の熱電対集合体の一部切欠縦断面
図である。 図において、１は熱電対、２はキャップ、３は段部、４
はフランジ、５はスリーブ、６はケーシング、７はフラ
ンジ、８は栓、９は補償導線、１０はステム、１１はビ
ントル、１２は段、１３は肩、１４は狭い部分、１５は
遊離端、１７は補償導線、１８は熱接点、１９と２０と
は金属線、２１は閉じられた端、２２はスリーブ、２３
はスカートである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、長い石英ガラス管の閉じられた外がわの端にバイメ
   タル接合点が固定され、石英ガラス管の開口している他
   端に栓が挿入され、栓の周りからバイメタル接合点から
   の金属線遊離端が別々に突き出ていて、熱電対の補償導
   体に接続されていることを特徴とする、バイメタル接合
   点を持つた熱電対。 ２、バイメタル金属線が白金と白金／ロジウム金属線で
   あることを特徴とする、特許請求の範囲第１項の熱電対
   。 ３、金属線の端が補償導体中のスロット内に挿入され、
   導体を巻きつけることによつて孔内に保持されているこ
   とを特徴とする、特許請求の範囲第１項又は第２項の熱
   電対。 ４、金属線の端が補償導体に溶接されていることを特徴
   とする、特許請求の範囲第１−３項の何れか１つの項に
   記載された熱電対。 ５、ガラス管、栓及び金属線導体接続物の集合体が、集
   合体の周りで熱収縮されたプラスチック材料製のスリー
   ブによつて、適所に保持されていることを特徴とする、
   特許請求の範囲第１−４項の何れか１つの項に記載され
   た熱電対。 ６、ガラス管の開口した端と、熱収縮されたスリーブと
   が、適当な耐火材中に埋設され、耐火材はガラス管の一
   端の周りで外方へ突出する周囲方向のフランジを持つよ
   うに成形されており、ガラス管の閉じられた端はフラン
   ジから突出するが、他端は栓上に形成された周囲方向の
   肩に向かつて終つていることを特徴とする、特許請求の
   範囲第１−３項の何れか１つの項に記載された熱電対。 ７、耐火材が、フランジ及びその余の部分の一部の周り
   に、プラスチツク材料製の外がわスリーブを持つている
   ことを特徴とする、特許請求の範囲第６項に記載された
   熱電対。 ８、栓が軸を持ち、軸はガラス管の嵌められる端と逆の
   端から突出し、薄い肉厚の周囲方向に延びるスカートに
   よつて包囲され、またスカートから離れていることを特
   徴とする、特許請求の範囲第１−７項の何れか１つの項
   に記載された熱電対。 ９、バイメタル接合点が、ガラス管の閉じられた端に接
   触して、付設されていることを特徴とする、特許請求の
   範囲第１−８項の何れか１つの項に記載された熱電対。 １０、金属製の孔あきキヤツプが、ガラス管上に付設さ
   れ、耐火材で作られたフランジと結合していることを特
   徴とする、特許請求の範囲第１−９項の何れか１つの項
   に記載された熱電対。