JPS6254152A - 熱電対を利用した測定方法及びセンサ - 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】 ンサに関し，特に、Ｎえばガスのような分析される環境
媒体の物理的性質を決定する測定方法及びセンサに関す
る。

異なる型の電極を用いて環境媒体のパラメータを決定す
る各種の方法及び装置が知られており，例えば［応用物
理研究（　Ｒｅｖｕｅ　ｄｅ　ｐｈｙ　−ｓｉｑｕｅ　
ａｐｐｌｉｑｕｅｅ　）　Ｊ　１９８２年　４月、第　
４号第１７巻，第２１７　〜２５５頁、「測定技術（Ｍ
ｅａｓｕｒｅ−ｍｅｎｔ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ　）　
Ｊ　１９８０年　８月、第　８号第２３巻、第５０８〜
５１２頁及び欧州特許出願第ＥＰ−Ａ−０、０７０，８
０１号がある。

一例として、ペルティエ効果（　ＰｅｉｔｉｅｒＥｆｆ
ｅｃｔ　）を伴う熱電対を使用し，ガスの温度を１１１
１定する測定方法及びセンサも知られている。

熱電対は、通常「熱接点（ｈｏｔ　ｊｕｎｃＮｏｎ）　
Ｊとして知られる検知部材を形成する例えばそれぞれク
ロメル及びアルメルでできた２木の金属線もしくはフィ
ルムを溶接して成り、温度を決定する為、ガス等の環境
媒体に接触して配置される。

熱交換器の相互作用により，検知部材は平衡温度に達す
るまでガスによって加熱され，ガスの温度にほぼ等しく
なるとべルティエ効果による起電力が検知部材の端子に
発生する。

よく知られているように、この起電力は検知部材の温度
の関数である，即ちガスの温度の関数となっている。

従来のセンサに使用される熱電対はある種の欠点を有し
ている．つまりこの種のセンサは比較的高い時定数を有
しており，その感度が比較的低いので、正確な測定の障
害となることである。

従って本発明の目的は、センサの時間分解能を増加させ
、センサの時定数を減少させる改良型り測定方法及びセ
ンサを提供することである．本発明の他の目的は、簡単
かつ安価にセンサの測定感度を増大させることである。

本発明の他の目的は，熱電対を利用する測定用センサの
利用範囲を拡げることである。

本発明の主題は、特に検知部材が接触して配置される環
境媒体の物理的性質を決定する為の熱電対を利用した測
定方法であり、媒体の物理的性質のうち少なくとも１つ
が分かっている状態で、検知部材がそれの配置される環
境媒体の物理的性質のうち少なくとも１つの関数である
平衡温度にまで熱っせられ，平衡状態に達すると検知部
材の端子にペルティエ効果によって生の１つを決定する
ことを特徴としている。

本発明のもう１つの１題は，上述の方法を利用する測定
センサであり、センサは環境媒体の物理的性質の決定す
る為環境媒体と接触配置され、検知部材の端子は一方で
電力の供給源にまた他方で端子で取り出される信号を処
理する手段に接続されている．該手段はペルティエ効果
によって検知部材に生じた起電力を決定し，この起電力
は決定されるべき物理的性質に関係している。

本発明は、単に例示する為の添付図面を参照しつつ以下
の説明により更に明確になるである。

（実施例） 第１図に示すように、本発明に係る測定センサはガス混
合物の熱伝導度を決定する為のものであり、例えば、ク
ロメル酸の金属線２及びアルメル製の金属線３とより成
る公知の検知部材ｌから成り，これら２本の金属線の接
合部は１１占１をＶ＜Ｉ＃するように公知の方法で作ら
れる。

この検知部材ｌは、例えば熱伝導度を決定したいガス４
と接触して配置されており、ガス４は従来の閉じた分析
セル５　（ｃｌｏｓｅｄ　ａｎａｌｙｓｉｓｃｅ　Ｉ　
ｌ）に入っている。

通路孔６及び７が分析セル５の１つの壁に設けられてお
り、それぞれ金属線２及び３を貫通させている。これら
の孔には従来の封止装置（回路）が設けられている。

金属線２及び３は電力供給源ｌＯの出口端子８及び９に
それぞれ接続している。この電力供給源ｌＯは好ましく
は交流電圧源である。

金属線２及び３は更に、検知部材にベルテイ工効果によ
って生ずる起電力を電力供給源１０から発生する供給電
圧から取り出す為の処理装置１１の入力端子に接続され
ている。処理装置１１は、検知部材ｌから取り出された
信号のうち交流部分を除去するフィルタから成ることが
好ましい。

説明では端部を異なる温度に加熱される金属線に生ずる
トムスン起電力については考慮していないが、金属ｖｊ
２及び３についてはできれば、一方の端部は分析セル５
内に配置される検知部材ｌに接続され他方の端部は分析
セル５外に配置される処理装置１１に接続されるとよい
。

処理装置ｌ！は、ペルティエ及びトムスン起電力の合計
であり、ゼーベック力として知られる起電力を受けとる
。しかしながら実施例の説明を明確にする為、このトム
スン起電力はペルティエ起電力に比して無視できる程度
のものであると考えられるので処理装置１１はペルテイ
エ起電力のみを受けとると考えてよい。

実施例によればトムスン起電力を考慮する必要のないこ
とは明らかである。

処理装置１１の出力端子はペルティエ起電力の増幅器１
２の入力端子に接続され、増幅器１２の出力端子には１
例えば電圧計または他の測定装置等の適切な測定装置！
３が接続されている。

第２図は１本発明に係るセンサの一部を為す検知部材の
第１番目の構造を示している。

この検知部材は２本の枝を有する二叉形状をしており、
円筒形の本体１４から例えばクロメル−アルメル等で２
種の異なる金属から成る曲線状の金属ｆｉ１５及び１Ｂ
が延びており、同様にその端部でクルメルーアルメル製
の２木の金属線１７及び１８を担持し゛ている。これら
の金属線１７及び１８は「熱接点」を形成するように公
知の方法で溶接された接触端部の１つを有している。

第３図に示すように、検知部材は更に円筒形の本体１８
から成り、そこから２本のビン２０及び２１が延びそれ
ぞれの端部にはクロメル−アルメル金属線２２及び２３
が接続されて検知部材を形成している。

ピン２０及び２１の端部は距＃ｄだけ離れている。

第４図は、検知部材の他の構造を示している０本体２４
は、媒体の流速によって０°から９０°まで変化する頂
角を有する円錐形の絶縁部材２５から成り、絶縁部材２
５の上には、クロメル−アルメルもしくは熱電対を形成
する他の金属のフィルムが対称に配設されるがその１つ
２Ｇのみが図示されている。

第５図は検知部材の他の実施例が示されており、検知部
材は円筒形の本体２７から成り、その端部２８は円錐台
の形状を有しており、丸い絶縁端部２９上に２本のクロ
メル−アルメル製フィルム３０．３１が配置されて検知
部材となっている。

次に本発明に係るセンサの動作をガス分析器に応用して
説明する。

ガス４を流速がＯの分析セル５内に入れると検知部材１
とガス４との間の伝導により熱交換が促進される。検知
部材ｌは、電力供給源１０から生ずる交流により加熱さ
れる。その結果、すぐ検知部材ｌは検知部材とガスとの
間で行われる熱交換の関数である平衡温度に達する。

この場合、これらの熱交換はガスの伝導度によって決ま
る。

公知のＷ理によれば、ペルテイエ効果から生ずる起電力
はセンサの平衡温度の関数として検知部材１の端子に現
われる。ペルテイエ効果により生ずる起電力のみを出力
とする為に処理装置１１は検知部材ｌの端子から信号を
取り出し、この信号のうち交流部分を除去する。

その後、この起電力は増幅器１２で増幅され、例えば電
圧計１３等で測定される。この起電力の大きさは検知部
材ｌの平衡温度の１次関数となるので、従来の交換法則
を用いてガスの伝導度が決定できる。

この伝導度は、各ガスに特有のものであるので、このパ
ラメータが分かるとガスの性質を決定できる。この測定
方法は、伝導による熱交換が対流及び放射による熱交換
よりも大きい状態で、交流により加熱される検知部材の
熱平衡温度は決定されるという事実に基づいている。

検知部材と環境媒体との間の熱移動は、媒体の流れの有
無、媒体の熱伝導度及び熱電対を形成する金属線の放射
度によって決まる。

上述の応用例のように何らかの移動を促進することで、
ガスの移動速度を０とする為、ガスを閉じた分析セルに
入れると環境媒体の他の性質も決定できる。

このようにすることで、環境媒体の流速を決めることが
できる。その為には、対流による熱交換が伝導による熱
交換に比例して増加されることが必要である。

第４図または第５図に示す検知部材は、特に高速のガス
速度を測定する場合、流路に配置される。

前と同様に検知部材は電力供給源から生ずる交流により
加熱される。信号は、検知部材の端子で取り出され信号
処理装置によりろ波されるので、ベルティ゛工効果から
生ずる起電力は測定前に電力供給源から分離される。

ガスの物理的性質、即ち伝導度が分かると、検知部材の
モ衡温度の関数として流速が決められる。これはペルテ
ィエ効果から生ずる起電力にほぼ一致する。従って検知
部材の熱平衡を決定することでガスの流速を決めること
ができる。

その他の応用例もまた可能である。環境媒体の流埴また
は流体の相変化温度を媒体の伝導度の差を測定すること
で測定することができる。

また、固体の伝導量や液体流中の対流量と同様に固体の
伝導度、もしくは環境媒体がガスの混合物から成る場合
のガス混合物の性質及び環境媒体が液体の混合物から成
る場合、もしくは同じ流体の液体と蒸気の相が混在する
場合液体混合物の性質も決めることができる。

このように、本発明の測定方法及びセンサは、特に熱伝
導度の３１１定及び環境媒体特に腐食性のある環境媒体
の流速の測定に応用できる。

つまり検知部材のコストが低く容易に取り換えられるか
らである。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明に係るセンサの１実施例の概略図であ
り、第２．３．４及び５図は、本発明に係るセンサの構
造の一部分となる検知部材の各実施例を示す図である。 〔主要部分の符号の説明〕 ｌ　・・・・・・・・・・・・・・・　検知部材２．３
・・・・・・・・・金属線 ４　・・・川・・・・・・・・・　ガ　ス５　・・・・
・・・・・・・・・・・　分析セル１０　・・・・・・
・・・・・・・・・　電力供給源１１　・・・川・・・
・・・・・・　処理装置１２　　・・・・・・・・・・
・・・・・増幅器１３　　・・・・・・・・・・・・・
・・電圧計手続補正書（方式） １１１１和６１年４月２１１コ 特許庁長官　　宇　賀　道　部　　殿 １、事件の表示　　　昭和６１年　特許願　第　２３５
５　号２、発明の名称　　　熱電対を利用した測定方法
及びセンサ３、補正をする者 名称　　　　ユニベルシテ　ドルレアン４、代理人 電話（２１３）１５６１（代表） 昭和６１年３月５日（発送日：昭和６１年３月２５日）
（３）「明　細　書」

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、検知部材（１）が接触して配置される環境媒体（４
   ）の物理的性質を決定する為の熱電対を利用した測定方
   法において、媒体の物理的性質のうち少なくとも１つが
   分かっているとして、検知部材（１）がその配置される
   環境媒体（４）の物理的性質のうち少なくとも１つの関
   数となっている平衡温度にまで加熱され、平衡状態にな
   ると検知部材（１）の端子にペルティエ効果によって生
   ずる起電力が測定され、環境媒体（４）の物理的性質の
   １つを決定することを特徴とする測定方法。 ２、前記検知部材は交流により加熱され、該検知部材の
   端子で取り出される信号はろ波されて交流部分を除去さ
   れることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の測
   定方法。 ３、環境媒体の物理的性質を決定する為、該環境媒体（
   ４）と接触して配置される検知部材（１）より成る測定
   用センサにおいて、熱電対の検知部材（１）の端子は一
   方で電力供給源（１０）にまた他方で端子で取り出され
   る信号を処理する手段（１１）に接続されており、ペル
   ティエ効果によって検知部材に生じた起電力を決定し、
   該起電力は決定されるべき物理的性質に関係しているこ
   とを特徴とするセンサ。 ４、前記電力供給源（１０）は交流電圧源であり、検知
   部材（１）の端子から取り出される信号を処理する手段
   （１１）は信号の交流部分を除去するフィルタから成る
   ことを特徴とする特許請求の範囲第３項に記載のセンサ
   。 ５、検知部材（１）は０°から９０°までの範囲で変え
   られる頂角を有する円錐形の絶縁部材（２５）の上に配
   置されることを特徴とする特許請求の範囲第３項または
   第４項に記載のセンサ。 ６、検知部材１は、部材（２７）の丸い絶縁端部（２９
   ）上に配置されることを特徴とする特許請求の範囲第３
   項または第４項に記載のセンサ。 ７、検知部材（１）に接続された金属線（２、３）の端
   部が加熱される温度は、処理手段（１１）に接続される
   端部が加熱される温度と異なり、処理手段（１１）はペ
   ルティエ効果により検知部材に生ずる起電力に加えて、
   トムスン効果により該金属線に生ずる起電力も受けるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第３項から第６項までの
   いずれか１項に記載のセンサ。