説明

シース型熱電対及びそれを用いた温度計測方法

【課題】高周波電圧やパルス電圧が印加される部材の温度計測において、高周波カットフィルターを使用しなくても、高周波電圧やパルス電圧印加に伴い発生するノイズを除去でき精度よく温度を計測できるシース型熱電対及びそれを用いた温度計測方法を提供すること。
【解決手段】第1のシース1と熱電対素線5の絶縁を保つために第1のシース1の内側に第1の絶縁体3を介して熱電対素線5を配置し、第1のシース1と第2のシース2の絶縁を保つために第1のシース1の外側に第2の絶縁体4を介して第2のシース2を配置し、第1のシース1に直流電源7を接続し、直流電圧を印加しながら温度を計測する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、高周波電圧やパルス電圧印加に伴い発生するノイズの影響を受けずに高周波電圧やパルス電圧が印加される部材の温度を精度よく計測できる熱電対及びそれを用いた温度計測方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、電気的絶縁性および耐久性を有する熱電対として、シースとその内部に充填された絶縁粉末などの絶縁体で熱電対素線が覆われたシース型熱電対が用いられている。
シースには、ステンレスやインコネルなどの材料が用いられ、絶縁体には、酸化マグネシウム(MgO)、酸化アルミニウム(Al23)、六方晶窒化ホウ素(h−BN)などの誘電体が用いられ、熱電対素線には、その材料の組み合わせとして白金−白金ロジウム、アルメル−クロメルなどが用いられる。
【0003】
しかし、一般にシース型熱電対に用いられる絶縁体は、直流電流に対して電気的絶縁を保つことは出来るが、高周波電流やパルス電流に対しては電気的絶縁を保つことが出来ない場合がある。
従って、前記構成のシース型熱電対で、高周波電圧やパルス電圧が印加される部材の温度を計測する場合、高周波電流やパルス電流が熱電対素線の起電力のノイズとなるので、計測される温度は誤った温度となり、実質上は計測不能となる。
【0004】
この対策として、熱電対と温度計の間に高周波カットフィルターを接続して高周波成分(ノイズ)を遮断する方法がある。(例えば、特許文献1参照)
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開平5−164627号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながらこの方法でも、高周波の周波数や想定していた高周波成分とは異なり予期せず発生する高周波成分に合わせて、高周波カットフィルターを変更する必要が生じる場合がある。
【0007】
本発明は、上記の問題に対して、高周波カットフィルターを使用しなくても、高周波電圧やパルス電圧印加に伴い発生するノイズを遮断でき精度よく温度を計測できるシース型熱電対及びそれを用いた温度計測方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明のシース型熱電対は、第1のシースの内側に第1の絶縁体を介して熱電対素線を配置し、第1のシースの外側に第2の絶縁体を介して第2のシースを配置し、第1のシースの電位を接地電位とすることを特徴とする。
【0009】
別の発明のシース型熱電対は、第1のシースの内側に第1の絶縁体を介して熱電対素線を配置し、第1のシースの外側に第2の絶縁体を介して第2のシースを配置し、第1のシースに直流電源を接続し直流電圧を印加することを特徴とし、この熱電対を用いた温度計測方法は、第1のシースに直流電圧を印加しながら温度を計測することを特徴とする。
【0010】
また別の発明のシース型熱電対は、第1のシースの内側に第1の絶縁体を介して熱電対素線を配置し、第1のシースの外側に第2の絶縁体を介して第2のシースを配置し、第1のシースと第2のシースとをコイルを介して接続することを特徴とする。
【発明の効果】
【0011】
上記の各発明の構成によれば、第1のシースの電位が固定されているので、第1のシースでノイズが遮断され熱電対素線の起電力には影響が及ばない。
そのため、高周波カットフィルターを使用しなくても高周波電圧やパルス電圧が印加される部材の温度を精度よく計測できる。
【0012】
なお、高周波電圧やパルス電圧が印加される部材と第2のシースが同電位となるので、これらの間に電界が形成されないため、例えば、電界を用いて荷電粒子を計測する計測装置やプラズマを用いるプロセスでも使用が可能である。
【0013】
また、絶縁体を粉末とした場合、シースの変形に対して絶縁体が追随するので、電気的絶縁性を保つことができる。
【0014】
更に、シース型熱電対の絶縁破壊の可能性が想定される高い電圧が印加される部材の温度を計測する場合には、熱電対素線をフローティング電位とすれば絶縁破壊を防止できる。
熱電対素線をフローティング電位とするには、熱電対素線に接続して温度を出力する温度計及び更に必要により絶縁破壊対策として熱電対素線と温度計の間に接続するアイソレーションアンプを外部に対する絶縁構成を有するものとしフローティング電位になるようにすればよい。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】実施例1のシース型熱電対を説明する図である。
【図2】実施例2のシース型熱電対を説明する図である。
【図3】実施例3のシース型熱電対を説明する図である。
【実施例1】
【0016】
図1は、本発明の実施例1のシース型熱電対を説明する図であって、1は第1のシース、2は第2のシース、3は第1の絶縁体、4は第2の絶縁体、5は熱電対素線、6は高周波電圧やパルス電圧が印加される部材、7は温度計である。
【0017】
第1のシース1及び第2のシース2は、一端が閉塞された保護管であり、ステンレスやインコネルなどの材料が用いられる。
第1の絶縁体3及び第2の絶縁体4には、電気的絶縁性が高い酸化マグネシウム(MgO)、酸化アルミニウム(Al23)、六方晶窒化ホウ素(h−BN)などの誘電体が用いられる。
熱電対素線5には、その材料の組み合わせとして白金−白金ロジウム、アルメル−クロメルなどが用いられる。
【0018】
そして、第1のシース1と熱電対素線5の絶縁を保つために第1のシース1の内側に第1の絶縁体3を介して熱電対素線5を配置し、第1のシース1と第2のシース2の絶縁を保つために第1のシース1の外側に第2の絶縁体4を介して第2のシース2を配置し、第1のシース1を接地して第1のシース1の電位を接地電位とする。
【0019】
このように構成した熱電対によれば、第1のシース1を接地することにより第1のシース1の電位が固定されているので、高周波電圧やパルス電圧が印加される部材6の温度を計測する場合、高周波電圧やパルス電圧印加に伴い発生するノイズが第1のシース1で遮断され熱電対素線5の起電力には影響が及ばない。
よって、温度を精度よく計測できる。
温度の出力は、熱電対素線5に接続して温度を出力する温度計7により行う。
【0020】
なお、高周波電圧やパルス電圧が印加される部材6と第2のシース2が同電位となるので、これらの間に電界が形成されないため、例えば、電界を用いて荷電粒子を計測する計測装置やプラズマを用いるプロセスでも使用が可能である。
【0021】
また、絶縁体を粉末とした場合、シースの変形に対して絶縁体が追随するので、電気的絶縁性を保つことができる。
この場合、第1のシース1及び第2のシース2の開口部は、それぞれ、例えば、エポキシ樹脂などの絶縁物で閉塞する。
【0022】
更に、シース型熱電対の絶縁破壊の可能性が想定される高い電圧が印加される部材の温度を計測する場合には、熱電対素線5をフローティング電位とすれば絶縁破壊を防止できる。
熱電対素線5をフローティング電位とするには、熱電対素線5に接続して温度を出力する温度計7を外部に対する絶縁構成を有するものとしフローティング電位になるようにすればよい。
【実施例2】
【0023】
図2は、本発明の実施例2のシース型熱電対を説明する図であって、8は直流電源、9はアイソレーションアンプであり、1〜7は、図1と同様である。
【0024】
そして、第1のシース1と熱電対素線5の絶縁を保つために第1のシース1の内側に第1の絶縁体3を介して熱電対素線5を配置し、第1のシース1と第2のシース2の絶縁を保つために第1のシース1の外側に第2の絶縁体4を介して第2のシース2を配置し、第1のシース1に直流電源を接続し直流電圧を印加できるようにし、温度計測時には直流電圧を印加しながら計測する。
【0025】
このように構成したシース型熱電対によれば、第1のシース1に直流電源を接続し直流電圧を印加することにより第1のシース1の電位が固定されているので、高周波電圧やパルス電圧が印加される部材6の温度を計測する場合、高周波電圧やパルス電圧印加に伴い発生するノイズが第1のシース1で遮断され熱電対素線5の起電力には影響が及ばない。
よって、温度を精度よく計測できる。
温度の出力は、熱電対素線5に接続して温度を出力する温度計7により行うが、第1のシース1と熱電対素線5の間に高い電圧が印加される可能性も想定した場合、絶縁破壊を防ぐために図2のように熱電対素線5と温度計7の間にアイソレーションアンプ9を接続する。
【0026】
なお、高周波電圧やパルス電圧が印加される部材6と第2のシース2が同電位となるので、これらの間に電界が形成されないため、例えば、電界を用いて荷電粒子を計測する計測装置やプラズマを用いるプロセスでも使用が可能である。
【0027】
また、絶縁体を粉末とした場合、シースの変形に対して絶縁体が追随するので、電気的絶縁性を保つことができる。
この場合、第1のシース1及び第2のシース2の開口部は、それぞれ、例えば、エポキシ樹脂などの絶縁物で閉塞する。
【0028】
更に、シース型熱電対の絶縁破壊の可能性が想定される高い電圧が印加される部材の温度を計測する場合には、熱電対素線5をフローティング電位とすれば絶縁破壊を防止できる。
熱電対素線5をフローティング電位とするには、熱電対素線5に接続して温度を出力する温度計7及び更に必要により絶縁破壊対策として熱電対素線5と温度計7の間に接続するアイソレーションアンプ9を外部に対する絶縁構成を有するものとしフローティング電位になるようにすればよい。
【実施例3】
【0029】
図3は、本発明の実施例3のシース型熱電対を説明する図であって、10はコイルであり、1〜7及び9は、図2と同様である。
【0030】
そして、第1のシース1と熱電対素線5の絶縁を保つために第1のシース1の内側に第1の絶縁体3を介して熱電対素線5を配置し、第1のシース1と第2のシース2の絶縁を保つために第1のシース1の外側に第2の絶縁体4を介して第2のシース2を配置し、第1のシース1と第2のシース2とをコイル10を介して接続する。
【0031】
このように構成したシース型熱電対によれば、第1のシース1と第2のシース2とをコイル10を介して接続しており、第1のシース1は直流的に第2のシース2に接続され第1のシース1の電位が固定されるので、高周波電圧やパルス電圧が印加される部材6の温度を計測する場合、高周波電圧やパルス電圧印加に伴い発生するノイズがコイル10及び第1のシース1で遮断され熱電対素線5の起電力には影響が及ばない。
よって、温度を精度よく計測できる。
温度の出力は、熱電対素線5に接続して温度を出力する温度計7により行うが、第1のシース1と熱電対素線5の間に高い電圧が印加される可能性も想定した場合、絶縁破壊を防ぐために図3のように熱電対素線5と温度計7の間にアイソレーションアンプ9を接続する。
【0032】
なお、高周波電圧やパルス電圧が印加される部材6と第2のシース2が同電位となるので、これらの間に電界が形成されないため、例えば、電界を用いて荷電粒子を計測する計測装置やプラズマを用いるプロセスでも使用が可能である。
【0033】
また、絶縁体を粉末とした場合、シースの変形に対して絶縁体が追随するので、電気的絶縁性を保つことができる。
この場合、第1のシース1及び第2のシース2の開口部は、それぞれ、例えば、エポキシ樹脂などの絶縁物で閉塞する。
【0034】
更に、シース型熱電対の絶縁破壊の可能性が想定される高い電圧が印加される部材の温度を計測する場合には、熱電対素線5をフローティング電位とすれば絶縁破壊を防止できる。
熱電対素線5をフローティング電位とするには、熱電対素線5に接続して温度を出力する温度計7及び更に必要により絶縁破壊対策として熱電対素線5と温度計7の間に接続するアイソレーションアンプ9を外部に対する絶縁構成を有するものとしフローティング電位になるようにすればよい。
【0035】
以上、実施例を説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、例えば、シース、絶縁体及び熱電対素線の材料は自由に組み合わせることができ、温度計測環境等により最適なものを選択すればよい。
また、伝達される温度に変化がない範囲であれば、シースと絶縁体の積層数を変更してもよい。
【符号の説明】
【0036】
1 第1のシース
2 第2のシース
3 第1の絶縁体
4 第2の絶縁体
5 熱電対素線
6 高周波電圧やパルス電圧が印加される部材
7 温度計
8 直流電源
9 アイソレーションアンプ
10 コイル

【特許請求の範囲】
【請求項1】
第1のシースの内側に第1の絶縁体を介して熱電対素線を配置し、第1のシースの外側に第2の絶縁体を介して第2のシースを配置し、第1のシースの電位を接地電位とすることを特徴とするシース型熱電対
【請求項2】
第1のシースの内側に第1の絶縁体を介して熱電対素線を配置し、第1のシースの外側に第2の絶縁体を介して第2のシースを配置し、第1のシースに直流電源を接続し直流電圧を印加することを特徴とするシース型熱電対
【請求項3】
第1のシースの内側に第1の絶縁体を介して熱電対素線を配置し、第1のシースの外側に第2の絶縁体を介して第2のシースを配置し、第1のシースと第2のシースとをコイルを介して接続することを特徴とするシース型熱電対
【請求項4】
請求項2のシース型熱電対を用いて、第1のシースに直流電圧を印加しながら温度を計測することを特徴とする温度計測方法

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【公開番号】特開2011−226793(P2011−226793A)
【公開日】平成23年11月10日(2011.11.10)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−93898(P2010−93898)
【出願日】平成22年4月15日(2010.4.15)
【出願人】(000003942)日新電機株式会社 (328)
【Fターム(参考)】