熱電対装置

【目的】充分な電気的絶縁性および耐久性を有して信頼性に優れた熱電対装置を提供する。
【構成】金属製の保護外管２１と、金属製の保護管２３の内部に熱電対素線２４と絶縁粉末２５を設けてなり、前記保護外管２１の内部に挿通されるとともに検出端部が前記保護外管２１の開口端から外部に突出したシース型熱電対２２と、前記保護外管の内部において前記シース型熱電対２２を囲んで設けられた絶縁粉末２６とを具備することを特徴とするものである。

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は保護外管の内部にシース型熱電対を設けた熱電対装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば航空機エンジンにおいて排気ガス温度を測定するため用いられる熱電対装置は、厳しい振動や衝撃に耐えることが必要であるために、金属製の保護管の内部に熱電対と絶縁粉末を設けてなるシース型熱電対を、金属製の保護外管の内部に設けた形式のものが用いられることがある。
【０００３】従来、この形式の熱電対装置としては図４および図５に示すものがある。図４に示すものは次に述べるように構成されている。すなわち、図中１は金属製の保護外管で、これらは先端部が閉塞されている。２はシース型熱電対で、これは金属製の保護管３の内部に２本の熱電対素線４と絶縁粉末５を設けて一体に加圧成形したものであり、保護管３の先端部（検出端側端部）は先細り部として小径にして形成されている。このシース型熱電対２は保護外管１の内部に挿入されて保護外管１に直接嵌着されている。
【０００４】なお、シース型熱電対２の検出端に面する保護外管１の端部には複数の窓６が形成され、ガスがこれらの窓６を通して保護外管１の内部を通ることによりシース型熱電対２の検出端に触れるようになっている。
【０００５】図５に示すものは次に述べるように構成されている。すなわち、図中１１は金属製の保護外管であり、これは先端部が閉塞されている。１２はシース型熱電対であり、これは金属製の保護管１３の内部に２本の熱電対素線１４と絶縁粉末１５を設けて一体に加圧成形したものであり、保護管１３の直径が保護外管１１の直径に比較して細いものである。シース型熱電対１２は保護外管１１の内部に挿通して配置され、金属製の支持部材１６により支持されている。支持部材１６は保護外管１１とシース型熱電対１２の保護管１３にろう付けなどにより支持されている。保護外管１１とシース型熱電対１２との間は空間部となっている。
【０００６】なお、シース型熱電対１２の検出端に面する保護外管１１の端部には複数の窓１７が形成され、ガスがこれらの窓１７を通しての保護外管１１の内部を通ってシース型熱電対１２の検出端部に触れるようになっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このような従来の熱電対装置には次に述べる問題がある。前者の構成の熱電対装置では、シース型熱電対２の保護管３が保護外管１に直接嵌着しているので、保護外管１とシース型熱電対２の熱電対素線４における保護外管１の外部に対する電気的絶縁は、保護管３に充填された絶縁粉末５による一重によるものであるから、保護管３の先細り部の内部にある熱電対素線４との間の距離により決定され、高い電気的絶縁を確保することができない。
【０００８】後者の構成の熱電対装置では、シース型熱電対１２と保護外管１１との間が空間部となっていて絶縁粉末が存在していないので、保護外管１１とシース型熱電対１２の熱電対素線における保護外管１１の外部に対する電気的絶縁は、前者と同様に高い電気的絶縁を確保することができない。
【０００９】また、後者の構成の熱電対装置では、シース型熱電対１２の保護管１３が支持部材１４によって支持されているが、例えばジエットエンジンの排気ガスの温度の測定に用いられる場合、頻繁に変化するジエットエンジンの排気ガスの温度により保護外管１１とシース型熱電対１２の保護管１３は熱膨脹により軸方向の変位を生じる。この場合、加わる温度の時間差、材料の熱膨張率の差により変位にずれを生じるため、支持部材１６のろう付け部には繰り返し加重が加わり破損に至ることがある。その結果、シース型熱電対１２の支持が不安定となり、振動により短時間で熱電対装置の破損へと発展する。本発明は前記事情に基づいてなされたもので、充分な電気的絶縁性および耐久性を有して信頼性に優れた熱電対装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するために本発明の熱電対装置は、金属製の保護外管と、金属製の保護管の内部に熱電対素線と絶縁粉末を設けてなり前記保護外管の内部に挿通されるとともに検出端が前記保護外管の開口端から外部に突出したシース型熱電対と、前記保護外管の内部において前記シース型熱電対を囲んで充填された絶縁粉末とを具備することを特徴とする。
【００１１】
【作用】前記の構成によれば、シース型熱電対における保護管の内部に絶縁粉末が設けられ、この保護管と保護外管との間に絶縁粉末が設けられている。このため、シース型熱電対の熱電対素線における保護外管の外部に対する電気的絶縁は、シース型熱電対における熱電対素線と保護管との間に存在する絶縁粉末で施され、さらにこれに加えて保護管と保護外管との間に存在する絶縁粉末で施される。すなわち、シース型熱電対の熱電対素線における保護外管の外部に対する電気的絶縁は絶縁粉末により二重にわたって施される。
【００１２】従って、本発明の熱電対装置は従来の熱電対装置のように熱電対素線と保護外管との間の絶縁粉末が一重であるもの、あるいはシース型熱電対と保護外管との間に絶縁粉末が存在しないものに比較して高い電気絶縁性を有している。
【００１３】また、シース型熱電対は保護外管の内部に充填された絶縁粉末により支持されているので、保護管が軸方向に伸縮、変位が可能な状態で設けられている。このため、外部からの熱によりシース型熱電対の保護管が膨脹する時に、保護管を支持する部材、すなわち絶縁粉末による支持を損なうことなく膨脹することが可能となる。従って、保護管の膨脹によりシース型熱電対の支持を不安定にすることがなく耐久性に優れている。
【００１４】
【実施例】本発明の一実施例について図１ないし図２を参照して説明する。図において２１は金属製の保護外管であり、これは両端が開放された円筒体を成している。２２はシース型熱電対であり、これは保護外管２１の直径に比較して小さい直径と、保護外管２１の軸方向長さより長い軸方向長さを有し、且つ一端（先端）を閉じた円筒形をなす金属製の保護管２３を備えている。この保護管２３の内部には２本の熱電対素線２４が軸方向に挿通されており、その一端（検出端）は保護管２３の先端において接合され、他端は保護管２３に開放された他端開口から外部に延出している。保護管２３の内部には耐熱性を有する絶縁粉末２５が充填されており、これら保護管２３、熱電対素線２４および絶縁粉末２５は外部から加圧されて一体となっている。
【００１５】保護管１３は保護外管２１の内部にその軸方向に沿って挿通されており、先端は保護外管１１の先端開口から外部に延出し、基端は保護外管２１の基端開口から外部に延出している。
【００１６】あるいはシース型熱電対２２としては、保護管１３の先端部を開口せずに熱電対素子２４のみを外部に突出した構成としたものを使用しても良い。また、保護外管２１の内部には耐熱性を有する絶縁粉末２６が充填されている。絶縁粉末２６は保護外管２１の内部でシース型熱電対における保護管２３を囲んで充填されており、保護外管２１とともに外部から加圧されていて保護管２３を支持している。
【００１７】なお、保護外管２１の基端はフランジ２７に取り付けられ、フランジ２７には端子箱２８が取り付けられている。この端子箱２８にはシース型熱電対における２本の熱電対素線２４が接続される一対の端子２９が設けられている。
【００１８】シース型熱電対における２本の熱電対素線２４の材料の組み合わせとしては、白金ー白金ロジウム、アルメルークロメルなどが挙げられる。シース型熱電対２２における保護管２３を形成する金属としては、ステンレス鋼、インコネルなどが挙げられ、保護外管２１を形成する金属としては、ステンレス鋼、インコネル、ハステロイなどが挙げられる。
【００１９】シース型熱電対２２における保護管２３の内部に充填する絶縁粉末２５としては、マグネシア、アルミナなどが挙げられ、保護外管２１の内部に充填する絶縁粉末２６としてはマグネシア、アルミナなどが挙げられ、これら保護管２３の内部に充填する絶縁粉末２５と保護外管２１の内部に充填する絶縁粉末２６とは自由に組み合わせることができる。そして、熱電対素線２４の材料により、最適な絶縁粉末を選択することができる。例えば、熱電対素線２４としてアルメルークロメルを使用した場合には、アツミナは高温においておいてアルメルと組み合わせると好ましくないため、絶縁粉末２５にはマグネシアを使用し、絶縁粉末２６には絶縁性の高いアルミナを使用することなどが検討される。
【００２０】また、保護外管２１の直径とシース型熱電対における保護管の直径の大きさの関係は、保護管の直径の大きさを１とした場合、保護外管２１の直径の大きさは３〜７である。具体的には保護管の直径は１〜３．２mm、保護外管２１の直径は４〜１０mmである。
【００２１】この熱電対装置を製作するためには次に述べる方法が挙げられる。はじめに保護管２３の内部に熱電対素線と絶縁粉末を設け、全体を加圧して一体に成形してシース型熱電対２２を製作する。製作したシース型熱電対２２を保護外管２１の内部に挿通して配置するとともに、保護外管２１の内部に絶縁粉末２６を充填し、保護外管２１と絶縁粉末２６を加圧して全体を一体に成形する。または、保護管２３の内部に熱電対素線２４と絶縁粉末２５を設け、この保護管２３を保護外管２１の内部に配置するとともに絶縁粉末２６を充填し、最後に保護管２３、熱電対素線２４、絶縁粉末２６、保護外管２１および絶縁粉末を加圧して全体を一体に成形する。
【００２２】このように構成された熱電対装置では、保護外管２１の先端から突出したシース型熱電対２２における保護管２３の先端にガスが触れることにより温度を計測する、前記の構成によれば、シース型熱電対２２を保護外管２１の内部に充填した絶縁粉末２６で支持するので、例えば航空機エンジンにおいて排気ガス温度を測定するため用いられる熱電対装置は、厳しい振動や衝撃に耐えることができる。シース型熱電対２２における保護管２３の内部に絶縁粉末２５が設けられ、この保護管２３と保護外管２１との間に絶縁粉末２６が設けられている。このため、シース型熱電対２２の熱電対素線２４における保護外管２１の外部に対する電気的絶縁は、シース型熱電対２２における熱電対素線２４と保護管２３との間に存在する絶縁粉末２５で施され、さらにこれに加えて保護管２３と保護外管２１との間に存在する絶縁粉末２６で施される。すなわち、シース型熱電対２２の熱電対素線２４における保護外管２１の外部に対する電気的絶縁は絶縁粉末により二重にわたって施される。従って、本発明の熱電対装置は従来の熱電対装置のように熱電対素線２４と保護外管２１との間の絶縁粉末が一重であるもの、あるいはシース型熱電対２２と保護外管２１との間に絶縁粉末が存在しないものに比較して高い電気絶縁性を有している。
【００２３】また、シース型熱電対２２は保護外管２１の内部に充填された絶縁粉末２６により支持されているので、保護管２３が軸方向に伸縮、変位が可能な状態で設けられている。このため、外部からの熱によりシース型熱電対２２の保護管２３が膨脹する時に、保護管２３を支持する部材、すなわち絶縁粉末２６による支持を損なうことなく膨脹することが可能となる。このため、保護管２３の膨脹によりシース型熱電対２２の支持を不安定にすることがなく耐久性が良好である。
【００２４】なお、本発明は前述した実施例に限定されずに種々変形して実施することができる。例えば図３に示すように前述した実施例の熱電対装置において、保護外管２１の基端の端末に絶縁性を有する材料、ガラスを溶融して形成した端板２９を設置することにより熱電対素線２４に対する電気的絶縁性を一層高めることができる。
【００２５】
【発明の効果】以上説明したように本発明の熱電対装置によれば、シース型熱電対の熱電対素線における保護外管の外部に対する電気的絶縁は、シース型熱電対における熱電対素線と保護管との間に存在する絶縁粉末と、て保護管と保護外管との間に存在する絶縁粉末とにより二重にわたって施されるので大変電気的絶縁性に優れている。
【００２６】また、シース型熱電対は保護外管の内部に充填された絶縁粉末により軸方向に伸縮、変位が可能な状態で支持されており、外部からの熱により保護管が膨脹する時に、保護管を支持する部材、すなわち絶縁粉末による支持を損なうことなく膨脹することが可能でシース型熱電対の支持を不安定にすることがないので、大変耐久性に優れている。従って、本発明によれば信頼性に優れた熱電対装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかわる一実施例の熱電対装置を示す外観図。
【図２】同実施例の熱電対装置を示す断面図。
【図３】同実施例の熱電対装置において保護外管の基端末を閉じた例を示す断面図。
【図４】従来の一例の熱電対装置を示す断面図。
【図５】従来の他の例の熱電対装置を示す断面図。
【符号の説明】
２１…保護外管、２２…シース型熱電対、２３…保護管、２４…熱電対素線、２５…絶縁粉末、２６…絶縁粉末。

【特許請求の範囲】
【請求項１】金属製の保護外管と、金属製の保護管の内部に熱電対素線と絶縁粉末を設けてなり前記保護外管の内部に挿通されるとともに検出端が前記保護外管の開口端から外部に延出したシース型熱電対と、前記保護外管の内部において前記シース型熱電対を囲んで充填された絶縁粉末とを具備することを特徴とする熱電対装置。

【図１】