JP2000088667A - 繊維補強型熱電対 - Google Patents
繊維補強型熱電対Info
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- JP2000088667A JP2000088667A JP10261646A JP26164698A JP2000088667A JP 2000088667 A JP2000088667 A JP 2000088667A JP 10261646 A JP10261646 A JP 10261646A JP 26164698 A JP26164698 A JP 26164698A JP 2000088667 A JP2000088667 A JP 2000088667A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は，測温応答性，耐久性，耐熱性を向
上させて反復使用を可能にした長寿命の繊維補強型熱電
対を提供する。 【解決手段】 この繊維補強型熱電対は，先端に外部に
露出した受熱部４を備えた内管２，内管２の外側の金属
溶湯に接する部分に多重に巻き付けられ且つ表面が被覆
された被膜繊維から構成された繊維集合体５，内管２内
に充填された耐熱性材料から成る充填材８，及び充填材
８中に配置され且つ端部が結線された測温部９を構成す
る異なる組成の金属線６，７から構成されている。保護
管１は，内管２と繊維集合体５から構成される。被膜は
アルミナ，炭化ケイ素，窒化ケイ素又は酸化ケイ素で形
成されている。被膜繊維の繊維体から成るコア部は，炭
素，炭化ケイ素，窒化ケイ素，アルミナ又はそれらの集
合体から構成されている。
上させて反復使用を可能にした長寿命の繊維補強型熱電
対を提供する。 【解決手段】 この繊維補強型熱電対は，先端に外部に
露出した受熱部４を備えた内管２，内管２の外側の金属
溶湯に接する部分に多重に巻き付けられ且つ表面が被覆
された被膜繊維から構成された繊維集合体５，内管２内
に充填された耐熱性材料から成る充填材８，及び充填材
８中に配置され且つ端部が結線された測温部９を構成す
る異なる組成の金属線６，７から構成されている。保護
管１は，内管２と繊維集合体５から構成される。被膜は
アルミナ，炭化ケイ素，窒化ケイ素又は酸化ケイ素で形
成されている。被膜繊維の繊維体から成るコア部は，炭
素，炭化ケイ素，窒化ケイ素，アルミナ又はそれらの集
合体から構成されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は，鉄等の金属溶湯
を測温するための繊維補強型熱電対に関する。
を測温するための繊維補強型熱電対に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来，約１７００℃の製鋼溶湯を測温す
るための熱電対は，材料として比較的に融点が高く，大
気中で安定であるＰｔ−Ｒｈを素線とし，該Ｐｔ−Ｒｈ
素線をアルミナシリカファイバー製のパイプに固定した
構造のものが使用されている。このような熱電対は，製
鋼溶湯の測温を１回行った後に，正確な温度の測定が不
能となり，廃棄しているのが現状であり，熱電対を多数
回にわたって反復利用できずに，熱電対そのものが極め
て高価なものになっている。
るための熱電対は，材料として比較的に融点が高く，大
気中で安定であるＰｔ−Ｒｈを素線とし，該Ｐｔ−Ｒｈ
素線をアルミナシリカファイバー製のパイプに固定した
構造のものが使用されている。このような熱電対は，製
鋼溶湯の測温を１回行った後に，正確な温度の測定が不
能となり，廃棄しているのが現状であり，熱電対を多数
回にわたって反復利用できずに，熱電対そのものが極め
て高価なものになっている。
【０００３】また，熱電対として，保護管をサーメット
等の材料で作製し，該保護管の内部にＰｔ線とＰｔ−Ｒ
ｈ線，或いはＷ−Ｒｅ合金線を内包した構造のものが知
られている。
等の材料で作製し，該保護管の内部にＰｔ線とＰｔ−Ｒ
ｈ線，或いはＷ−Ｒｅ合金線を内包した構造のものが知
られている。
【０００４】また，特開平６−１６０２００号公報に
は，気密端子付シース型熱電対が開示されている。該熱
電対は，過渡的な温度変化等により，端子部に温度勾配
が生じても測定誤差が生じないものであり，アルメル線
とクロメル線の異種金属線からなる素線をステンレス製
シース内に無機絶縁材と共に，相互に絶縁して収納し，
シースの基端側を気密端子部により気密に封止する。気
密端子部のセラミック端板に取り付けられた２本のコパ
ール製の貫通パイプの内部に絶縁スリーブが挿入され，
各金属素線はその内部を通って貫通パイプと直接接触せ
ずに外部に引き出されている。
は，気密端子付シース型熱電対が開示されている。該熱
電対は，過渡的な温度変化等により，端子部に温度勾配
が生じても測定誤差が生じないものであり，アルメル線
とクロメル線の異種金属線からなる素線をステンレス製
シース内に無機絶縁材と共に，相互に絶縁して収納し，
シースの基端側を気密端子部により気密に封止する。気
密端子部のセラミック端板に取り付けられた２本のコパ
ール製の貫通パイプの内部に絶縁スリーブが挿入され，
各金属素線はその内部を通って貫通パイプと直接接触せ
ずに外部に引き出されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら，サーメ
ット保護管の耐熱衝撃性は，Ｓｉ3 Ｎ4 保護管の１．５
倍の強度であり，また，Ｓｉ3 Ｎ4 保護管の熱電対を１
７００℃を越える鉄溶湯に直接浸した場合には，比較的
に短時間のうちに保護管に亀裂等が発生し，破損に至
る。また，Ｐｔ−Ｒｈ熱電対は，不活性ガス雰囲気での
使用はできず，大気中での使用可能温度は１５００℃が
限界温度であり，例えば，鉄溶湯の測温では，保証温度
の上限を越えており，正確な温度測定ができない上，融
点近傍の温度であり寿命が短いという問題がある。Ｐｔ
−Ｒｈ素線を用いたＰＲ熱電対の熱起電力は，ＣＡ熱電
対の約１／１５であり，Ｗ−Ｒｅ熱電対の約１／７と小
さいため，それらの熱電対に比較して測温の精度が劣
り，応答性が悪いという問題を有している。そのため，
現場においては，溶鉱炉の溶湯を測温するため，作業者
は溶解炉の近傍で温度が安定するまでの約８秒間，その
測定場所に居ることを余儀なくされる。
ット保護管の耐熱衝撃性は，Ｓｉ3 Ｎ4 保護管の１．５
倍の強度であり，また，Ｓｉ3 Ｎ4 保護管の熱電対を１
７００℃を越える鉄溶湯に直接浸した場合には，比較的
に短時間のうちに保護管に亀裂等が発生し，破損に至
る。また，Ｐｔ−Ｒｈ熱電対は，不活性ガス雰囲気での
使用はできず，大気中での使用可能温度は１５００℃が
限界温度であり，例えば，鉄溶湯の測温では，保証温度
の上限を越えており，正確な温度測定ができない上，融
点近傍の温度であり寿命が短いという問題がある。Ｐｔ
−Ｒｈ素線を用いたＰＲ熱電対の熱起電力は，ＣＡ熱電
対の約１／１５であり，Ｗ−Ｒｅ熱電対の約１／７と小
さいため，それらの熱電対に比較して測温の精度が劣
り，応答性が悪いという問題を有している。そのため，
現場においては，溶鉱炉の溶湯を測温するため，作業者
は溶解炉の近傍で温度が安定するまでの約８秒間，その
測定場所に居ることを余儀なくされる。
【０００６】また，熱電対の保護管を積層構造に構成し
た場合には，保護管における熱の伝わりが悪く，応答性
が遅いという問題がある。ところで，Ｗ−Ｒｅ熱電対
は，大気中及び不活性ガス雰囲気中での使用が可能であ
り，大気中での使用可能温度は４００℃が限界温度であ
り，不活性ガス雰囲気中での使用可能温度は２３００℃
が限界温度である。
た場合には，保護管における熱の伝わりが悪く，応答性
が遅いという問題がある。ところで，Ｗ−Ｒｅ熱電対
は，大気中及び不活性ガス雰囲気中での使用が可能であ
り，大気中での使用可能温度は４００℃が限界温度であ
り，不活性ガス雰囲気中での使用可能温度は２３００℃
が限界温度である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明の目的は，上記
の課題を解決するため，素線として，例えば，融点が２
３００℃以上のＷ−Ｒｅ線を使用し，特に，保護管の外
周面の保護層として，金属溶湯に対して抵抗力を高めた
炭素無機系繊維を配置することによって，熱衝撃を緩和
し，保護管の寿命を改善し，７００回という反復測温を
可能にした繊維補強型熱電対を提供することである。
の課題を解決するため，素線として，例えば，融点が２
３００℃以上のＷ−Ｒｅ線を使用し，特に，保護管の外
周面の保護層として，金属溶湯に対して抵抗力を高めた
炭素無機系繊維を配置することによって，熱衝撃を緩和
し，保護管の寿命を改善し，７００回という反復測温を
可能にした繊維補強型熱電対を提供することである。
【０００８】この発明は，先端に外部の露出した受熱部
を備えた内管と該内管の外側の金属溶湯に接する部分に
多重に巻き付けられ且つ表面に被覆された被膜を有する
被膜繊維から構成された繊維集合体とから構成された保
護管，前記内管内に充填された耐熱性材料から成る充填
材，及び前記充填材中に配置され且つ端部が結線された
測温部を構成する異なる組成の一対の金属線，から成る
繊維補強型熱電対に関する。
を備えた内管と該内管の外側の金属溶湯に接する部分に
多重に巻き付けられ且つ表面に被覆された被膜を有する
被膜繊維から構成された繊維集合体とから構成された保
護管，前記内管内に充填された耐熱性材料から成る充填
材，及び前記充填材中に配置され且つ端部が結線された
測温部を構成する異なる組成の一対の金属線，から成る
繊維補強型熱電対に関する。
【０００９】前記繊維の表面に被覆された前記被膜は，
アルミナ，炭化ケイ素，窒化ケイ素，酸化ケイ素で形成
されている。また，前記繊維集合体を構成する前記被膜
繊維の繊維体から成るコア部は，炭素繊維，炭化ケイ素
繊維，窒化ケイ素繊維，アルミナ繊維のいずれか１種，
或いはそれらの集合体から構成されている。
アルミナ，炭化ケイ素，窒化ケイ素，酸化ケイ素で形成
されている。また，前記繊維集合体を構成する前記被膜
繊維の繊維体から成るコア部は，炭素繊維，炭化ケイ素
繊維，窒化ケイ素繊維，アルミナ繊維のいずれか１種，
或いはそれらの集合体から構成されている。
【００１０】前記内管は，セラミックス，サーメット，
耐熱金属のいずれかの材料で形成されている。
耐熱金属のいずれかの材料で形成されている。
【００１１】前記金属線は，Ｗ−５Ｒｅ合金とＷ−２６
Ｒｅ合金，或いはＰｔとＰｔ−Ｒｈ合金から形成されて
いる。
Ｒｅ合金，或いはＰｔとＰｔ−Ｒｈ合金から形成されて
いる。
【００１２】前記充填材は，チタン添加の反応焼結窒化
ケイ素から成る耐熱セラミックスである。或いは，前記
充填材は，窒化ケイ素粉末フィラーとする有機ケイ素ポ
リマーから転化した無機物と耐熱セラミック粉末の混合
物から構成されている。又は，前記充填材は，窒化ケイ
素，炭化ケイ素，窒化アルミ，アルミナの少なくとも一
種以上を含む粉末をフィラ−として脱水縮合型のガラス
で結合した材料から構成されている。更に，前記充填材
は，Ｏ，Ａｌ，Ｍｇ，Ｐを含んでいる材料である。
ケイ素から成る耐熱セラミックスである。或いは，前記
充填材は，窒化ケイ素粉末フィラーとする有機ケイ素ポ
リマーから転化した無機物と耐熱セラミック粉末の混合
物から構成されている。又は，前記充填材は，窒化ケイ
素，炭化ケイ素，窒化アルミ，アルミナの少なくとも一
種以上を含む粉末をフィラ−として脱水縮合型のガラス
で結合した材料から構成されている。更に，前記充填材
は，Ｏ，Ａｌ，Ｍｇ，Ｐを含んでいる材料である。
【００１３】この繊維補強型熱電対は，上記のように，
保護管が内管とその外周面に設けた保護層の繊維集合体
から構成されているので，保護管自体が外側の繊維で補
強された構造となり，保護管が熱衝撃を受けても亀裂が
内部まで進展することがなく，保護管の寿命が改善さ
れ，熱電対の耐久性を向上させ，熱電対そのものを，例
えば，７００回の反復使用を可能にする。
保護管が内管とその外周面に設けた保護層の繊維集合体
から構成されているので，保護管自体が外側の繊維で補
強された構造となり，保護管が熱衝撃を受けても亀裂が
内部まで進展することがなく，保護管の寿命が改善さ
れ，熱電対の耐久性を向上させ，熱電対そのものを，例
えば，７００回の反復使用を可能にする。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下，図面を参照して，この発明
による繊維補強型熱電対の実施例を説明する。図１はこ
の発明による繊維補強型熱電対の一実施例を示す断面
図，図２は図１の繊維補強型熱電対の符号Ａ−Ａにおけ
る拡大断面図，及び図３は繊維集合体を構成する被膜で
被覆された炭素繊維の拡大断面図である。
による繊維補強型熱電対の実施例を説明する。図１はこ
の発明による繊維補強型熱電対の一実施例を示す断面
図，図２は図１の繊維補強型熱電対の符号Ａ−Ａにおけ
る拡大断面図，及び図３は繊維集合体を構成する被膜で
被覆された炭素繊維の拡大断面図である。
【００１５】この発明による繊維補強型熱電対は，先端
に外側に露出した受熱部４を備えた内管２，内管２内に
充填された耐熱性材料から成る充填材８，充填材８中に
配置され且つ端部が結線された測温部９を構成する温度
検知体３を構成する異なる組成の一対の金属線６，７，
及び内管２の外側で被測温溶湯である金属溶湯に接する
部分に多重に巻き付けられ且つ表面に被覆された被膜を
有する繊維から構成された繊維集合体５から構成されて
いる。保護管１は，内管２と繊維集合体５から構成さ
れ，繊維集合体５が内管２に対する保護層を形成してい
る。内管２の受熱部４は，保護管１の最先端で外部に露
出した部分であり，製鋼溶湯等の金属溶湯に接する温度
を測定する領域であり，保護管２の先端部が外側の繊維
集合体５を突き抜けて繊維集合体５から外側に露出して
いる部分である。
に外側に露出した受熱部４を備えた内管２，内管２内に
充填された耐熱性材料から成る充填材８，充填材８中に
配置され且つ端部が結線された測温部９を構成する温度
検知体３を構成する異なる組成の一対の金属線６，７，
及び内管２の外側で被測温溶湯である金属溶湯に接する
部分に多重に巻き付けられ且つ表面に被覆された被膜を
有する繊維から構成された繊維集合体５から構成されて
いる。保護管１は，内管２と繊維集合体５から構成さ
れ，繊維集合体５が内管２に対する保護層を形成してい
る。内管２の受熱部４は，保護管１の最先端で外部に露
出した部分であり，製鋼溶湯等の金属溶湯に接する温度
を測定する領域であり，保護管２の先端部が外側の繊維
集合体５を突き抜けて繊維集合体５から外側に露出して
いる部分である。
【００１６】図３に示すように，繊維集合体５は，個々
の被覆繊維１１が内管２に巻き付けられて内管２の保護
層を構成している。個々の被覆繊維１１は，繊維体から
成るコア部１５の外周面に炭化ケイ素，アルミナ，窒化
ケイ素或いは酸化ケイ素から構成された被膜１２が被覆
されている。また，被覆繊維１１の繊維体から成るコア
部１５は，炭素繊維，炭化ケイ素繊維，窒化ケイ素繊
維，アルミナ繊維のいずれか１種，或いはそれらの集合
体から構成されている。従って，繊維体から成るコア部
１５は，セラミックス等の被膜１２で被覆されているの
で，外部に露出することがなく空気即ち酸素と直接触れ
ることがないので，極めて高温に耐えることができる。
の被覆繊維１１が内管２に巻き付けられて内管２の保護
層を構成している。個々の被覆繊維１１は，繊維体から
成るコア部１５の外周面に炭化ケイ素，アルミナ，窒化
ケイ素或いは酸化ケイ素から構成された被膜１２が被覆
されている。また，被覆繊維１１の繊維体から成るコア
部１５は，炭素繊維，炭化ケイ素繊維，窒化ケイ素繊
維，アルミナ繊維のいずれか１種，或いはそれらの集合
体から構成されている。従って，繊維体から成るコア部
１５は，セラミックス等の被膜１２で被覆されているの
で，外部に露出することがなく空気即ち酸素と直接触れ
ることがないので，極めて高温に耐えることができる。
【００１７】また，受熱部４を備えた内管２は，セラミ
ックス，サーメット，耐熱金属のいずれかの材料で形成
されている。内管２は，例えば，熱膨張係数が小さく且
つ鉄と反応し難いＭｏをベースとするサーメット層，例
えば，Ｍｏ／ＺｒＯ2 ，Ｍｏ／ＺｒＮ，Ｍｏ／Ｚｒ
Ｂ2 ，Ｍｏ−ＺｒＣのうちのいずれか一種或いはそれら
の複合物から作製されている。従って，内管２の受熱部
４の外面に鉄溶湯が付着することがないので，測温応答
性を劣化させることがない。
ックス，サーメット，耐熱金属のいずれかの材料で形成
されている。内管２は，例えば，熱膨張係数が小さく且
つ鉄と反応し難いＭｏをベースとするサーメット層，例
えば，Ｍｏ／ＺｒＯ2 ，Ｍｏ／ＺｒＮ，Ｍｏ／Ｚｒ
Ｂ2 ，Ｍｏ−ＺｒＣのうちのいずれか一種或いはそれら
の複合物から作製されている。従って，内管２の受熱部
４の外面に鉄溶湯が付着することがないので，測温応答
性を劣化させることがない。
【００１８】金属線６，７は，Ｗ−５Ｒｅ合金とＷ−２
６Ｒｅ合金，或いはＰｔとＰｔ−Ｒｈ合金で構成されて
いる。この実施例では，温度検知体３としての一対の金
属線６，７は，タングステン−レニウム合金線で形成さ
れている。一方の金属線６の組成はＷ−５Ｒｅであり，
また，他方の金属線７の組成はＷ−２６Ｒｅである。Ｗ
−５Ｒｅ素線の金属線６とＷ−２６Ｒｅ素線の金属線７
は，保護管１の内管２内の充填材８に埋設された状態で
隔置して延びるように配置されている。また，金属線
６，７の各端部は，結線されて測温部９を形成してお
り，測温部９は内管２の受熱部４の内面１０に密着して
いる。Ｗ−５Ｒｅ素線の金属線６とＷ−２６Ｒｅ素線の
金属線７の他端部は，保護管１の端部の開口部１４に設
けた封止部材１３から延び出し，例えば，保護管１の端
部にコレットチャックで固定されたステンレス製の支持
棒を通って測定機器に接続されている。
６Ｒｅ合金，或いはＰｔとＰｔ−Ｒｈ合金で構成されて
いる。この実施例では，温度検知体３としての一対の金
属線６，７は，タングステン−レニウム合金線で形成さ
れている。一方の金属線６の組成はＷ−５Ｒｅであり，
また，他方の金属線７の組成はＷ−２６Ｒｅである。Ｗ
−５Ｒｅ素線の金属線６とＷ−２６Ｒｅ素線の金属線７
は，保護管１の内管２内の充填材８に埋設された状態で
隔置して延びるように配置されている。また，金属線
６，７の各端部は，結線されて測温部９を形成してお
り，測温部９は内管２の受熱部４の内面１０に密着して
いる。Ｗ−５Ｒｅ素線の金属線６とＷ−２６Ｒｅ素線の
金属線７の他端部は，保護管１の端部の開口部１４に設
けた封止部材１３から延び出し，例えば，保護管１の端
部にコレットチャックで固定されたステンレス製の支持
棒を通って測定機器に接続されている。
【００１９】充填材８は，チタン添加の反応焼結窒化ケ
イ素から成り，耐熱多孔質の構造を持つ耐熱セラミック
スで構成されている。更に，充填材８には，Ｏ，Ａｌ，
Ｍｇ，Ｐが含まれている。充填材８は，耐熱多孔質の構
造を有し，その熱伝導率が小さく構成され，測温領域以
外への熱の伝達を遮断するので，言い換えれば，測温領
域の熱容量を小さく形成でき，測温応答性を向上させる
ことができる。例えば，充填材８は，空隙が多い構造に
構成することによって熱伝導率を小さく構成することが
できる。
イ素から成り，耐熱多孔質の構造を持つ耐熱セラミック
スで構成されている。更に，充填材８には，Ｏ，Ａｌ，
Ｍｇ，Ｐが含まれている。充填材８は，耐熱多孔質の構
造を有し，その熱伝導率が小さく構成され，測温領域以
外への熱の伝達を遮断するので，言い換えれば，測温領
域の熱容量を小さく形成でき，測温応答性を向上させる
ことができる。例えば，充填材８は，空隙が多い構造に
構成することによって熱伝導率を小さく構成することが
できる。
【００２０】或いは，充填材８は，窒化ケイ素粉末フィ
ラーとする有機ケイ素ポリマーから転化した無機物と耐
熱セラミック粉末の混合物から構成されている。充填材
８が無機物と耐熱セラミック粉末との混合物から成る場
合には，混合物中にカーボンやＢＮを含有させることに
より，充填材８中に含まれる空気中の酸素を吸収するの
で，温度検知体の金属線６，７への酸化等の悪影響を断
ち，金属線６，７の断線を防止し，耐久性を向上させる
ことができる。
ラーとする有機ケイ素ポリマーから転化した無機物と耐
熱セラミック粉末の混合物から構成されている。充填材
８が無機物と耐熱セラミック粉末との混合物から成る場
合には，混合物中にカーボンやＢＮを含有させることに
より，充填材８中に含まれる空気中の酸素を吸収するの
で，温度検知体の金属線６，７への酸化等の悪影響を断
ち，金属線６，７の断線を防止し，耐久性を向上させる
ことができる。
【００２１】又は，充填材８は，窒化ケイ素，炭化ケイ
素，窒化アルミ，アルミナの少なくとも一種以上を含む
粉末をフィラ−として脱水縮合型のガラスで結合した材
料から構成されている。
素，窒化アルミ，アルミナの少なくとも一種以上を含む
粉末をフィラ−として脱水縮合型のガラスで結合した材
料から構成されている。
【００２２】また，繊維集合体５は，耐熱性で耐溶損性
に優れ，しかも，繊維の多重構造であるので，熱衝撃で
最外殻層に亀裂が発生しても内部層へは緩やかに破壊す
るので，例えば，従来のセラミックスから成る外殻のよ
うな壊滅的な破壊に至ることがない。更に，繊維集合体
５の内部の内管２には，充填材８を充填して製造する時
にＮ2 やＡｒの不活性ガスを封入することもでき，その
状態で保護管１の端部に封止部材１３が嵌合して密閉状
態に構成されている。
に優れ，しかも，繊維の多重構造であるので，熱衝撃で
最外殻層に亀裂が発生しても内部層へは緩やかに破壊す
るので，例えば，従来のセラミックスから成る外殻のよ
うな壊滅的な破壊に至ることがない。更に，繊維集合体
５の内部の内管２には，充填材８を充填して製造する時
にＮ2 やＡｒの不活性ガスを封入することもでき，その
状態で保護管１の端部に封止部材１３が嵌合して密閉状
態に構成されている。
【００２３】−実施例１− 炭素繊維の表面にアルミナを主成分とするスラリーを塗
布した後，フィラメントワイデフィング装置により，一
端が閉端で他端が開放したＭｏ−ＺｒＯ2 製の内管２の
表面に巻き付け，内管２の外周に繊維集合体５を形成し
た。グラス管の内部に入れ，ＨＩＰ（ホットアイソスタ
ティックプレス）法により焼結し，内管２の外周面に炭
素繊維層の繊維集合体５が形成された保護管１を作製し
た。保護管１における内管２内に，窒化ケイ素，リン酸
アルミニウム〔Ａｌ（ＰＯ4 ）〕，マグネシア（Ｍｇ
Ｏ）から成るスラリー溶液を充填する。その後，内管２
内に線径が０．２ｍｍ，長さ２００ｍｍで先端が溶接さ
れたＷ−５Ｒｅ線の金属線６とＷ−２６Ｒｅ線の金属線
７を挿入し，これを熱処理によって脱水縮合反応により
硬化させた。保護管１における内管２の開口端部１４
は，Ｂ2 Ｏ3 とＺｎＯから成る緻密質ガラスから成る封
止部材１３で封止した。次いで，図示していないが，保
護管１をコレットチャックを介してステンレス製の支持
棒に固定した。
布した後，フィラメントワイデフィング装置により，一
端が閉端で他端が開放したＭｏ−ＺｒＯ2 製の内管２の
表面に巻き付け，内管２の外周に繊維集合体５を形成し
た。グラス管の内部に入れ，ＨＩＰ（ホットアイソスタ
ティックプレス）法により焼結し，内管２の外周面に炭
素繊維層の繊維集合体５が形成された保護管１を作製し
た。保護管１における内管２内に，窒化ケイ素，リン酸
アルミニウム〔Ａｌ（ＰＯ4 ）〕，マグネシア（Ｍｇ
Ｏ）から成るスラリー溶液を充填する。その後，内管２
内に線径が０．２ｍｍ，長さ２００ｍｍで先端が溶接さ
れたＷ−５Ｒｅ線の金属線６とＷ−２６Ｒｅ線の金属線
７を挿入し，これを熱処理によって脱水縮合反応により
硬化させた。保護管１における内管２の開口端部１４
は，Ｂ2 Ｏ3 とＺｎＯから成る緻密質ガラスから成る封
止部材１３で封止した。次いで，図示していないが，保
護管１をコレットチャックを介してステンレス製の支持
棒に固定した。
【００２４】−実施例２− 保護管１に，炭素繊維とシリカ繊維及びアルミナ繊維を
捩じりながら巻き付けた。繊維を巻き付けた保護管１を
鉄溶湯に浸した際に，シリカ繊維のみが溶融し，炭素繊
維の表面に被膜が形成していることが分かった。
捩じりながら巻き付けた。繊維を巻き付けた保護管１を
鉄溶湯に浸した際に，シリカ繊維のみが溶融し，炭素繊
維の表面に被膜が形成していることが分かった。
【００２５】−実施例３− 炭素繊維をポリカルボシラン溶液に浸した後，保護管１
に巻き付け，これを窒素雰囲気中で熱処理を行なった。
ポリカルボシランは，炭化ケイ素となって炭素繊維の表
面に被膜を形成した。
に巻き付け，これを窒素雰囲気中で熱処理を行なった。
ポリカルボシランは，炭化ケイ素となって炭素繊維の表
面に被膜を形成した。
【００２６】−実施例４− 実施例１，実施例２及び実施例３で作製した熱電対を用
いて，約１７５０℃の製鋼溶湯の測温を行なったとこ
ろ，安定化するまでの時間は，約１０秒となった。これ
らの熱電対を，７００回以上にわたって製鋼溶湯の測温
を行なったが，耐久性を有しており，反復使用が可能で
あることが分かった。
いて，約１７５０℃の製鋼溶湯の測温を行なったとこ
ろ，安定化するまでの時間は，約１０秒となった。これ
らの熱電対を，７００回以上にわたって製鋼溶湯の測温
を行なったが，耐久性を有しており，反復使用が可能で
あることが分かった。
【００２７】比較のため，比較例として，保護管を，本
発明のような繊維集合体５を用いることなく，モノリシ
ック材製の保護管で熱電対を作製した。比較例の熱電対
を，同様に，約１７５０℃の製鋼溶湯に入れて測温を行
い，その応答性をテストした。比較例の熱電対は，熱衝
撃により１０数回の繰り返しの測温によって，亀裂が内
部まで進展し，使用不能となった。
発明のような繊維集合体５を用いることなく，モノリシ
ック材製の保護管で熱電対を作製した。比較例の熱電対
を，同様に，約１７５０℃の製鋼溶湯に入れて測温を行
い，その応答性をテストした。比較例の熱電対は，熱衝
撃により１０数回の繰り返しの測温によって，亀裂が内
部まで進展し，使用不能となった。
【００２８】
【発明の効果】この発明による繊維補強型熱電対は，上
記のように，保護管が高熱伝導率の内管を繊維集合体で
巻き付けた構造を有するので，耐熱性で耐久性に富むと
共に，測温応答性を大幅に向上させることができる。ま
た，外側の繊維集合体によって保護管の亀裂の進展が内
部まで進展せず，製鋼溶湯の７００回以上の繰り返しの
測温が高精度に且つ迅速に測温でき，耐久性を向上で
き，長寿命の熱電対を提供できる。
記のように，保護管が高熱伝導率の内管を繊維集合体で
巻き付けた構造を有するので，耐熱性で耐久性に富むと
共に，測温応答性を大幅に向上させることができる。ま
た，外側の繊維集合体によって保護管の亀裂の進展が内
部まで進展せず，製鋼溶湯の７００回以上の繰り返しの
測温が高精度に且つ迅速に測温でき，耐久性を向上で
き，長寿命の熱電対を提供できる。
【図１】この発明による繊維補強型熱電対の一実施例を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図２】図１の繊維補強型熱電対の符号Ａ−Ａにおける
拡大断面図である。
拡大断面図である。
【図３】繊維集合体を構成する被膜で被覆された炭素繊
維の拡大断面図である。
維の拡大断面図である。
１ 保護管 ２ 内管 ３ 温度検知体 ４ 受熱部 ５ 繊維集合体 ６，７ Ｗ−Ｒｅ素線 ８ 充填材 ９ 測温部 １０ 内管の内面 １１ 被膜繊維 １２ 被膜 １３ 封止部材（耐熱部材とガラス） １４ 開口端部 １５ 繊維体から成るコア部
Claims (9)
- 【請求項１】 先端に外部の露出した受熱部を備えた内
管と該内管の外側の金属溶湯に接する部分に多重に巻き
付けられ且つ表面に被覆された被膜を有する被膜繊維か
ら構成された繊維集合体とから構成された保護管，前記
内管内に充填された耐熱性材料から成る充填材，及び前
記充填材中に配置され且つ端部が結線された測温部を構
成する異なる組成の一対の金属線，から成る繊維補強型
熱電対。 - 【請求項２】 前記繊維の表面に被覆された前記被膜
は，アルミナ，炭化ケイ素，窒化ケイ素，酸化ケイ素で
形成されていることから成る請求項１に記載の繊維補強
型熱電対。 - 【請求項３】 前記繊維集合体を構成する前記被膜繊維
の繊維体から成るコア部は，炭素繊維，炭化ケイ素繊
維，窒化ケイ素繊維，アルミナ繊維のいずれか１種，或
いはそれらの集合体から構成されていることから成る請
求項１に記載の繊維補強型熱電対。 - 【請求項４】 前記内管は，セラミックス，サーメッ
ト，耐熱金属のいずれかの材料で形成されていることか
ら成る請求項１〜３のいずれか１項に記載の繊維補強型
熱電対。 - 【請求項５】 前記金属線は，Ｗ−５Ｒｅ合金とＷ−２
６Ｒｅ合金，或いはＰｔとＰｔ−Ｒｈ合金で形成されて
いることから成る請求項１〜４のいずれか１項に記載の
繊維補強型熱電対。 - 【請求項６】 前記充填材は，チタン添加の反応焼結窒
化ケイ素から成る耐熱セラミックスで構成されているこ
とから成る請求項１〜５のいずれか１項に記載の繊維補
強型熱電対。 - 【請求項７】 前記充填材は，窒化ケイ素粉末フィラー
とする有機ケイ素ポリマーから転化した無機物と耐熱セ
ラミック粉末の混合物から構成されていることから成る
請求項１〜５のいずれか１項に記載の繊維補強型熱電
対。 - 【請求項８】 前記充填材は，窒化ケイ素，炭化ケイ
素，窒化アルミ，アルミナの少なくとも一種以上を含む
粉末をフィラ−として脱水縮合型のガラスで結合した材
料から構成されていることから成る請求項１〜５のいず
れか１項に記載の繊維補強型熱電対。 - 【請求項９】 前記充填材は，Ｏ，Ａｌ，Ｍｇ，Ｐを含
んでいることから成る請求項１〜８のいずれか１項に記
載の繊維補強型熱電対。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10261646A JP2000088667A (ja) | 1998-09-16 | 1998-09-16 | 繊維補強型熱電対 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10261646A JP2000088667A (ja) | 1998-09-16 | 1998-09-16 | 繊維補強型熱電対 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000088667A true JP2000088667A (ja) | 2000-03-31 |
Family
ID=17364802
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10261646A Pending JP2000088667A (ja) | 1998-09-16 | 1998-09-16 | 繊維補強型熱電対 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000088667A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002082524A1 (en) * | 2001-03-30 | 2002-10-17 | Tokyo Electron Limited | Heat treating device |
| US20140127635A1 (en) * | 2011-06-28 | 2014-05-08 | Lg Innotek Co., Ltd. | Vacuum heat treatment apparatus |
| WO2015021096A1 (en) * | 2013-08-07 | 2015-02-12 | Ametek, Inc. | High temperature probe |
| US9429481B2 (en) | 2012-08-31 | 2016-08-30 | Ametek, Inc. | Apparatus and method for measuring total air temperature within an airflow |
| EA037107B1 (ru) * | 2014-03-11 | 2021-02-08 | Эметек, Инк. | Высокотемпературный пробник |
| CN116539176A (zh) * | 2023-04-17 | 2023-08-04 | 西北核技术研究所 | 一种快响近净高强测温热电偶及其制备工艺和应用 |
| CN118255595A (zh) * | 2024-04-03 | 2024-06-28 | 中电国际新能源海南有限公司 | 一种热电偶表面的涂层材料的制备方法 |
-
1998
- 1998-09-16 JP JP10261646A patent/JP2000088667A/ja active Pending
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002082524A1 (en) * | 2001-03-30 | 2002-10-17 | Tokyo Electron Limited | Heat treating device |
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| US9846084B2 (en) * | 2011-06-28 | 2017-12-19 | Lg Innotek Co., Ltd. | Vacuum heat treatment apparatus |
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| WO2015021096A1 (en) * | 2013-08-07 | 2015-02-12 | Ametek, Inc. | High temperature probe |
| CN105556265A (zh) * | 2013-08-07 | 2016-05-04 | 阿米特克公司 | 高温探测器 |
| US10408683B2 (en) | 2013-08-07 | 2019-09-10 | Ametek, Inc. | High temperature probe |
| EA033593B1 (ru) * | 2013-08-07 | 2019-11-07 | Ametek Inc | Высокотемпературный пробник |
| CN105556265B (zh) * | 2013-08-07 | 2020-04-10 | 阿米特克公司 | 高温探测器 |
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