JPS61184428A - Fiber type temperature sensor - Google Patents
Fiber type temperature sensorInfo
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- JPS61184428A JPS61184428A JP60024129A JP2412985A JPS61184428A JP S61184428 A JPS61184428 A JP S61184428A JP 60024129 A JP60024129 A JP 60024129A JP 2412985 A JP2412985 A JP 2412985A JP S61184428 A JPS61184428 A JP S61184428A
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K11/00—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00
- G01K11/32—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in transmittance, scattering or luminescence in optical fibres
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、2s00″C以上の高温の火炎、ガス流な
どの流度を測定することのできるファイバ型濡度七ンサ
に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a fiber type wetness sensor that can measure the flow rate of flame, gas flow, etc. at a high temperature of 2s00''C or higher.
〔C米技術とその問題点」
従来、aooo℃以上の高温の火炎、ガス流などの温度
を測定するには、次のような方法が知られている・まず
、Pi−Pt+Ruの熱電対を水冷して用いる方法があ
る。しかし、この方法は正確さにかけ、水冷化行うため
絶対測定力1不’BT能で、測定の手間も面倒である。[C technology and its problems] Conventionally, the following methods are known to measure the temperature of flames, gas flows, etc. at temperatures above aooo degrees Celsius. First, a Pi-Pt+Ru thermocouple is used. There is a way to cool it with water. However, this method relies on accuracy and uses water cooling, so the absolute measuring power is 1 BT, and the measurement is troublesome.
また、放射湿度シ[により大炎の外部からその内部温度
を推定する方法がある。この方法は内部温度を推定する
もので−あるため、内部温度の正確、高精度な測定は側
底不可能である。さらにガス流にレーザー元を照射して
そのラマン散乱を検出し・、これにより温度を求める方
法もある。しかし、この方法は大掛かりな装置が心安で
あり、計算器による解析も必要であり、一般的でない欠
点がある。There is also a method of estimating the internal temperature of a large flame from the outside using radiant humidity. Since this method estimates the internal temperature, it is not possible to accurately and accurately measure the internal temperature. Another method is to irradiate the gas flow with a laser source and detect the Raman scattering, thereby determining the temperature. However, this method requires large-scale equipment, requires analysis by a computer, and has drawbacks that are not common.
このため、近時酸化アルミニウム、WI化イツトリウム
などの耐熱性酸化物からなる7アイパの先端に、イリジ
ウム、オスミウム、タングステンなどのff#熱金属の
ONを付着せしめてなる温度センサが考えられている。For this reason, a temperature sensor has recently been considered in which an FF# thermometal ON such as iridium, osmium, or tungsten is attached to the tip of a 7-eyeper made of a heat-resistant oxide such as aluminum oxide or yttrium oxide. .
このセンサは、その先端部を火炎内に置くことにより加
熱されて発光し、その発光スペクトルにより温度を検出
するようになっており、火炎などの内部温度を直接測定
することができ、かつ装置もコンパクトであるなどの特
長!有するものである。When the tip of this sensor is placed in a flame, it is heated and emits light, and the temperature is detected based on the emission spectrum.It can directly measure the internal temperature of a flame, etc., and is also easy to use. Features include being compact! It is something that you have.
しかしながら、この温度センサにあっては、7アイパを
なす耐熱性酸化物と薄膜をなす耐熱金属とが高湿度で反
応する傾向にあるため、高湿度で長時間の測定できない
不都合があった0例えば、酸化アルミニウムの7アイパ
にイリジウム薄膜を形成したセンサでは、最高耐用温度
が2200℃で、常用温度が200θ°Cである。この
ため、灯油士酸素炎の2700℃、酸水素炎の27IO
″C5プロパン+O素炎の2100℃などの250θ°
C以上の火炎やガスfAiの温度を測定することは不可
能であった。However, in this temperature sensor, the heat-resistant oxide that forms the eyelid and the heat-resistant metal that forms the thin film tend to react at high humidity, so there is the inconvenience that long-term measurement cannot be performed at high humidity. In a sensor in which an iridium thin film is formed on an aluminum oxide 7-iper, the maximum withstand temperature is 2200°C and the normal operating temperature is 200θ°C. For this reason, the temperature is 2700℃ for the kerosene oxygen flame, and 27IO for the oxyhydrogen flame.
``250θ° such as 2100℃ of C5 propane + O flame
It was impossible to measure the temperature of the flame or gas fAi above C.
そこで、この発明にあっては・酸化トリウムよりなる単
結晶ファイバの一端に酸イヒセリウムを少量ドープする
ことにより、センサにコざoo’c以上の融唐な持たせ
て耐熱性を大きく向上せしめ、上記問題点を解決するよ
うにした。Therefore, in this invention, by doping a small amount of ichcerium oxide at one end of a single crystal fiber made of thorium oxide, the sensor has a melting power of more than 100%, greatly improving heat resistance. I tried to solve the above problems.
第1図はこの発明のファイバ型温度センサの一例を示す
もので、図中符号1はこの発明のファイバ型温度センサ
である。この温度センサ1は、ファイバ部2とセンサ部
3とから構成されているうファイバ部2は、酸化トリウ
ム(’rho、)の単結晶からなる径l朋程度のファイ
バである。また、センサ部3は、ファイバ孔2の一端に
ファイバ孔2と一体に同径で形成され、酸化セリウム(
Ce(J2)をドープした酸化トリウム単結晶からなっ
ている。FIG. 1 shows an example of a fiber type temperature sensor of the present invention, and reference numeral 1 in the figure indicates the fiber type temperature sensor of the present invention. This temperature sensor 1 is composed of a fiber part 2 and a sensor part 3. The fiber part 2 is a fiber made of a single crystal of thorium oxide ('rho) and having a diameter of about l. Further, the sensor section 3 is formed integrally with the fiber hole 2 at one end and has the same diameter, and is made of cerium oxide (
It is made of thorium oxide single crystal doped with Ce(J2).
また、センサl!ls3の先端は、ファイバ部2の軸方
向に対して≠50の角度に切断さn、研摩されている。Also, sensor l! The tip of ls3 is cut at an angle of ≠50 with respect to the axial direction of fiber portion 2, and polished.
このセンサ部3は、酸化セリウムがドープさnているた
め、lJl+熱されるとその温度に応じたスペクトルを
ともなって発光し、この発光スペクトルによって温度を
預ることができる。酸化セリウムのドープ量は0.0/
〜/′Ji111%で十分である。Since this sensor part 3 is doped with cerium oxide, when it is heated to lJl+, it emits light with a spectrum corresponding to the temperature, and the temperature can be controlled by this emission spectrum. The doping amount of cerium oxide is 0.0/
~/'Ji 111% is sufficient.
このため、センサ部3は融点/960℃の酸イヒセリウ
ムをドープしているにもかかわらず、その童が上述のよ
うに少量であるので、2ざ00℃以上の#&点を示し、
ファイバ部2は廠化トリウム単結晶からなるので、ao
so℃の融虞な持ち、センサ1全体として2g:00″
C程度の温度に充分耐え、コgoo’cまでの湿度な測
定できる〇このような7アイパ型fn度センサ1は、第
2図に示すように、ファイバ孔2の他端にロッドレンズ
4を結合し、さらにロッドレンズ4と検出器5とを元フ
ァイバ6で粘合し、検出器5と表示器7をm=Mして温
度計として使用に供される。そして、上記センサ1のセ
ンサ部3を火炎中に置けば、火炎中の温度な預ることが
できる。特に、センサ830寸法が径lOW度と小さい
ので、火炎中の各位置(、内炎、外炎な・ど)の温度を
測定することができる口
次に、この温度センサ1の製造方法について説明する0
まず、酸化トリ吟ム粉末な圧粉成形法によって丸棒状の
ロッドとする。この際、ロッドの一端部を形成する酸化
トリウム粉末に酸化セリウム粉末を所定型配合しておく
。ついで、このロッドをゾーンメルト法によって単結晶
化するa IJu熱源どしては通常のあ導加熱も使用で
きるが、ここでは酸化トリウムが高融点であるので、C
O,レーザー光を使用するのが好ましい。第3図に示す
ように、ロッド8の上端部にCO,レーザー光を照射し
、ロッド8を回転させなからゆっくりと上方に引き上げ
て移動させる。C(J、レーザー光の耐部分は加熱*f
g融し、冷却時に単結晶化する。For this reason, even though the sensor part 3 is doped with Ichcerium oxide having a melting point of 960°C, since the amount is small as described above, it shows a #& point of 200°C or more.
Since the fiber portion 2 is made of thorium single crystal, ao
2g:00'' for sensor 1 as a whole
The 7-eye type fn degree sensor 1 is capable of withstanding temperatures up to about 30°C and can measure humidity up to 50°C, as shown in FIG. Then, the rod lens 4 and the detector 5 are bonded together with the original fiber 6, and the detector 5 and the indicator 7 are set so that m=M and used as a thermometer. If the sensor part 3 of the sensor 1 is placed in a flame, the temperature in the flame can be maintained. In particular, since the sensor 830 has a small diameter of 10 degrees, it can measure the temperature at each position in the flame (inner flame, outer flame, etc.) Next, we will explain the manufacturing method of this temperature sensor 1. 0 to do
First, a round bar-shaped rod is formed using triglyceride oxide powder. At this time, a predetermined amount of cerium oxide powder is mixed with the thorium oxide powder forming one end of the rod. Next, this rod is single-crystalized by the zone melt method.Although normal conduction heating can be used as an IJu heat source, here, since thorium oxide has a high melting point, C
O, it is preferable to use laser light. As shown in FIG. 3, the upper end of the rod 8 is irradiated with CO and laser light, and the rod 8 is slowly pulled upward and moved without rotating. C(J, parts resistant to laser light are heated*f
g, and becomes a single crystal when cooled.
この単結晶化に伴い、径が縮少し、ファイバ状となり、
下端孔の酸化セリウム粉末を混合した部分8aは、酸化
トリウムがドープされた状態となり、センサ部3が形成
される。ファイバ孔2およびセンサ部3の仕上り径が一
定となるように、ロッド8の仕上げ速度が調節される0
ついで、得られた7アイパのセンサ部3のi部を弘5°
の角度に、またファイバ部2の部品を900の角度にそ
れぞれ切断し、研摩すれば、目間とする温度センサ1が
得られる◇
〔実験例〕
酸化トリ吟ム粉末を圧粉成形して、径3N、長さ300
M!lのロッドを作成した。ロッドの下端の長さ6朋の
部分の粉末には、酸化セリウム粉末なaoszm%混合
した。このロッドの粉末セリ9ムが混合さnていない上
端部から、出力10WのCO2レーザー光を照射して9
口熱し、ロッドを序々に引き上げて上端部より単結晶化
した。単結晶化により径はl龍となり、長さも坦縮し、
酸イヒセリウムドープ部(センサ部)、の長さ弘龍、フ
ァイバ部の灸さ/1fOBとなった。このアアイ/ぐの
端部を上述のごとく、ti s QおよびqQoに切断
。Along with this single crystallization, the diameter decreases and becomes fiber-like.
The portion 8a of the lower end hole mixed with the cerium oxide powder is doped with thorium oxide, and the sensor portion 3 is formed. The finishing speed of the rod 8 is adjusted so that the finished diameters of the fiber hole 2 and the sensor section 3 are constant.
Then, the i part of the sensor part 3 of the obtained 7-aipa was rotated by 5 degrees.
By cutting the parts of the fiber part 2 at an angle of 900 degrees and polishing them, the temperature sensor 1 with the gap can be obtained. Diameter 3N, length 300
M! 1 rod was made. The powder at the 6 mm length of the lower end of the rod was mixed with aoszm% of cerium oxide powder. A CO2 laser beam with an output of 10W was irradiated from the upper end of this rod where the powdered serium was not mixed.
Excited, I gradually pulled up the rod and crystallized it from the upper end. Due to single crystallization, the diameter becomes l-long, the length also shrinks,
The length of the Ichcerium acid doped part (sensor part) was 1 fOB, and the length of the fiber part was 1 fOB. Cut the ends of this eye/gu into ti s Q and qQo as described above.
研摩し、温度センサとした。It was polished and made into a temperature sensor.
この温度センサのセンサ部を酢水素炎の最高温度部に挿
入したところ、全く融解しないことが確めらnた。When the sensor part of this temperature sensor was inserted into the highest temperature part of the acetic acid-hydrogen flame, it was confirmed that it did not melt at all.
ついで、この温度センサに、第2図に示すよう結合して
検出器と従続して温度計とした。この湿度計を温度既知
の黒体炉を用いて2200℃まで較正した。なお、検出
器には、ホトダイオードを出い、波長θgμmの元を受
光してその強度を求め、これにより温度な求める方式の
ものを使用した。This temperature sensor was then connected to a detector as shown in FIG. 2 to form a thermometer. This hygrometer was calibrated to 2200° C. using a blackbody furnace with a known temperature. The detector used was one that received light at a wavelength of θ g μm from a photodiode and determined its intensity, thereby determining the temperature.
この結果、この温度センサは600A−2コ00℃の範
囲で2111が可能であることがわかった。また・これ
により酸水素炎の温度分布を測定したところ、第弘図に
示すような結果が得られた。As a result, it was found that this temperature sensor is capable of 2111 in the range of 600A-200C. Furthermore, when the temperature distribution of the oxyhydrogen flame was measured using this method, the results shown in Figure 1 were obtained.
以上説明したように、この発明のファイバ型温度センサ
は、酸什トリウム単結晶よりなるファイバの一端に酸化
セリウムをドープしてなるものであるので一酸(t’セ
リウムのドープ皺が微かであることから、酸化トリウム
のJ 000 ’C以上の高融点が生かされ、2g00
”C程度の常用温度が達成でき、コアIO’Cの酸水素
炎は勿論、2ざ00℃のプロパン+酸素炎に対しても′
tJI!J濡可能となる。As explained above, the fiber-type temperature sensor of the present invention is made by doping one end of the fiber made of thorium oxide single crystal with cerium oxide, so that the doping wrinkles of monoacid (t'cerium) are slight. Therefore, the high melting point of thorium oxide, which is higher than J 000'C, is utilized, and 2g00
It is possible to achieve a common temperature of about 100°F, and it can be used not only for core IO'C oxyhydrogen flame, but also for propane + oxygen flame at 200°C.
tJI! J becomes possible to get wet.
また、センサ自体が小型であるので、火炎内’fAsの
各位置での温度などの小さい領域の温度も測定5f能で
ある◇In addition, since the sensor itself is small, it is capable of measuring temperatures in small areas such as the temperature at each position of 'fAs within the flame.◇
第1IQは、この発明のファイバ型温度センサの一ガを
示す側面図、第2図はこの発明のファイバ型温度センサ
を由いた温度計の例を示す概略構成図、第3図はこの発
明のセンサの製造方法を示す概略構成図、第φ図は実験
例で得られたm度七ンサを由い′″C酸水素炎の各部の
温度を測定した結果を示すflQ明図である、
1・・・・・・ファイバ型温度センサ、2・・・・・・
ファイバ部、3・・・・・・センサ部。
第2図
区
Oフ
派1IQ is a side view showing one part of the fiber-type temperature sensor of this invention, FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing an example of a thermometer based on the fiber-type temperature sensor of this invention, and FIG. A schematic configuration diagram showing the manufacturing method of the sensor, and Fig. ...Fiber type temperature sensor, 2...
Fiber part, 3...Sensor part. Figure 2 Ward Ofu faction
Claims (1)
ウムをドープしてなるファイバ型温度センサ。A fiber type temperature sensor made of a single crystal thorium oxide fiber doped with cerium oxide at one end.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60024129A JPS61184428A (en) | 1985-02-09 | 1985-02-09 | Fiber type temperature sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60024129A JPS61184428A (en) | 1985-02-09 | 1985-02-09 | Fiber type temperature sensor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61184428A true JPS61184428A (en) | 1986-08-18 |
| JPH056858B2 JPH056858B2 (en) | 1993-01-27 |
Family
ID=12129696
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60024129A Granted JPS61184428A (en) | 1985-02-09 | 1985-02-09 | Fiber type temperature sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61184428A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2018537662A (en) * | 2016-09-20 | 2018-12-20 | ルマセンス テクノロジーズ ホールディングズ, インク. | Temperature probe |
-
1985
- 1985-02-09 JP JP60024129A patent/JPS61184428A/en active Granted
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2018537662A (en) * | 2016-09-20 | 2018-12-20 | ルマセンス テクノロジーズ ホールディングズ, インク. | Temperature probe |
| US10591365B2 (en) | 2016-09-20 | 2020-03-17 | Lumasense Technologies Holdings, Inc. | Temperature probe |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH056858B2 (en) | 1993-01-27 |
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