JP2000352561A - 微細単線の熱伝導率測定装置 - Google Patents
微細単線の熱伝導率測定装置Info
- Publication number
- JP2000352561A JP2000352561A JP11163218A JP16321899A JP2000352561A JP 2000352561 A JP2000352561 A JP 2000352561A JP 11163218 A JP11163218 A JP 11163218A JP 16321899 A JP16321899 A JP 16321899A JP 2000352561 A JP2000352561 A JP 2000352561A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- wire
- thermal conductivity
- fine
- sample
- hot wire
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 極微細単線の熱伝導率を測定するための効果
的で、しかも、簡単な構成による微細単線の熱伝導率測
定装置を提供する。 【解決手段】 微細単線の熱伝導率測定装置において、
基板１と、この基板１に配置される一対の電流・電圧端
子２，３と、この一対の電流・電圧端子２，３間に配設
される熱線１１と、この熱線に直列に接続される標準抵
抗と、前記熱線１１に対向して配置される熱溜端子４
と、一端が前記熱線１１の中央部に接続され、他端が前
記熱溜端子４に接続される試料細線１５とを備え、前記
熱線と標準抵抗に直流電流を印加したときの前記熱線及
び標準抵抗の両端の電圧を測定することにより、前記熱
線の加熱量及び平均温度を求め、その結果に基づいて前
記試料細線の熱線へ取り付けられた端部の熱流束及び温
度を算出することにより、微細単線の熱伝導率の測定を
行う。
的で、しかも、簡単な構成による微細単線の熱伝導率測
定装置を提供する。 【解決手段】 微細単線の熱伝導率測定装置において、
基板１と、この基板１に配置される一対の電流・電圧端
子２，３と、この一対の電流・電圧端子２，３間に配設
される熱線１１と、この熱線に直列に接続される標準抵
抗と、前記熱線１１に対向して配置される熱溜端子４
と、一端が前記熱線１１の中央部に接続され、他端が前
記熱溜端子４に接続される試料細線１５とを備え、前記
熱線と標準抵抗に直流電流を印加したときの前記熱線及
び標準抵抗の両端の電圧を測定することにより、前記熱
線の加熱量及び平均温度を求め、その結果に基づいて前
記試料細線の熱線へ取り付けられた端部の熱流束及び温
度を算出することにより、微細単線の熱伝導率の測定を
行う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、微細単線の熱伝導
率測定装置に関するものである。
率測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、炭素繊維素材やアモルファス金属
細線等、熱的特性、電気的特性、磁気的特性に優れた様
々な機能性線材が開発されている。これらの線材の特性
評価は、線材の分子構造とも関連させて種々の観点から
検討されているが、その中でも熱的特性すなわち熱伝導
率は重要な評価項目の一つとなっている。
細線等、熱的特性、電気的特性、磁気的特性に優れた様
々な機能性線材が開発されている。これらの線材の特性
評価は、線材の分子構造とも関連させて種々の観点から
検討されているが、その中でも熱的特性すなわち熱伝導
率は重要な評価項目の一つとなっている。
【０００３】しかし、直径が数十μｍ程度以下の極微細
な線材について、その熱伝導率を測定することは非常に
困難であり、信頼性の高い測定法は確立されておらず、
したがって、極微細な線材に対して精度良く熱伝導率を
求めるための新しい測定装置の開発が望まれている。
な線材について、その熱伝導率を測定することは非常に
困難であり、信頼性の高い測定法は確立されておらず、
したがって、極微細な線材に対して精度良く熱伝導率を
求めるための新しい測定装置の開発が望まれている。
【０００４】一般的に、熱伝導率の測定法は、定常法と
非定常法とに分けられる。これらの測定法の基本原理
は、いずれも直接通電あるいはヒータやレーザなどによ
り測定試料に熱量を加え、試料に生じる温度勾配や非定
常温度応答を測定することによって、熱伝導率あるいは
温度伝導率を求めるものである。
非定常法とに分けられる。これらの測定法の基本原理
は、いずれも直接通電あるいはヒータやレーザなどによ
り測定試料に熱量を加え、試料に生じる温度勾配や非定
常温度応答を測定することによって、熱伝導率あるいは
温度伝導率を求めるものである。
【０００５】従って、加熱量と温度そして測定の際の熱
損失を正確に測定、評価する必要がある。
損失を正確に測定、評価する必要がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、測定試
料の熱伝導率が非常に高く、しかも、径が非常に細い線
材の場合、その熱伝導率を測定する際に以下のような問
題が生じる。
料の熱伝導率が非常に高く、しかも、径が非常に細い線
材の場合、その熱伝導率を測定する際に以下のような問
題が生じる。
【０００７】（１）微小熱量計測：測定試料が極微細で
あるため、加熱方法が難しく、また加熱量も非常に小さ
くなり、正確な測定が困難となる。
あるため、加熱方法が難しく、また加熱量も非常に小さ
くなり、正確な測定が困難となる。
【０００８】（２）高精度な温度計測：測定試料の熱伝
導率が高いため、同一熱流束に対する温度勾配が非常に
小さくなる。従って、非常に高い精度の温度計測を必要
とする。しかも、測定試料が極微細な場合、センサの取
り付けは不可能で温度計測がさらに困難となる。
導率が高いため、同一熱流束に対する温度勾配が非常に
小さくなる。従って、非常に高い精度の温度計測を必要
とする。しかも、測定試料が極微細な場合、センサの取
り付けは不可能で温度計測がさらに困難となる。
【０００９】従来の研究では、極微細な線材を多数束ね
た形に成形した試料について測定を行うことにより、上
記の困難を回避している例が多い。しかし、このような
測定法の場合、測定結果に繊維素材間の空気層あるいは
充填材の影響を正しく評価するといった新たな困難が生
じるため、繊維素材そのものの熱伝導率を精度良く求め
るには限界がある。
た形に成形した試料について測定を行うことにより、上
記の困難を回避している例が多い。しかし、このような
測定法の場合、測定結果に繊維素材間の空気層あるいは
充填材の影響を正しく評価するといった新たな困難が生
じるため、繊維素材そのものの熱伝導率を精度良く求め
るには限界がある。
【００１０】レーザを用いて、極微細な単線の温度伝導
率を測定した研究例はあるが、これは直接熱伝導率を測
定するものではないため、熱伝導率を求める際に比熱及
び密度の測定誤差の影響が含まれる。一方、極微細な単
線に関して熱伝導率を直接測定した研究例も見られる
が、その測定法は非常に複雑な試料の懸架部を有し、測
定そのものもかなり難しい手法によるものである。ま
た、電気的に不良導な繊維素材に対しては適用できない
等の問題点もある。
率を測定した研究例はあるが、これは直接熱伝導率を測
定するものではないため、熱伝導率を求める際に比熱及
び密度の測定誤差の影響が含まれる。一方、極微細な単
線に関して熱伝導率を直接測定した研究例も見られる
が、その測定法は非常に複雑な試料の懸架部を有し、測
定そのものもかなり難しい手法によるものである。ま
た、電気的に不良導な繊維素材に対しては適用できない
等の問題点もある。
【００１１】熱伝導率は、炭素繊維素材やアモルファス
金属細線などの極微細単線の熱特性を評価するための、
最も重要な特性の一つである。しかしながら、上記した
ように、一般に、このような数十μｍ付近かそれ未満の
極微細単線の熱伝導率を測定することは非常に困難であ
る。
金属細線などの極微細単線の熱特性を評価するための、
最も重要な特性の一つである。しかしながら、上記した
ように、一般に、このような数十μｍ付近かそれ未満の
極微細単線の熱伝導率を測定することは非常に困難であ
る。
【００１２】したがって、その結果、極微細単線の熱伝
導率を測定するための、効果的で精度の高い新たな方法
が強く望まれている。
導率を測定するための、効果的で精度の高い新たな方法
が強く望まれている。
【００１３】本発明は、上記状況に鑑みて、極微細単線
の熱伝導率を測定するための効果的で、しかも、簡単な
構成による微細単線の熱伝導率測定装置を提供すること
を目的とする。
の熱伝導率を測定するための効果的で、しかも、簡単な
構成による微細単線の熱伝導率測定装置を提供すること
を目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、 〔１〕微細単線の熱伝導率測定装置において、基板と、
この基板に配置される一対の電流・電圧端子と、この一
対の電流・電圧端子間に配設される熱線と、この熱線に
直列に接続される標準抵抗と、前記熱線に対向して配置
される熱溜端子と、一端が前記熱線に接続され、もう一
端が前記熱溜端子に接続される試料細線とを備え、前記
熱線及び標準抵抗に直流電流を印加したときの前記熱線
及び標準抵抗の両端の電圧を測定することにより、前記
熱線の加熱量及び平均温度を求め、その結果に基づいて
前記試料細線の熱線へ取り付けられた端部の熱流束及び
温度を算出することにより、微細単線の熱伝導率の測定
を行うようにしたものである。
成するために、 〔１〕微細単線の熱伝導率測定装置において、基板と、
この基板に配置される一対の電流・電圧端子と、この一
対の電流・電圧端子間に配設される熱線と、この熱線に
直列に接続される標準抵抗と、前記熱線に対向して配置
される熱溜端子と、一端が前記熱線に接続され、もう一
端が前記熱溜端子に接続される試料細線とを備え、前記
熱線及び標準抵抗に直流電流を印加したときの前記熱線
及び標準抵抗の両端の電圧を測定することにより、前記
熱線の加熱量及び平均温度を求め、その結果に基づいて
前記試料細線の熱線へ取り付けられた端部の熱流束及び
温度を算出することにより、微細単線の熱伝導率の測定
を行うようにしたものである。
【００１５】〔２〕上記〔１〕記載の微細単線の熱伝導
率測定装置において、前記熱線及び標準抵抗の両端の電
圧を制御装置で制御されるディジタルマルチメータによ
り精緻に計測するようにしたものである。
率測定装置において、前記熱線及び標準抵抗の両端の電
圧を制御装置で制御されるディジタルマルチメータによ
り精緻に計測するようにしたものである。
【００１６】〔３〕上記〔１〕記載の微細単線の熱伝導
率測定装置において、前記熱線が白金である。
率測定装置において、前記熱線が白金である。
【００１７】〔４〕上記〔１〕記載の微細単線の熱伝導
率測定装置において、前記試料細線が白金である。
率測定装置において、前記試料細線が白金である。
【００１８】〔５〕上記〔１〕記載の微細単線の熱伝導
率測定装置において、前記試料細線が銅である。
率測定装置において、前記試料細線が銅である。
【００１９】〔６〕上記〔１〕記載の微細単線の熱伝導
率測定装置において、前記試料細線が炭素繊維素材であ
る。
率測定装置において、前記試料細線が炭素繊維素材であ
る。
【００２０】〔７〕上記〔１〕記載の微細単線の熱伝導
率測定装置において、前記試料細線がアモルファス金属
細線である。
率測定装置において、前記試料細線がアモルファス金属
細線である。
【００２１】上記のように構成したので、熱線に一定の
電流を供給することによって熱線は一定の発熱量で加熱
され、平均温度が上昇するが、熱線の両端は初期温度に
保たれる。試料細線の一端は熱線の中央部に取り付けら
れて加熱され、もう一方の端は熱溜端子に取り付けられ
ているため、温度は初期温度に保たれる。熱線の加熱量
と平均温度上昇との関係についての解析結果及び測定結
果より、試料細線の熱線側端部の温度と、熱線から試料
細線へ伝えられる熱流束を正確に求めることができる。
電流を供給することによって熱線は一定の発熱量で加熱
され、平均温度が上昇するが、熱線の両端は初期温度に
保たれる。試料細線の一端は熱線の中央部に取り付けら
れて加熱され、もう一方の端は熱溜端子に取り付けられ
ているため、温度は初期温度に保たれる。熱線の加熱量
と平均温度上昇との関係についての解析結果及び測定結
果より、試料細線の熱線側端部の温度と、熱線から試料
細線へ伝えられる熱流束を正確に求めることができる。
【００２２】したがって、単一の試料細線の熱伝導率を
容易に測定することができる。
容易に測定することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図を
参照しながら説明する。
参照しながら説明する。
【００２４】図１は本発明の実施例を示す微細単線の熱
伝導率測定装置の斜視図、図２はその微細単線の熱伝導
率測定システムの模式図である。
伝導率測定装置の斜視図、図２はその微細単線の熱伝導
率測定システムの模式図である。
【００２５】図１において、１は基板であり、その基板
に電流・電圧端子２，３と熱溜端子４とを配置する。そ
こで、電流・電圧端子２と電流・電圧端子３間に熱線１
１を、その熱線１１の中間点１４と熱溜端子４間に試料
細線１５を配置する。なお、１２は熱線１１の一端で、
電流・電圧端子２に接続され、１３は熱線１１のもう一
方の端で、電流・電圧端子３に接続されている。試料細
線１５の一端１６は熱線１１の中間点１４に接続され、
試料細線１５のもう一方の端１７は熱溜端子４に接続さ
れる。
に電流・電圧端子２，３と熱溜端子４とを配置する。そ
こで、電流・電圧端子２と電流・電圧端子３間に熱線１
１を、その熱線１１の中間点１４と熱溜端子４間に試料
細線１５を配置する。なお、１２は熱線１１の一端で、
電流・電圧端子２に接続され、１３は熱線１１のもう一
方の端で、電流・電圧端子３に接続されている。試料細
線１５の一端１６は熱線１１の中間点１４に接続され、
試料細線１５のもう一方の端１７は熱溜端子４に接続さ
れる。
【００２６】この微細単線の熱伝導率測定システムは、
図２に示すように、プローブとしての熱線１１と標準抵
抗２２を直列に配置して、それらに直流電源２３から電
流を印加して、熱線１１の両端電圧をディジタルマルチ
メータ（電圧抵抗ミリアンペア計）２５で測定し、標準
抵抗２２の両端電圧をディジタルマルチメータ（電圧抵
抗ミリアンペア計）２６で測定する。なお、２４は直流
電源２３およびディジタルマルチメータ（電圧抵抗ミリ
アンペア計）２５，２６を制御する制御装置である。
図２に示すように、プローブとしての熱線１１と標準抵
抗２２を直列に配置して、それらに直流電源２３から電
流を印加して、熱線１１の両端電圧をディジタルマルチ
メータ（電圧抵抗ミリアンペア計）２５で測定し、標準
抵抗２２の両端電圧をディジタルマルチメータ（電圧抵
抗ミリアンペア計）２６で測定する。なお、２４は直流
電源２３およびディジタルマルチメータ（電圧抵抗ミリ
アンペア計）２５，２６を制御する制御装置である。
【００２７】そこで、熱線１１として半径ｒh ＝５０．
４μｍ、長さｌh ＝８．８５ｍｍのＰｔ（白金）線を用
いた装置を試作し、微細試料細線として直径５０μｍの
Ｃｕ（銅）線及び直径１００μｍの白金線の、それぞれ
熱伝導率が既知の微細単線を用いた測定を各３回行っ
た。それぞれの測定結果を表１および表２に示す。本法
による熱伝導率の測定値は銅、白金のいずれについても
従来の推奨値（参照値）と予めシミュレーションにより
評価された誤差の範囲内で一致している。
４μｍ、長さｌh ＝８．８５ｍｍのＰｔ（白金）線を用
いた装置を試作し、微細試料細線として直径５０μｍの
Ｃｕ（銅）線及び直径１００μｍの白金線の、それぞれ
熱伝導率が既知の微細単線を用いた測定を各３回行っ
た。それぞれの測定結果を表１および表２に示す。本法
による熱伝導率の測定値は銅、白金のいずれについても
従来の推奨値（参照値）と予めシミュレーションにより
評価された誤差の範囲内で一致している。
【００２８】
【表１】
【００２９】
【表２】
【００３０】以下、この測定装置による熱伝導率測定の
原理および感度について説明する。
原理および感度について説明する。
【００３１】図３は本発明の実施例を示す物理モデルと
座標システムを示す図である。
座標システムを示す図である。
【００３２】この図において、半径ｒh 、長さＬh の熱
線１１は両端１２，１３をリード線（電流・電圧端子）
２，３で支えられており、一定の直流電流Ｉを供給する
ことにより、一定の発熱量で加熱される。また、半径ｒ
f 、長さＬf の試料細線１５の一端１６を熱線１１の中
央部１４に取付け、もう一方の端１７を銅線（熱溜端
子）４で支える構成になっており、熱線１１は試料細線
１５を取り付けた位置１６の両側において二つに分離さ
れ、それぞれの長さをＬh1及びＬh2とする。測定の全行
程の間、熱線１１の両端１２，１３および試料細線１５
のもう一方の端１７は初期温度に保たれている。試料細
線１５の一端１６の温度は、熱線λh 及び試料細線λf
の熱伝導率の値、熱線１１の全体の加熱量、熱線１１及
び試料細線１５の熱伝達係数に依存する。
線１１は両端１２，１３をリード線（電流・電圧端子）
２，３で支えられており、一定の直流電流Ｉを供給する
ことにより、一定の発熱量で加熱される。また、半径ｒ
f 、長さＬf の試料細線１５の一端１６を熱線１１の中
央部１４に取付け、もう一方の端１７を銅線（熱溜端
子）４で支える構成になっており、熱線１１は試料細線
１５を取り付けた位置１６の両側において二つに分離さ
れ、それぞれの長さをＬh1及びＬh2とする。測定の全行
程の間、熱線１１の両端１２，１３および試料細線１５
のもう一方の端１７は初期温度に保たれている。試料細
線１５の一端１６の温度は、熱線λh 及び試料細線λf
の熱伝導率の値、熱線１１の全体の加熱量、熱線１１及
び試料細線１５の熱伝達係数に依存する。
【００３３】この実施例の測定原理は、熱線１１に取り
付けたピン・フィン（ｐｉｎ ｆｉｎ）の伝熱現象に基
づいている。実験では、熱線１１の平均温度及び全体の
発熱量を正確に測定することができる。一方、熱線１１
及び試料細線１５に沿ったそれぞれの１次元定常熱伝導
の理論解析から、熱線１１の加熱量、体積平均温度、試
料細線の熱線側端部１６における温度及び熱流束の間の
定量的関係式が得られる。したがって、熱線１１の加熱
量および体積平均温度の測定値とこの関係式を用いるこ
とにより、単一の試料細線１５の熱伝導率を容易に測定
することができる。
付けたピン・フィン（ｐｉｎ ｆｉｎ）の伝熱現象に基
づいている。実験では、熱線１１の平均温度及び全体の
発熱量を正確に測定することができる。一方、熱線１１
及び試料細線１５に沿ったそれぞれの１次元定常熱伝導
の理論解析から、熱線１１の加熱量、体積平均温度、試
料細線の熱線側端部１６における温度及び熱流束の間の
定量的関係式が得られる。したがって、熱線１１の加熱
量および体積平均温度の測定値とこの関係式を用いるこ
とにより、単一の試料細線１５の熱伝導率を容易に測定
することができる。
【００３４】本測定装置による測定法は、電気伝導性の
有無にかかわらず、すなわち、金属及び非金属の両方の
試料細線に適用できる。
有無にかかわらず、すなわち、金属及び非金属の両方の
試料細線に適用できる。
【００３５】上記のように、熱線１１の両端１２，１３
及び試料細線１５の一端１７を、熱線１１と試料細線１
５に比べて熱伝導率が高く、熱容量の大きいリード線
（電流・電圧端子２，３および熱溜端子４）で支える。
したがって、熱線１１の両端１２，１３と試料細線１５
の一端１７は、測定の全工程の間、初期温度を保ってい
ると仮定できる。熱線１１及び試料細線１５で半径方向
に温度が一様だと仮定すると、関連する基礎式は１次元
熱伝導方程式となり、以下のような無次元の形で表せ
る。
及び試料細線１５の一端１７を、熱線１１と試料細線１
５に比べて熱伝導率が高く、熱容量の大きいリード線
（電流・電圧端子２，３および熱溜端子４）で支える。
したがって、熱線１１の両端１２，１３と試料細線１５
の一端１７は、測定の全工程の間、初期温度を保ってい
ると仮定できる。熱線１１及び試料細線１５で半径方向
に温度が一様だと仮定すると、関連する基礎式は１次元
熱伝導方程式となり、以下のような無次元の形で表せ
る。
【００３６】熱線部Ｉに対して
【００３７】
【数１】
【００３８】熱線部IIに対して
【００３９】
【数２】
【００４０】試料細線に対して
【００４１】
【数３】
【００４２】ここで、パラメータＲc 及びＲp は、熱線
と試料細線の熱伝導率の比及び熱拡散率の比である。Ｒ
d は、熱線と試料細線の半径比であり、以下のように、
定義される。
と試料細線の熱伝導率の比及び熱拡散率の比である。Ｒ
d は、熱線と試料細線の半径比であり、以下のように、
定義される。
【００４３】
【数４】
【００４４】上記式（１）〜（３）における無次元変数
は、以下のように定義される。
は、以下のように定義される。
【００４５】
【数５】
【００４６】ここで、Ｂｉは、熱線及び試料細線の周囲
の自然対流及び放射伝熱の効果を含むビオー数である。
の自然対流及び放射伝熱の効果を含むビオー数である。
【００４７】初期温度は以下のようになる。
【００４８】
【数６】
【００４９】また、境界条件は以下のようになる。
【００５０】
【数７】
【００５１】現在の伝熱モデルに対しては、加熱開始
後、実時間で１秒程度で定常状態に達することが確かめ
られている。したがって、基礎方程式（１）〜（３）に
おいて、左辺をゼロとした定常熱伝導を考える。
後、実時間で１秒程度で定常状態に達することが確かめ
られている。したがって、基礎方程式（１）〜（３）に
おいて、左辺をゼロとした定常熱伝導を考える。
【００５２】これらの方程式の一般解は、以下のように
表せる。
表せる。
【００５３】
【数８】
【００５４】
【数９】
【００５５】
【数１０】
【００５６】ここで、パラメータｍh とｍf は以下のよ
うに定義される。
うに定義される。
【００５７】
【数１１】
【００５８】上記式（７）で与えられる境界条件を考慮
に入れると、定数Ｂ1 ，Ｂ2 ，Ｃ1，Ｃ2 ，Ｄ1 及びＤ
2 は、以下のように求められる。
に入れると、定数Ｂ1 ，Ｂ2 ，Ｃ1，Ｃ2 ，Ｄ1 及びＤ
2 は、以下のように求められる。
【００５９】
【数１２】
【００６０】ここで、Ｓ1 ，Ｓ2 及びＵは以下のように
定義される。
定義される。
【００６１】
【数１３】
【００６２】熱線の無次元体積平均温度は、以下のよう
に表せる。
に表せる。
【００６３】
【数１４】
【００６４】上記式（８）及び（９）を上記式（１４）
に代入すると、熱線の無次元体積平均温度の最終的な形
は、以下のようになる。
に代入すると、熱線の無次元体積平均温度の最終的な形
は、以下のようになる。
【００６５】
【数１５】
【００６６】熱線の加熱量および体積平均温度の測定値
を代入して、ニュートン法によって上記式（１５）を解
くと、試料細線の熱伝導率を正確に求めることができ
る。
を代入して、ニュートン法によって上記式（１５）を解
くと、試料細線の熱伝導率を正確に求めることができ
る。
【００６７】以下に、試料細線１５の熱伝導率の測定誤
差におよぼす様々なパラメータの影響を明らかにするた
めに、感度分析を行う。測定感度Ｓは以下のように定義
される。
差におよぼす様々なパラメータの影響を明らかにするた
めに、感度分析を行う。測定感度Ｓは以下のように定義
される。
【００６８】
【数１６】
【００６９】ここで、Ｔvhは熱線の体積平均温度であ
り、λf は試料細線の熱伝導率である。
り、λf は試料細線の熱伝導率である。
【００７０】図４は感度Ｓにおよぼす熱線の熱伝導率の
影響を示し、縦軸は感度Ｓ（Ｋ2 ｍ／Ｗ）、横軸は試料
細線の熱伝導率λf （Ｗ／ｍＫ）である。
影響を示し、縦軸は感度Ｓ（Ｋ2 ｍ／Ｗ）、横軸は試料
細線の熱伝導率λf （Ｗ／ｍＫ）である。
【００７１】図４に示すように、試料細線の熱伝導率λ
f の値が増加するにつれて感度は著しく低下する。しか
し、この低下の程度はλf が高くなるにつれて緩やかに
なる。λf ＝１０００Ｗ／ｍＫの時、感度は約０．００
１Ｋ2 ｍ／Ｗである。熱線として、白金線が用いられる
とき、温度測定の不確かさを０．０１Ｋ未満にすること
が可能である。上記式（１６）に基づくと、温度の不確
かさが０．０１Ｋ未満の場合、試料細線の熱伝導率の不
確かさは僅か１％にすぎない。一方、この図に示すよう
に、熱線の熱伝導率λh が大きくなるに従って、感度も
高くなる。
f の値が増加するにつれて感度は著しく低下する。しか
し、この低下の程度はλf が高くなるにつれて緩やかに
なる。λf ＝１０００Ｗ／ｍＫの時、感度は約０．００
１Ｋ2 ｍ／Ｗである。熱線として、白金線が用いられる
とき、温度測定の不確かさを０．０１Ｋ未満にすること
が可能である。上記式（１６）に基づくと、温度の不確
かさが０．０１Ｋ未満の場合、試料細線の熱伝導率の不
確かさは僅か１％にすぎない。一方、この図に示すよう
に、熱線の熱伝導率λh が大きくなるに従って、感度も
高くなる。
【００７２】図５は感度におよぼす熱線の長さの影響を
示す図であり、縦軸は感度Ｓ（Ｋ2ｍ／Ｗ）、横軸は試
料細線の熱伝導率λf （Ｗ／ｍＫ）を示している。
示す図であり、縦軸は感度Ｓ（Ｋ2ｍ／Ｗ）、横軸は試
料細線の熱伝導率λf （Ｗ／ｍＫ）を示している。
【００７３】この図に示すように、熱線の長さが増加す
るに従って、感度は低くなる。約１０００Ｗ／ｍＫの熱
伝導率測定の場合、不確かさを１％未満、つまりＳ＞
０．００１にするためには、熱線の長さは８ｍｍ未満で
なくてはならない。
るに従って、感度は低くなる。約１０００Ｗ／ｍＫの熱
伝導率測定の場合、不確かさを１％未満、つまりＳ＞
０．００１にするためには、熱線の長さは８ｍｍ未満で
なくてはならない。
【００７４】図６は感度におよぼす試料細線の長さの影
響を示す図であり、縦軸は感度Ｓ（Ｋ2 ｍ／Ｗ）、横軸
は試料細線の熱伝導率λf （Ｗ／ｍＫ）を示している。
響を示す図であり、縦軸は感度Ｓ（Ｋ2 ｍ／Ｗ）、横軸
は試料細線の熱伝導率λf （Ｗ／ｍＫ）を示している。
【００７５】この図に示すように、試料細線の熱伝導率
が低い場合、感度は試料細線の長さに影響を受ける。し
かし、λf ≧８００Ｗ／ｍＫの時、この影響は小さくな
る。この図から、１０ｍｍ程度までの長さをもつ試料細
線の場合、感度は０．００１Ｋ2 ｍ／Ｗ以上であること
がわかる。
が低い場合、感度は試料細線の長さに影響を受ける。し
かし、λf ≧８００Ｗ／ｍＫの時、この影響は小さくな
る。この図から、１０ｍｍ程度までの長さをもつ試料細
線の場合、感度は０．００１Ｋ2 ｍ／Ｗ以上であること
がわかる。
【００７６】図７は感度におよぼす試料細線の半径の影
響を示す図であり、縦軸は感度Ｓ（Ｋ2 ｍ／Ｗ）、横軸
は試料細線の熱伝導率λf （Ｗ／ｍＫ）を示している。
響を示す図であり、縦軸は感度Ｓ（Ｋ2 ｍ／Ｗ）、横軸
は試料細線の熱伝導率λf （Ｗ／ｍＫ）を示している。
【００７７】この図に示すように、試料細線の熱伝導率
が低い領域では、試料細線の半径が大きくなるにつれ感
度も高くなる。しかし、熱伝導率が高い領域では傾向が
逆転し、半径が小さくなるほど、感度が高くなる。した
がって、測定試料の半径が固定された場合、熱線部の半
径は、試料細線の熱伝導率にしたがって適切な値に設定
することが必要となる。
が低い領域では、試料細線の半径が大きくなるにつれ感
度も高くなる。しかし、熱伝導率が高い領域では傾向が
逆転し、半径が小さくなるほど、感度が高くなる。した
がって、測定試料の半径が固定された場合、熱線部の半
径は、試料細線の熱伝導率にしたがって適切な値に設定
することが必要となる。
【００７８】この図は、試料細線の半径が２５μｍ以下
であれば、感度は０．００１Ｋ2 ｍ／Ｗ以上であること
を示している。
であれば、感度は０．００１Ｋ2 ｍ／Ｗ以上であること
を示している。
【００７９】図８は細線周りの熱伝達の影響を示す図で
あり、縦軸は感度Ｓ（Ｋ2 ｍ／Ｗ）、横軸は試料細線の
熱伝導率λf （Ｗ／ｍＫ）を示している。
あり、縦軸は感度Ｓ（Ｋ2 ｍ／Ｗ）、横軸は試料細線の
熱伝導率λf （Ｗ／ｍＫ）を示している。
【００８０】この図に示すように、細線周りの熱伝達が
増加するにつれ、感度が低くなるのは明らかである。熱
伝達係数が１５Ｗ／ｍ2 Ｋ以下であれば、熱伝達係数の
不確かさが１０％であっても、熱伝導率の測定誤差は１
％未満となる。
増加するにつれ、感度が低くなるのは明らかである。熱
伝達係数が１５Ｗ／ｍ2 Ｋ以下であれば、熱伝達係数の
不確かさが１０％であっても、熱伝導率の測定誤差は１
％未満となる。
【００８１】本発明に係る測定装置は、直径１０〜３０
μｍの単線につき、±１％の誤差内で１０００Ｗ／ｍＫ
までの範囲の熱伝導率を求めることができる。さらに、
白金線（直径１００μｍ）と銅線（直径５０μｍ）のサ
ンプルを用いた予備実験を行い、本装置の有効性を確か
めた。
μｍの単線につき、±１％の誤差内で１０００Ｗ／ｍＫ
までの範囲の熱伝導率を求めることができる。さらに、
白金線（直径１００μｍ）と銅線（直径５０μｍ）のサ
ンプルを用いた予備実験を行い、本装置の有効性を確か
めた。
【００８２】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、それらを本発明の範囲から排除するものではな
い。
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、それらを本発明の範囲から排除するものではな
い。
【００８３】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、 （Ａ）極微細単線の熱伝導率を測定するための効果的で
しかも簡単な構成による微細単線の熱伝導率測定装置を
提供することができる。
よれば、 （Ａ）極微細単線の熱伝導率を測定するための効果的で
しかも簡単な構成による微細単線の熱伝導率測定装置を
提供することができる。
【００８４】（Ｂ）熱線及び標準抵抗の両端の電圧を制
御装置で制御されるディジタルマルチメータにより精緻
に計測することにより、正確な微細単線の熱伝導率を計
測することができる。
御装置で制御されるディジタルマルチメータにより精緻
に計測することにより、正確な微細単線の熱伝導率を計
測することができる。
【００８５】（Ｃ）電気伝導性の有無にかかわらず、す
なわち、金属及び非金属の両方の試料細線に適用するこ
とができる。
なわち、金属及び非金属の両方の試料細線に適用するこ
とができる。
【図１】本発明の実施例を示す微細単線の熱伝導率測定
装置の斜視図である。
装置の斜視図である。
【図２】本発明の実施例を示す微細単線の熱伝導率測定
システムの模式図である。
システムの模式図である。
【図３】本発明の実施例を示す物理モデルと座標システ
ムを示す図である。
ムを示す図である。
【図４】熱線の熱伝導率が感度に及ぼす影響を示す図で
ある。
ある。
【図５】熱線の長さが感度に及ぼす影響を示す図であ
る。
る。
【図６】試料細線の長さが感度に及ぼす影響を示す図で
ある。
ある。
【図７】試料細線の半径が感度に及ぼす影響を示す図で
ある。
ある。
【図８】細線まわりの熱伝達が感度に及ぼす影響を示す
図である。
図である。
１ 基板 ２，３ 電流・電圧端子 ４ 熱溜端子 １１ 熱線（プローブ） １２ 熱線の一端 １３ 熱線のもう一方の端 １４ 熱線の中間点 １５ 試料細線 １６ 試料細線の一端 １７ 試料細線のもう一方の端 ２２ 標準抵抗 ２３ 直流電源 ２４ 制御装置 ２５，２６ ディジタルマルチメータ（電圧抵抗ミリ
アンペア計）
アンペア計）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G040 AB08 AB09 BA08 BA12 BA25 DA22 EA02 EA11 EB02 EC03 FA01 FA04 FA10 HA10 HA16 ZA05
Claims (7)
- 【請求項１】 微細単線の熱伝導率測定装置において、
（ａ）基板と、（ｂ）該基板に配置される一対の電流・
電圧端子と、（ｃ）該一対の電流・電圧端子間に配設さ
れる熱線と、（ｄ）該熱線に直列に接続される標準抵抗
と、（ｅ）前記熱線に対向して配置される熱溜端子と、
（ｆ）一端が前記熱線に接続され、もう一端が前記熱溜
端子に接続される試料細線とを備え、（ｇ）前記熱線と
標準抵抗に直流電流を印加したときの前記熱線及び標準
抵抗の両端の電圧を測定することにより、前記熱線の加
熱量及び平均温度を求め、その結果に基づいて前記試料
細線の熱線へ取り付けられた端部の熱流束及び温度を算
出することにより微細単線の熱伝導率の測定を行うこと
を特徴とする微細単線の熱伝導率測定装置。 - 【請求項２】 請求項１記載の微細単線の熱伝導率測定
装置において、前記熱線及び標準抵抗の両端の電圧を制
御装置で制御されるディジタルマルチメータにより精緻
に計測することを特徴とする微細単線の熱伝導率測定装
置。 - 【請求項３】 請求項１記載の微細単線の熱伝導率測定
装置において、前記熱線が白金であることを特徴とする
微細単線の熱伝導率測定装置。 - 【請求項４】 請求項１記載の微細単線の熱伝導率測定
装置において、前記試料細線が白金であることを特徴と
する微細単線の熱伝導率測定装置。 - 【請求項５】 請求項１記載の微細単線の熱伝導率測定
装置において、前記試料細線が銅であることを特徴とす
る微細単線の熱伝導率測定装置。 - 【請求項６】 請求項１記載の微細単線の熱伝導率測定
装置において、前記試料細線が炭素繊維素材であること
を特徴とする微細単線の熱伝導率測定装置。 - 【請求項７】 請求項１記載の微細単線の熱伝導率測定
装置において、前記試料細線がアモルファス金属細線で
あることを特徴とする微細単線の熱伝導率測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16321899A JP3670167B2 (ja) | 1999-06-10 | 1999-06-10 | 微細単線の熱伝導率測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16321899A JP3670167B2 (ja) | 1999-06-10 | 1999-06-10 | 微細単線の熱伝導率測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000352561A true JP2000352561A (ja) | 2000-12-19 |
| JP3670167B2 JP3670167B2 (ja) | 2005-07-13 |
Family
ID=15769562
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16321899A Expired - Fee Related JP3670167B2 (ja) | 1999-06-10 | 1999-06-10 | 微細単線の熱伝導率測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3670167B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010261957A (ja) * | 2009-05-08 | 2010-11-18 | Qinghua Univ | 一次元材料の熱伝導率測定装置及び測定方法 |
| CN109580708A (zh) * | 2018-12-27 | 2019-04-05 | 西南科技大学 | 热线法瞬态测量材料热物性的电压测量方法 |
-
1999
- 1999-06-10 JP JP16321899A patent/JP3670167B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010261957A (ja) * | 2009-05-08 | 2010-11-18 | Qinghua Univ | 一次元材料の熱伝導率測定装置及び測定方法 |
| CN109580708A (zh) * | 2018-12-27 | 2019-04-05 | 西南科技大学 | 热线法瞬态测量材料热物性的电压测量方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3670167B2 (ja) | 2005-07-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zhang et al. | Simultaneous measurements of the thermal conductivity and thermal diffusivity of molten salts with a transient short-hot-wire method | |
| Sajben | Hot wire anemometer in liquid mercury | |
| JPS6270722A (ja) | 感温体を有する装置の較正装置および較正方法 | |
| US3360990A (en) | Thermoelectric liquid level indicating system | |
| JP2000352561A (ja) | 微細単線の熱伝導率測定装置 | |
| JP2898333B2 (ja) | 長尺状試料の熱膨張係数測定方法およびその装置 | |
| JP3235272B2 (ja) | 配線の評価方法及び評価装置 | |
| Zhang et al. | Short-hot-wire method for the measurement of the thermal conductivity of a fine fibre | |
| JP2567441B2 (ja) | 熱伝導率の測定方法、測定装置およびサーミスタ | |
| US2204797A (en) | Temperature measuring apparatus | |
| Kim et al. | The thermoelectric inhomogeneity of palladium wire | |
| JP2865601B2 (ja) | 電流の制御方法と流体の特性の測定方法 | |
| JP3146357B2 (ja) | 短時間微小重力環境を用いた液状物質の熱伝導度精密測定法 | |
| CN218272495U (zh) | 电阻率测定装置 | |
| JPH03506076A (ja) | 電磁エージングパラメータを有する１個または１個以上の素子のエージングについて加速された決定をおこなうための方法および装置 | |
| Hodgetts | A method of measuring the thermal conductivity of wire coatings | |
| SU1377696A1 (ru) | Способ определени теплопроводности и характеристик теплообмена | |
| US1121834A (en) | Electrical measuring apparatus. | |
| RU2126956C1 (ru) | Тепловой расходомер | |
| SU1318885A1 (ru) | Способ измерени теплопроводности материалов | |
| JPH04105053A (ja) | 溶融樹脂の熱伝導率測定方法 | |
| CN114740043A (zh) | 平行双线热源对称点测温的液体热物性装置及测量方法 | |
| CN115791875A (zh) | 一种微米线热导率和热扩散率测量系统及方法 | |
| JP2673550B2 (ja) | 熱定数測定装置の流動性試料用プローブおよび流動性試料の熱定数の測定方法 | |
| SU741125A1 (ru) | Устройство дл измерени теплопроводности твердых материалов |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20031031 |
|
| RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20031210 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040816 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20041130 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20050412 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20050413 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |