JP2017026385A - 熱伝導率測定装置、熱伝導率測定方法、及び真空度評価装置 - Google Patents
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Abstract
Description
また、本発明は、短時間で効率よく真空度を評価することを一つの目的とする。
Y=aX-b …(1)
(但し、式(1)において、Xは前記測定対象物の熱伝導率、Yは前記示差熱電対の出力電圧の時間変化率、a,bは定数。)
Y=aX-b …(1)
(但し、式(1)において、Xは前記測定対象物の熱伝導率、Yは前記示差熱電対の出力電圧の時間変化率、a,bは定数。)
また、本発明によれば、短時間で効率よく真空度を評価することができる。
実施の形態
図1は、本発明の実施の形態による熱伝導率測定装置10の構成を示す図である。図1に示すように、熱伝導率測定装置10は、測定部11、表示装置12、制御装置13、コンピュータ(計算装置、真空度評価部)14を備えている。測定部11、表示装置12、制御装置13、コンピュータ14は、通信回線を介して接続されている。熱伝導率測定装置10は、必要に応じて、バーコード、QRコード(登録商標)リーダーなどを備え、測定対象物に付与されたバーコードを読み取り、自動的に測定対象物を識別できるようにしてもよい。
ヒーター21は、熱抵抗材22と真空断熱材などの測定対象物30に接触するように配置される。ヒーター21は、中央部に測定する熱流を発生する主熱発生部、その外周に、横方向のヒートブリッジを防ぐ副熱発生部を備えた2重構造としてもよい。ヒーター21には、温度変化の少ない材料(コンスタンタン等)を用いる。ヒーター21は、例えば、カバーレイとコンスタンタンシートを貼り付けて、エッチングでヒーターのパターンを作成した薄いフィルム状のものとすることができる。主熱発生部のメインヒーターは、例えば外形φ28mm、内部抵抗は約45Ω、供給電流は100mAとすることができる。副熱発生部のガードヒータは、メインヒーターの外周にドーナツ状に配置し、例えば幅6mm、内部抵抗は約45Ω、供給電流は100mAとすることができる。
示差熱電対23は、熱抵抗材2内部の少なくとも一対の2点間で温度差を測定できるように設けられている。温度差を測定する2点は、ヒーター21からの熱流の方向に沿って配置されるようにすると、2点間で温度差が発生しやすくなるため望ましい。例えば、図3に示すように、一方の点T1(温接点)をヒーター21に接する面に設け、他方の点T2(冷接点)を点T1から熱流の方向(図3では鉛直方向)に移動した位置(例えばT1から20mm離れた位置。)に設けるようにしてもよい。示差熱電対23には、例えば銅−コンスタンタン熱電対を用いることができる。線径は例えばφ0.1mm、抵抗値は15Ωとすることができる。
まず、測定対象物30を測定部11のヒーター21に接するようにセットし、測定に必要なパラメータがコンピュータ14を介して制御装置13に入力される。パラメータは、例えば、ヒーター21に供給される電流値、熱伝導率の算出に必要な定数等である。それらの準備が整うと、測定が開始される(ステップS1)。
さらに、コンピュータ14は、算出した時間変化率に基づいて、測定対象物30の熱伝導率を算出する(ステップS6)。従来は、正確な熱伝導率を測定するために、温度差が定常状態に達するまでヒーター21に電流を供給して測定を行っていたため、2分程度の測定時間が必要であった。これに対し、本実施形態では、示差熱電対23の出力電圧をリアルタイムに時間微分して時間変化率を算出し、算出した時間変化率に基づいて測定対象物30の熱伝導率を算出するので、測定時間は従来の半分以下で済み、短時間で正確な熱伝導率を測定することができる。
(a,bは、定数)
定数a,bは、2種類以上の熱伝導率が既知のサンプルを用いて測定を行った結果を式(1)にあてはめることにより、あらかじめ求めておくことができる。なお、定数a,bの算出に用いるサンプルは、熱伝導率が測定対象物30の熱伝導率に概ね近い値であることが望ましい。サンプルは、できれば5種類以上用意し、それぞれについて2〜3回、熱伝導率測定装置10において測定を行い、各サンプルについての示差熱電対23の出力の平均値を求める。コンピュータ14は、式(1)のYに、示差熱電対23の出力電圧の時間変化率(傾き)を当てはめることにより、測定対象物30の熱伝導率を算出することができる。
本発明による熱伝導率測定装置は、測定対象物30が真空断熱材等である場合、熱伝導率を用いて測定対象物30の真空度を評価する真空度評価装置として用いることもできる。この場合、コンピュータ14に、測定する真空断熱材の真空度を評価するためのパラメータ(合否判定の閾値となる熱伝導率等)を記憶しておく。コンピュータ14は、例えば、算出した測定対象物30の熱伝導率を閾値となる熱伝導率と比較し、測定値が閾値以下であれば合格と判定し、測定値が閾値よりも大きい場合には不合格と判定する。
Claims (12)
- 熱伝導率の測定対象物に接するように配置された熱発生源と、
前記熱発生源に接するように配置された熱抵抗材と、
前記熱発生源から熱が流れることによって発生する前記熱抵抗材の2点間の温度差に起因する電圧値を測定する、少なくとも1対の示差熱電対と、
前記示差熱電対の出力電圧の時間変化率を算出し、算出した前記時間変化率に基づいて、前記測定対象物の熱伝導率を算出する計算装置と、を備えた熱伝導率測定装置。 - 前記計算装置は、
式(1)を用いて、前記測定対象物の熱伝導率を算出する、請求項1に記載の熱伝導率測定装置。
Y=aX-b …(1)
(但し、式(1)において、Xは前記測定対象物の熱伝導率、Yは前記示差熱電対の出力電圧の時間変化率、a,bは定数。) - 前記式(1)における定数a,bは、2種類以上の熱伝導率が既知の材料を用いて測定を行った結果を式(1)にあてはめることにより求められた値である、請求項2に記載の熱伝導率測定装置。
- 前記計算装置は、
あらかじめ2種類以上の熱伝導率が既知の材料を用いて測定を行い、各材料の熱伝導率と、各材料について測定を行った際の前記示差熱電対の出力電圧の時間変化率との関係から求められた直線の式を用いて、前記測定対象物の熱伝導率を算出する、請求項1に記載の熱伝導率測定装置。 - 2つ以上の前記示差熱電対を備え、各々の示差熱電対は、それぞれ異なる2点間の温度差に起因する電圧値を測定し、各々の示差熱電対は直列接続され、
前記計算装置は、直列接続された複数の示差熱電対の出力の時間変化率を算出し、算出した時間変化率に基づいて、前記測定対象物の熱伝導率を算出する、請求項1から4のいずれか1項に記載の熱伝導率測定装置。 - 前記熱発生源の前記測定対象物と接する表面に、前記測定対象物の凹凸形状を吸収する緩衝材を備えた、請求項1から5のいずれか1項に記載の熱伝導率測定装置。
- 前記熱発生源からの横方向の熱流によって前記熱抵抗材内部に生じる温度差を測定する機構を備え、
前記計算装置は、測定された横方向の温度差を用いて、前記測定対象物の熱伝導率を補正する、請求項1から6のいずれか1項に記載の熱伝導率測定装置。 - 制御装置が、熱伝導率の測定対象物と熱抵抗材に接するように配置された熱発生源から熱を発生させ、
計算装置が、示差熱電対によって測定された、前記熱抵抗材の2点間の温度差に起因する電圧値を取得し、
前記計算装置が、前記示差熱電対の出力電圧の時間変化率を算出し、
前記計算装置が、算出した前記時間変化率に基づいて、前記測定対象物の熱伝導率を算出する、熱伝導率測定方法。 - 前記計算装置は、
式(1)を用いて、前記測定対象物の熱伝導率を算出する、請求項8に記載の熱伝導率測定方法。
Y=aX-b …(1)
(但し、式(1)において、Xは前記測定対象物の熱伝導率、Yは前記示差熱電対の出力電圧の時間変化率、a,bは定数。) - 前記式(1)における定数a,bは、2種類以上の熱伝導率が既知の材料を用いて測定を行った結果を式(1)にあてはめることにより求められた値である、請求項9に記載の熱伝導率測定方法。
- 前記計算装置は、
あらかじめ2種類以上の熱伝導率が既知の材料を用いて測定を行い、各材料の熱伝導率と、各材料について測定を行った際の前記示差熱電対の出力電圧の時間変化率との関係から求められた直線の式を用いて、前記測定対象物の熱伝導率を算出する、請求項8に記載の熱伝導率測定方法。 - 真空度の測定対象物に接するように配置された熱発生源と、
前記熱発生源に接するように配置された熱抵抗材と、
前記熱発生源から熱が流れることによって発生する前記熱抵抗材の2点間の温度差に起因する電圧値を測定する、少なくとも1対の示差熱電対と、
前記示差熱電対の出力電圧の時間変化率を算出し、算出した前記時間変化率に基づいて、前記測定対象物の熱伝導率を算出する計算装置と、
算出された前記熱伝導率に基づいて、前記測定対象物の真空度を評価する真空度評価部と、を備えた真空度評価装置。
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JP2015143273A JP6634546B2 (ja) | 2015-07-17 | 2015-07-17 | 熱伝導率測定装置、熱伝導率測定方法、及び真空度評価装置 |
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WO2018100608A1 (ja) * | 2016-11-29 | 2018-06-07 | 英弘精機株式会社 | 熱伝導率測定装置、熱伝導率測定方法、及び真空度評価装置 |
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