JP2019090756A - 熱流束センサおよび熱量計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】計測対象物から放出される熱量を高精度に計測することができる熱流束センサを提供する。【解決手段】熱流束センサは、第１センサ部４と第２センサ部５とを備える。第１センサ部４は、複数の熱電部材のそれぞれが互いに電気的に接続された第１熱電変換部７を有する。第１熱電変換部７は、計測対象物から第１センサ部４を通過して放出される熱流束に応じた電気的な出力を発生させる。第２センサ部５は、複数の熱電部材のそれぞれが互いに電気的に接続され、かつ、第１熱電変換部７と電気的に接続されていない第２熱電変換部８を有する。第２熱電変換部８は、計測対象物から第２センサ部５を通過して放出される熱流束に応じた電気的な出力を発生させる。第２センサ部５の表面の放射率は、第１センサ部４の表面の放射率と異なる。【選択図】図１

Description

本発明は、熱流束センサおよび熱量計測装置に関するものである。

特許文献１に、ゼーベック効果を利用して熱流束を検出する熱流束センサが開示されている。この熱流束センサは、熱流束センサを通過する熱流束に応じた電気的な出力を発生する。熱流束は、単位時間および単位面積あたりの熱量である。

特開２０１６−１６６８３２号公報

上記のような従来の熱流束センサは、計測対象物の表面に設置される。熱流束センサは、計測対象物から熱流束センサを通過して空間に放出される熱流束に応じた電気的な出力を発生する。したがって、熱流束センサの出力値に基づいて熱量を演算することで、計測対象物の表面から空間に放出される単位時間および単位面積あたりの熱量を計測することができる。

しかし、熱流束センサの表面の放射率が、計測対象物の表面の放射率と異なる場合がある。この場合、熱流束センサによって計測された熱量は、計測対象物の表面から放出される実際の熱量とは異なる。なお、指定された面積から放出される単位時間あたりの熱量または指定された面積から指定された時間に放出される熱量を計測する場合においても同様である。

本発明は上記点に鑑みて、計測対象物から放出される熱量を高精度に計測することができる熱流センサおよび熱量計測装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、
計測対象物から放出される熱流束に応じた出力を発生する熱流束センサであって、
計測対象物に設置される第１センサ部（４）と、
計測対象物のうち第１センサ部が設置される部位とは別の部位に設置される第２センサ部（５）とを備え、
第１センサ部は、複数の熱電部材のそれぞれが互いに電気的に接続された第１熱電変換部（７）を有し、
第１熱電変換部は、計測対象物から第１センサ部を通過して放出される熱流束に応じた電気的な出力を発生し、
第２センサ部は、複数の熱電部材のそれぞれが互いに電気的に接続され、かつ、第１熱電変換部と電気的に接続されていない第２熱電変換部（８）を有し、
第２熱電変換部は、計測対象物から第２センサ部を通過して放出される熱流束に応じた電気的な出力を発生し、
同一の表面温度および同一の熱放射の波長で比較したとき、第２センサ部の計測対象物側とは反対側の表面（５ａ）の放射率は、第１センサ部の計測対象物側とは反対側の表面（４ａ）の放射率と異なる。

これによれば、第１熱電変換部の出力値と第２熱電変換部の出力値とを用いて、放射率と計測対象物から放出される熱量との関係を求めることができる。さらに、求めた放射率と熱量との関係と計測対象物の放射率とに基づいて、計測対象物から放出される熱量を求めることができる。よって、計測対象物から放出される熱量を高精度に計測することができる。

ここでいう熱量には、単位時間および単位面積当たりの熱量（すなわち、熱流束）、単位時間および指定された面積当たりの熱量（すなわち、熱流量）、指定された時間および指定された面積当たりの熱量（すなわち、総放熱量）が含まれる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

第１実施形態における熱量計測装置の構成を示す図である。 図１のII−II線断面図である。 図１のIII−III線断面図である。 第１実施形態における複数の第１導体パターンのレイアウトを示す図である。 第１実施形態における複数の第２導体パターンのレイアウトを示す図である。 計測対象物の放熱面のうちセンサ本体部が配置されていない部位での計測対象物の放熱を示す模式図である。 計測対象物の放熱面のうち第１センサ部が配置されている部位での計測対象物の放熱を示す模式図である。 計測対象物の放熱面のうち第２センサ部が配置されている部位での計測対象物の放熱を示す模式図である。 放射率と熱量との関係を示すグラフである。 第２実施形態におけるセンサ本体部の断面図である。 第２実施形態における複数の第１導体パターンのレイアウトを示す図である。 第３実施形態における熱量計測装置の構成を示す図である。 図１２のXIII−XIII線断面図である。 第３実施形態における複数の第１導体パターンのレイアウトを示す図である。 第３実施形態における複数の第２導体パターンのレイアウトを示す図である。 第４実施形態におけるセンサ本体部の断面図である。 第４実施形態における複数の第１導体パターンのレイアウトを示す図である。 第５実施形態における熱量計測装置の構成を示す図である。 図１８のXIXＡ−XIXＡ線断面図である。 図１８のXIXＢ−XIXＢ線断面図である。 第５実施形態における第１本体部の複数の第１導体パターンのレイアウトを示す図である。 第５実施形態における第２本体部の複数の第１導体パターンのレイアウトを示す図である。 第５実施形態における第１本体部の複数の第２導体パターンのレイアウトを示す図である。 第５実施形態における第２本体部の複数の第２導体パターンのレイアウトを示す図である。 第６実施形態における第１本体部の断面図である。 第６実施形態における第２本体部の断面図である。 第６実施形態における第１本体部の複数の第１導体パターンのレイアウトを示す図である。 第６実施形態における第２本体部の複数の第１導体パターンのレイアウトを示す図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。

（第１実施形態）
図１に示すように、本実施形態の熱量計測装置１は、センサ本体部２と、演算部３とを備える。センサ本体部２は、計測対象物から放出される熱流束に応じた出力を発生する熱流束センサである。熱流束は、単位時間および単位面積当たりの熱量である。

センサ本体部２は、第１センサ部４と第２センサ部５とを有する。センサ本体部２は、第１センサ部４と第２センサ部５とが一体化されたものである。第１センサ部４は、センサ本体部２のうち第１熱電変換部７が形成された領域である。第２センサ部５は、センサ本体部２のうち第２熱電変換部８が形成された領域である。

第１熱電変換部７は、第１配線７ａ、７ｂを介して、演算部３と電気的に接続されている。第２熱電変換部８は、第２配線８ａ、８ｂを介して、演算部３と電気的に接続されている。

演算部３は、計測対象物から放出される熱量を演算する。演算部３は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏなどを備えた周知のマイクロコンピュータによって構成される。演算部３は、ＲＯＭなどに記憶されたプログラムに従って所定の演算処理を行う。

図２、３に示すように、センサ本体部２は、絶縁基材２０と、複数の熱電部材２１、２２と、複数の第１導体パターン２３と、複数の第２導体パターン２４と、第１保護部材２５と、第２保護部材２６とを備える。

絶縁基材２０は、フィルム状である。絶縁基材２０は、第１面２０ａと、その反対側の第２面２０ｂとを有する。図２、３では、第１面２０ａは、絶縁基材２０の下面である。絶縁基材２０は、熱可塑性樹脂で構成されている。

複数の熱電部材２１、２２は、熱電変換材料で構成されている。複数の熱電部材２１、２２のそれぞれは、絶縁基材２０の内部に配置されている。具体的には、複数の熱電部材２１、２２のそれぞれは、絶縁基材２０に形成された複数の孔の内部に配置されている。

複数の熱電部材２１、２２は、複数の第１熱電部材２１と、複数の第２熱電部材２２とを含む。複数の第２熱電部材２２は、複数の第１熱電部材２１を構成する材料とは異なる材料で構成されている。複数の第１熱電部材２１を構成する材料として、例えば、Ｐ型半導体材料が挙げられる。複数の第２熱電部材２２を構成する材料として、例えば、Ｎ型半導体材料が挙げられる。複数の熱電部材２１、２２は、複数の第１熱電部材２１のそれぞれと、複数の第２熱電部材２２のそれぞれとが交互に配置されている。

複数の第１導体パターン２３および複数の第２導体パターン２４は、導体膜がパターニングされたものである。図２に示すように、複数の第１導体パターン２３は、絶縁基材２０の第１面２０ａ側に配置されている。複数の第１導体パターン２３は、複数の熱電部材２１、２２のうち隣り合う第１熱電部材２１と第２熱電部材２２とを接続する複数の第１接続部２３１を含む。

複数の第２導体パターン２４は、絶縁基材２０の第２面２０ｂ側に配置されている。複数の第２導体パターン２４は、複数の熱電部材２１、２２のうち隣り合う第１熱電部材２１と第２熱電部材２２とを接続する複数の第２接続部２４１を含む。複数の第１接続部２３１のそれぞれと複数の第２接続部２４１のそれぞれとは、複数の第１熱電部材２１のそれぞれと複数の第２熱電部材２２のそれぞれとを交互に電気的に接続している。

第１保護部材２５は、フィルム状である。第１保護部材２５は、絶縁基材２０の第１面２０ａ側に積層されている。第１保護部材２５は、複数の第１導体パターン２３を覆っている。第１保護部材２５は、熱可塑性樹脂で構成されている。

第２保護部材２６は、フィルム状である。第２保護部材２６は、絶縁基材２０の第２面２０ｂ側に積層されている。第２保護部材２６は、複数の第２導体パターン２４を覆っている。第２保護部材２６は、熱可塑性樹脂で構成されている。具体的には、第２保護部材２６は、熱可塑性のポリイミド樹脂で構成されている。

複数の第１導体パターン２３は、図４に示すように配置されている。図４は、図２、３に示される複数の第１導体パターン２３を上から見た平面図である。図４では、図２、３のセンサ本体部２のうち複数の第１導体パターン２３よりも上側の部材が省略されている。図４では、複数の熱電部材２１、２２のそれぞれの配置場所が示されている。図２は、図４のII−II線断面図に相当する。図３は、図４のIII−III線断面図に相当する。複数の第１導体パターン２３は、外部と電気的に接続される４つの接続端子部２３２ａ、２３２ｂ、２３２ｃ、２３２ｄを含む。

複数の第２導体パターン２４は、図５に示すように配置されている。図５は、図２、３に示される複数の第２導体パターン２４を上から見た平面図である。図５では、図２、３のセンサ本体部２のうち複数の第２導体パターン２４よりも上側の部材が省略されている。図５では、複数の熱電部材２１、２２のそれぞれの配置場所が示されている。

図４、５に示すように、第１センサ部４では、複数の第１接続部２３１および複数の第２接続部２４１は、４２つの接続端子部２３２ａ、２３２ｂの間において、複数の第１熱電部材２１のそれぞれと、複数の第２熱電部材２２のそれぞれとを交互に電気的に接続している。これにより、図１中の第１熱電変換部７が形成されている。

第２センサ部５では、複数の第１接続部２３１および複数の第２接続部２４１は、２つの接続端子部２３２ｃ、２３２ｄの間において、複数の第１熱電部材２１のそれぞれと、複数の第２熱電部材２２のそれぞれとを交互に電気的に接続している。これにより、第２熱電変換部８が形成されている。第２熱電変換部８は、第１熱電変換部７と直列に接続されていない。すなわち、第２熱電変換部８は、第１熱電変換部７と電気的に接続されていない。

このように、本実施形態では、第１熱電変換部７と第２熱電変換部８とが１つの多層基板に形成されている。これによって、第１センサ部４と第２センサ部５とが一体化されている。

図３に示すように、第２センサ部５は、表面処理層２７を有している。表面処理層２７は、第２保護部材２６に対する表面処理法によって第２保護部材２６の表面上に形成されている。表面処理層２７は、アルミニウムによって構成されている。表面処理法としては、スパッタ蒸着法やめっき法が採用可能である。表面処理層２７の表面は、光沢面である。

表面処理層２７は、図４、５に示すように、センサ本体部２のうち第２熱電変換部８と重なる位置に配置されている。換言すると、センサ本体部２のうち表面処理層２７と重なる位置に、第２熱電変換部８が形成されている。

図３に示すように、第１センサ部４では、第２保護部材２６が第１センサ部４の計測対象物側とは反対側の表面４ａを形成する第１表層である。第２センサ部５では、表面処理層２７が第２センサ部５の計測対象物側とは反対側の表面５ａを形成する第２表層である。表面処理層２７は、第２保護部材２６を構成する材料とは異なる材料で構成されている。同一の表面温度および同一の熱放射の波長で比較したとき、表面処理層２７の放射率は、第２保護部材２６の放射率と異なる。このため、同一の表面温度および同一の熱放射の波長で比較したとき、第２センサ部５の表面５ａの放射率は、第１センサ部４の表面４ａの放射率と異なる。

次に、本実施形態の熱量計測装置１による熱量の計測について説明する。

計測対象物から放出される熱量の計測では、センサ本体部２が計測対象物の放熱面に設置される。計測対象物の放熱面は、熱が放出される計測対象物の表面である。このとき、第２センサ部５は、計測対象物の放熱面のうち第１センサ部４が設置される部位とは異なる部位に設置される。

計測対象物の放熱面から第１センサ部４と第２センサ部５のそれぞれを通過して空間へ熱が放出される。このとき、第１熱電変換部７の第１接続部２３１側と第２接続部２４１側とに温度差が生じる。これにより、ゼーベック効果によって第１熱電変換部７に熱起電力が発生する。すなわち、第１熱電変換部７は、計測対象物から第１センサ部４を通過して放出される熱の熱流束に応じた電気的な出力を発生する。同様に、第２熱電変換部８の第１接続部２３１側と第２接続部２４１側とに温度差が生じる。これにより、ゼーベック効果によって第２熱電変換部８に熱起電力が発生する。すなわち、第２熱電変換部８は、計測対象物から第２センサ部５を通過して放出される熱の熱流束に応じた電気的な出力を発生する。熱流束は、単位時間および単位面積当たりの熱量である。熱流束の単位は、Ｗ／ｍ^２である。

演算部３は、第１熱電変換部７の出力値と第２熱電変換部８の出力値とに基づいて、放射率と計測対象物から放出される熱量との関係を求める。

ここで、放射率と計測対象物から放出される熱量との関係について説明する。図６、７、８に示すように、物体の表面から空間への放熱には、放射放熱と対流放熱とがある。放射放熱は、熱が電磁波として放出される現象である。対流放熱は、流体の流れに熱が移動する現象である。

図６に示すように、計測対象物Ｍ１の表面Ｍ１ａのうちセンサ本体部２が設置されていない部位において、計測対象物Ｍ１の表面Ｍ１ａから放出される放射放熱による、単位時間および単位面積当たりの熱量は、α_１・σ・Ｔｓ_１ ^４で表される。α_１は、計測対象物Ｍ１の表面Ｍ１ａの放射率である。σは、ステファン・ボルツマン定数である。Ｔｓ_１は、放射放熱している計測対象物Ｍ１の表面Ｍ１ａの温度である。

また、計測対象物Ｍ１の表面Ｍ１ａから放出される対流放熱による、単位時間および単位面積当たりの熱量は、ｈ・（ｔｓ１−ｔ２）で表される。ｈは、熱伝達率である。ｔｓ１は、対流放熱している計測対象物Ｍ１の表面Ｍ１ａの温度である。ｔ２は、流体の温度である。

したがって、計測対象物Ｍ１の表面Ｍ１ａから放出される、単位時間および単位面積当たりの熱量ｑ_１は、下記の式で示される。熱量ｑ_１の単位は、Ｗ／ｍ^２である。

ｑ_１＝α_１・σ・Ｔｓ_１ ^４＋ｈ・（ｔｓ１−ｔ２）
図７に示すように、第１センサ部４の表面４ａから放出される放射放熱による、単位時間および単位面積当たりの熱量は、α_２・σ・Ｔｓ_２ ^４で表される。α_２は、第１センサ部４の表面４ａの放射率である。Ｔｓ_２は、放射放熱している第１センサ部４の表面４ａの温度である。

また、第１センサ部４の表面４ａから放出される対流放熱による、単位時間および単位面積当たりの熱量は、ｈ・（ｔｓ２−ｔ２）で表される。ｔｓ２は、対流放熱している第１センサ部４の表面４ａの温度である。

したがって、第１センサ部４の表面４ａから放出される、単位時間および単位面積当たりの熱量ｑ_２は、下記の式で示される。熱量ｑ_２の単位は、Ｗ／ｍ^２である。

ｑ_２＝α_２・σ・Ｔｓ_２ ^４＋ｈ・（ｔｓ２−ｔ２）
図８に示すように、第２センサ部５の表面５ａから放出される放射放熱による、単位時間および単位面積当たりの熱量は、α_３・σ・Ｔｓ_３ ^４で表される。α_３は、第２センサ部５の表面５ａの放射率である。Ｔｓ_３は、放射放熱している第２センサ部５の表面５ａの温度である。

また、第２センサ部５の表面５ａから放出される対流放熱による、単位時間および単位面積当たりの熱量は、ｈ・（ｔｓ３−ｔ２）で表される。ｔｓ３は、対流放熱している第２センサ部５の表面５ａの温度である。

したがって、第２センサ部５の表面５ａから放出される、単位時間および単位面積当たりの熱量ｑ_３は、下記の式で示される。熱量ｑ_３の単位は、Ｗ／ｍ^２である。

ｑ_３＝α_３・σ・Ｔｓ_３ ^４＋ｈ・（ｔｓ３−ｔ２）
ここで、図６、７、８に示すように、放射放熱している物体の表面Ｍ１ａ、４ａ、５ａの放射率が異なる。しかし、計測対象物Ｍ１の熱容量が充分大きければ、熱変化分をどんどん計測対象物Ｍ１が吸収する。このため、放射放熱している物体の表面Ｍ１ａ、４ａ、５ａの温度Ｔｓ_１、Ｔｓ_２ 、Ｔｓ_３については、Ｔｓ_１ ＝Ｔｓ_２ ＝Ｔｓ_３とみなすことができる。また、センサ本体部２は薄いため、対流放熱している物体の表面Ｍ１ａ、４ａ、５ａの温度ｔｓ１、ｔｓ２、ｔｓ３については、ｔｓ１＝ｔｓ２＝ｔｓ３とみなすことができる。

このため、第１センサ部４の表面４ａから放出される、単位時間および単位面積当たりの熱量ｑ_２および第２センサ部５の表面５ａから放出される、単位時間および単位面積当たりの熱量ｑ_３は、次のように表される。

ｑ_２＝α_２・σ・Ｔｓ_１ ^４＋ｈ・（ｔｓ１−ｔ２）
ｑ_３＝α_３・σ・Ｔｓ_１ ^４＋ｈ・（ｔｓ１−ｔ２）
したがって、放射率αと計測対象物Ｍ１から放出される熱量ｑとの関係は、図９に示すグラフの関係がある。グラフの縦軸は計測対象物Ｍ１から放出される熱量ｑを示す。グラフの横軸は放射率αを示す。図９に示すグラフは、一次関数のグラフである。対流放熱によって放出される熱量（すなわち、対流放熱量）は、グラフの切片に相当する。対流放熱によって放出される熱量は、放射率αの大きさに関わらず、一定である。放射放熱によって放出される熱量（すなわち、放射放熱量）は、放射率が大きいほど、大きくなるという関係がある。したがって、計測対象物Ｍ１から対流放熱と放射放熱との両方によって放出される熱量ｑは、放射率が大きいほど、大きくなるという関係がある。

そこで、演算部３は、第１熱電変換部７の出力値から放射率α_２のときの熱量ｑ_２を求める。演算部３は、第２熱電変換部８の出力値から放射率α_３のときの熱量ｑ_３を求める。放射率α_２のときの熱量ｑ_２と、放射率α_３のときの熱量ｑ_３とを用いて、図９のグラフに表される放射率αと熱量ｑとの関係を求める。なお、第１熱電変換部７の出力値と第２熱電変換部８の出力値とから、直接、図９のグラフに表される放射率αと熱量ｑとの関係を、演算部３が求めてもよい。

さらに、演算部３は、その関係と計測対象物Ｍ１の放射率α_１とに基づいて、計測対象物Ｍ１の放射率α_１である表面Ｍ１ａから放出される、単位時間および単位面積当たりの熱量ｑ_１を演算する。このとき、計測対象物Ｍ１の表面Ｍ１ａの放射率は、ユーザによって予め調べられたものが用いられる。その後、演算部３は、図示しない表示部に演算した熱量ｑ_１を表示させる。

以上の説明の通り、本実施形態のセンサ本体部２は、第１センサ部４と、第２センサ部５とを備える。第２センサ部５の表面５ａの放射率は、第１センサ部４の表面４ａの放射率と異なる。

ここで、上述の通り、図６、７に示されるように、第１センサ部４の表面４ａの放射率が、計測対象物Ｍ１の表面Ｍ１ａの放射率と異なる場合、第１センサ部４によって計測された熱量は、計測対象物Ｍ１の表面Ｍ１ａから放出される実際の熱量とは異なる。このため、第１センサ部４のみを用いて熱量を計測する場合、計測対象物Ｍ１の表面Ｍ１ａから放出される熱量を正確に計測することができない。

これに対して、本実施形態によれば、第１センサ部４の第１熱電変換部７の出力値と、第２センサ部５の第２熱電変換部８の出力値とを用いて、放射率αと計測対象物Ｍ１から放出される熱量ｑとの関係を求めることができる。さらに、求めた上記関係と計測対象物Ｍ１の放射率α_１とに基づいて、計測対象物Ｍ１から放出される熱量を求めることができる。よって、計測対象物Ｍ１から放出される熱量を高精度に計測することができる。

また、本実施形態の熱量計測装置１は、センサ本体部２と、演算部３とを備える。演算部３は、第１熱電変換部７の出力値と第２熱電変換部８の出力値とに基づいて、放射率αと計測対象物Ｍ１から放出される熱量ｑとの関係を求める。演算部３は、その関係と計測対象物Ｍ１の放射率α_１とに基づいて、放射率α_１である表面Ｍ１ａから放出される熱量を演算する。このように演算部３が熱量を演算することで、計測対象物Ｍ１から放出される熱量を高精度に計測することができる。

なお、本実施形態では、演算部３は、単位時間および単位面積あたりの熱量（すなわち、熱流束）を演算した。しかしながら、演算部３は、指定された面積から放出される単位時間あたりの熱量（すなわち、熱流量）を演算してもよい。また、演算部３は、指定された面積から指定された時間に放出される熱量（すなわち、総放熱量）を演算してもよい。

（第２実施形態）
図１０、１１に示すように、本実施形態は、第１センサ部４が表面処理層２８をする点で、第１実施形態と異なる。熱量計測装置１の他の構成は、第１実施形態と同じである。図１０は、図１１のX−X線断面図に相当する。図１１は、図１０に示される複数の第１導体パターン２３を上から見た平面図である。

第１センサ部４の表面処理層２８は、第２センサ部５の表面処理層２７から離れている。第１センサ部４の表面処理層２８は、第２保護部材２６に対する表面処理法によって第２保護部材２６の表面上に形成されている。

図１１に示すように、第１センサ部４の表面処理層２８は、センサ本体部２のうち第１熱電変換部７と重なる位置に配置されている。換言すると、センサ本体部２のうち表面処理層２８と重なる位置に、第１熱電変換部７が形成されている。図１０に示すように、第１センサ部４では、表面処理層２８が第１センサ部４の計測対象物側とは反対側の表面４ａを形成する第１表層である。

本実施形態では、第１センサ部４の表面処理層２８は、第２センサ部５の表面処理層２７と同様に、アルミニウムによって構成されている。第２センサ部５の表面処理層２７の表面が光沢面である。これに対して、第１センサ部４の表面処理層２８の表面は、表面処理層２７の表面よりも粗い粗面である。このように、第２センサ部５の表面５ａの状態と、第１センサ部４の表面４ａの状態とが異なる。このため、同一の表面温度および同一の熱放射の波長で比較したとき、第２センサ部５の表面５ａの放射率は、第１センサ部４の表面４ａの放射率と異なる。これにより、本実施形態によっても、第１実施形態と同様の効果が得られる。

（第３実施形態）
図１２に示すように、本実施形態は、センサ本体部２が第３センサ部６を有する点で、第１実施形態と異なる。熱量計測装置１の他の構成は、第１実施形態と同じである。

センサ本体部２は、第１センサ部４と第２センサ部５と第３センサ部６とが一体化されたものである。第３センサ部６は、センサ本体部２のうち第３熱電変換部９が形成された領域である。第３熱電変換部９は、第３配線９ａ、９ｂを介して、演算部３と電気的に接続されている。

図１３に示すように、センサ本体部２は、第１実施形態と同様に、絶縁基材２０と、複数の熱電部材２１、２２と、複数の第１導体パターン２３と、複数の第２導体パターン２４と、第１保護部材２５と、第２保護部材２６とを備える。

複数の第１導体パターン２３は、図１４に示すように配置されている。図１４は、図１３に示される複数の第１導体パターン２３を上から見た平面図である。図１４では、図１３のセンサ本体部２のうち複数の第１導体パターン２３よりも上側の部材が省略されている。図１４では、複数の熱電部材２１、２２のそれぞれの配置場所が示されている。複数の第１導体パターン２３は、６つの接続端子部２３２ａ、２３２ｂ、２３２ｃ、２３２ｄ、２３２ｅ、２３２ｆを含む。

複数の第２導体パターン２４は、図１５に示すように配置されている。図１５は、図１３に示される複数の第２導体パターン２４を上から見た平面図である。図１５では、図１３のセンサ本体部２のうち複数の第２導体パターン２４よりも上側の部材が省略されている。図１５では、複数の熱電部材２１、２２のそれぞれの配置場所が示されている。

図１４、１５に示すように、第３センサ部６では、複数の第１接続部２３１および複数の第２接続部２４１は、２つの接続端子部２３２ｅ、２３２ｆの間において、複数の第１熱電部材２１のそれぞれと、複数の第２熱電部材２２のそれぞれとを交互に電気的に接続している。これにより、第３熱電変換部９が形成されている。第３熱電変換部９は、第１熱電変換部７と第２熱電変換部８とのそれぞれに直列に接続されていない。

このように、本実施形態では、第１熱電変換部７と第２熱電変換部８と第３熱電変換部９とが１つの多層基板に形成されている。これによって、第１センサ部４と第２センサ部５と第３センサ部６とが一体化されている。

図１３に示すように、第３センサ部６は、第２センサ部５と同様に、表面処理層２９を有している。図１４、１５に示すように、第３センサ部６の表面処理層２９は、センサ本体部２のうち第３熱電変換部９と重なる位置に配置されている。換言すると、センサ本体部２のうち表面処理層２９と重なる位置に、第３熱電変換部９が形成されている。第３センサ部６では、表面処理層２９が第３センサ部６の計測対象物側とは反対側の表面６ａを形成する第３表層である。

本実施形態では、第３センサ部６の表面処理層２９は、アルミニウムによって構成されている。第３センサ部６の表面処理層２９の表面は、光沢面である。第２センサ部５の表面処理層２７は、アルミニウムによって構成されている。第２センサ部５の表面処理層２７の表面は、表面処理層２９の表面よりも粗い粗面である。このため、同一の表面温度および同一の熱放射の波長で比較したとき、第１センサ部４の表面４ａの放射率と、第２センサ部５の表面５ａの放射率と、第３センサ部６の表面６ａの放射率とは、互いに異なる。

本実施形態の熱量計測装置１によれば、第１実施形態の熱量計測装置１と同様の方法によって、計測対象物Ｍ１から放出される熱量を計測することができる。さらに、本実施形態の熱量計測装置１によれば、演算部３は、３つの熱電変換部７、８、９の出力値に基づいて、放射率αと熱量ｑとの関係を求めることができる。よって、２つの熱電変換部７、８の出力値に基づいて、放射率αと熱量ｑとの関係を求める場合と比較して、より正確に熱量を計測することができる。

（第４実施形態）
図１６、１７に示すように、本実施形態は、第１センサ部４が表面処理層２８をする点で、第３実施形態と異なる。熱量計測装置１の他の構成は、第３実施形態と同じである。図１６は、図１７のXIV−XIV線断面図に相当する。図１７は、図１６に示される複数の第１導体パターン２３を上から見た平面図である。

図１７に示すように、第１センサ部４の表面処理層２８は、センサ本体部２のうち第１熱電変換部７と重なる位置に配置されている。第１センサ部４の表面処理層２８は、第２センサ部５の表面処理層２７から離れている。

本実施形態では、第３センサ部６の表面処理層２９は、アルミニウムによって構成されている。第３センサ部６の表面処理層２９の表面は、光沢面である。第２センサ部５の表面処理層２７は、アルミニウムによって構成されている。第２センサ部５の表面処理層２７の表面は、粗面である。第１センサ部４の表面処理層２８は、第２保護部材２６を構成する材料とは異なる樹脂材料で構成されている。同一の表面温度および同一の熱放射の波長で比較したとき、表面処理層２８を構成する樹脂材料の放射率は、アルミニウムの放射率と異なる。このため、同一の表面温度および同一の熱放射の波長で比較したとき、第１センサ部４の表面４ａの放射率と、第２センサ部５の表面５ａの放射率と、第３センサ部６の表面６ａの放射率とは、互いに異なる。これにより、本実施形態によっても、第３実施形態と同様の効果が得られる。

（第５実施形態）
図１８に示すように、本実施形態のセンサ本体部２０１は、互いに別体として構成された第１本体部２０２と第２本体部２０３とによって構成されている。第１本体部２０２は、第１センサ部４を有する。第１センサ部４は、第１本体部２０２のうち第１熱電変換部７が形成された領域である。第２本体部２０３は、第２センサ部５を有する。第２センサ部５は、第２本体部２０３のうち第２熱電変換部８が形成された領域である。

図１９Ａに示すように、第１本体部２０２の断面構造は、第１実施形態のセンサ本体部２の第１センサ部４側の部分と基本的に同じである。第１センサ部４では、第２保護部材２６が第１センサ部４の表面４ａを形成している。

第１本体部２０２の複数の第１導体パターン２３は、図２０Ａに示すように配置されている。図２０Ａは、図１９Ａに示される複数の第１導体パターン２３を上から見た平面図である。図２０Ａでは、図１９Ａの第１本体部２０２のうち複数の第１導体パターン２３よりも上側の部材が省略されている。図２０Ａでは、複数の熱電部材２１、２２のそれぞれの配置場所が示されている。第１本体部２０２の複数の第１導体パターン２３は、複数の第１接続部２３１と、２つの接続端子部２３２ａ、２３２ｂとを含む。

第１本体部２０２の複数の第２導体パターン２４は、図２１Ａに示すように配置されている。図２１Ａは、図１９Ａに示される複数の第２導体パターン２４を上から見た平面図である。図２１Ａでは、図１９Ａの第１本体部２０２のうち複数の第２導体パターン２４よりも上側の部材が省略されている。図２１Ａでは、複数の熱電部材２１、２２のそれぞれの配置場所が示されている。第１本体部２０２の複数の第２導体パターン２４は、複数の第２接続部２４１を含む。

図２０Ａ、２１Ａに示すように、第１本体部２０２の複数の第１接続部２３１および複数の第２接続部２４１は、２つの接続端子部２３２ａ、２３２ｂの間において、複数の第１熱電部材２１のそれぞれと、複数の第２熱電部材２２のそれぞれとを交互に電気的に接続している。これにより、第１熱電変換部７が形成されている。

図１９Ｂに示すように、第２本体部２０３の断面構造は、第１実施形態のセンサ本体部２の第２センサ部５側の部分と基本的に同じである。第２センサ部５では、表面処理層２７が第２センサ部５の表面５ａを形成している。第１実施形態と同様に、表面処理層２７は、アルミニウムによって構成されている。これにより、第２センサ部５の表面５ａの放射率は、第１センサ部４の表面４ａの放射率と異なっている。

第２本体部２０３の複数の第１導体パターン２３は、図２０Ｂに示すように配置されている。図２０Ｂは、図１９Ｂに示される複数の第１導体パターン２３を上から見た平面図である。図２０Ｂでは、図１９Ｂの第２本体部２０３のうち複数の第１導体パターン２３よりも上側の部材が省略されている。図２０Ｂでは、複数の熱電部材２１、２２のそれぞれの配置場所が示されている。第２本体部２０３の複数の第１導体パターン２３は、複数の第１接続部２３１と、２つの接続端子部２３２ｃ、２３２ｄとを含む。

第２本体部２０３の複数の第２導体パターン２４は、図２１Ｂに示すように配置されている。図２１Ｂは、図１９Ｂに示される複数の第２導体パターン２４を上から見た平面図である。図２１Ｂでは、図１９Ｂの第２本体部２０３のうち複数の第２導体パターン２４よりも上側の部材が省略されている。図２１Ｂでは、複数の熱電部材２１、２２のそれぞれの配置場所が示されている。第２本体部２０３の複数の第２導体パターン２４は、複数の第２接続部２４１を含む。

図２０Ｂ、２１Ｂに示すように、第２本体部２０３の複数の第１接続部２３１および複数の第２接続部２４１は、２つの接続端子部２３２ｃ、２３２ｄの間において、複数の第１熱電部材２１のそれぞれと、複数の第２熱電部材２２のそれぞれとを交互に電気的に接続している。これにより、第２熱電変換部８が形成されている。

このように、本実施形態では、第１熱電変換部７と第２熱電変換部８とが異なる多層基板に形成されている。第１センサ部４と第２センサ部５とが別体として構成されている。このため、第１熱電変換部７と第２熱電変換部８とは、直列に接続されていない。

本実施形態の熱量計測装置１の他の構成は、第１実施形態の熱量計測装置１と同じである。本実施形態の熱量計測装置１によっても、第１実施形態の熱量計測装置１と同様に、計測対象物の放熱量を高精度に計測することができる。

（第６実施形態）
図２２Ａ、２３Ａに示すように、本実施形態は、第１センサ部４が表面処理層２８をする点で、第５実施形態と異なる。図２２Ａは、図２３ＡのXXIIＡ−XXIIＡ線断面図に相当する。図２３Ａは、図２２Ａに示される複数の第１導体パターン２３を上から見た平面図である。図２３Ａに示すように、第１センサ部４の表面処理層２８は、第１熱電変換部７と重なる位置に配置されている。

図２２Ｂ、２３Ｂに示すように、第２本体部２０３の構成は、第５実施形態と同じである。図２２Ｂは、図２３ＢのXXIIＢ−XXIIＢ線断面図に相当する。図２３Ｂは、図２２Ｂに示される複数の第１導体パターン２３を上から見た平面図である。

第２実施形態と同様に、第１センサ部４の表面処理層２８は、アルミニウムによって構成されている。第１センサ部４の表面処理層２８の表面は、粗面である。第２センサ部５の表面処理層２７は、アルミニウムによって構成されている。第２センサ部５の表面処理層２７の表面は、光沢面である。第２センサ部５の表面５ａの状態と、第１センサ部４の表面４ａの状態とが異なる。このため、同一の表面温度および同一の熱放射の波長で比較したとき、第２センサ部５の表面５ａの放射率は、第１センサ部４の表面４ａの放射率と異なる。これにより、本実施形態によっても、第１実施形態と同様の効果が得られる。

（他の実施形態）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能であり、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、構成要素等の材質、形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の材質、形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その材質、形状、位置関係等に限定されるものではない。

２ センサ本体部
３ 演算部
４ 第１センサ部
５ 第２センサ部
７ 第１熱電変換部
８ 第２熱電変換部

Claims (3)

1. 計測対象物から放出される熱流束に応じた出力を発生する熱流束センサであって、
   前記計測対象物に設置される第１センサ部（４）と、
   前記計測対象物のうち前記第１センサ部が設置される部位とは別の部位に設置される第２センサ部（５）とを備え、
   前記第１センサ部は、複数の熱電部材のそれぞれが互いに電気的に接続された第１熱電変換部（７）を有し、
   前記第１熱電変換部は、前記計測対象物から前記第１センサ部を通過して放出される熱流束に応じた電気的な出力を発生し、
   前記第２センサ部は、複数の熱電部材のそれぞれが互いに電気的に接続され、かつ、前記第１熱電変換部と電気的に接続されていない第２熱電変換部（８）を有し、
   前記第２熱電変換部は、前記計測対象物から前記第２センサ部を通過して放出される熱流束に応じた電気的な出力を発生し、
   同一の表面温度および同一の熱放射の波長で比較したとき、前記第２センサ部の前記計測対象物側とは反対側の表面（５ａ）の放射率は、前記第１センサ部の前記計測対象物側とは反対側の表面（４ａ）の放射率と異なる熱流束センサ。
2. 前記第１センサ部は、前記第１センサ部のうち前記計測対象物側とは反対側に、前記第１センサ部の表面を形成する第１表層（２６）を有し、
   前記第２センサ部は、前記第２センサ部のうち前記計測対象物側とは反対側に、前記第２センサ部の表面を形成する第２表層（２７）を有し、
   前記第２表層は、前記第１表層を構成する材料とは異なる材料で構成されている請求項１に記載の熱流束センサ。
3. 計測対象物から放出される熱量を計測する熱量計測装置であって、
   請求項１または２に記載の熱流束センサ（２、２０１）と、
   前記計測対象物から放出される熱量を演算する演算部（３）とを備え、
   前記演算部は、前記第１熱電変換部の出力値と前記第２熱電変換部の出力値とに基づいて、放射率と熱量との関係を求め、前記関係と前記計測対象物の放射率とに基づいて、前記計測対象物から放出される熱量を演算する熱量計測装置。

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